我们宇宙的未来

不断演化的宇宙 现代天文学家把目前我们所观测到的整个时空范围称作“我们的宇宙”。科学家从整体上研究宇宙大尺度的时空性质,物质运动的规律,宇宙学作为天文学的分支学科,是当代最活跃的科学前沿之一。近年研究认为,我们的宇宙大小约为137亿光年;它的起源、结构、演化和未来的结局,正是宇宙学的研究内容。     

宇宙中真的存在暗能量吗

2000年,天文学期刊广为报导的观测宇宙学的两项重要发现是:对几十亿光年之远的Ia型超新星的观测得出宇宙在加速膨胀的结论(见本刊2000年第5期第25页的短文)和Boomerang对微波背景辐射的观测得出宇宙是平直的结论(见本刊2000年第6期第33页所载有关的宇宙信息)。这两项发现使许多天文学家和宇宙学家相信宇宙内存在着以宇宙学常数λ为标志的暗能量(Dark Energy)。真的如此吗?人们自然会关注后续报导,现在向读者介绍几则于下。     

不同天文观测对宇宙学模型的限制

正1998年,科学家们通过对Ia型超新星的观测研究,发现了宇宙在加速膨胀,揭示了暗能量的存在.该发现使得宇宙学成为当今物理学的研究热点.宇宙学是一门高度依赖于观测事实的学科,利用各类天文观测数据来限制不同的宇宙学理论模型是现代宇宙学的一项重要研究工作.本论文的主要研究内容是利用不同的天文观测来限制宇宙学.这些天文观测包括Ia型超新星、超亮的Ic型超新星、伽玛射线暴、强引力透镜、星系团的角直径距离以及星系年龄.本文第1章简要回顾     

地基光学天文望远镜新进展

天文学是人类认识宇宙的一门自然科学,其内容是观测研究各种天体和天体系统的位置、运动、分布、结构、物理状态、化学组成及起源演化规律等。中国古代人们就对天文和宇宙有了一定的认识,从古人对字宣的定义“四方上下曰宇,往古来今曰宙”,可以看出字宙包含了所有的空间、时间、物质和能量。而现代天文学的主要分支包括天体测量学、天体力学、天体物理学、天文学史。     

等离子天体物理学与现代等离子体宇宙观

现代科学表明宇宙中99%以上的可观测物质都处于等离子体状态,从小尺度的微观粒子动力学集体过程与能量转换机制到大尺度的宇宙等离子天体结构状态与爆发活动现象,都是等离子天体物理学的研究课题.从宇宙演化历史、大尺度结构形成以及爆发活动现象等方面,系统地论述了等离子天体物理学在现代天文学发展以及现代等离子体宇宙观形成中的重要作用.同时,结合空间卫星科学探测研究及其对现代天文学的巨大影响,进一步阐述了地球磁层和日球层等空间等离子体实地探测研究在等离子天体物理学研究中所扮演的“天然实验室”的独特作用.     

《天文爱好者》征稿启示

《天文爱好者》是由中国天文学会和北京天文馆联合主办的天文学科普杂志,目前为双月刊,明年起恢复为月刊。现开辟有宇宙信息、宇宙学、太阳系空间探测、宇宙画廊、追星一族、星空漫步、天文信箱、星空有约、天象观测、少年天文、观测角、爱好者之页、网络天文、天文奥赛等栏目,欢迎广大天文专家和爱好者投稿。来稿力求通俗易懂、生动活泼,篇幅不超过4000字,请勿     

追逐类星体(27) 黑洞——类星体的发电机(5)

黑洞也可以蒸发天文学的发展遵循着一条规律:观测、理论、再观测、再理论……这大概也是任何一门自然科学的发展规律,只不过天文学表现得更为突出,而在漫长的发展过程中,观测又始终是天文科学的真谛。因此,天文学又被称为是一门观测的科学。黑洞的观测证据越来越丰富,黑洞对宇宙的威胁也越来越严重。理论天文学家必须出来释疑,让黑洞不仅能吃进去,还要吐出来。吐出来的困难在于黑洞的引力太强,在黑洞的视     

