射电天文学导论  031M5003H

学期:2017—2018学年(春)第二学期 | 课程属性:专业普及课 | 任课教师:韩金林
授课时间: 星期五, 第9、10、11节
授课地点: 教1-114
授课周次: 3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16
课程编号: 031M5003H 课时: 40 学分: 2.0
课程属性: 专业普及课 主讲教师:韩金林
英文名称: Method of Radio Astronomy

教学目的、要求

适用天文和天体物理相关专业、天文仪器和方法专业的硕士生或博士生作为专业基础课。通过本课程学习,学生应该理解那些宇宙天体发射无线电波,即有射电辐射,这些天体如何辐射射电和谱线,如何观测和理解天体的射电辐射,理解单天线射电望远镜和综合孔径射电望远镜的原理和观测方法。本课程对从事天文和天体物理的研究工作、天文仪器的研制工作等具有非常强的指导作用。

预修课程

数学物理方法、电磁场理论

教 材

B.F. Burke & F. Graham-Smith 著《Introduction to Radio Astronomy》,剑桥大学出版社,英国剑桥2002。

主要内容

1. 射电天文概论:
天文学研究那些目标?当今天文研究的主要手段;射电天文研究什么;为什么要用无线电波研究天体?天体的光学图像与射电图像有什么区别?过去用射电天文手段揭示了那些宇宙中重大的现象,得过几项诺贝尔奖?世界上大型射电望远镜有那些?中国有那些大射电望远镜?
2. 天体的射电辐射机制:
宇宙中那些天体辐射射电?射电辐射有几种可能的机制:热辐射,自由自由辐射,谱线,脉泽,同步辐射,脉冲星的辐射。讨论各种天体产生射电辐射的主要辐射波段。
3. 单天线射电望远镜
射电望远镜的基本组成;各个部分的功能是什么?射电望远镜天线有那些类型?天线的各种形式;射电望远镜天线的安装形式有那些?接收机的基本原理;单天线望远镜的性能描述:方向束,分辨率和灵敏度;射电望远镜的分辨率是由什么决定的?射电望远镜的灵敏度是由什么决定的;
4. 单天线射电望远镜的点源和延展源的观测
点源和延展源的概念;点源的扫描观测和望远镜的方向束;观测校准过程;延展源(银道面巡天)观测的步骤。补:射电信号偏振描述方法。
5. 脉冲星
复习单天线望远镜的结构。脉冲星的基本介绍;脉冲星信号的基本特点;如何搜寻未知脉冲星;脉冲星的单脉冲观测结果;脉冲星的脉冲轮廓;利用脉冲星探测星际介质;脉冲到达时间测量及其应用。
6. 宇宙微波背景CMB
大爆炸宇宙模型;宇宙微波背景的发现;宇宙微波背景的COBE测量;宇宙微波背景的BOOMERANG测量;宇宙微波背景的WMAP测量;宇宙微波背景的PLANCK测量。宇宙微波背景测量的有几个里程碑?测量宇宙微波背景的关键设备是什么?如何利用宇宙微波背景研究宇宙学?世界上宇宙微波背景测量的下一个关键设备是什么?有什么重要突破?
7. 射电望远镜阵---干涉成图
单天线望远镜的性能限制;射电望远镜阵的分辨率和灵敏度是由那些因素决定的;射电望远镜组阵基本原理;各种射电望远镜阵介绍;空间谱UV覆盖和干涉成图;观测成图过程示例。射电望远镜阵成图的基本原理;什么叫脏图?如何对脏图进行“洁化”;干涉仪与VLBI阵的相同点是什么,区别是什么;世界上有那些有名的射电望远镜阵。
8. 星系和宇宙中的中性氢HI
HI的谱线是如何发射出来的;HI谱线物理和观测表征;观测HI或吸收能够推出云团的那些物理特征;旋涡星系特别是银河系中HI的分布是怎样的;观测星系的HI能够揭示星系怎样的物理内涵;如何利用HI可以研究宇宙学;目前国际上有那些HI巡天;利用HI谱线进行天体物理研究;银河系HI结构;邻近星系的HI图像;邻近星系的旋转曲线和暗物质分布;相互作用星系的HI示踪;利用Tully-Fisher关系研究宇宙学;暗星系HI的搜寻;宇宙尺度的HI:21CMA巡天
9. 分子云
研究分子云的科学意义;分子云是如何形成的?分子云的物质组成是什么?如何观测分子云?在那些波段观测最好?分子云发出那些谱线?观测分子谱线能够揭示那些分子云的物理内涵?不同分辨率观测能够分别揭示分子云的那些特征?不同尺度和密度的分子云是如何保持动态平衡的?分子云为什么能够在核心形成恒星?恒星形成区的观测特征是什么?分子谱线的产生;谱线物理; 子云的CO探测; 子云的磁场
10. 恒星形成区
银河系中的气体、分子云、恒星星形成区;分子云为什么能够在核心形成恒星?小质量恒星形成有那些过程?大质量恒星形成有那些可能的途径?恒星形成区的观测特征是什么?恒星形成区可以观测到那些谱线?大质量恒星形成的可能过程;云核的连续谱观测和SED;恒星形成区物理的谱线诊断
11. 专题讨论
1)行星的射电辐射特征:太阳系的行星;系外行星;辐射机制
2)恒星的射电辐射特征:太阳的射电辐射;多波段辐射与辐射区;恒星射电辐射的产生机制;恒星射电的观测手段和观测现状;将来恒星射电研究的趋势
3)星系核:星系中心的黑洞;吸积和喷流;射电喷流的两种表现:FR1和FR II;喷流产生的机制;喷流的磁场和诊断
4)星系团的射电特征:团星系的射电;射电晕;射电化石源于星系团碰撞

参考文献

1. 姜碧沩 译, 《射电天文工具》, 北京师范大学出版社, 北京 2008
2. 王绶琯,吴盛殷,崔振兴,阎元宜等编著,《射电天文方法》,科学出版社,北京 1988

教学方式:课堂讲授和讨论

方式考核:开卷,笔试加口试