天体光谱学
课程编码：180201070401P3003H
英文名称：Astronomical Spectroscopy
课时：40
学分：2.00
课程属性：专业课
主讲教师：李文显等
教学目的要求
本课程着重讲在理解天体光谱的基础上学习如何应用光谱开展科学研究工作。主要教学目的包括：（1）了解不同类型天体光谱的特点和形成机制；（2）掌握主要的光谱处理、分析诊断方法以及在不同天体物理研究中的应用；（3）了解重要的大型地面和空基望远镜上的光谱仪，以及观测时间的申请。
通过本课程的学习，要求学生能够初步具有独立开展天体光谱分析、开展相关科学研究的能力。
预修课程
原子物理、量子力学，天体物理概论，天体物理中的辐射过程
大纲内容
第一章 绪论 3.0学时
第1节 课程简介和天体光谱学发展历史
第2节 课程基础知识介绍：原子物理和光谱诊断
第3节 当前最主要的大型地面天文台和空基望远镜
第二章 发射线星云光谱基本理论 3.0学时
第1节 发射线星云简介
第2节 星云中的主要原子过程
第3节 光致电离平衡和热平衡
第4节 星云光谱中的发射线和连续谱
第5节 行星状星云科学概述
第三章 星云光谱的处理 2.0学时
第1节 光谱处理步骤简介
第2节 光谱预处理（减bias、平场改正）
第3节 波长定标、光学畸变改正、减天光背景
第4节 流量定标、一维光谱的抽取
第5节 光谱处理实例：GTC/OSIRIS长缝光谱
第6节 光谱处理实例：VLT/UVES阶梯光栅光谱
第四章 星云光谱的基本分析 3.0学时
第1节 发射线的证认（原子跃迁数据库）
第2节 发射线的测量
第3节 等离子体诊断（星云电子温度、电子密度）
第4节 丰度计算（离子丰度、元素总丰度）
第5节 星云的光致电离模型
第五章 望远镜主要仪器简介 2.0学时
第1节 加纳利大望远镜GTC
第2节 GTC OSIRIS中低色散光谱仪
第3节 GTC MEGARA积分场光谱仪
第4节 哈勃太空望远镜HST
第5节 HST STIS光谱仪（紫外-光学-近红外）
第6节 HST COS光谱仪（紫外）
第六章 天文观测申请书的撰写 2.0学时
第1节 主要大型望远镜观测申请简介
第2节 前期准备工作（选源、仪器性能调研）
第3节 科学意义的撰写（Scientific Justification）
第4节 观测项目的设计（仪器选择、曝光计算）
第5节 实例介绍：GTC观测申请书
第七章 X射线望远镜高分辨X射线光谱分析 3.0学时
第1节 X射线能谱基础
第2节 光谱拟合基础
第3节 天体光谱分析模型基本物理
第4节 分析模型数据库
第5节 碰撞电离平衡CIE分析模型现状
第八章 恒星/星系热气体高分辨光谱分析 4.0学时
第1节 牛顿多镜面望远镜RGS光谱与光变数据提取
第2节 牛顿多镜面望远镜低分辨MOS能谱提取
第3节 XSPEC下高分辨X射线光谱拟合与分析
第4节 apec模型与pyatomdb数据库的使用
第5节 pyatomdb类氢、类氦离子诊断电子温度与密度
第6节 星系热气体高分辨光谱拟合
第7节 CIE分析模型实践演练
第九章 超新星遗迹光谱分析 1.5学时
第1节 非平衡辐射模型基础
第2节 过电离与欠电离等离子体光谱比较
第3节 非电离平衡模型(nei、rnei)应用分析
第4节 背景X射线辐射能谱提取与分析
第十章 天体中热外流与冷介质碰撞电荷交换光谱分析 2.0学时
第1节 太阳风电荷交换X射线辐射
第2节 超新星遗迹与星暴星系中的电荷交换辐射
第3节 电荷交换分析模型与进展
第4节 电荷交换辐射的应用
第十一章 高分辨X射线光谱的实验标定 1.5学时
第1节 实验标定仪器-电子束离子阱原理
第2节 实验测量X射线光谱分析
第3节 电子密度诊断方法的实验标定
第4节 激光等离子体模拟天体现象
第十二章 太阳和恒星光谱特征分析 3.0学时
第1节 不同光谱型的光谱特征
第2节 太阳结构和不同层次太阳大气的光谱特征
第3节 吸收线和发射线形成机制
第4节 主要的原子数据库和望远镜
第十三章 太阳X射线-极紫外光谱 3.0学时
第1节 主要的原子过程
第2节 电子密度的诊断和测量
第3节 温度的诊断和测量
第4节 元素丰度的测量
第十四章 太阳可见光-红外光谱 3.0学时
第1节 辐射转移和谱线形成机制
第2节 主要的诊断谱线介绍
第3节 日冕禁线
第4节 主要的太阳可见光-红外光谱望远镜
第十五章 偏振光谱和磁场测量 3.0学时
第1节 偏振光谱和产生机制
第2节 偏振辐射转移方程
第3节 太阳磁场测量和弱场近似
第4节 偏振光谱反演
参考书
1、
Atomic Astrophysics and Spectroscopy
Anil K. Pradhan and Sultana N. Nahar
2011
Cambridge University Press
2、
Interpreting Astronomical Spectra
David Emerson
1999
Wiley
3、
Astrophysics of Gaseous Nebulae and Active Galactic Nuclei
Donald E. Osterbrock and Gary J. Ferland
1989
SCIENCE
课程教师信息
方玄，中国科学院国家天文台研究员，中国科学院青年人才计划入选者；主要研究方向为恒星晚期演化、行星状星云和星际介质的理论和观测。研究所个人主页为：http://www.nao.cas.cn/nrc/zg/index_90957.html?json=http://sourcedb.naoc.cas.cn/cn/gb/zg/202204/t20220406_6419528.json
梁贵云: 中国科学院国家天文台研究员，基金委优秀青年获选者； 主要研究方向为实验室天体物理、高分辨X射线光谱学。研究个人主页为：http://sourcedb.naoc.cas.cn/cn/naoexpert/201309/t20130909_3928617.html
李文显: 中国科学院国家天文台研究员，中国科学院青年人才计划、国家级青年人才计划入选者；主要研究方向为太阳物理，原子物理。个人主页：http://www.nao.cas.cn/nrc/zg/index_90957.html?json=http://sourcedb.naoc.cas.cn/cn/gb/zg/202204/t20220414_6426916.json