奇妙的地转星旋

天文学是一门以观测为基础的科学。古时候,人们仅凭肉眼观察星空和天体。17世纪初期发明了天文望远镜,但是还没有摄影术,人们用笔和纸把观察到的天象记录下来。19世纪中叶,摄影术发明以后,很快就被应用到天文观测中,成为天文观测的重要手段之一。100多年以来,摄影术不仅帮助天文学家获得了许多新的发现,推动了天文学理论研究的深入发展,而且还给人们留下了大量的集科学性和观赏性于一体的优秀天文图片,成为天文学历史中一颗颗璀璨的明珠。我们给读者推出这个新栏目,是要从那如汪洋大海般浩繁的天文图片中选出一些精品介绍给大家。这一幅幅精品图片,就好比是宇宙天体向我们敞开的一扇扇小小窗口。透过这一扇扇小窗口,我们能够窥视到宇宙天体的许多奥秘。     

异彩纷呈的观测宇宙学

近年来,观测宇宙学异彩纷呈,取得前所未有的进展,不仅解决了困惑人们多年的许多问题,而且证认出一些宇宙基本特征。宇宙学的发展得益于两个因素:观测技术的进步和理论研究的发展。两个领域的相互促进,造就出宇宙学的美好春天。 崭新的研究设备 最近10年来,宇宙学中出现了一批全新的研究工具,如"哈勃空间望远镜",地面巨型光学望远镜,超大     

紫金山天文台“太阳和太阳系等离子体”组研究工作简介

在过去的半个多世纪里,天文观测技术取得了“从可见光到全波段”观测和“从地面到空间”观测这两个方面的重大突破,不仅极大地开拓了天文学研究的新视野,也使整个天体物理学的研究方向发生了重大转变。从对稳恒天体及其天体系统的稳态平衡结构及其长期宇宙学演化规律的研究转向了对宇宙弥散介质的动力学过程的研究和活动天体的爆发现象、正常天体上的活动现象等高能爆发活动及其瞬变动力学演化过程的研究。宇宙各类天体的能量驱动来源大体上可以分为三类：天体物质坍缩过程中释放的引力势能、恒星内部核燃烧释放出的核能和各种磁天体环境中等离子体-磁场相互作用释放的磁能。     

超新星宇宙学的观测与研究进展

超新星在宇宙学研究中起着重要的作用,2011年的诺贝尔物理学奖就颁给了利用Ia型超新星为探针发现宇宙加速膨胀的天文学家。首先,通过详细介绍超新星宇宙学研究的物理原理和发现宇宙加速膨胀的观测与研究,讨论了宇宙加速膨胀发现过程给予当前研究工作的启示。然后,回顾超新星宇宙学研究在近10多年来的进展和主要成果,分析了当前所面临的主要问题与挑战。最后,对国内外超新星宇宙学研究中超新星观测研究的大型项目情况进行了全面回顾与介绍,讨论和展望了超新星宇宙学研究工作的方向。     

BATC大视场多色巡天的成果

天文学从本质上讲是一门以观测为基础的科学,其发展在很大程度上依赖于对尽可能多的样本进行尽可能多的观测为基础建立起来的统计规律。不夸张地说,天文学的发展史实际就是一部巡天史。所谓“巡天”,就是对特定的目标天区或全部可见天区进行有目的的仔细巡查。这个看上去笨拙朴素的方法,恰恰是人类与宇宙对话的最佳途径。从第谷的肉眼观天到赫歇尔开创恒星天文学,从皮亚齐发现第一颖小行星到汤博邂逅冥王星,从声名赫赫的SDSS（斯隆数字巡天）到正在实施的“盖娅”（Gaia）计划,尽管目标大小不同、手段有高下有别,但是这些名留青史的天文学家和项目组付出了巨大艰辛所做的,其实都是同一件事,就是翻来覆去地一遍遍对宇宙进行各种普查,而我们今天获得的几乎所有天文知识也正来源于这样的普查。     

非微扰的极早期宇宙现象学: 共振的原初扰动与非高斯尾巴

在精确宇宙学的时代, 多信使、高精度、小尺度的宇宙学观测在帮助人们从更加深刻的层面理解宇宙极早期的同时, 也给基于线性近似和微扰展开宇宙学扰动理论带来了新的挑战. 近年来, 对原初引力波和原初黑洞的搜寻使得研究人员们对早期宇宙在小尺度上的非线性非微扰过程产生了浓厚的研究兴趣. 综述了在宇宙学小尺度上关于原初黑洞产生以及引力波研究取得的诸多进展, 重点关注了使用Mathieu方程的共振效应来研究小尺度功率谱放大以及诱导产生可观测的原初引力波的方法. 此外, 还尝试探讨了非高斯尾巴对原初黑洞形成的影响. 发现Mathieu方程所具备的共振效应可以提供一种有效的方法来刻画原初宇宙中小尺度的非微扰动力学过程, 从而能够更好地理解原初黑洞的形成以及相关的引力波产生机制. 同时, 非微扰的非高斯性在原初黑洞形成中可能会产生不可忽视的影响.     

