【李向东】天体辐射机制(2019-09-27)

栏目:宇宙星辰 编辑:哈密网 时间:2021年06月27日 16:13:19

主题:天体辐射机制大部分正常恒星的连续谱可以用黑体辐射来近似地表示,也就是普朗克辐射,所以这是天体物理中的一个最基本也最重要的概念。平常在解释宇宙学的科普书和科普文中,我们会经常看到光谱这个词,比如星系(光谱)红移、宇宙微波背景辐射、引力(光谱)红移等等……不单如此,对黑体辐射谱的研究直接催生了量子论,并最终建立了现代两大基础力学之一的量子力学。

时间:2019-09-27 21:00

主题:天体辐射机制

讲师:Charon

参考资料:李向东老师的《普通天文学》,郑广生老师的《高能天体物理学》。

关键词:成像、光谱、连续谱、发射线、吸收线、普朗克辐射、基尔霍夫定律、维恩近似、瑞利-金近似、维恩定理、斯捷潘-玻尔兹曼定理、亮体温、有效体温、有色体温、目视星等、颜色指数、绝对星等、氢原子谱、禁线、谱线频移、谱线湍流。

可以讲一门关于天体辐射机制的课程,但我们明天将简要介绍最基本的东西。可能会涉及到一些公式,可以根据自己的情况学习或跳过。

人们获取天体信息的渠道有四种:电磁辐射、宇宙射线、中微子和引力波。其中,电磁辐射最为重要。电磁辐射由光子(微粒)组成,光子的能量与频率(或颜色)有关:频率越高(越低),能量越高(越低)。

我们主要研究的数据分为图像和光谱两类。我们使用成像器来获取图像数据。例如下图是同一颗恒星在不同波段的直接成像。

我们对空间进行采样,但接收到的光子的波长范围更广。下图是一个光学红外波段滤光片系统。光子透射率随波长变化,能最好地接收到峰值附近的光子。我们不会区分一个波段内的不同光子,即没有光谱帧率。 . (当然我们现在也会用集成的场谱仪,它既有空间帧率,也有光谱帧率,可以获得三维数据,二维空间,一维光谱频率)

具体仪器和对焦系统的知识似乎在后面。

星体投射英文_星体投射吧_星体辐射

说说对光谱的观察和理解。

我们的波谱通常由三部分组成:连续谱、发射线和吸收线。如下图所示,热的、致密的固体液体和二氧化碳形成一个连续体;热的、稀释的二氧化碳形成排放线;连续体通过冷的稀二氧化碳形成吸收线。

大多数普通恒星的连续谱可以用黑体辐射来近似,也就是普朗克辐射,所以这是天体化学中最基本、最重要的概念之一。

黑体:可以吸收所有外部辐射(无反射)并再次辐射所有的理想天体。

黑体辐射:特定体温下宋体的热辐射。

普朗克定律:温度为T的宋体单位面积、单位时间、单位频率、单位立体角发射的能量为:

短波和长波中黑体辐射的近似方法分别有两种:短波近似也称为维恩近似,长波近似也称为瑞利-金斯近似。因此,在短波波段,黑体辐射与湿度呈线性关系。

维恩定理(维恩位移定律)是宋体辐射峰值处波长与湿度的关系。黑体温度越高星体辐射,辐射波长越短。

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下图显示了不同天体的热辐射:显示了温度与峰值波长的关系。

Stepan-Boltzmann 定理:我们对 Courier 辐射频率进行积分得到总辐射硬度,然后对接收面积进行积分得到总能量硬度,它与温度的四次方成正比。

下面简单介绍一下天文学中的几种温度:

明亮温度:假设天体只从时代广场辐射,根据普朗克公式根据总流动的硬度计算出的体温。如果亮温异常高,实际上可能含有非热辐射。在无线电频段,我们可以使用 Rayleigh-Kings 近似:

有效温度:与宋体辐射的总光度有关。

亮空气温度与有效体温的区别:亮空气温度取决于光子频率,与有效温度无关。为了确定有效体温,我们必须知道源的大小。

色温:与天体不同波段的相对辐射有关,反映天体颜色的差异,与光谱类型有关。

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亮温和有效温度都取决于光源的大小,但色温只取决于波谱的形状,所以色温和有效温度可能相差很大。

我们来谈谈下面星星的大小。

光度L:单位时间内天体辐射的总能量,即天体的固有量。亮度F:月球上单位面积单位时间内天体接收到的辐射量。表观色温取决于三个因素:天体的光度、距离以及星际物质对辐射的吸收和散射。震级分为视震级和绝对震级。

Visual Magnitude:古埃及天文学家 Hipparcos 首先建立了一个系统来表征公元前 150 年左右恒星的照度(1 等至 6 等星)。幅度越大,表观色温越低。在此基础上,天文学家完善了星等系统,定义了5等星等的天体相差100倍,即每1等星等,亮度差(100)1/5= 100.4≈2.512次。

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