关于天文学论文选题

浅谈天文学 摘要：宇宙中有第二个地球吗？宇宙是如何形成的？为什么地球能产生生命？玛雅人为什么会消失？天文学中的十万个为什么总能勾起人们的求知欲望！天文学是一门最古老的科学，它一开始就同人类的劳动和生存密切相关。它同数学、物理、化学、生物、地学同为六大基础学科。天文学家观测从行星、恒星、星系等各种天体来的辐射，小到星际的分子，大到整个宇宙。天文学家测量它们的位置，计算它们的轨道，研究它们的诞生，演化和死亡，探讨它们的能源机制。由于科技的不断发展，人们对天文学的定义，研究对象，研究范畴，学科分支，论研究等方面都取得了突破性的进展。天文学正朝着高、精、尖的方向发展。我们期待着天文学的进一步发展为科学事业和人们的社会生活造福。天文学是自然科学中的一门基础学科，它和人类历史同样悠久。天文学的研究内容和许多概念总是伴随着人类社会的文明和进步而不断发展的。 在望远镜发明以前，天文观测采用的是目视方法，直接观测天体在天空的视位置和视运动，另外也粗略的估计星星的亮度和颜色。17世纪以后相继有了望远镜、分光镜和光度计，不仅提高了天体位置观测的准确度，而且扩大了人们对宇宙的认识。到了20世纪，由于大口径望远镜的问世，使得人类探测宇宙的深度和广度与日俱增，不少模型、学说由观测得到证实，新天体、新发现大量涌现。20世纪30年代以后，人们越来越广泛的使用无线电方法研究天体和宇宙间的辐射，从而诞生了射电天文学。20世纪50年代人造地球卫星发射成功，人类把观测范围由地面扩展到地外空间，天文学家可以自由地探测天体的各种辐射。现代，天文空间探测已经有了长足的发展，人类不仅把望远镜送上天，而且借助太空飞行器踏上月球，或把仪器送到其他行星上进行直接观测或实验。 我一直都觉得天文学是一门很神秘的学科，对于天文学，我最感兴趣的是以下几个方面： 一、宇宙大爆炸 宇宙大爆炸(Big Bang)是一种学说，是根据天文观测研究后得到的一种设想。 大约在150亿年前，宇宙所有的物质都高度密集在一点，有着极高的温度，因而发生了巨大的爆炸。大爆炸以后，物质开始向外大膨胀，就形成了今天我们看到的宇宙。 比利时牧师、物理学家乔治·勒梅特①首先提出了关于宇宙起源的大爆炸理论，但他本人将其称作“原生原子的假说”。 这一模型的框架基于了爱因斯坦的广义相对论，并在场方程的求解上作出了一定的简化。描述这一模型的场方程由苏联物理学家亚历山大·弗里德曼②于1922年将广义相对论应用在流体上给出。1929年，美国物理学家埃德温·哈勃③通过观测发现从地球到达遥远星系的距离正比于这些星系的红移，这一膨胀宇宙的观点也在1927年被勒梅特在理论上通过求解弗里德曼方程而提出，这个解后来被称作弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克度规。哈勃的观测表明，所有遥远的星系和星团在视线速度上都在远离我们这一观察点，并且距离越远退行视速度越大。如果当前星系和星团间彼此的距离在不断增大，则说明它们在过去的距离曾经很近。从这一观点物理学家进一步推测：在过去宇宙曾经处于一个极高密度且极高温度的状态，在类似条件下大型粒子加速器上所进行的实验结果则有力地支持了这一理论。 2003 年 2 月 12 日，美国宇航局公布了探测器拍到的宇宙“婴儿期照片”，为宇宙大爆炸理 论提供了新的依据。根据这张照片科学家还精确地测量出了宇宙的实际年龄是 137 亿年。图 片中的微波光线来自宇宙大爆炸后的38万年，大约是在130多亿年前。