天文領域與五十年前相比有何大的進步?
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基本上今天天體物理概論中70%的內容都是過去50年發現的,
很多學科例如黑洞,地外行星,太陽系行星探索,宇宙學,星系形成,緻密天體學,
天文分子譜線學,都是在過去50年里經歷從無到有到精確的發展.
以宇宙學為例,重要發現包括但不限於:
1964年
Penzias和Wilson發現溫度為的3K微波背景輻射
1965年,Erast
Gliner, 1980年代Alan,
Guth, Andrei
Linde
提出了宇宙暴脹理論
1977-1982,CFA 巡天,Marc.Davis等人主導,開展了第一個現代大型星系巡天,在CFA巡天中,瑪格麗特.蓋勒等人發現巨型的宇宙結構——宇宙長城,和宇宙空洞。
1989年,COBE衛星升空,
由John
Mather領導的團隊確定了微波背景輻射的黑體譜性質,並發現了微波背景輻射圖上的溫度起伏,這些起伏是宇宙中星系形成的種子(2006年諾貝爾獎)
WMAP衛星,
2001年升空,將宇宙學帶入了精確科學時代
1983-1988,
利用計算機數值模擬技術,Marc.Davis,
Simon.White以及Carlos.Frenk,
George Efstathiou研究了宇宙結構形成。他們的研究顯示,宇宙的結構形成應該由冷暗物質主導。
1998-1999,Saul
Perlmutter和Brian
Schmidt領導的獨立小組相繼發表了他們最新測量的超新星紅移距離關係。這兩篇突破性的文章明確的顯示宇宙學常數不為零,這說明我們生存在一個加速膨脹的宇宙中,並且這個宇宙中存在大量的暗能量
Hubble望遠鏡,
2001-2005年,
精確測量了哈勃常數
2000年左右,宇宙學LCDM模型確立,天文學家開始廣泛相信宇宙中暗能量占質能總組分的約70%,暗物質占約30%
SDSS巡天,
2000年至今,繪製近鄰宇宙的星系總圖
Hubble望遠鏡,
2012, 超級深場觀測(Hubble
eXtreme Deep Field), 顯示了人類在光學波段能觀測到最遠的宇宙
.....
這是一本出版於1961年的射電天文…
天文學史 1965-1989
1965年,彭齊亞斯和威爾遜發現宇宙微波背景輻射;美國諾伊吉保爾-馬爾茨和萊頓等發現紅外星,如天鵝座NML、金牛座NML等,證實黃授書的理論預言;美國發射「阿波羅1號」宇宙飛船,法國發射第一顆人造地球衛星;蘇聯宇航員列昂諾夫第一次在太空艙外活動。
1966年,蘇聯「月球9號」探測器在月球上軟著陸;蘇聯上一年發射的「金星3號」於3月1日在金星上軟著陸;蘇聯發射第一顆環繞月球的月球衛星「月球10號」;美國也發射「月球軌道環行器1號」環繞月球飛行並發回傳真照片。
1967年,英國休伊什和貝爾發現脈衝星,使用休伊什設計的有2048個天線的大天線陣;加拿大和美國建成甚長基線射點干涉儀;從本年起,國際計量委員會決定以原子時代代替曆書時作為計量時間的標準。 1968年,美國加利福尼亞大學觀測到星際水分子、氨分子的微波發射;波多黎各阿雷西博的天文學家在蟹狀星雲中探測到一顆脈衝星;美國R.戴維斯發現了太陽中微子,他製作了特殊的中微子探測器;美國發射的「水手6號」、「水手7號」由火星附近發回傳真照片;美國發射「阿波羅8號」第一次載人環月飛行;美國發射「軌道天文觀測站」OAO衛星,其中OAO 於12月發射,帶有11架望遠鏡,對5萬顆恆星紫外輻射取樣。
1969年,美國探測到宇宙中甲醛分子微波輻射;美國「阿波羅11號」登月艙降落月面,阿姆斯特朗和奧爾德林成為最早登上月球的人。
