篇一：大学天文学论文 仰望星空

大学天文学论文

仰望星空

系别：自动化35 姓名：蔡启阳学号：2130504105 联系方式：1839286035

摘要：天文学、哲学和数学是从人类文明真正诞生起流传至今的最古老的三门学科，可以说人类的文明就是从仰望星空开始。数千年来，对天文学的持续探索促进者我们的科技不断发展；反过来，一代代更新的科技产品又在提升我们探索无尽星空的能力。从光学折射望远镜到射电望远镜，从最早的宇宙岛之争都现在对脉冲星的研究，我们一步步走来，相信也会走的更远。

关键字：观测、星空、望远镜

正文：

仰望星空

人类对天文学的探索，是永恒不变的追求，因而天文学也是贯穿人类文明始终的科学。从远古到至今指导人类生活的历法、在航海时代只因探险者辨明方向的罗盘、和星辰变化密切相关的宗教活动、近代物理学的发展与证明，乃至我们每天时刻关注的测时、守时、授时工作都是天文学直接或间接的产物，都与天文学息息相关，可以说没有天文学的不断进步就没有如今的人类文明。

天文学对人类文明如此重要，那他又是如何发展的呢？一切从仰望星空开始。何以望天

因为天文学研究对象是大气层以外的天体和宇宙中的一切时间、空间变化，天文学的发展离不开天文观测，那么从古至今人类的观测手段有怎样的演变呢？

光学望远镜

从远古开始到欧洲文艺复兴时期，人类主要的观测手段就是肉眼观察与记录，观测的天体范围也很小，只有一些彗星、恒星和太阳系内的行星。漫长的时间里我们只能不断靠一代代的传承积累来掌握形体运行出现的规律，可以说是一直在积累阶段。虽然人类也发明制造了浑天仪等一些天文研究仪器，但只是有助于人类对天体运行规律的推演，对天体观测并没有太直接的作用。从之后的文艺复兴开始，由于科技的不断发展，伽利略制造了人类第一台光学望远镜人类开始使用望远镜来观测。因为光学望远镜进光量大、可接受并储存光子信息而且可以依靠机械追踪来长时间持续观测，大大扩展了人类的观测范围。

光学望远镜的主要任务有两个，一是收集光子，因此光学望远镜的尺寸越大、透光效率越强，单位时间内的进光量也就越大，观测效果也就越好；二是将光子成像，这受到镜面及整个光学系统的加工配置影响。测量星体光度最早用到照相底片，后来使用光电倍增管，之后在两者基础上结合了电荷耦合器件，最终成为成熟的观测手段。在测量恒星分光时，最早用到的是物端棱镜，之后采用了棱镜分光以，再后来则是用光栅摄谱仪，可见我们的观测手段是在不断提升的。

光学望远镜分为折射、反射、折反射三种。折射望远镜最早产生，有视线方向与天体方向一致、寻找星体容易、视场较宽等优点，很受欢迎。但是由于不同波长的光对玻璃的折射率不同，在经过望远镜镜片后不能聚焦从而形成色差，会严重影响望远镜的光学质量。现在大型天文望远镜已经不用折射式，但业余的小型望远镜中折射望远镜依旧很受欢迎。

反射望远镜的物镜是反射镜，最早是用金属打磨而成，后改为用玻璃磨成二次曲面后表面再镀以金属来做反光膜。反射望远镜的优点在于不存在色差，透过物镜的光线也不会被玻璃吸收，但由于轴外像差较大使得周围成像模糊，因此实际使用的反射望远镜都会将视场造的很小。不过由于光学元件加工量小，反射望远镜的造价远远低于折射望远镜，反射望远镜也因此大范围使用，现代大型天文望远镜都是反射望远镜。人类第一架反射望远镜是牛顿制造的。

1931年，德国光学架施密特发明了折反射望远镜，物镜与反射式相似，但是扩大了反射望远镜的视场而且没有色差，不过由于像差也被加大成像十分模糊。改进后的折反射望远镜在球面镜球心位置加了一片改正透镜，再把焦平面考虑诚球面，使得望远镜成像质量有了很大提升。

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（1）第一个画面：宇宙温度为1011K，充满着数量丰富的粒子，包括电子及其反粒子、正电子、光子、中微子。在第一个画面中，宇宙的密度非常大，逃逸速度也相应变大，宇宙膨胀的特征时间约为0.02Si。其中，最重要的反应是：反中微子+质子?正电子+中子；中微子+中子?电子+质子。假设中微子与反中微子、正电子和电子数量都相差不多，质子转化为中子和中子转化为质子的速度也就相差无几，质子数和中子数大致相等。

（2）第二个画面：宇宙温度为3×1010K，宇宙中的主要成分的粒子仍处于热平衡状态，还没有质的变化。因此，能量密度按照温度的

四次方下降。此过程使宇宙膨胀的特征时间延长了约0.2S。随着温度降低，中子转化成质子更为容易。核粒子平衡变为38%的中子和62%的质子。

（3）第三个画面：宇宙温度降为1010K，中微子和反中微子不再处于热平衡状态，开始像自由粒子那样运行，不再在“大爆炸”中起到作用。温度不断降低，核粒子平衡也转变为24%的中子和76%的质子。

（4）第四个画面：宇宙温度为3×109K，此时温度比电子和正电子的阈值温度低，它们开始迅速湮没，并在湮没中释放大量能量，使得宇宙温度降低的速度减缓。虽然温度比较低，但各种稳定的核不会立即产生，因为这需要先形成氘，经过一系列反应形成稳定的寻常氦核。而在这个温度下，氘核一形成便会爆炸。因此不能形成稍重的核，中子仍在缓慢地转化为质子，平衡变为17%的中子和83%的质子。

（5）第五个画面：宇宙温度为109K，此时离第一个画面已经过去了3分02秒。大部分电子和正电子都已经湮没消失，剩下质子、中微子和反中微子。温度已经低至能使氘、氦三和寻常氦核结合在一起，但“氘瓶颈”仍然存在。在第五个画面稍后不久的某个时间，温度不断降低，突破了“氘瓶颈”后，能迅速形成较重的核。但因还存在其他瓶颈，没有大量形成比氦重的核。在这个温度下，其余剩下的中子都反应成了氘核。

（6）第六个画面：宇宙温度为3×108K。电子和正电子基本完全湮没。核进程停止，大多数核粒子结合成氦核，或变为自由质子。

宇宙，就是在这短短的三分多钟里，发生如此多的反应，基本形成了这个宇宙并存在了这么长的时间直到人类的存在并发掘到这个理论。毫无疑问，宇宙将会在一段时间内这样一直膨胀下去。但到了最后，宇宙到底是会继续膨胀下去还是当宇宙密度大于临界值后开始加速收缩？我们并不得而知。至少，在当下，我们知道我们所存在的宇宙的起源，不至于当宇宙开始收缩时毫无察觉。更何况，在以后我们会发掘出更多关于宇宙的秘密。而对此，我们可以充满期待。 i“膨胀特征时间”为宇宙规模扩大1%所需时间长度的一百倍。