美国宇航局的科学家说， 这张照片中可以观测到的辐射是一种电磁波，它充满了整个宇宙。电磁波里包含的微观模型信息，显示了形成星系以及我们周围一切结构的萌芽的特征。这次公开的宇宙“婴儿期照片”清晰地显示了这个遗迹的存在，有力地支持了宇宙大爆炸理论。另外， 图片还显示宇宙中最早的恒星诞生于宇宙大爆炸发生的2亿年后，比许多科学家认为的要早 得多。宇宙起初是由不断相互影响的粒子和射线所构成的一团炽热且无定形的云状物组成的：大爆炸后又过了40万年，宇宙膨胀和冷却到一定程度时，电子和质子结合成中性原子，它们再 与周围的射线相互影响。 经过科学研究，目前被绝大多数人接受的结论是：宇宙诞生之前，没有时间，没有空间，也没有物质和能量。大约150亿年前，在这片四大皆空的“无”中，一个体积无限小的点爆炸了。时空从这一刻开始，物质和能量也由此产生，这就是宇宙创生的大爆炸。但，若真是四大皆空的状态，那么宇宙为何会爆炸？爆炸后的物质又是从哪里来的？不是说自然界的一切物质都是守恒的，那么这个宇宙大爆炸是如何无中生有的呢？ 二、黑洞 黑洞（black hole）是由一个只允许外部物质和辐射进入而不允许物质和辐射从中逃离的边界即视界所规定的时空区域。 根据第七节课影片的介绍，黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程；恒星的核心在自身重量的作用下迅速地收缩，发生强力爆炸。当一颗恒星衰老时，它的热核反应已经耗尽了中心的燃料（氢），由中心产生的能量已经不多了。这样，它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下，核心开始坍缩，直到最后形成体积小、密度大的星体，重新有能力与压力平衡。物质将不可阻挡地向着中心点进军，直至成为一个体积很小、密度趋向很大。而当它的半径一旦收缩到一定程度（一定小于史瓦西半径④），巨大的引力就使得即使光也无法向外射出，从而切断了恒星与外界的一切联系——“黑洞”诞生了。2010年11月16日凌晨1点30分，美国宇航局宣称，科学家通过美国宇航局钱德拉X射线望远镜在距地球5000万光年处发现了仅诞生30年的黑洞。这是有史以来所发现的最年轻的黑洞。 据科学家揣测，银河系的中心是一个超巨型黑洞。超巨黑洞位于星系中心，据推测每个星系都有，质量一般约为星系总质量的5%。目前，关于超巨黑洞的形成主要有两种理论。一种观点认为，它可能是随着星系的诞生一次性产生的。但也有推测说，超巨黑洞是以质量更小的黑洞为基础形成的，后者就好比是一些“种子”，随着时间的推移进化成了巨型黑洞。 因为所有的能量都是守恒的，科学家们提出设想，既然宇宙中有黑洞，那么一定存“白洞”。黑洞可以用强大的吸力把任何物体都吸进去，而白洞可以把这些东西都吐出来。科学家们设想，黑洞与白洞是连在一起的，黑洞把物质吸进去，物质在里面会经过一个叫做“奇异点”的东西，然后物质就到达了白洞的“管辖范围”，会被白洞“吐”出来。然后物质就到达了另一个宇宙（第一平行宇宙到达第二平行宇宙）。但是，如果白洞存在，所有的物体将会以极快的速度离开。这会是我们这个宇宙形成的原因吗？我们是否就生活在被白洞所抛出的物质至上呢? 三、玛雅预言 关于玛雅人预言的2012世界末日是我最感兴趣的一个部分。地球上有多处迹象表明玛雅人曾经生活在这个地球上过，可是他们为什么消失了？在过去的时间里，也曾有许多关于世界末日的说法，但当所被预言的那一刻真正到来时，所有的预言就不攻自破了。