1970年,前蘇聯製成口徑6m的反射望遠鏡,安裝於高加索帕斯多克霍夫山上;前蘇聯發射的「金星7號」第一次實現在金星上軟著陸;日本發射第一顆人造地球衛星;美國發射觀測X射線的「自由號」人造衛星。
1971年,前蘇聯發射第一個載人空間軌道站「禮炮1號」;前蘇聯發射的「火星3號」在火星上軟著陸;英國發射第一顆人造地球衛星;西德製成直徑100m有跟蹤裝置的大型射電望遠鏡;美國「水手9號」進入環繞火星的軌道,繪製了空前完善的火星圖。 1972年,美國發射「先驅者10號」空間探測器。1973年飛掠木星,發現木星磁層與輻射帶,它將飛離太陽系;美國發射「地球資源技術衛星1號」。
1973年,美國克萊比塞得、斯特朗等人分析衛星資料發現宇宙γ射線爆發。
1974年,美國發射的「先驅者11號」飛掠木星極區,它與「先驅者10號」先後探測了木星及其衛星,發回了照片,在木衛一上發現鈉雲包圍;美國發射的「水手10號」經過水星,送回酷似月球的水星照片,發現水星磁場。
1975年,前蘇聯巴布希金娜等人發現宇宙X射線爆發;前蘇聯「金星9號」和「金星10號」行星探測器在金星軟著陸,發回第一批傳真照片。
1976年,國際天文聯合會通過決議,從1984年起,天文計算及天文曆表的時間單位,均以原子秒為基礎;美國發射的「海盜1號」、「海盜2號」在火星上軟著陸;美國研製成由六塊1.83m直徑反射鏡面組成的多鏡組合望遠鏡,安裝於亞利桑那洲霍布金斯山上。
1977年,美國、中國、印度和澳大利亞分別發現天王星光環;美國發射星際探測器「旅行者2號」和「旅行者1號」,又發射了「高能天文台衛星1號」;英國建成3.81米紅外天文望遠鏡。
1978年,美國J.H.泰勒等宣稱從雙星PSR1913+16的軌道周期變率中,證實廣義相對論預言的引力波存在;美國克里斯蒂發現冥王星衛星;美國發射「高能天文台2號愛因斯坦號「,並從該衛星接收到第一張X射線星-天鵝X-1的照片;加拿大阿爾貢昆天文台發現星際分子氰基鋅炔(HcaN),到此已發現47種星際分子,它是分子量最大的一種;美國麥克馬洪發現的小行星也有衛星;美、意都觀測到天鷹座SS433光譜的相對論性特徵。
1979年,世界無線電行政大會決定用「協調世界時」代替「世界時」作為通信領域中的國際標準時間;3月5日9顆衛星都接收到大麥哲倫星雲方向的宇宙γ射線暴;「旅行者」飛掠木星發現木星光環,木衛一有火山活動;美國發現雙類星體;美國在夏威夷的紅外天文望遠鏡建成。 1980年,印度發射第一顆人造地球衛星。
1981年,美國建成由27面25m天線組成的甚大天線陣綜合孔徑射電望遠鏡。
1982年,歐洲南天文台觀測提出類星體是星系核。
1983年,美國發射「挑戰者號」太空梭;「先驅者10號」穿越海王星軌道;1月份發射的紅外天文衛星(IRAS)發現織女星周圍有隕星物質環,另一類似的天體是北落師門(南魚座α);「旅行者號」探測資料表明土星有長6.4萬千米的巨大的大氣閃電暴;美國夏威夷大學認為海衛一有液氮海 ;日本赴印尼日食觀測隊記錄到太陽周圍有一雙塵埃環,可能是向太陽旋進的宇宙塵。 1984年,在美國召開的中微子討論會上宣布,測到的中微子流量比理論預期值小的多;測出1981年德國發現的類星體S50014+81比銀河系亮10萬倍;1982年西德編的激變變星總表在1984年增訂了第三版;美國邁克唐納天文台證實獅子座白矮星PG1116+158是脈動白矮星;美國亞利桑那大學用4m光學望遠鏡配合紅外CCD裝置發現蛇夫座三合星烏爾夫630的子星VB-8有3080個木星質量的行星型天體,是由美籍比利時人范.比斯布魯克發現的;美國在智利的拉坎潘涅天文台用2.5m的望遠鏡配上CCD發現海王星自轉周期17h50m;美國宇航局出版《紅外源總表》。
