导图社区 《极简天文学》科林·斯图尔特
天文学入门级科普读物,核心知识点 (PS:仅作为知识点梳理参考,详细内容建议读一下书籍哈。不厚,小小一本,很适合入门)
编辑于2022-04-24 15:53:14天文学入门级科普读物,核心知识点 (PS:仅作为知识点梳理参考,详细内容建议读一下书籍哈。不厚,小小一本,很适合入门)
《穷查理宝典》一书的思维导图。本书集成了查理的生活、投资、交友、学习、教育观等方方面面的人生智慧,非常值得一读。因书籍内容多以查理·芒格的即兴谈话等为主体,所以不同章节间不乏重复、交叉等情况。本导图中尽量将书中核心知识提取出来,将有价值的观念摘录近来。希望可以给大家带去一点帮助~ PS:《富爸爸穷爸爸》一书较为初级,核心内容不算太多,一并整理放在此导图中,希望可以帮助大家。
《人体简史》思维导图。一部从头讲到脚、从里讲到外、从30亿年前讲到今天的人体百科全书。如果你对自己好奇,想了解人是如何获得行走、语言能力的,如何演化出不同肤色的,免疫系统是如何保护我们的,以及癌症、阿尔兹海默症的普遍发生情况等,都可以从本书中有所收获。 PS:本书是人体百科类科普书,更多的是“领进门”的作用,更综述一些。详细知识点大家可以据此自行拓展 PPS:医学持续在进步,本书的结论是当下的认识,不表示一成不变哦 祝好~~
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天文学入门级科普读物,核心知识点 (PS:仅作为知识点梳理参考,详细内容建议读一下书籍哈。不厚,小小一本,很适合入门)
《穷查理宝典》一书的思维导图。本书集成了查理的生活、投资、交友、学习、教育观等方方面面的人生智慧,非常值得一读。因书籍内容多以查理·芒格的即兴谈话等为主体,所以不同章节间不乏重复、交叉等情况。本导图中尽量将书中核心知识提取出来,将有价值的观念摘录近来。希望可以给大家带去一点帮助~ PS:《富爸爸穷爸爸》一书较为初级,核心内容不算太多,一并整理放在此导图中,希望可以帮助大家。
《人体简史》思维导图。一部从头讲到脚、从里讲到外、从30亿年前讲到今天的人体百科全书。如果你对自己好奇,想了解人是如何获得行走、语言能力的,如何演化出不同肤色的,免疫系统是如何保护我们的,以及癌症、阿尔兹海默症的普遍发生情况等,都可以从本书中有所收获。 PS:本书是人体百科类科普书,更多的是“领进门”的作用,更综述一些。详细知识点大家可以据此自行拓展 PPS:医学持续在进步,本书的结论是当下的认识,不表示一成不变哦 祝好~~
《极简天文学》 科林·斯图尔特
第1章 早期天文学
日食
月食
星座
托勒密与地心说
哥白尼与日心说
第谷·布拉赫:提出了融合日心说与地心说的模型
伽利略与他的望远镜
约翰尼斯·开普勒 与 行星运动定律
艾萨克·牛顿 与
万有引力定律
光学
罗默 与 光学
木星卫食
哈雷与彗星
彗星:绕着太阳运行的不断翻滚着的冰晶碎片团
布拉德利 与 光行差
计算世界的质量
金星凌日
赫歇尔 与
天王星
红外线
海王星的发现
爱因斯坦
狭义相对论
广义相对论
第2章 太阳、地球与月球
太阳
太阳的能源从哪来?
