[轉貼]天文小百科之天文物理 (Astrophysics)

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牛頓運動定律 (Newton's Laws Of Motion)	英國數學家及物理學家牛頓寫出三條關於物件運動的定律包括： 牛頓第一定律(Newton's First Law Of Motions)：即是慣性定律 (law of inertia)。意謂除非受淨力作用，否則物體會繼續保持其靜止狀態，或在直線上均速度運動。例如：一塊木頭可以在完全光滑的桌面上自由滑動。 牛頓第二定律(Newton's Second Law Of Motions)：(F = ma)。當作用在物體的外力總和不等於零時 (淨力 F)，物體便會加速，加速度 (a) 的大小與物體的質量 (m) 成反比，但與物體所受的淨力大小成正比。加速度與淨力的方向相同。例如當我們作用在物體的力保持不變而物體的質量加倍時，物體的加速度便會減半。又或者當物體的質量保持不變而我們作用在物體的力加倍時，物體的加速度便會加倍。總之加速大質量 (較重) 的物體較難 (需要較大的力才可以達到一定的加速度)。物體所受的淨力越大，加速度也越大。 牛頓第三定律(Newton's Third Law Of Motions)：又稱作用與反作用定律 (law of action and reaction)。這定律說明對於每一個作用力，必會產生一方向相反、大小相等的反作用力。例如：當你推一塊木頭時，你把一作用力加於木頭，與此同時，木頭必然以一大小相等、方向相反的力加於你的手，手所承受的力就是反作用力。
中子簡併壓力(Neutron Degeneracy Pressure)	根據量子力學，中子在過度壓迫之下便會產生強大的壓力反抗 (好像波子被擠壓在一起)。如果恆星演化晚期時核心的質量比昌德拉華特極限大 (即> 1.4 太陽質量)，重力勝過電子簡併壓力，恆星的核心不斷收縮，密度不斷增加，當密度達至約 1012 g/cc，電子被壓進原子核內。原子核內電子與質子結合為中子 質子 + 電子 -> 中子 + 中微子形成中子物質。密度達至約1012 g/cc 之後，中子簡併壓力產生的反收縮作用急劇上升，塌縮下墜的物質突然衝擊堅硬的核心時發生反衝 (rebound)，產生向外傳播的激振波 (shock wave)，造成超新星爆炸。如果核心的質量 < 2-3 太陽質量，中子簡併壓力便會抗衡核心進一步收縮，形成一顆穩定、非常細小但密度極高的中子星。
中微子(Neutrino)	很輕的中性粒子，很難與其他物質發生相互作用。
正電子(Positron)	與電子十分相似，但帶正電荷的粒子。
自然運動(Natural Motions)	物體移向適當的地方 (是重力現象的解釋)。自然運動以均速 (速度保持不變) 進行。
自轉的分化(Differential Rotation)	物體不同部份的自轉週期不一致而造成的。例如太陽赤道的自轉速度 (週期約 25 日) 比兩極 (27日) 快，黑子在太陽表面的移動就揭示了太陽自轉的分化。
多普勒效應(Doppler Effect) 網上互動遊戲	由奧地利物理學家及數學家多普勒提出。輻射的波長因為光源和觀測者的相對運動而產生變化。在運動的波源前面，波被壓縮，波長變得較短，頻率變得較高 (藍移 (blue shift))。在運動的波源後面，產生相反的效應。波長變得較長，頻率變得較低 (紅移 (red shift))。波源的速度越高，所產生的效應越大。根據光波紅 / 藍移的程度，可以計算出波源循著觀測方向運動的速度。恆星光譜線的位移顯示恆星循著觀測方向運動的速度。除非波源的速度非常接近光速，否則多普勒位移的程度一般都很小。所有波動現象 (包括光波) 都存在多普勒效應。
地心模型(Geocentric Model)	地與水移向宇宙的中心，火與風移向天空。

[ 本帖最後由 lamxdxd 於 2009-4-5 14:18 編輯 ]