1985年,拉帕瑪天文台落成,是西班牙、英、丹麥、瑞典、荷蘭、愛爾蘭等6國共有,在非洲西北大西洋迦納利群島內;第二版類星體新總表出版,有94個有CO分子雲的星系;前蘇聯出版《變星總表》第四版,有28,450個變星和變光天體;美國用2.7米望遠鏡拍的水星光譜發現水星大氣中有鈉;美、前蘇聯金星探測器資料表明金星有火山活動;國際紅外天文衛星巡天「IRAS」點源總表出版,載25萬個紅外點源;美在波多黎各的阿雷西博射電望遠鏡改建,計劃將口徑擴大到365m。
1986年,在玉夫座測得類星體0064293退行速度達到光速的93%;「IRAS」發現牧夫座類星體13349+2438是紅外類星體;1985年11月國際天文學聯合會33專業委員會將太陽的銀心距修訂為8.5千秒差距(合28,000光年),太陽繞銀心圓軌道速度修訂為220km/sec;第一次用振幅干涉測量技術測出天狼星角直徑5.63+-0.08毫角秒;根據1985年6月7日掩星觀測,1986年宣布海王星有一個半徑64,000km,寬1315km的固態物質弧環;發現了第6個雅典族小行星,它們的平均半長徑α≤1天文單位;空間探測表明,惠普提出慧核臟雪球學說符合觀測實際;西德研製出3.6m光學/紅外望遠鏡,安裝在西班牙卡拉.阿托天文台;「旅行者2號」於1月份飛掠天王星,得知天王星有11道光環,15個衛星。
1987年2月23日,在大麥哲倫星雲中發現了超亮新星,5月下旬達到極大亮度2.8等被稱為二十世紀最重大的天文事件;歐南天文台維隆夫婦發表類星體總表第三版,載星3,594個,美國伯比奇和海維特發表的新版類星體總表,載星3,594個;多用色測光法發現紅移達4.43的類星體是玉夫座Q0051-279;IRAS00257-2859是第一證實的紅外類星體,1986年發現的13349+2438未找到光學對應體,而這一類星體是17m.1星,有6cm,20cm兩個波段探測到的射電輻射;1987年發明了比較12微米遠紅外輻射流量和表面亮度的間接方法測量恆星直徑,測定了金牛δ、金牛а、雙子β、長蛇а、牧夫а、巨蛇а、天龍γ等7個紅巨星、紅超巨星的直徑;澳大利亞64米射電望遠鏡在小麥哲倫雲中發現第一個脈衝星;發現太陽中微子流量與太陽黑子11年周期可能有反相關係;美國宇航局紅外望遠鏡從冥衛一光譜中發現冥衛一表面有冰水存在;1987年有兩架口徑15米波望遠鏡建成,一台在夏威夷,一台在智利;墨西哥卡納阿天文台於1986年10建成2.16米光學望遠鏡;英國的4.2米光學/紅外望遠鏡建成,1987年6月1日安裝於大西洋中帕爾馬島上;1986年下半年,首次實現了地空基線射電干涉測量,地面是日本和澳大利亞的射電望遠鏡,空間是美國宇航局的TDRS衛星。 1988年8月,1987年A超新星的亮度已從2m.8降到10m.3,確認為是II型超新星,γ譜線加寬程度表明膨脹速度為1,300+-300千米/秒,56CO→56Fe的放射性衰變是極大亮度後的主要能源,其前身處在紅超巨星時拋射的塵埃物質現在成為環繞超新星的兩個完整的光環;測出IRAS09104+4109是90%能量在紅外波段輻射的紅外星系;發現牧夫天區H1413+117是一個四合類星體;6月7日11月25日,火星上兩次出現大風暴;射電探測海王星磁場其強度為地球磁場的2倍;歐洲空間局的「喬托」探測器測出哈雷慧星約2天自轉一周;歐南天文台研製出3.5米口徑的地平式望遠鏡新技術望遠鏡NTT;美國安格爾發明旋轉法鑄鏡,鑄成直徑3.5米的鏡面;發現冥王星表面上3,200千米處仍有大氣,並有甲烷。