质能方程;核聚变
太阳中微子消失之谜
中微子有三种形态,且可转换;被探测的仅为其中一种
太阳光的长途跋涉
太阳分层:核-->辐射区-->对流层-->光球-->亚表面流-->色球-->日冕
光子从太阳边缘到地球需要约8分钟
光子向外传播,至少需要10万~100万年
光子在辐射区耗时最久
磁场与较差自转
太阳是气态的
由超高温等离子体组成
赤道自转速度比两极快20%
赤道附近的磁场自转更快
较差自转使得太阳磁场每11年会扭转一次
太阳黑子
光球层中温度较低的区域
磁场强;阻止了热量从对流层向上传播
太阳黑子都是 成对 出现的
PS:太阳黑子 与 地球上的小冰期(1645年~1715年)
日斑、日珥与丝状体
日冕物质抛射
太阳风
极光
地球
形成和结构
早期
铁
较轻的物质
今天
内核的固体铁
铁-镍核心
外核的流体铁
熔融状态
地幔
地壳
海洋和大气
水的起源
地幔深处,液态氮和石英反应-->液态水-->逐渐从岩石中渗透出来
外太空:小行星、彗星撞击等;但仍待考证
大气的起源
火山活动
二氧化碳、硫化氢、甲烷
氧气来源
化合物
硅化物
藻类微生物的诞生
二氧化碳、水、阳光
大陆板块
印度板块在继续向北移动,喜马拉雅山每年“长高”2cm
潮汐
季节
源于倾斜的地轴
月球的存在,使得地轴倾斜角度的稳定;火星的地轴极不稳定
磁场
来源
液态铁在外核中晃动
三组南北极
地理北极
北磁极
地磁北极
好处:大气层;抵抗太阳风;抵抗紫外线等
极光
太阳风:带电粒子
颜色
常见绿色:低海拔地区的氧原子
红色:大气层中较高的氧原子
蓝色:氮气分子
陨石和流星
称呼
太空中,叫“流星体”
穿过大气层,叫“流星”
落到地面,叫“陨石”
流星雨
太空尘埃,与大气层的摩擦
人造卫星和国际空间站
1957年,苏联发射了首个绕地运转的人造物体
月球
形成
非地球捕获的
地球是八大行星中第五大,却拥有太阳系第五大卫星
地球曾被某行星(“忒伊亚”)撞击
“忒伊亚”重元素留在地球
较轻的物质抛向外围,形成了月球
陨石坑、月海和月相
潮汐锁定
对地球生命的重要性
稳定地轴--维持四季
减缓地球的自转速度
月球会逐渐远离地球(每年3.8cm)
潮汐会越来越平静
阿波罗计划
“后期重轰炸期”
认为在约39亿年前太阳系经历过猛烈轰炸,主要源于对月球岩石的分析
解释:木星向太阳系内部移动
反驳
碎片多,不一定是撞击多;也可能是撞击后分布广
地球在41亿年前就有海洋,甚至有生命
第3章 太阳系
水星
岩石星球
温度:-200℃~400℃
公转:88天
自转:59天
水星凌日很频繁
0卫星
金星
高温
大气中大量含硫酸的二氧化碳,大气吸收太阳的热量
太阳系最热的行星;温室效应大
高压
大气压是地球的93倍
公转:243天
自转:225天
顺时针自转:太阳系唯一一个
可能被巨大天体撞击过,改变了自转方向,且自转速度降低
火星
颜色:橙褐色
岩石含大量氧化铁
无磁场
火星形成初期有过磁场,但后来在约40亿年前消失了
大气层逐渐被太阳风蚕食
低气压
大气层含薄薄的二氧化碳,气压约为地球的1%
水分子只能是气态形式存在
2颗卫星
小行星带
分布在火星 和 木星的轨道之间
对地球的威胁
6600万年前,某小行星撞击地球,导致物种大灭绝(恐龙灭绝)
如何应对
发射空间探测器,然后利用其引力将小行星引开
木星
气态巨行星
颜色:橙色;表面有“大红斑”
最大行星
引力也最大
与“后期重轰炸期”的关系?
公转:12年
自转:10小时
构成:75%的氢+24%的氦
也有光环
由尘埃组成
卫星:69个
“潮汐加热”
卫星“欧罗巴”,液态水极多,其他生命的首选地
土星
气态巨行星
第二大行星
颜色:黄色
源于大气层中的 氨晶体
密度最低的行星
0.7k/m3,低于水的密度
平均温度:-178摄氏度
土星环
由冰块组成
很年轻:大约形成于1亿年前
今后可能在太阳风的吹拂下,逐渐暗淡、消失
卫星:62颗
有含液态水的;有含大气层的
天王星
“冰巨星”
“躺平”的行星
自转轴几乎与公转轨道平行
海王星
“冰巨星”
冥王星
冰封的雪球
2006年被降级,原因
发现更大的阋神星
冥王星与海王星的轨道 有交叉
轨道共振
“卫星”卡,更像是与冥王星一起绕着某中间点转动的
矮行星
柯伊伯带和离散盘
柯伊伯带
包含冥王星
离散盘
包含阋神星
奥尔特云
太阳系边界
围绕太阳运动的最远的行星
旅行者1号 突破太阳风圈:以磁场强度定义的太阳系边界
第4章 恒星
恒星有多亮?
