华中农业大学

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课程概述

   本课程是一门自然科学类通识教育课程。课程内容涉及天文基本概念、天体的辐射信息和获取信息的方法、太阳系、恒星世界、银河系、河外星系以及宇宙学等。课程特别注重科学性、趣味性和前沿性。注重向学生展示“观测证据+逻辑推理=科学结论”的科学研究方法;注重展示某一研究领域的发展历史和关键人物探索经历,这些历史故事能以润物细无声的方式提升学生的科学品味,潜移默化的培养科学精神;注重展示最近最新的研究成果和观测手段,呈现给学生一幅生机勃勃的天文学景象。

   通过本门课程学生可以获得关于天体和宇宙的各种知识,科学地认识神秘而和谐的宇宙,了解人类生存的宇宙环境及人类探索宇宙的科学方法、艰辛历程和未来前景,提高学生的科学文化素质和综合知识水平,开阔视野,启迪人生。作为通识课,本课程立足于定性的说理和论证,避免公式推导,这虽然会削弱精确性和严格性,但有利于扩大受众,吸引更多对灿烂星空怀有敬意、充满好奇的同学加入我们宇宙探秘之旅。


证书要求

1. 完成所有课程的学习;

2. 完成课程视频中的客观单元测试(总分70分);

3. 完成2次主观作业题(总分30分);

4. 课程总分100分,60分以上为合格,可获得合格证书;

5. 课程总分85分及以上为优秀,可获得优秀证书:

6. 对课程有帮助的同学,可获得10分以内的加分,包括推广课程,积极帮助其他学员,对课程提出建设性意见等。

预备知识

本课程为自然科学类通识课,学员具备初、高中基本物理知识即可修完本门课程。

授课大纲

1 绪论——探索宇宙是人类永恒的欲望

教学内容:从小我们都有过这样或那样的疑问,照亮我们的太阳为什么会发光?天上的星星离我们有多远?随着我们慢慢长大,脑袋里的疑问并不会减少,反而会越来越多。我们生活的太阳系是怎么形成的?宇宙万物是上帝创造的吗?太多太多类似的问题被我们一代一代地问下来,但千百年来我们却始终诲而不倦的回答着。这些问题是古老的也是崭新的,他永远引导我们的好奇心,但永远都有新的东西呈献在我们面前。探索宇宙是人类永恒的欲望。

2 仰望星空

教学内容:在没有望远镜的时代,人们只能凭借自己的双眼观察各类天体来研究它们的运动规律和性质,那人们都发现了什么,又总结出了什么规律呢?

2.1 天球

2.2 太阳和行星的视运动

2.3 星等

2.4 星座、星名、星图和星表

3 观天巨“眼”

教学内容:自从1609年伽利略把望远镜指向天空之后,古人幻想中的千里眼便成了现实。从占据霸主地位300多年的光学望远镜到近几十年迅速崛起的射电望远镜,直到全波段观测时代,各个波段的观测相互补充,相互促进。从地面的望远镜到空间探测器,人类探索宇宙的步伐不断前进。

3.1 来自天体的信息——电磁辐射

3.2 聚集更多光——光学望远镜

3.3 大耳朵——射电天文望远镜

3.4 太空中的“眼”——探测器

4章我们的家园——太阳系

教学内容:太阳系是受太阳引力影响的空间区域。太阳是一颗普通的黄色恒星,几乎已经稳定燃烧了50亿年。除此之外,行星是太阳系中最重要的天体。这是一群多样的岩质、气态或冰态的星球,各自沿着环绕中央恒星的近圆独立轨道运行。大多数行星有卫星环绕,而大量的小型岩石与冰块同样也在自己的轨道上环绕太阳运转。我们所在的这个宇宙角落曾被远古的观星者热切地仰望,也被当代空间探测器细致地研究,而直到今天这里仍然是奇迹与惊讶的源头。