1989年,大麥哲倫星雲超新星1987A到本年已有最亮時2m.8降到15m,亮度僅為最亮時的六萬分之一,僅有一個國際科學家小組稱1月18日用4米望遠鏡觀測到它的脈衝星信號,脈衝周期0.508毫秒,但另外一些小組重複同樣的方法未能檢測到;發現1987A爆發前是藍超巨星SK-69202,可能是一顆雙星,另一顆子星是V=13m.4的黃超巨星;歐南天文台維隆夫婦發表類星體總表第四版,載星4,394個,其中類星體4,169個,伯比奇等人發表1987年新總表的補編,使類星體總數達3,671個;美國帕洛馬天文台用CCD棱柵分光技術發現的類星體PC1158+4635的紅移達4.73,退行速度達光速的94%;新的銀心距修訂值為7.5+-0.9千秒差距(24,000光年);澳大利亞64米射電望遠鏡探測到從銀核射出噴射結構,沿垂直銀道面的方向,伸展達25度;前蘇聯行星探測器「火衛-2號」確認火衛一、火火二都類似於富碳小行星;首次用3.6米光學/紅外望遠鏡在地面上檢測到木星大氣中氫分子離子H3+;英國紅外望遠鏡UKIRT在木星和土星紅外光譜中首次證認出砷分子AsH3;「旅行者2號」飛掠海王星,確認它有很厚的甲烷大氣,高云為甲烷凝聚物,低云為碳化氫,海衛一上空有火山雲,檢測出海王星有5個光環,8個衛星;8月8日歐洲空間局研製的「伊巴谷」天體測量衛星發射,將測12萬顆星的位置、視差和自行;美國發射「麥哲倫號」金星探測器,可環繞金星飛行繪製金星地貌圖;美國發射「伽利略號」木星探測器。
五十年這個時間點選得不錯,卡了1960年代天文四大發現的時間點,要是說六十年前,那進步更大得去了
總的來說,五十年里,我們最歸根結底的進步就是實現了在不同波段(顏色)下觀測宇宙。
舉個例子,來自NASA的多波段銀河系圖像:-------------------具體的來說-------------------
提起天文領域的進步的細節,無非體現在三個方面:看(觀測),寫(記錄) ,算(測算)。可是「五十年前」是好大的一個範圍,所以分三個階段說起來:第一階段.----------------距今5000萬-1萬年之間:祖先進化雙眼,存粹是「看」----------------有沒有想過,我們的肉眼為什麼能看到我們現在能看到的世界,而不是能看到紫外線、無線電波呢?其實,這還要拜祖先在地球表面活動所賜!(行將消失的行當:打鐵)我們現在所知,太陽是一顆表面有5500度的恆星。這個溫度是什麼概念,舉個例子,大家看看打鐵吧,約摸1000度,就已經發出紅彤彤的光了(注意!這可不是在燃燒喔)。所以,說白了太陽發光就是因為它熱啊,擁有130萬倍於地球體積的大太陽,一直在向世界發出萬丈光芒!而在這個溫度下,最強烈的光線的波長在500納米附近——這個不明白沒關係,知道它是介於藍光和綠光之間就好了。不知怎的,人的眼睛對藍綠光的敏感程度不如對紅黃光敏感,但這也並不妨礙我們進化出一雙眼睛,用來觀察「可見光」和它們的顏色,也就是從760到400納米間波長的光線,俗稱紅(~760納米)橙黃綠青藍紫(~400納米)。而除了人類和別的許多哺乳動物之外,許多能活動的生物都不具備這樣的技能,比如毛毛蟲,僅僅能分辨光明和黑暗罷了。但是呢,這樣的雙眼給了我們方便,卻同時也桎梏了人類的視野,往後的1萬-350年里,人們以為所見的一切就是世界本來的樣子:第二階段.----------------距今1萬-400年之間:開始了人工的「寫」和算」----------------在這段漫長的人類文明發展時期,天文觀測同巫術、占卜和農業相互之間息息相關。因為古時候人們把吃飽飯作為最大的事,最為重要的一個問題就是:什麼時候播種才能豐收?於是,人群中最聰明的那部分人發現了許多天象周期和季節變化的神秘關係,他們據此指導身邊的人進行農業活動,因此也成為部落群體里最受尊敬的人。而這些天象作為「大自然神的意志」,就被無限的崇拜著。