天文学概论

Introduction to Astronomy

通过讲解一系列人类对宇宙的研究,以及人类如何进行这些研究,帮助同学们了解天文学的基本知识。 课程概述 在这门课…

杜克大学

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天文学概论
  • 分类: 物理
  • 平台: Coursera
  • 语言: 英语

通过讲解一系列人类对宇宙的研究,以及人类如何进行这些研究,帮助同学们了解天文学的基本知识。

课程概述

在这门课程中,我们学习的对象,是真真切切的宇宙万物。我们将从经典天文学开始我们的课程,了解古人对夜空的描述以及对所见天体的系统记载。我们将踏上一段旅程,从我们所在的地球出发,继而向外太空遨游,对太阳系、银河星系以及太空深处我们所观察到的一些美妙又奇怪的天体进行研究,包括黑洞、类星体和超新星等等。最后,我们会对当今科学家对宇宙的整体认识进行讨论。在这个过程中,我们会介绍一些理论性和实验性的方法,这些方法被用于研究各种天文学问题。从牛顿定律到光与物质的关系,再到爱因斯坦的相对论,从伽利略的望远镜到威尔金森微波各向异性探测器。

课程大纲

第一周:方位天文学(裸眼天文学)
我们将用一周的时间来熟悉用于描述天体位置和运动的专业用语。

第二周:牛顿的宇宙论
牛顿的物理理论颠覆了以往人们对宇宙的认识。我们将会讨论牛顿力学定律以及由之推导出来的一系列守恒定律,介绍牛顿的引力论及其在天文学上的应用,我们还会介绍一些放射物所具有的性质。在课程的最后我们会简短地介绍一些与我们课程内容相关的量子力学知识。这将是任务繁重而又充满挑战的一周,但付出很快就会获得回报。

第三周:行星
在这门课程中我们没有时间涉及行星科学这一宽广而又令人兴奋的领域。我们将会花一周的时间来对太阳系的特征和结构做一个整体的介绍,我们还会对它的起源和历史进行学习。最后我们会讨论一下那些令人兴奋的发现——过去十年中在太阳系以外发现了数以百计的行星。

第四周:恒星
这一周将介绍与恒星相关的知识及其研究方法。首先我们会简短地介绍被研究得最为透彻的一颗恒星,那就是我们的太阳。然后我们会讲解恒星的分类,赫罗图和主序星,天体距离、质量和大小的测量方法,双星,星云以及天体在主序星阶段的演化过程。

第五周:主序后星阶段
天体演化的最后阶段,天体残留物。本周还将介绍巨星、白矮星、新星、变星、超新星、中子星以及脉冲星。

第六周:相对论和黑洞
本周大部分时间用于了解狭义相对论。然后我们将定性地了解广义相对论,并讨论它在黑洞、引力透镜效应以及其它有趣的天文现象上的应用。

第七周:星系
星系的结构及分类。我们还将讨论活跃星系核、类星体以及耀类星体。星系旋转曲线和暗物质。星系星云和大型星系结构。

第八周:宇宙学
宇宙作为一个整体,我们对它有哪些了解,哈勃膨胀,大爆炸宇宙论,宇宙微波背景辐射,新制定的天文参数。早期宇宙物理学。

背景知识

对我们赖以生存的宇宙感兴趣并且愿意对它进行思考和钻研。
具有计算大小数值的能力,例如能够计算 和的乘积。
熟悉高中代数的基础知识,能够解出这个方程 得出 ,如果给定,,和,能够计算出的值,并画出表达函数性质的图形。
具有高中的理科知识基础,例如应对元素、原子、原子核、磁场和重力等概念熟悉,但不需要对它们的物理或数学特性有详尽的了解。

参考资料

关于天文学,有很多重要又趣味无穷的知识,仅仅通过课堂来学习这些知识是非常低效的。如果你们学习这门课程的同时能够准备一些介绍天文学的书,作为参考并阅读,那将会非常有帮助,不过当然,这不是必须的。维基教科书 http://en.wikibooks.org/wiki/General_Astronomy 和维基百科上与课堂上提及话题相关的条目能够为我们了解天文学提供丰富的资料。同时你们还可以在网络上免费阅读尼克·斯卓博的笔记http://www.astronomynotes.com/。另外,我推荐你们在电脑上下载并安装一个天文馆应用程序。 例如,以下程序都可以免费下载并满足我们的需求:http://www.stellarium.org/http://www.astrosurf.com/c2a/ (只适用于Windows系统)或者http://www.ap-i.net/skychart/

授课形式

我们将会提供视频课程,视频被分为8-15分钟的小节,每周课程总量约为3小时。同时,我们还会有随堂测验和日常作业。

常见问题

学完这门课程后,我会不会获得结业证明?
会的。顺利修完这门课程的学生将会获得一份由教师签字的结业证明。

学习这门课的学生必须掌握大学物理和微积分的知识吗?
不需要,如果你对它们有所了解,无疑会帮助你更好地学习这门课,但即使没有学习过这两门课,你还是能够享受这门课程的。我们会在网站上发布一些补充笔记,里面是我们会用到的物理原理的技术问题,尽量覆盖全部课程内容,使你们更加准备充分地来学习这门课程。

这门课难吗?
可能会有点难。如果你认真地学习,那么在短短几周中你将会学到很多振奋人心的科学知识,但这需要你花一些时间去学习,也需要你们用心思考。这个过程一定会乐趣无穷。

学习这门课程我需要准备一个望远镜吗?
不用。我会给你们布置一些观察任务,包括裸眼观察和一些需要望远镜才能进行的观察。如果你能找到一个较暗的地方来观察夜空,你会受益匪浅,如果你知道望远镜的使用方法,使用它能帮助你更好地观察和理解夜空,但并不是所有学生都能够找到这样的地方或者拥有这样的设备,所以你只需安装一个天文馆应用软件,就能够通过屏幕来完成这些观察任务。

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