那么玛雅预言也是这样吗？随着2012的渐渐来临，关于玛雅预言的有关事迹、传闻、猜测越来越多。玛雅预言受到了前所未有的关注！ 根据玛雅历法的预言传说，我们所生存的世界，共有五次毁灭和重生周期——每一周期即所谓的“太阳纪”。按照这一传说，现在我们正处在第四个“太阳纪”，而2012年左右将是“第5太阳纪”的开始；并且，当时的玛雅人认为，在每一纪结束时，都会在我们生存的家园上演一出惊心动魄的毁灭悲剧。 玛雅预言为何会受到如此多的关注呢？ 玛雅人认为一个月等于20天，一年等于18个月，再加上每年之中有5未列在内的忌日：一年实际的天数为365天，这正好与现代人对地球自转时程的认识相吻合。玛雅民族在天文学方面的成就是十分突出的。 玛雅古国有五大预言：1：玛雅文明的终结。也就是他自己的末日，自己预测到了。却改变不了。 2：汽车，飞机，火箭的出现时期。 3：大魔头（希特勒）的出生和死亡的大致时期。 4：毁灭性战争的爆发时期（一二战）。 5：2012年12月21日太阳落下以后。将不会出现。 这五大预言中的前四个都已准确的实现，如今就差世界末日这一预言。它会像前四个预言一样准确的实现吗？ 科学家对玛雅预言并不信以为然，他们首先利用玛雅历法来揭穿所谓的“世界末日”预言。玛雅历法并没有结束于2012年，因此玛雅人自己也没有把这一年当作是世界的末日。不过，2012年12月21日（冬至）肯定是玛雅人的一个重要日子。美国科尔盖特大学考古天文学家安东尼-阿维尼是一名玛雅文化研究专家。阿维尼表示，“在玛雅历法中，1872000天算是一个轮回，即37年。” 玛雅人对于时间的计算比其他许多文化都要精细。阿维尼介绍说，玛雅人曾经发明了所谓的“长历法”，这种历法把最初的计算时间一直追溯到玛雅文化的起源时间，即公元前3114年8月11日。根据“长历法”，到2012年冬至时，就意味着当前时代的时间结束，即完成了37年的一个轮回。长历法于是重新开始从“零天”计算，又开始一个新的轮回。阿维尼认为，“这仅仅是一个重新计时的思想，与我们每年元旦或周一早上重新开始一年或一周生活完全一样。” 也有一种这样的说法，地球环境正在遭受前所未有的破坏，2012世界末日说纯粹是为了提醒人类保护地球的重要性。最近世界总是不太平静，地震、暴雨不停侵袭着人类的家园，造成人类巨大的损失。无论2012是否真的存在，我们都应该珍惜每一天的美好生活！ 四、外星文明 茫茫宇宙中，地球上的人类建立的文明是微不足道的。因为地球文明是如此短暂，人类开始创造文明才不过几万年，发展科学技术不过几百年，探索航天技术不过几十年，这和地球年龄的46亿年、银河系年龄100亿至150亿年相比，何异于沧海一粟。因此，我始终坚信外星人是真实存在的，他们就在我们的周围，在某一个星球上，只是我们的科学技术还不够发达，我们无法发现对方。 早在19世纪，人们就在想办法和外星文明联系上。在20世纪的四分之一的时间中，我们已在不停地用电波轰击太空，现在电波在所有方向上已经传播了70光年，覆盖了数千个恒星系统。我们可以设想，某个星球上的智慧生命，现在已经打开收音机，正在收听地球上的一些流行歌曲。 目前科学家一直不懈的努力着、假设着外星人的一切，外星人居住的环境或许与地球相似，但由于大气比例不同，他们生活的星球或许比地球高温，或许比地球潮湿，或许比地球压强大。或许那个存在生物的星球的环境真的会像视频中那样，有飞鲸、跟踪鸟、气球草！ 天文学的一切以其未知性和不确定性不停的勾起人们的求知欲望。