课程大纲

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恒星内部结构和演化

课程编码:070401M04006H 英文名称:Stellar Physics Ⅱ:Stellar Structure and Evolution 课时:54 学分:3.00 课程属性:专业核心课 主讲教师:姜碧沩等

教学目的要求
课程总体设计:希望通过课程学习,让学生系统地了解恒星的观测现象及其理论解释。从而认识恒星演化的基本规律,并作为研究天体物理其它层次对象物理过程的基础。课程在系统性和专业性上进行选择,以满足在不同研究方向或课题对恒星知识的基本需求。

预修课程
所有学生要求预修《现代天体物理》,非天文本科毕业生要求同时预修《高等天文学》。

大纲内容
第一章 恒星的位置、自行、距离和亮度 3学时
第1节 恒星的位置:坐标系统,地球的运动,天空的可见度(1.0课时)
第2节 恒星的自行(0.5课时)
第3节 太阳的距离、恒星的三角视差(0.5课时)
第4节 恒星的亮度:视星等,颜色,地球大气的吸收,黑体辐射,绝对星等(1.0课时)
第二章 恒星的光度、有效温度和颜色-星等图 3学时
第1节 赫罗图:临近恒星,疏散星团,球状星团
第2节 测光视差:星团,单星
第3节 光度:概念,太阳光度,恒星光度和热改正
第三章 恒星的半径、半径与质量、练习1 3学时
第1节 恒星的半径:干涉仪,月掩星方法
第2节 恒星的半径与质量:双星,多普勒效应,双星轨道参数,质光关系
第3节 练习1
第四章 光谱分类、光谱理解 、星族 3学时
第1节 a) 恒星的有效温度
第2节 b) 光谱分类:光谱序列,光度序列,白矮星光谱
第3节 c) 光谱理解:太阳光谱,谱线认证,光谱序列(1.0课时)
第4节 d) 星族
第五章 恒星的转动、磁场、练习2 3学时
第1节 a) 恒星的转动(1.0课时)
第2节 b) 磁场:概念,塞曼效应(1.0课时)
第3节 c) 练习2(1.0课时)
第六章 特殊恒星、超新星、星际吸收 3学时
第1节 特殊恒星:特殊A型星,恒星内部的扩散,金属线星,钡星,金牛座T型星
第2节 超新星,新星
第3节 星际吸收:星际尘埃,星际气体
第七章 辐射转移基础、恒星大气中的辐射转移、源函数 3学时
第1节 辐射转移基础:辐射强度Iλ,能量的辐射转移,源函数,发射线和吸收线(1.0课时)
第2节 恒星大气中的辐射转移:辐射转移方程,表面强度,流量与有效温度,流量与辐射的各向异性,辐射能量密度(1.0课时)
第3节 源函数:太阳大气的源函数,辐射平衡,灰大气模型
第八章 连续谱吸收系数、非灰大气的影响、压力分层(3课时) 3学时
第1节 连续谱吸收系数:吸收过程,玻尔兹曼公式,萨哈公式,太阳大气中的吸收系数,A型星和B型星的吸收系数
第2节 非灰大气的影响:巴尔末跳变,非灰大气对温度的影响
第九章 谱线的形成、光谱分析 3学时
第1节 谱线的形成:光学薄谱线,谱线吸收系数,谱线轮廓,谱线致宽,等值宽度,生长曲线(2.0课时)
第2节 光谱分析:巴尔末跳变,斯特龙根色指数,生长曲线的分析(1.0课时)
第十章 非局部热动平衡、色球、冕和星风(3课时) 3学时
第1节 局部热动平衡与非局部热动平衡的物理,基本方程
第2节 色球、冕和星风:观测和物理基础
第3节 压力分层:流体静力学平衡,压力与重力,电子压力,辐射压力
第十一章 守恒定律与恒星结构、流体静力平衡、热平衡(3课时) 3学时
第1节 流体静力平衡的物理基础和基本方程
第2节 内能的平衡转移:维里定理
第3节 恒星内部的热平衡和能量传输
第4节 初步的质光关系
第十二章 恒星对流理论基础(3课时) 3学时
第1节 能量传输机制:为什么发生对流、对流运动稳定性判据(1.0学时)
第2节 混合长理论及其应用
第十三章 不透明度、能源、核合成和产能机制、练习4 3学时
第1节 恒星结构理论框架中的“输入物理”:(2.0学时)
i. 不透明度
ii. 核产能率、引力势能和内能
iii. 核反应-恒星演化的驱动
第2节 练习4
第十四章 恒星结构基本方程、恒星结构量纲分析 3学时
第1节 建立恒星结构方程:(2.0学时)
i. 温度梯度与能量转移;
ii. 动量守恒与压力梯度、恒星震动的数学;
iii. 恒星方程组:结构、演化、短时标问题的物理基础和数学
iv. 无量纲化和恒星的基本量纲分析
第2节 练习5
第十五章 恒星结构方程求解、主序恒星模型(3课时) 3学时
第1节 史瓦西方法
第2节 亨耶方法
第3节 恒星演化基本图像、恒星按质量分段的物理和天文学意义
第十六章 小质量恒星的演化 3学时
第1节 典型的小质量恒星-太阳:“标准”太阳模型、太阳中微子问题(1.0课时)
第2节 主序到红巨星:基本图像(0.5课时)
第3节 简并过程和物态方程、“中等质量”和“小质量”恒星(0.5课时)
第4节 氦闪与水平分支、渐进巨星分支的物理、行星状星云、白矮星
第十七章 大质量恒星演化、演化晚期及结局 3学时
第1节 “大质量”恒星与“中等质量”恒星、天文观测问题(1.0课时)
第2节 演化中的物理问题:物质混合、蓝回绕(blue loop)、高级核燃烧(1.0课时)
第3节 演化结局与II型超新星(1.0课时)
第十八章 恒星演化理论的观测检验、脉动变星(3课时) 3学时
第1节 恒星演化理论的观测检验(回顾):星团赫罗图、演化残留体(1.0课时)
第2节 观测问题:周光关系的物理基础和应用(0.5学时)
第3节 经典造父变星与恒星理论问题(0.5学时)
第4节 恒星震动和激发机制、赫罗图中的不稳定带(1.0课时)
第十九章 恒星形成基础、初始质量函数、练习5 3学时
第1节 基本图像简介、与恒星形成相关的观测和物理(0.5课时)
第2节 对流与林中四郎线:原恒星和红巨星的相关物理(1.0课时)
第3节 初始质量函数(0.5课时)
第4节 练习及复习问答(1.0课时)

教材信息
1、 Introduction to stellar astrophysics, Volume 1, II, III Bohm-Vitense 1997 Cambridge University Press,

参考书

课程教师信息
姜碧沩,博士,教授,自2002年任职于北京师范大学天文系,从事恒星和星际介质方面的研究,具有比较丰富的授课经验。讲授过的课程较多,其中有:专业文献选读(本科)、射电天文学(本科)、天体物理导论(研究生)、星震学(研究生)、星际介质物理学(研究生)、分子天文学(研究生)。曾经在中国科学院研究生院讲授研究生课程“高等天文学(研究生)”四次,“恒星物理导论(本科生)”,获得学生的好评。