基于红移畸变测量宇宙结构增长率的进展

星系红移巡天的一个主要目标是依据光谱红移测距,详细刻画宇宙中星系的三维空间分布。由于星系本动速度的存在,红移空间的星系分布存在着严重畸变,在大小尺度上有着不同模式的各向同性偏离。通过对红移畸变的观测研究,人们可从中获取速度场的信息,因此,红移畸变已成为暗能量探测的重要探针之一,为检验宇宙学尺度上的引力模型提供帮助。当前星系红移巡天项目已经取得了非凡成功,为人们提供了详细的星系空间分布数据。人们据此测量了星系的相关函数和功率谱,提取了精确的红移畸变信号,并通过模型拟合限制出了一批不同红移处宇宙结构增长率的估值,为探索宇宙尺度的引力模式提供了数据支持。主要介绍红移畸变模型、星系红移巡天观测和宇宙结构增长率测量等研究进展。     

红外天文卫星及其空前的科学成就

空间天文学诞生的四十多年来,极大地影响了人类对宇宙的认识。通过空间望远镜来观测星空是空间天文的一个非常重要的组成部分,它使得我们的视野更为广阔。所以,我们有必要认识一下这几十年来对现代天文做出了重大贡献的空间望远镜。     

暴胀学说的两则副产品

这篇短文介绍的是两位暴胀宇宙学说的创始人古思(Alan Guth)和林德(Andrei Linde)分别提出的免费午餐宇宙(Free Lunch Universe)和磁单极宇宙(MonopoleUniverse)。 免费午餐宇宙 1971年,天文学研究员格里宾(John Gibbin)提出我们的宇宙可能位于一大黑洞之内的设想。     

空间激光干涉引力波探测与早期宇宙结构形成

空间引力波探测是研究宇宙早期恒星演化和星系形成、黑洞和星系的共同成长等天文学和宇宙学重大问题的一条重要可能途径。经过两期科学院先导科技专项空间科学预研究课题的开展,通过权衡技术的可行性与科学的前瞻性,选择以高红移开始的中至大质量双黑洞并合系统、星团等稠密动力学环境中涉及中等质量黑洞的双黑洞引力波波源为主要科学目标,给出了我国毫赫兹至赫兹频段空间引力波探测任务计划的初步设计。以该任务设计建议为依据,简要介绍空间引力波探测及其作为一种新的天文观测手段的科学内涵,以及我国空间引力波探测任务设计的科学目标和探测潜力。     

宇宙微波背景辐射的观测和理论

介绍了有关宇宙微波背景辐射（ＣＢＲ）观测和理论研究的最新进展。叙述了基于ＣＯＢＥ卫星的观测宇宙学,包括对背景辐射谱,各向异性的观测结果及其理论意义;并系统介绍了ＣＢＲ各向异性形成的种种机制;展望了下一代宇宙微波背景探测器（ＭＡＰ和ＰＬＡＮＣＫ）的科学目标和主要技术参数。     

宇宙再电离时期的kSZ效应和X射线背景与21 cm信号的互相关研究

正宇宙再电离是宇宙从黑暗时期到完全电离过渡的重要阶段,也是宇宙学研究的一个非常重要的课题,但是目前为止人们对宇宙再电离仍然缺乏足够精确的观测,其中最大的问题是微弱的有效信号往往淹没于巨大的前景噪声中因而很难提取出来.本工作中研究了宇宙再电离时代的动力学苏尼阿耶夫-泽尔多维奇效应(Kinetic Sunyaev-Zel’dovich, k SZ)、X射线背景以及与中性氢的21 cm信息的互相     

Ia型超新星前身星模型及其相关天体研究

Ia型超新星具有可校准的光度,可当作标准烛光,用来测定宇宙学距离,从而探索宇宙的形状.然而,Ia型超新星的前身星仍不清楚,这将直接影响当前宇宙学结果的可靠性.本文在Ia型超新星前身星模型及其相关天体方面做了系统性的工作,下面是我们取得的一些主要的研究结果:(1)近年来人们观测发现,约有一半的Ia型超新星的延迟时标小于100 Myr(Ia型超新星的延迟时标是指从恒星形成后到发生超新星爆炸的时间间隔).这些超新星是怎么来的?为解决这一难题,我