人们不停假设、不停研究，想要知道宇宙是如何形成的？黑洞究竟是怎么一回事？外星文明是否存在？外星人是什么模样？在几千年的天文研究中，我们看到了各种天文学家的努力和人类社会的进步。从他们的结论中，我们对自己、对自己居住的环境、对自己的来历有了进一步的了解。 在宇宙中，地球是一个十分年轻的生命，我们还有很长的路要走！ ①乔治·爱德华·勒梅特：1894年7月17日—1966年6月20日，比利时牧师、宇宙学家。 ②亚历山大·亚历山大洛维奇·弗里德曼：1888年6月16日－1925年9月16日，苏联数学家、气象学家、宇宙学家。现代动力气象学的奠基人之一。1910年毕业于圣彼得堡大学。 ③埃德温·哈勃：1889年—1953年，美国天文学家，第一个使用霍尔望远镜的天文学家。哈勃的研究引导了对宇宙诞生的新研究。 ④史瓦西半径：是任何具重力的质量之临界半径。1916年卡尔·史瓦西首次发现了史瓦西半径的存在，一个物体的史瓦西半径与其质量成正比。我对天文学的定义、研究方向、研究领域、研究理论以及矮行星和中子星等重要的天体有了系统的了解。它也丰富了我的知识体系，拓宽了我的知识面。我期待天文学取得更大的进展，也期待我国的科学事业的发展越来越好。

毕业答辩开场白：尊敬的各位评委老师：大家晚上好！我叫XX，来自XX班，我的论文题目是《关于中国古代数理天文学之成就－历法的基础研究》。这是一个综述性的研究，所以可能论文里面自己研究的内容比较少，还望老师们给与意见。之所以选择这样一个论文题目，主要是基于以下三方面的考虑：1、兴趣。因为我一直以来我都很喜欢天文学，而当初选择物理专业也是出于想深入了解这些有关天文的神奇现象，所以这次毕业论文我便选择对中国古代天文学进行了基础研究。2、天文学的科学重要性。恩格斯曾在《自然辩证法》里说：要研究自然科学各部门之不断地发展，首先就应研究天文学。单单为了定季节，游牧民和农业民族就绝对需要它。是的，天文学是一门最古老的科学，自有人类历史以来就已经有相当的研究了，那个时候没有大城市、大建筑物，没有工厂的烟灰，人们可以很自由自在地欣赏自然界的美丽。不过那时候农牧民族欣赏自然美并不单纯是为了求心灵的安慰，而是从其自身的实际应用出发的。3、有助于教学。通过对中国古代天文学的研究，让我对天文学有了更深刻的理解这有助于我今后从事物理教师的工作，增加我与学生们交流的话题。生答辩注意事项：1、带上自己的论文、资料和笔记本。2、注意开场白、结束语的礼仪。3、坦然镇定，声音要大而准确，使在场的所有人都能听到。4、听取答辩小组成员的提问，精神要高度集中，同时，将提问的问题记在本上。5、对提出的问题，要在短时间内迅速做出反应，以自信而流畅的语言，肯定的语气，不慌不忙地一回答每个问题。6、对提出的疑问，要审慎地回答，对有把握的疑问要回答或辩解、申明理由；对拿不准的问题，可不进行辩解，而实事求是地回答，态度要谦虚。

天文学论

天文观测精确地检验了牛顿力学，并把它推上科学巅峰 1845年，当时的巴黎天文台台长阿喇果(Dominique F J Arago)建议勒威耶(Urbain Le Verrier)研究天王星运动的反常问题。勒威耶利用有关天王星的大量观测资料，运用牛顿万有引力定律计算出对天王星起摄动作用的未知行星的轨道和质量，并且预测了它的位置。他将计算结果呈送给法国科学院，与此同时他还写信给当时拥有较大望远镜的几位天文学家，请求帮助观测。他的工作在法国同行中受到了冷遇，但是却获得了德国天文学家伽勒(Johann G Galle)的协助。