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光速恆常不變 (The Constancy Of The Speed Of Light)	對所有觀測者來說，不管他們是靜止或是以均速運動，光速皆恆常不變。這是由愛因斯坦提出，亦已得實驗證實 (例如邁克耳孫-莫雷實驗)。這與我們的直覺抵觸，但在實驗的引證下，我們不得不接受。
同時之相對性 (Relativity Of Simultaneity)	一個觀測者看見兩事件同時發生，其他觀測者卻不同意。觀測者 A 處於一列以均速 u 運動的車廂的正中央。他同時向車廂的兩端 (C 和 D) 發射光線。相對於 A 而言，光線同時抵達 C 和 D (根據第一假設)，但相對於另一位在火車外靜止的觀測者 B 而言，兩道光線的速度相同 (根據第二假設)，車廂的前端移離光線，光線需要較長的時間才能到達 D，車廂的後端移往光線，光線祇要較短的時間已能到達 C，固此，觀測者 B 會發現光線並非同時到達 C 和 D。由此看來 A 看見兩事件同時發生，但 B 卻看見它們在不同時間發生，同時性視乎觀測者，時間是個一相對的概念。
吸收光譜 (Absorption Spectrum)	當具有連續光譜的光波 (由所有波長的光波組成) 穿過某一氣體時，氣體內某些原子只會吸收一些特定波長的光波。在連續光譜上，這些被吸收波長的位置出現黑線 (吸收線 (absorption lines))。
均速運動 (Uniform Motion)	物體在不受外力的作用之下，會以不變的速度運動。物體運動時不會無緣無故地自己停下來，唯有當它受外力作用時，才會逐漸減速 (decelerate) 以至停止。例如：當一塊木頭在桌面上滑動時，木頭與桌面之間的摩擦力 (frictional force) 會使它慢下來，直至完全靜止。
作用與反作用定律 (Law Of Action And Reaction)	即是牛頓第三定律
角動量守恆 (Conservation Of Angular Momentum)	核心收縮時旋轉速度加快。
阿里士多德力學 (Aristotle's Mechanics)	希臘哲學家及科學家阿里士多德相信自然萬物由四種元素造成，包括地、水、風和火。他相信地心模型、自然運動和強迫運動。他認為越重的物體墜落得越快。除非受外力作用，否則當物體抵達適當的地方時，運動就會自動停止。
昌德拉華特極限 (Chandrasekhar Limit)	印度 (現在巴基斯坦) 天文學家昌德拉華特(Chandrasekhar, Subrahmanyan)(1910-1995) 計算出電子簡併壓力能夠承受的白矮星最大質量為 1.4 太陽質量，超過這個極限後，簡併壓力再不能對抗重力，換言之，恆星將會進一步收縮。
閃光譜 (Flash Spectrum)	低密度的熱氣體向任意方向放光，產生的發射光譜稱為閃光譜。
洛希極限 (Roche Limit)	是法國天文學家洛希(Edouard Roche) (1820-1883) 在十九世紀末葉首先計算的。當行星與一個物體之間的距離等於其洛希極限時，行星作用在物體的潮汐力，與凝聚物體的萬有引力大小相等。當衛星進入洛希極限內，它承受的潮汐力比凝聚本身的萬有引力較強，如果衛星的結構不夠強韌，便會被潮汐力瓦解，產生的碎片形成光環。

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逃逸速度 (Escape Velocity)	物體要離開某一天體的引力所須的最少初始速度 (initial velocity)。物體被投射時的初始速度決定了它以後所走的軌道 (Trajectories of projection)。初始速度太小，物體被天體的重力吸引，「掉」回天體的表面；如果初始速度小過或等於地球的逃逸速度，物體在圓形或橢圓形軌道上環繞地球運行；如果初始速度等於或大過地球的逃逸速度，物體循著拋物線 (parabolic) 或雙曲線 (hyperbolic) 軌道逃離地球，永不拆返。恆星的表面重力越強，逃逸速度越高 (越難逃離)。