比如我們所熟知的巨石陣,它的主軸線、通往石柱的古道和夏至日早晨初升的太陽,在同一條線上;還有兩塊石頭的連線指向冬至日落的方向,這可以說是一個古老的「天文台」:(百度百科:巨石陣)差不多同一時期,世界各地也在做著相同的事情,由此而誕生並發展出許多用來指導農時的曆法。除此之外,與農業無關的天文現象也引起了人的注意,值得一提的是中國古代,自夏朝、殷商時期以來,就有對天空的文字記述,比如下面這個甲骨文卜辭中記載的一顆三千年前的新星事件:(拍自《中國大百科全書.天文學》)再後來,諸如《詩經》這樣的休閑娛樂文字,也都展現出古人已具有有一般的天文和曆法常識(三代以上,人人皆知天文——顧炎武《日知錄》),比如《詩.小雅》中提到:「十月之交,朔日辛卯,日有食之......彼月而食,於何不臧?」,這段話不僅記錄了一次日食,而且表明那時已經以日月相會(朔)作為一個月的開始,作者寫下這段話是在公元前776或前735年。(引自《中國大百科全書.天文學》)再多舉一例:一千八百年後的1054年,「客星出天關東南可數寸,歲余稍末」 ;「嘉佑元年三月,司天監言:『客星沒,客去之兆也』.初,至和元年五月,晨出東方,守天關,晝見如太白,芒角四齣,色赤白,凡見二十三日」,於是乎,人們現在知道了大名鼎鼎的、因超新星爆發而膨脹的「蟹狀星雲」就是當初這顆宋代「客星」的殘骸。The Crab Nebula這個時候,天文領域的觀測研究是肉眼+簡單的測量儀器+簡單的觀測方法。肉眼觀測極其辛苦,像中國古代欽天監的官員,每天凌晨趁著太陽還不怎麼刺眼,就要爬到高處去看太陽黑子。用到的天文儀器也大多是刻度儀器,用來計量不同坐標下的角度和長度,比如渾儀、圭表以及它們的各種變種。但即便條件艱苦,人們還是不辭辛勞,運用耐心和智慧來觀星測月。兩千多年前,古希臘人就趁著月食期間的天體位置,利用三角關係算出了比較精準的地月距離,並且隨著文獻記載的持續,人們也能更精確地預言月食等天象。以上,便是天文學的「古」的界限,古代天文學眼界中所有的天體不超過7000個(包括新星、彗星),所有古代文明在這方面都是一致的。而此後,西方的科技發展比較爭氣,天文領域也因此水漲船高:哥白尼提出了地球繞著太陽旋轉的「日心說」,望遠鏡在歐洲得到了應用... ...第三階段.---------距今400-50年之間兩大成就:光學望遠鏡觀察宇宙並編寫星表+多波段物理大發現-------------
這個階段的發現,每一個都值得一提:伽利略,兇猛的科學家和藝術家,因為在披薩斜塔的扔球行為而一舉成名,400年前,他最早使用望遠鏡進行天文觀測,因此發現了不止一個新的世界,他看到了木星的四個大「月亮」,看到了月球的環形山,他把望遠鏡這個本來拿來博君一樂的馬戲物件推廣到天文領域裡。隨後的數百年里,西方人的望遠鏡越造越大,人們看到的東西越來越多,有星系,星雲,彗星等等,並且眾多的星星被系統地編入星表之中,比如梅西耶星表,新總表(NGC)等等。在另一方面有更重要的意義,可以說是一場刷新世界觀的科學革命!第一階段中提到過,人類進化獲得的雙眼,看到的是花花綠綠的世界,然而真的是這樣么?於是有人玩起了實驗:350年前,牛氣哄哄的Isaac Newton用三稜鏡分光,他發現好端端的太陽光,竟然被分解成了不同的顏色!牛頓由此認為,我們看到的自然光(白光),是由不同顏色(波長400~760納米)的光組成的:艾薩克·牛頓圖片三稜鏡分光又過了些年頭,有個叫Herschel的人重複了牛頓的實驗,他的目的是測量光的能量強弱,為此他在經過三稜鏡分光後的不同顏色光下面各自放了溫度計——為了對比室溫,也在紅光之外的暗處放置了溫度計(他的溫度計真多啊!)過了一會兒赫謝爾發現,溫度上升的趨勢是從藍光到紅光依次遞減......不過!紅外的那支溫度計怎麼回事,竟然也有顯著的溫度上升 。恭喜赫謝爾,這樣就發現了紅外線(波長760納米~1毫米)!