视星等
0等:织女星
负等级 比正的 亮
每低一等,亮度大约差2.5倍
绝对星等
把天体放置32.6光年远后,再计算 视星等
变星:有些恒星的视星等会随时间变化
大陵五
三颗恒星组成的系统;暗星掩食亮星,则亮度下降
造父变星
如北极星,此类恒星会周期性膨胀和收缩
恒星有多远?
望远镜 & 视差法
恒星有多热?
哈佛光谱分类系统
红光谱最冷;蓝光谱最热
太阳光在黄色光谱范围内;宇宙中大多数恒星都比它更冷
赫罗图
恒星有多重?
质光关系
质量越大,固有亮度就越大
恒星有多老?
生命历程
氢(少部分氦)
氦
更重的碳、氮、氧、硅、铁等
爆炸,抛出重元素
被其他恒星吸收
恒星的化学成分
如“金属丰度”
“金属”元素:氢和氦之外的元素
金属丰度越高,恒星越年轻
太阳的金属丰度=0.02,即2%金属元素
观察方法:恒星元素组成?
光谱学
黑暗特征谱线:即吸收线
疏散星团
年轻恒星
球状星团
老年恒星
恒星的生命历程
恒星的诞生
松散的“分子云”
达到“金斯质量”
引力作用下收缩
分裂若干部分,其中包括“原恒星”
高速旋转、温度和压强升高
核聚变发生
原行星盘: 行星诞生的摇篮
星子
行星
红巨星
主序星时:核聚变产生的能量与引力相抗衡;恒星越来越热
脱离主序星:核聚变停止-->核心急剧收缩-->收缩后压强和温度飙升-->核聚变重启
红巨星:新的核聚变使得恒星外壳膨胀-->热量在表面扩散-->变得越来越红
白矮星和行星状星云
恒星质量<太阳质量的8倍
氦聚变成碳和氧
氦消耗完后,只剩 碳-氧核
即“白矮星”
红巨星的外壳,被恒星风吹散,形成 行星状星云
由恒星物质中电子之间的泡利不相容的排斥力,对抗引力
红超巨星
恒星质量:8~10倍太阳质量
氦-->碳、氧
碳-->镁、氧
氧-->硅、氖
直至生成稳定的铁核
以上过程不断循环、且非常快
超新星
超新星爆炸
如金牛座的 蟹状星云
开始于致密的铁核
极快速地坍缩
对周边产生强大的冲击波
恒星外壳被炸开
形成蟹状星云
爆炸的力量,使得原子间碰撞激烈,生成比铁更重的元素
中子星和脉冲星
质量:8~30倍太阳质量
蟹状星云中央,致密铁核坍缩殆尽-->强压-->铁被压碎为中子
中子间距离是有限度的
在坍缩至直径30km的超密物体时,坍缩终止
中子星自转加快
磁场变强
将超高温物质变为强大的无线电波,从中子星两极发出
由恒星物质中中子和质子之间的泡利不相容的排斥力,对抗引力
伽玛射线爆
长爆(长于2秒)
可能来自于超新星爆炸
短爆(短于2秒)
可能来自于两颗中子星相撞
黑洞
越致密,逃逸速度越大
逃逸速度>光速
“事件视界”
每个黑洞的质量约为30倍太阳质量
奇点
坍缩成体积无限小、密度无限大的点
引力波
爱因斯坦1915年预言
在2015年才探测到
黑洞碰撞、中子星碰撞
时间膨胀
引力引起的
大质量物体扭曲时空,越靠近该物体,时间流逝的越慢
速度引起的
白洞与虫洞 (尚未数学推导)
黑洞是无法逃离、只进不出;白洞则是无法返回、只出不进
“爱因斯坦-罗森桥”
霍金辐射
黑洞并不黑:黑洞不是无毛;黑洞会逐渐蒸发
万物理论
试图结合量子力学和广义相对论
(超)弦理论
弦理论+超对称性理论
宇宙为9或10维,但有6或7维是高度卷曲的
圈量子引力论
时空不是连续的、平滑的,而是呈颗粒状的
时空量子是由一系列闭合的圈编织而成的
系外行星
寻找宜居带
宜居带位置取决于恒星的温度
温度影响液态水
凌星法
凌星时间越长、公转周期越长、距离越远
适用于观测距离恒星较近的行星,且运行轨道可被地球观测、无遮挡
径向速度法
基于恒星在行星的影响下会晃动,光谱会呈现多普勒现象
行星越近、越重,恒星吸收线摆动越大
适用于距离恒星较近的行星观测
微引力透镜法
原理:当一个大质量物体经过时,会像透镜一样放大恒星的光
适用于距离恒星较远的行星
探究大气特征
方法论:氧-光合作用-生命
方法:光谱学
系外卫星
第5章 星系
银河系
地球的南纬30°,最利于观测银河
形状、大小及内容
宽度约10万光年;厚度1000光年
1000亿~4000亿颗恒星
太阳公转周期2.2亿年,即“宇宙年”
银河系悬臂
靠近中心的恒星速度>远离的;那为何悬臂不消失?