相對性原理 (The Principle Of Relativity)	對靜止或以均速運動 (沒有加速或減速) 的觀測者來說，物理定律的形式不變，因此，除非觀測者與其他物體作比較，否則他們永不會發覺自己正以均速運動。這是由伽利略及牛頓首先提出 (慣性定律)。
時空 (Space-time)	空間與時間皆視乎觀測者的運動，故兩者都是相對的概念。空間收縮和時間膨脹同時發生，而且空間和時間可以互相「交換」，亦即是說它們其實是同一類東西！時空是一絕對量！
時間膨脹 (Time Dilation)	運動中的鐘錶行得較慢。製造一個「光鐘」：光線在固定距離 (h) 的兩面鏡子之間不斷來回反射，當光線每次走到下面的鏡子時，鐘鈴就會發響，表示光線走完一周 (2h)，定義了一個時間單位：一個時間單位 = t = 2h / c。把這個光鐘放在一列以均速 u 運動的火車內，從第一假設，估計在火車內的觀測者 A 不能斷言自己是靜止的或是正以均速運動，相對於觀測者 A 而言，光鐘所量度的一時間單位也是 t；對在地面上靜止的觀測者 B 來說，當光線在鏡子之間不斷往返時，鏡子本身也在運動，光線需要走較長的距離方能完成一周。從第二假設，我們可以想像對觀測者 A 和 B 來說，光的速度相同，光線完成一周所花的時間較長，換言之相對於 B 而言，光鐘所量度的一個時間單位 t' 比 t 長。對觀測者 B 來說，光線由下面的鏡子走到上面的鏡子所需的時間為 t' / 2。 根據畢氏定理，所走的距離為， 因此，。 由於時間是一相對的概念，相對於靜止的觀測者而言，運動中的鐘行得較慢 (時間膨脹)。
狹義相對論 (Special Relativity)	依照第一假設 (First postulate) 即相對性原理和第二假設 (Second postulate)即光速恆常不變，可以得出的結果包括：時間是相對的，時間膨脹，同時之相對性，空間是相對的，羅倫茲收縮，空間和時間可以互相交換，但時空 (space-time) 卻是一絕對量。如果我們以日常生活的直覺作判斷，也許會對一些狹義相對論的結果感到詫異。但事實上，我們往往被自己的直覺誤導！而且在眾多實驗和觀測的引證下，我們也不得不接受這些奇怪的結果。我們身處的宇宙往往比大家想像中更神奇！
強迫運動 (Violent Motions)	物體受迫時移離適當的地方。
開普勒行星運動定律 (Kepler's Laws Of Planetary Motions)	德國天文學家及自然哲學家開普勒除了寫出並証實他的三條行星運動定律： 開普勒第一定律(Kepler's First Law)：行星與太陽之間的相互吸引力遵守平方反比律。橢圖形的公轉軌道。 請收看NASA 的動畫 開普勒第二定律(Kepler's Second Law)：當行星移近太陽，行星所受的引力增強。行星的加速度增加，故運行得更快。 請收看NASA 的動畫第一部份 第二部份 開普勒第三定律(Kepler's Third Law)：行星距離太陽越遠，行星的受力越弱，行星的加速度減小，故運行得越慢，行星的公轉週期越長。 請收看NASA 的動畫
發射光譜 (Emission Spectrum) 網上互動遊戲	氣體內某些原子只會發出特定的波長的光波，在光譜上這些波長位置出現亮

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萬有引力定律 (Newton's Law Of Universal Gravitation)	即反平方比律 (Inverse square law)。宇宙間任意兩個物體之間必然存有一吸引力，這引力 (F) 的大小與兩個物體質量 (M1 和 M2) 的乘積成正比，並與兩個物體的距離 (r) 平方成反比，即是 F=-GM1M2/r2物體質量越大，吸引力就越強。物體分隔越遠，吸引力就越弱。宇宙間任何物體，不論他們是蘋果、月球、或是太陽等，都同樣地遵守這條定律。兩物體之間的吸引力是相互 (mutual) 的，換言之，M1 作用在 M2 的吸引力大小，與 M2 作用在 M1 的吸引力大小相等。
超距作用 (Action At A Distance)	某一處地方的物體所產生的效應會立即影響其他任何地方的物體，即使物體與物體之間相距非常遠。
