国际天文年:同一个地球,同一片星空——2009国际天文年清华大学活动纪实

天文学是历史最悠久的学科之一,一直以来对人类的文化、生活有着深远的影响.400年前,伽利略首次将望远镜指向天空,开启了人类天文学发展史新的篇章.为纪念这一事件,国际天文学联合会和联合国教科文组织将2009年定为国际天文年.本文主要介绍2009国际天文年的文化背景以及这一全球盛典的主要活动.

LaH分子结构和基态势能曲线的量子化学计算

用常规的单参考态HF、B3LYP、MPn、QCISD(T)方法在能量一致相对论有效势近似下计算了LaH分子平衡结构和基态势能曲线,考察了这些方法在计算远离平衡的金属氢合键体系势能时存在的不趋于离解极限的缺陷,提出了从B3LYP的平衡位置附近势能曲线拟合得到适用于整个空间范围的Murrell-Sorbie解析势能函数的计算方法,由此计算的振转常数和已有的实验光谱数据完全吻合.

LaF分子结构与基态X^1Σ^+势能曲线研究

用能量一致相对论有效核芯势和含极化函数 4f2g和弥散函数 1s1p1d的价基组 ,在各种计算水平上计算了LaF分子结构、振动频率和离解能 .根据原子分子反应静力学原理导出LaF分子基态可能的电子状态和离解极限 ,用密度泛函理论中的B3LYP方法计算了基态X1Σ+ 势能曲线 ,拟合得到了Murrell Sorbie解析势能函数及其在平衡位置附近的Dunham展开式 ,由此计算的振转常数和实验光谱数据完全吻合 .得到的解析势能函数可用于计算振转光谱精细跃迁结构和原子分子碰撞反应动力学过程 ,具有重要的实用意义 .

遥远的超新星和加速膨胀的宇宙

2011年度诺贝尔物理学奖已颁发给Saul Perlmutter,Adam Riess和Brian Schmidt三人,以表彰他们"通过观测遥远的超新星发现宇宙加速膨胀"的科学贡献。本文介绍这一重大科学发现的背景、意义及其所开辟的新方向.

LaCl分子结构与基态X^1Σ^+势能函数

用能量一致相对论有效核芯势和参阅文献基础上添加极化函数 4f2g的价基组 ,在密度泛函理论 (DFT)、多体微扰MPn和组态相关理论QCISD水平上计算了LaCl分子结构、离解能和振动频率 .根据原子分子反应静力学原理 ,导出LaCl分子基态可能的电子状态和离解极限 ,用DFT中的B3LYP方法计算了基态X1 Σ+ 势能曲线 ,拟合得到了Murrell Sorbie解析势能函数及其在平衡位置附近的Dunham展开式 ,由此计算的振转常数与实验光谱数据完全符合 .

爱因斯坦探针：探索变幻多姿的X射线宇宙

爱因斯坦探针(Einstein Probe,EP)是一颗面向时域天文学的、发现型的X射线天文探测卫星,是中国科学院空间科学战略性先导专项十三五规划的空间科学卫星系列任务之一.展望未来十年,时域天文学将进入一个前所未有的、多波段和多信使的大视场监测的黄金时代.在软X射线窗口,灵敏且快速的全天监测为我们提供了一个难得的科学机遇.EP卫星将在这一能段窗口开展时域巡天监测,旨在发现和探索宇宙中的X射线暂现源和爆发天体,并发布预警以引导其他天文设备进行后随跟踪观测.EP的科学载荷包括一台宽视场软X射线监视器(3600平方度,0.5–4 keV)和一台后随观测X射线望远镜(0.3–8 keV).卫星具有快速机动反应能力以及暂现源警报的快速下传功能.由于采用了新颖的微孔龙虾眼X射线聚焦成像技术,其探测灵敏度和空间分辨率比目前在轨运行设备提高了1个数量级,将能监测更远、更大的宇宙空间范围.预期EP将在以下三方面做出贡献:高能暂现天体的系统性巡天监测,发现隐身的沉寂黑洞并测绘宇宙黑洞的分布、研究其形成演化和物质吸积过程,搜寻来自引力波事件的X射线信号并精确定位等.此外,EP的探测目标还将包括从中子星、白矮星、超新星、宇宙早期伽玛暴、X射线闪到恒星耀发等众多的天体和现象,涉及广泛的天体物理学分支.卫星计划于2022年底左右发射.运行寿命为3年,目标5年.

2016年天文学热点回眸

天文学是研究各种天体或天体系统的位置、运动、起源及演化的学科。回顾了2016年天文学领域的研究热点、重大进展和重大事件。盘点了人类首次探测到引力波、最亮超新星爆发、从超软X射线源发现相对论性高速喷流、发现最近行星及寻找"太阳系第九大行星"等研究进展;介绍了世界最大单口径射电望远镜落成、暗物质探测卫星"悟空"发射等重大事件。

时变分析的时间尺度谱方法

文章介绍时变分析的时间尺度谱方法及其在X射线天文学中的应用.时间尺度谱方法包括时域功率谱、时域时延谱以及w谱等,是一种直接应用在时域上的多尺度分析手段.相对于传统方法,时间尺度谱能更客观灵敏地反映物理实质,有效地抑制噪声干扰,在高背景低统计性的X射线天文观测中得到了很好的应用.

