现代天文与天体物理科学概论

课程编码：B0311018Y 英文名称：Outline of Modern Astronomy and Astrophysics 课时：32 学分：2.00 课程属性：专业必修课 主讲教师：陆由俊等

《现代天文与天体物理科学概论》是天文与空间科学学院开设的一门天文学概论课程，是一年级天文专业必修课，也可供其他专业方向选修。该课程结合天文学发展进程对现代天文和天体物理科学中的主要研究方向、重要科学问题进行提纲挈领式阐述，涵盖行星和智慧生命、太阳物理、恒星和致密天体、极端条件下的天体物理现象、星系结构形成演化、膨胀宇宙及其起源、暗物质暗能量、黑洞和引力波、以及天文观测技术方法和未来展望等，促进深入了解现代天文与天体物理科学研究整体框架、重要前沿科学问题和未来解决手段，为进一步系统学习天文和天体物理科学提供前导和纲领。

“Outline of Modern Astronomy and Astrophysical Sciences” is an introductory course to Astronomy course offered by the School of Astronomy and Space Science. Combined with the history of astronomy and astrophysics, this course outlines the main research directions and important scientific issues in modern astronomy and astrophysical sciences. It covers planets and intelligent life, solar physics, stars and compact objects, astrophysical phenomena under extreme conditions, the formation and evolution of galaxy structures, the expanding universe and its origin, dark matter and dark energy, black holes, and gravitational waves, as well as astronomical observation techniques and future prospects. An in-depth understanding of important frontier scientific problems and future solutions provides a precursor and framework for further study of astronomical and astrophysical sciences.

本课程属于专业必修课程，同时开放给其他学院的学生作为选修课程。它是一门探索宇宙奥秘的基础性课程，深入浅出地解答天文学的基本问题，激发学生对宇宙的好奇心和探索欲。本课程的宗旨在于培养具备高素质的天文人才，为推动天文学科研的进步贡献力量，并为提升国民整体的科学素养奠定坚实的基础。

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第一章、绪论：人类与宇宙（2学时，理解）（陆由俊）

介绍天文学的基本概念、发展历程、存在的重大科学问题、以及人类与宇宙的关系，激发学生对天文学的兴趣和好奇心，引出本课程的重点讲授内容和具体安排。

第二章、天文技术与方法

1.观测天文学与前沿探测技术（多波段）（2学时，理解）（王杰）

介绍观测天文学的基本原理和方法，探讨多波段探测技术在天文学中的应用及相关科学问题。

2.天文学研究范式（2学时，理解）（王杰）

探讨天文学的研究范式和方法论，包括观测、实验、理论模拟、人工智能等方面的内容。

第三章、行星

1.太阳系内行星和深空探测（2学时，理解）（陆由俊）

介绍太阳系内行星的探测历史、现状和未来，阐述其对揭示天体运行、基本物理、行星形成演化所起的关键作用，以及未来系内行星深空探测的主要研究内容和科学意义。

2.系外行星和智慧生命（2学时，理解）（陆由俊）

介绍系外行星的探测方法和主要成果，阐述行星多样性和行星的形成演化，探讨智慧生命的存在可能性和研究方法，介绍未来行星科学的发展路线。

第四章、恒星

1.太阳物理（2学时，理解）（陆由俊）

讲解太阳的物理特性、能源机制（人造太阳）、等离子体、太阳风及其对地球和人类的影响。

2.恒星的诞生、演化与死亡（2学时，理解）（陆由俊）

介绍恒星的形成、演化过程以及不同类型的恒星死亡方式，介绍包括白矮星、中子星和黑洞等致密天体的性质及相关重要科学问题，探讨极端物理环境下的物态、超新星、伽马暴等极端天体物理现象。

第五章、星系（2学时，理解）（王杰）

介绍星系的基本结构、分类和演化过程，星系内气体物质和化学元素的生态循环、星系间的相互作用和影响，探讨包括暗物质发现、修改引力理论、星系动力学等有趣的问题。

第六章、宇宙学（8学时，了解）

1．引力与宇宙学（3+1学时）（陆由俊）

介绍广义相对论的基本原理、膨胀宇宙的预言和证据、热大爆炸宇宙历史（原初核合成、微波背景辐射、宇宙再电离）等。

研讨与答疑

2.暗物质与暗能量（2学时，了解）（王杰）

介绍暗物质和暗能量的基本概念、探测方法和研究进展，探讨它们对宇宙膨胀演化和命运的影响。

3.宇宙起源（2学时，了解）（陆由俊）

介绍并探讨宇宙的起源和甚早期演化问题，包括暴胀理论、宇宙婴儿时代、物质创生和宇宙结构的种子、多重宇宙等。

第七章、黑洞（4学时，了解）（陆由俊）

介绍黑洞的概念形成和发展、黑洞基本特性和观测检验、相关吸积和喷流等高能天体物理现象，以及基本物理规律检验与引力时空本质等。

第八章、引力波（2学时，了解）（陆由俊）

介绍引力波的基本概念、产生机制（天体起源和宇宙学起源）及其探测方法和研究进展；探讨引力波在天文学、物理学和宇宙学中的应用。

第九章、总结与展望（2学时，理解）（陆由俊）

注：本大纲为初步设计，具体教学内容和学时分配可能根据实际情况进行调整。

 

考核方式：

平时（30%）+开卷（70%）

章节/学时分配	讲课	习题课	实验课	上机课	讨论课	其它
1	2
2	4
3	4
4	4
5	2
6	8
7	4
8	2
9	2

本课程通过对天文学基本问题的讲解，引导学生探索宇宙的奥秘，培养科学素养，树立正确的世界观、人生观和价值观。在课程上，我们将介绍著名天文科学家的重要研究成果，激发学生对科学的兴趣，鼓励他们勇于探索和追求真理。此外，通过对中国重大天文基础研究设施及优秀天文学家的杰出贡献的学习，帮助学生增强对国家科学事业的认同感和自豪感，并树立服务社会和国家的远大志向。尤其是在课堂讨论环节，引导学生就重大天文学问题展开思考，探讨天文科学的未来发展，从而在学习中加深对国家战略的理解，为培养具备全球视野与家国情怀的天文学人才奠定坚实基础。

自编讲义

陆由俊，中国科学院大学天文与空间科学学院执行院长，中国科学院国家天文台研究员，引力波天体物理研究团组首席，博士生导师。1997年获得中国科学技术大学博士学位。1997年至1999年在中国科学技术大学任教，1999年至2008年先后在普林斯顿大学天体物理科学系、加拿大理论天体物理中心、加州大学伯克利分校天文系、圣克鲁兹分校天文系等地访问研究。于2008入职国家天文台工作至今。主要从事黑洞物理、引力波天体物理、类星体和活动星系核、星系宇宙学以及广义相对论等方面的理论研究。研究成果发表于包括ApJ，MNRAS，A&A等各类期刊，总计130余篇。
王杰，中国科学院大学岗位教授，国家天文台研究员，博士生导师，国家杰出青年基金获得者，中国科学院计算天体物理实验室副主任。2008年慕尼黑大学（马普天体物理所）博士毕业。后获牛顿国际学者在英国杜伦大学做博士后研究。2013年获中组部国家“青年千人”回国家天文台工作。主持中科院青年团队，基金委重大项目课题，面上等多项项目，在包括《自然》等期刊发表论文五十余篇，引用5300+次。