1846年9月23日，伽勒收到勒威耶信的当天晚上就进行了观测搜寻。他仅用一个半小时就在偏离勒威耶预言的位置52′处观测到了这颗当时星图上没有的星，即后来大名鼎鼎的海王星。海王星的发现把牛顿力学推上了科学的巅峰。 后来，勒威耶发现水星的近日点进动，在排除太阳引力和其它已知天体的轨道摄动影响后，还有每百年43角秒的多余进动。这是牛顿引力所不能解释的。受海王星发现的启示，勒威耶由此预言了“水内行星”的存在。然而勒威耶穷其一生也无法找到这颗预言的行星。他的水星近日点进动观测结果后来被爱因斯坦用广义相对论成功地加以解释。与牛顿力学不同，在广义相对论中，两个没有自转的物体之间的引力与它们自转起来之后的引力是不同的。这一效应会引起自转轴的进动，水星进动就是由这一效应所产生的。 天文观测对爱因斯坦广义相对论的验证 广义相对论的验证主要是通过天文观测进行的。“天文验证”之一是用广义相对论成功地解释了水星近日点进动问题，计算的进动值在扣除了其它行星的影响后为每100年移动91〃，与观测值——43〃十分吻合。后来观测到的地球、金星等行星近日点的进动值也与广义相对论的计算值吻合得相当好。 “天文验证”之二是利用日全食的观测，验证了引力场中光线弯曲的量是符合广义相对论的。1911年，爱因斯坦就在理论上预言了这一现象。他认为在发生日全食时，可以通过测量太阳附近引力场的某一恒星的星光，与先前这颗恒星的位置相比较，便可以测出偏转的角度。从1912年到1922年，天文学家进行了多次日全食观测。特别是英国著名天文学家爱丁顿(Arthur S Eddington)自爱因斯坦提出这一理论开始就支持他的预言，并为此做了大量的日全食观测。爱因斯坦关于“太阳的引力可能引起恒星光线偏折”预言的正确性，经坎普贝尔(William W Campbell)1922年的观测结果的检验才最终被主流科学界所确认。。 “天文验证”之三是在一颗白矮星上观测到了谱线的引力红移。广义相对论认为，光线在引力场中传播时，它的频率会发生变化。当光线从引力场强的地方传播到引力场弱的地方时，其频率会略有降低，即发生引力红移现象。1911年，爱因斯坦计算从太阳射到地球的光线的相对引力红移变化是2×10-6。这个数值很小，测量起来相当困难。而白矮星的质量与太阳接近，但半径只有太阳的百分之一，其发出光的引力红移效应比较显著。1925年，美国天文学家亚当斯(Walter S Adams)观测了一颗白矮星(天狼星B)，测到的引力红移与广义相对论的理论计算值基本相符。 值得一提的是，在1974年，美国科学家赫尔斯(Russell A Hulse)和泰勒(Joseph H Taylor)发现了一颗新的脉冲双星PSR1913+16。通过对这颗脉冲星的转动周期衰减测量，间接证实了广义相对论所预言的引力波。赫尔斯和泰勒也由于此项工作而荣获1993年诺贝尔物理学奖。 天文观测推翻了托勒玫地心说的统治地位 哥白尼通过三十年的天象观测，渐渐地对长期以来居于宗教统治地位的托勒玫地心说产生了怀疑。哥白尼在他的《天体运行论》中详细讨论太阳、地球、月亮和各个行星的运动，认为太阳是不动的，是宇宙的中心，而地球只是一个围绕太阳转动的普通行星。 1609年，伽利略首次将望远镜用于天文观测，并以此发现了一些可以支持日心说的新的天文现象后，日心说才开始引起人们的关注。这些天文现象主要是木卫体系的发现直接说明了地球不是唯一中心，金星盈亏的发现暴露了托勒玫地心说体系的错误。