因此人們很容易想到紫外也應該有個什麼看不見的顏色才對,果不其然,兩年後的1802年,幸運的Ritte 先生髮現了紫外線(波長10~400納米)。從此以後發現看不見的新「光」成為科學家的樂趣。但好長時間人們都沒有進展,不過在這期間的1860年代,Kirchhoff和Bunsen利用光譜分析物質的化學成分,後來人們用類似但更強大的方法分析出宇宙中物質的化學成分;終於,在借鑒同時代諸君工作的基礎上,Maxwell(麥克斯韋)提出了完整的電磁波理論(也讓後來的理科生多了一門《電磁學》),隨後Hertz(赫茲)在1887年通過實驗證實了無線電波(波長1毫米~10萬米)的存在。馬不停蹄,R?ntgen(倫琴)於1895年發現X射線(波長0.01埃~10納米),並用它來給夫人的手拍了張照;接下來Villard 於1900年發現伽馬射線(波長短於0.01埃)。在這之後,愛因斯坦提出了狹義和廣義相對論,預言了引力波;波爾等人建立了量子力學體系;馮諾依曼成為了計算機之父。世界在打打停停的年月里,在天文觀測上,最重要的就是哈勃發現了宇宙在膨脹,由此大爆炸假說被提了出來。另外,還發生了這麼一件事:1933年,Jansky(央斯基)向外界公布,他無意中接收到銀河系中心的無線電波。於是人們才感覺到:原來天空還可以這樣看,還可以那樣看,是不是還可以這這那那樣看啊!------------------------------終於到了最近五十年:把豐富理論用於豐富的天文實踐-----------------------------上面提到的每一個波段,都是一個新的窗子,打完仗後,人類開始開窗透透氣,體會宇宙的味道:1960年,美國發射太陽輻射監測衛星;在1960s,射電天文望遠鏡發現了類星體、脈衝星、星際分子和微波背景輻射;1967-1973,美國軍用衛星Vela偶然發現來自宇宙的伽馬射線暴;隨後COS-B伽馬射線衛星、COMPTON天文衛星、BeppoSAX衛星、Ginga衛星、XMM-牛頓衛星馬不停蹄趕上天1970年,「烏呼魯」X射線天文衛星升空,隨後,英國的羚羊5、荷蘭天文衛星、美國的小型天文衛星3號、高能天文台1號和高能天文台2號(又名「愛因斯坦衛星」)、歐洲的X射線天文衛星、日本的銀河衛星發射升空。1983年,紅外天文衛星IRAS成功發射並取得重要成果,隨後「赫謝爾」(就是發現紅外線那位)紅外衛星、普朗克衛星蹭蹭進入太空一窺宇宙究竟。1990年,哈勃望遠鏡發射升空,在紫外和近紅外也有建樹。2009年,開普勒望遠鏡帶著尋找外星地球的任務進入軌道,不負眾望找到數百顆類地行星。2015年,射電天文望遠鏡陣列ALMA為人們展現出完美的行星形成期間的原始星盤。Alma在此期間,黑洞等緻密天體的概念被熱炒,中微子、引力波這樣非電磁波的物質也被證實以及被探測到。在此期間,美國、前蘇聯、歐洲、俄羅斯乃至中國、印度等等國家,相繼發射探測器環繞或登陸太陽系內行星或月球,迄今為止,太陽系所有大行星已被人類的探測器近距離查看過。最近這段時間,中國發射了「悟空」高能天文望遠鏡,正在建設的世界最大射電望遠鏡FAST今年初秋開燈,世界合作平方公里陣(SKA)馬上開建,詹姆斯.韋伯空間望遠鏡兩年後發射...根本停不下來!所以,你能想到在最近五十年里,我們人類就實現了從肉眼到多波段,從文字到數據,從大腦到計算機的「飛躍」么!再回看那片甲骨文一眼,再想想赫謝爾發現紅外線的故事,人類在自然桎梏下的奮鬥為自己帶來了好運,這或許也是自然的安排。50年前,1965年,文革即將來臨,我國的天文事業基本停滯。50年後,2015年,江門實驗正在如火如荼的進行著。
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