光子、热力学与膨胀宇宙

基于宇宙学观测以及含宇宙常数的广义相对论场方程建立的标准宇宙模型,存在着违背物理学基本规律的疑难,提示我们需要仔细审视宇宙动力学的物理基础.例如,同实物退耦后的背景黑体辐射光子数目不再随宇宙膨胀而变化,但宇宙学红移效应导致辐射温度反比于宇宙尺度下降,则背景辐射总能量也反比于宇宙尺度而不断减少,违背了热力学第一定律,损失的宇宙背景辐射能量到哪里去了?又如,宇宙常数对应的暗能量密度不随时间变化,膨胀宇宙中物质不断被创生,总能量随宇宙膨胀趋于无穷.在宇宙学中坚持能量守恒,需要限制暗物质和暗能量的基本物理性质,其中作为零质量玻色子的光子扮演着重要角色.基于爱因斯坦场方程同时又不放弃能量守恒定律的宇宙学模型,给出了和标准模型完全不同因而可以被观测证实或证伪的演化图景:暗物质同暗能量平衡状态下的匀速膨胀才是宇宙的常态,而减速或加速膨胀只是宇宙介质相变导致的瞬态过程.近期开始出现的高精度宇宙学观测结果对标准模型提出了挑战,而有利于能量守恒宇宙模型的预期.正在进行和计划中的宇宙学观测将最终判定2类模型,并且推动基本物理的发展.

微波背景观测与早期宇宙研究

微波背景观测与早期宇宙研究尚处于学科发展的初期阶段,对探测方法、背景(前景)处理、系统误差及结果可靠性的认识都有待深入.发现微波探测卫星WMAP公布的宇宙微波背景辐射温度图存在严重的系统误差后,几年来我们重新进行了数据分析,修正了时钟同步、天线旁瓣误差导致的伪偶极信号,得到的背景辐射温度图和功率谱与WMAP发布的结果有重大差异,引起了广泛关注,讨论和争论.本文概述有关工作及论争的过程与现状,及其对于早期宇宙研究的影响.

科学家谈天文学重要方向 星系的演化

星系的形成和演化是天体物理的前沿领域。该领域以现代宇宙学提供的大尺度结构形成和演化的成熟理论作为基本框架,通过观测和统计研究宇宙各时期星系的形态结构、星族构成、气体吸积、恒星演化、黑洞成长、化学元素、恒星和气体动力学等物理性质及其演变过程,试图阐明宇宙中各类星系的物理起源、演化关系以及它们与宇宙大尺度结构的物理联系,从而总结出支配星系演化的普适物理规律。目前被普遍接受的星系形成理论认为,星系在暗物质晕中形成和演化,其基本图像为:早期宇宙中均匀分布的冷暗物质在局域引力不稳定的作用下形成质量不一的冷暗物质晕,热气体落入暗物质晕中心,冷却和凝聚成高密度的分子云,分子云分裂形成恒星乃至星系。

暗能量观测:现在的状态和未来的发展

本文回顾了当前暗能量观测的情况.最近利用SNLS-3year的数据得到了对于宇宙学参数的限制.本文还探讨了其他探针对于宇宙学参数的限制情况,特别是一种新的利用星系对之间角分布的探测方法.

星系中的恒星形成活动的熄灭过程

宇宙平均恒星形成率密度在z～2达到峰值后持续下降,这意味着平均而言,星系中的恒星形成活动在逐渐减弱甚至"熄灭",这种减弱和熄灭的过程主导着过去上百亿年的星系演化历史,百亿年前占据主导地位的星爆星系在今天的宇宙中已不多见,而红星系的比例则上升为百亿年前的两倍有余.到底是哪些物理机制造成星系中恒星形成活动的熄灭?这些机制在不同的星系、环境以及宇宙时期所起的作用有何不同?这些是当前星系形成领域的关键科学问题,21世纪以来的大规模多波段图像和光谱巡天观测极大地促进了对这些问题的认识.本文试图对当前研究结果稍作总结,考虑到中央星系和卫星星系的显著区别,先对两类星系分别讨论,然后将二者综合起来,总结了导致恒星形成活动熄灭的三个主要物理过程:大质量暗物质晕中的Halo Quenching效应(下落气体激波加热、潮汐力和冲压导致的气体剥离)、棒状结构和次并合驱动的星系自演化(Morphology Quenching、活动星系核反馈)、以及中小质量星系的主并合(早型星系和经典核球的形成).需要强调的是,这种对现有观测现象的总结只能是经验性的和阶段性的,下一步既要从观测上继续深入研究(更大样本、更多波段、更高红移),以改进和完善观测结果,更重要的还要及时和充分地利用最新观测结果来检验和限制星系形成的物理模型(如半解析模型和流体动力学数值模拟).