然而，由于支持哥白尼日心说的数据与支持托勒玫体系的数据都不能与第谷的观测相吻合，因此日心说当时仍不具有优势。直至开普勒以椭圆轨道取代圆形轨道修正了日心说之后，日心说在与地心说的长期斗争中才取得了真正的胜利。人类终于认识到地球不是宇宙的中心。德国诗人歌德曾说：“哥白尼撼动人类意识之深，自古无一种创见、无一种发明，可与之相比。”可以毫不夸张地说是哥白尼的日心说揭开了近代科学革命的序幕。 然而，太阳真的位于宇宙中心吗？这是人们一直非常关心的问题。自从18世纪以来，包括赫歇尔等在内的许多著名天文学家，都认为太阳是在银河系中心。美国天文学家沙普利(Harlow Shapley)通过观测发现球状星团并不均匀地分布在全天，而是比较集中在南天，尤其是人马座一带。他大胆而明确地提出，这是由于太阳并不在银河系中心，而是远离中心的缘故，银河系中心在人马座方向。沙普利把太阳从银河系中心挪开，放到它应该在的地方，其见解意义重大。 1924年，哈勃利用威尔逊山天文台的54米望远镜分析一批造父变星的亮度以后断定，这些造父变星和它们所在的“星云”距离我们远达几十万光年，因而一定位于银河系外。这一发现使人们不得不改变对宇宙的看法，即银河系在宇宙中也是一个非常普通的星系。1925年，哈勃对河外星系的最新观测显示星系看起来都在远离我们而去，且距离越远，远离的速度越快。这项发现是20世纪天文学的重大成就，它颠覆了人类对宇宙已往的理解与认识。一直以来，人们都认为宇宙是静止的，而现在发现宇宙是在膨胀的，这一结论意义深远。今天，通过天文观测，人类终于认识到宇宙是没有中心的，整个宇宙各个部分都在彼此远离，并正在加速膨胀。 天文观测正逐渐推翻地球是宇宙生命中心说 人类在抛弃地球是宇宙中心地位的过程中，也提出了地球是否是宇宙中唯一的生命家园，即地球是不是宇宙生命中心的问题。事实上，每个人都在根据自己的认识来寻找着上述问题的答案。对这些问题的回答与思考贯穿于整个文学、艺术和科学的发展史中。新的科学发现使我们更为接近揭开太阳系外生命的一些基本问题，但又提出了更多的新问题。 随着新千年的到来，人类希望凭借自己掌握和拥有的先进的科学和技术能力来回答这些最古老和深奥的问题。虽然对此问题尚无确切的答案，但是至少太阳系外行星存在的理论已为近年的最新天文观测所证实。90年代以来，通过大口径光学望远镜观测，对发现具有类似太阳系的恒星行星系统有了许多突破性进展。到目前为止，天文学家已确定了400余颗有行星系统的恒星候选体。观测还表明，这些具有行星环绕的恒星系统和行星本身都存在多样性。约40颗恒星行星系统具有多行星存在，其中一个恒星系统拥有5颗行星，2个恒星系统拥有4颗行星。从统计来看，至少5%的类太阳恒星存在行星系统。最近已探测到一颗质量大约为2个地球质量的类地行星候选体。特别令人振奋的是天文学家相继在多个行星状星云和多颗行星上发现了生命所必需的一氧化碳、二氧化碳、甲烷和水等大气谱线。天文学家甚至已经能够通过大望远镜和先进的技术方法直接观测到围绕恒星旋转的行星了。目前，通过太阳系外行星的探测，正朝着推翻宇宙生命中心说的方向发展。越来越多的天文观测表明，地球并不是宇宙中唯一存在生命的星球。 我们有理由相信，人类与生俱来的好奇心和求知欲将是驱动人们进行太阳系外行星及其生命搜寻的原动力。新的天文观测和发现必将并继续深刻地影响和改变着整个人类的宇宙观，不断加深人类对宇宙的认识。这种在理性指导下的实践活动体现了现代的科学探索精神，也必将为人类认识自然、与自然和谐相处带来无穷的益处。