慣性定律 (Law Of Inertia)	即是牛頓第一定律
對流 (Convection)	熱氣體上升，冷氣體下沉，能量向外傳送。
電子簡併壓力 (Electron Degeneracy Pressure)	當密度達到相當高時，電子被擠壓在一起，根據量子力學，電子在過度壓迫之下便會產生強大向外的壓力反抗。
質心 (Center Of Mass)	如果我們可以假設在一個物體或物體系統內，所有物質都集中在一點之上，這一點就是這物體或物體系統的質心。例如一些雙星體在共同重力的作用下，環繞它們的質心運行。
質量與能量 (Mass And Energy)	根據 E=mc2 能量可以被轉化為質量，而質量又可以被轉化為能量。光速 c 是宇宙中最快的速度，物體的速度越接近光速，要使它加速就越困難，物體的慣性 (質量) 隨著速度加快而增加，從使物體加速的力中所吸收的能量，增加了物體的質量，能量與質量是同一類東西！
赫羅圖 (H-R 圖) (Hertzsprung-Russell diagram) 例如NASA's Observatorium內的H-R 圖	丹麥天文學家赫茨普龍計算的結果與美國天文學家羅素的研究成果相結合，便編製成著名的「赫羅圖」。H-R 圖顯示恆星真實亮度與其表面溫度的關係。H-R 圖中每一點代表一顆恆星。恆星的真實亮度用絕對星等表示。恆星的表面溫度用光譜類型表示。圖頂附近的點是亮星，圖底附近的則是暗星。圖左方附近的點是熱星，圖右方附近的則是冷星。當恆星的年齡增長，它們在圖中的位置亦隨著改變。
廣義相對論 (General Relativity)	當有一大質量存在時，時空就會被扭曲，物體的運動路徑「向著質量彎曲」，物體就好像被那質量吸引著-重力 (gravity) 效應，廣義相對論是一嶄新的重力理論。當考慮微弱的重力場時，它可被簡化為牛頓理論。它的的一些奇異結果包括在強大的重力場下，時空被扭曲，因此光線亦會被扭曲；鐘錶在強大的重力場下行得較慢；木棒在強大的重力場下變得較短。一些實驗引證了廣義相對論的真確性：例如當日蝕發生期間，研究員發現背景恆星光被太陽輕微扭曲了。恆星位置的微小變化 (~ 1.8") 與光線在重力的作用下偏轉的理論一致；解釋行星公轉軌道的過多的歲差 (precession)：水星的歲差比牛頓理論預期的數值大，相差為每世紀 43"；解釋與黑洞、遙遠的星系和類星體有關的現象；預測宇宙的膨脹，因而推論出大爆炸理論。

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輻射 (Radiation)	能量透過電磁輻射傳送。
凝聚的分化 (Differential Condensation)	越接近原始星雲的核心，溫度越高，只有金屬與金屬氧化物在核心附近冷卻凝固成很細小而且密度很高的冷凝種子 (在星雲中金屬含量很小)；距離星雲中央越遠，溫度越低，硅酸鹽與岩石冷卻凝固。在核心附近的冷凝種子近形成細小、高密度的行星 (類地行星)。距離核心較遠的地方形成龐大、低密度的行星 (類木行星)。核心部份形成太陽。當它發光發熱時，幅射壓力把剩餘的氣體和塵埃向四方八面推走，行星的演化過程因而告終。最後星雲外圍剩下來的物質形成奧特斯雲和柯伊伯帶。
羅倫茲收縮 (Lorentz Contraction)	靜止的觀測者循著物體運動的方向所量度得的物體長度較短。運動中的木棒較短。量度正在移動物體的長度視乎同時的概念。考慮量度一列運動中車廂的長度，觀測者 A 在車廂的正中央位置同時向兩端 (C 和 D) 發射兩道光線。當光線同時到達末端時，A 記錄得的時間為 t，所以車廂的長度 (L) 為。對在火車外靜止的觀測者 B 來說，同時之相對性指出光線並非同時到達車廂的末端。光線先到達 C，然後另一道光線才到達 D，B 認為 A 並非同時量度車廂的末端。火車在光線先後到達兩個末端相隔的時間內，走了一段距離，因此 B 認為 A 高估車廂的長度。他相信車廂的真實長度 (L') 較 A 所量度的 (L) 為短。我們可以推論出。 任何物體都有相同的收縮現象，儘管它們是由不同的材料造成，其實是空間本身收縮，空間是一相對的概念。