恒星“密度波”(类似堵车)
银河系自转问题
问题
旋涡星系边缘处恒星的公转速度与中央突起处的恒星一样快,那么,它们为什么没有摆脱银河系飞出去?
尝试解决
暗物质
可能以“弱相互作用大质量粒子”的形式存在
与光没有相互作用,所以不可见
修正牛顿引力理论
需要在大尺度上做出修正
搜寻地外文明计划(SETI)
德雷克方程
7个因素 可能性相乘
一颗恒星拥有行星的概率
行星适合生命存活的概率
生命已开始繁衍的概率
生命已产生智慧的概率
……
计算所得出的数量很小
费米悖论
1977年的“Wow!”
本星系群: 指银河系附近所有星系的集合
麦哲伦云
麦哲伦桥
麦哲伦星流
观察远距离恒星的方法
造父变星
视差法 vs“标准烛光测距法”
仙女座星系和三角座星系
“银河仙女星系”
银河系 与 仙女座星系在相互靠近,最终将合并
星系合并
更遥远的星系
星系的分类
椭圆星系E0~E7
透镜星系S0
旋涡星系Sa/Sb/Sc
棒旋星系SBa/SBb/SBc
问题
分类取决于我们观察的角度
星系团 和 超星系团
类星体和耀变体
活动星系核
取决于其核心黑洞吞噬了多少物质,物质越多,摩擦和活动越剧烈
距离非常遥远的活动星系核,且其亮度依然可被看得到(如恒星一样)
类星体和耀变体仅是称呼不同,取决于活动星系核与我们观察的角度
哈勃定律
理论基础
红移
造父变星测距法(即标准烛光测距法)
新的认知
哈勃常数
哈勃定律:宇宙膨胀
即星系距离我们越远,其远离我们的速度就越快
第6章 宇宙
宇宙大爆炸
理论起源
哈勃常数的逆向推导,得出约138亿年前,宇宙起源于一个极小、极热的点
四大支柱
宇宙膨胀
核合成
过程
大爆炸后,先是夸克与反夸克时期; 紧接着,极高温使得能量转化为物质,产生质子、电子、中子; 膨胀一秒钟后,温度降低,质子与中子结合为氘核; 三分钟后,氘与质子结合称为氦原子核;至此,宇宙中充斥着 能量、电子、质子(氢原子核)、氦原子核; 宇宙膨胀、冷却,质子和氦原子核捕获电子,形成原子;释放空间,光可传播、宇宙透明;
“核合成”后:宇宙透明化(物质与能量去耦合)
宇宙微波背景辐射
类星体的分布
该理论的问题
如何无中生有?
量子气泡
大爆炸前发生了什么?
磁单极子
大爆炸理论得出应该有磁单极子,但仍未被观测到
宇宙背景辐射图的温度差异
扁平的空间曲率
可观察的宇宙,内部空间是扁平的,即没有明显的空间曲率
如何解释大爆炸参数微调问题
运气
造物主
“暴胀理论”
暴胀理论
理论:宇宙在起源之初经历了一段急速膨胀的时期
解释问题
无中生有?
量子气泡,有存活的可能
磁单极子
被远远地推出去了
宇宙背景辐射图的温度差异
量子涨落被暴胀放大
扁平问题
暴胀抹平了可观测宇宙中的所有曲率
微调问题
“暴胀场”
“永恒暴胀”
多重宇宙
尚没有暴胀理论发生的证据
宇宙的边界
宇宙的命运
取决于宇宙中有多少物质
闭合宇宙:物质密度大,引力会使其很快坍缩
开放宇宙:物质密度小,一直膨胀下去
临近膨胀率的宇宙
基于暗能量理论
空间越大、暗能量越大,又会加速宇宙膨胀,形成恶性循环
大撕裂
赫罗图