4.1太阳系大家族

4.2 太阳

  4.2.1太阳的概况

  4.2.2太阳的能源

  4.2.3太阳的大气

4.3 地球

4.4 月球

  4.4.1远眺月球

  4.4.2细观月球

  4.4.3登陆月球

4.5 类地行星

  4.5.1 水星

  4.5.2 金星

  4.5.3 火星

4.6 类木行星

  4.6.1 木星

  4.6.2 土星

  4.6.3 天王星、海王星
  4.7 太阳系小天体
5 从星尘到星辰——恒星世界

教学内容:那些曾被认为是固定在天堂穹顶的恒星是古人不解的谜团。今天它们仍然遥不可及,但是我们已经知道宇宙中绝大部分可见成分都是恒星,他们中的许多比太阳更加明亮。每颗恒星都有一个诞生、成长、衰老和死亡的演化过程。从包含恒星原材料的巨大星际云,到主序星,再发展到不稳定的红巨星,一直到核燃料燃烧殆尽,而走向生命的终点——白矮星、中子星和黑洞。演化过程经历百万年、千万年、几亿年甚至百亿年的岁月,而这一过程在赫罗图上却一目了然。

5.1 恒星性质

  5.1.1 恒星的光度、距离和大小

  5.1.2 恒星的结构和能源

5.2 恒星的演化
   5.2.1 赫罗图

  5.2.2 恒星的一生
 5.3 双星

5.4 新星和超新星

5.5 白矮星、中子星

5.6 脉冲星

5.7 黑洞

6 银河系

教学内容:银河系是一个庞然大物,光子要用十万年才能从一头跑到另一头。但它又只是大望远镜所发现的数十亿星系中的一个。星系有多种不同的存在形式,银河系属于其中的漩涡星系。在银河系中,太阳系位于从中心到边缘大约一半的位置上,在其中一条旋臂的旁边。数千年前,人类就开始思考这条横贯夜空的苍白色光带是什么。而这条所谓的“银河”其实是星系盘中千亿颗恒星所发出的光的总和,它是由恒星、气体和尘埃组成的浩大系统。

   6.1 银河系的结构

   6.2 星团

   6.3 星族

   6.4 星际介质

第7章岛宇宙

教学内容:银河系边界以外就是广袤的宇宙空间,那里是星系的世界。最近的星系就在我们家门口,而最远的星系则位于一百亿光年以外,接近可观测宇宙的边缘,它们的光线用尽宇宙诞生以来的所有时间才到达我们。星系的姿态变化万千,有巨大的旋转物质盘,也有由数万亿恒星组成的椭球团;有恒星数目稀少的气体云,也有被恒星形成点燃的明亮熔炉,种类之多令人目不暇接。星系活动也是十分剧烈的,其有频繁而壮观的碰撞。与此同时,星系还影响着它周边的环境,形成不断演化的星系团或者超星系团,而正是这些超星系团在最大尺度上决定了宇宙的结构。

7.1 河外星系

7.2 星系的距离

7.3 活动星系

7.4 星系团、超星系团和宇宙大尺度结构

7.5 星系形成与演化

8 纵览宇宙

教学内容:宇宙就是存在的一切——所有的空间、时间、所有的物质和能量都蕴含于其中。整个宇宙大得超乎想象,而且它自诞生以来就在不停地膨胀。遥远的区域正高速远离我们,有的甚至超过光速。宇宙里的星系呼啸着四散而去,这似乎都起源于130亿年或者140亿年前的一场“大爆炸”。而我们并不知道是什么炸开了,又为什么炸开。
  8.1 红移与哈勃定律

  8.2 宇宙大爆炸

  8.3 大爆炸核合成

  8.4 宇宙微波背景

  8.5 看不见的宇宙——暗物质与暗能量

参考资料

1. Discovering the Universe8th Edition, N. F. CominsW. J. Kaufmann, WH Freeman and Company, New York2007

2. The CosmosAstronomy in the New Millennium J. M. Pasachoff, A. FilippenkoBrooks Cole 2006

3.天文知识基础——你想知道的天文学,姚建明清华大学出版社2008
4.Fundamental Astronomy
H. Karttunen et alSpringer2007

5.现代天文学十五讲,吴鑫基,温学诗,北京大学出版社,2005

6.现代天文学——拓展宇宙,(美)丽莎·扬特 刘彭译,上海科学技术文献出版社2008

7.宇宙大百科,(美)马丁·里斯主编 余恒等译,电子工业出版社,2014

常见问题

1.天文学中的很多天文数据更新较快,很多天文现象都处在观测和研究过程中,观测数据在不断变化。在阅读不同时代、不同版本的天文学书籍时,会发现部分数据有出入,这是正常现象。

2.天文学中的新奇观点层出不穷,有些是假说,有些是模型,有些是猜想,这些都需要观测一一证实。