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香港科技大學天文學會講座

香港科技大學天文學會講座. 2003 年 10 月 28 日 從雙星談到奇異星體 香港科技大學物理系 王國彝教授. 大綱 : *大犬座天狼星 及其他例子 * 英仙座大陵五 ( 食雙星 ) *PSR1913+16( 脈衝雙星 ) * 天鵝座 X-1( 雙星系統中的黑洞 ) *NGC6240( 雙超級黑洞系統 ). 1. 大犬座 天狼星及其他例子. 雙星. 太陽是一顆單獨存在的恆星 ; 但雙星系統在宇宙中十分普遍，近一半以上的恆星都是有伴星相隨的. 木星. 如果在太陽系形成的時候，木星剛巧大得足以成為小太陽，太陽系 也會 成為雙星系統. 雙子座北河二.

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  1. 香港科技大學天文學會講座 2003年10月28日 從雙星談到奇異星體 香港科技大學物理系 王國彝教授 大綱: *大犬座天狼星及其他例子 *英仙座大陵五(食雙星) *PSR1913+16(脈衝雙星) *天鵝座X-1(雙星系統中的黑洞) *NGC6240(雙超級黑洞系統)

  2. 1.大犬座天狼星及其他例子 HKUST Astronomy Club

  3. 雙星 • 太陽是一顆單獨存在的恆星; • 但雙星系統在宇宙中十分普遍，近一半以上的恆星都是有伴星相隨的 HKUST Astronomy Club

  4. 木星 • 如果在太陽系形成的時候，木星剛巧大得足以成為小太陽，太陽系也會成為雙星系統 HKUST Astronomy Club

  5. 雙子座北河二 • 1803年，赫紹耳(William Herschel)發現的第一個雙星系統 HKUST Astronomy Club

  6. 北河二雙星的軌跡 HKUST Astronomy Club

  7. 開陽增一 開陽,北斗六 雙雙星系統? 開陽和開陽增一都是雙星系統，所以是”雙雙星系統” HKUST Astronomy Club

  8. 距離不遠 • Gliese623位於武仙座，離太陽系只有25光年 • 兩星相距約2AU • Gliese623b比太陽暗60,000倍，輕10倍(紅矮星) HKUST Astronomy Club

  9. 天鵝座 HKUST Astronomy Club

  10. 天鵝座61 HKUST Astronomy Club

  11. 一月一日下午九時從香港向東南偏東觀看的天狼星(黑色)，天狼星是大犬座的主星，位於大犬座的頸部。一月一日下午九時從香港向東南偏東觀看的天狼星(黑色)，天狼星是大犬座的主星，位於大犬座的頸部。 HKUST Astronomy Club

  12. Sirius (天狼星):著名的目視雙星 例: 天狼A是雙星系統中質量較大的星體，它的同伴是一顆白矮星，最近才被發現。 HKUST Astronomy Club

  13. 在Ball場中 HKUST Astronomy Club

  14. 關燈之後 HKUST Astronomy Club

  15. 翩翩舞姿 • 當雙星在軌跡運行時，它們的質心保持不變。 • 質心位於兩星連成的直綫上。 • 它們的距離與質量成反比 HKUST Astronomy Club

  16. 緊握臂彎 • 他們的旋轉動作是靠他們互相緊握的力來維繫的。 • 這力是向心力，沒有這作用力維持，他們就會各散東西了。 • 把雙星拉在一起的力是萬有引力，是由星體的質量決定的。 HKUST Astronomy Club

  17. 力 ─ 和質量 ─ 有多大? • 如果兩星之間的距離很大，扣緊雙星的作用力應是大的。 • 如果兩星旋轉得很快，扣緊雙星的作用力也應是大的。 • 事實上，開普勒定律告訴我們。 • 雙星提供了直接量度星體質量的唯一的方法。 HKUST Astronomy Club

  18. 2.英仙座大陵五(食雙星) HKUST Astronomy Club

  19. 大陵五(Algol) • 英仙座大陵五是魔女Medusa的眼睛 HKUST Astronomy Club

  20. 食雙星 • 如果雙星軌道平面與視綫平行，星光就可被伴星阻擋，形成食雙星。 • 如果雙星太接近，會被誤認為單一星體。 • 當星食發生時，亮度減弱。 • 當星食結束時，亮度恢復。 HKUST Astronomy Club

  21. 冷星在前 熱星在前 有大有小 • 大低點：當温度較低的星體在前方，阻擋的光較多，亮度減弱較深。 • 小低點：當温度較高的星體在前方，阻擋的光較少，亮度減弱較淺。 HKUST Astronomy Club

  22. 星食初現 星食減退 小星直徑 星食過程 大星直徑 更多資料 • 觀測星體的多卜勒效應，可以找出它們的速率。 • 觀測小星橫越大星的時間，可量大星直徑。 • 觀測星食初現(或減退)的時間，可量小星直徑。 HKUST Astronomy Club

  23. 偏食 • 如果雙星軌跡與視綫成小角度，星食就不完全，形成偏食。 HKUST Astronomy Club

  24. 雙星: 示範 欣賞食雙星的動畫示範： http://www.phys.ust.hk/genphys/press/press-hkust.htm (香港物理學會中六學生專題研究獲獎作品)

  25. 3. PSR1913+16 (脈沖雙星) HKUST Astronomy Club

  26. 甚麼是中子星? • 恆星如同人一樣也有生與死；恆星由生到死這個過程被稱為「恆星演化」。 • 中子星就是「恆星演化」其中一個結果。 HKUST Astronomy Club

  27. 中子星如何形成? [1] • 當一顆質量相當於4至8倍太陽質量的恆星到達「恆星演化」的最後階段時，通常會以「超新星爆炸」來結束它的一生。 HKUST Astronomy Club

  28. 一百億光年外的超新星爆炸(已知最遠)。 超新星爆炸 HKUST Astronomy Club

  29. 中子星如何形成? [2] • 超新星爆炸後，恆星的核心便會變成中子星。 • 中子星的質量高於1.4倍太陽質量， 但低於3倍太陽質量。 HKUST Astronomy Club

  30. 中子星有何特別? [1] • 在中子星內重力非常大，大得可以令質子和電子融合成中子。 HKUST Astronomy Club

  31. 中子星有何特別? [2] • 由於中子星已是「恆星演化」的盡頭，所以不會像太陽般發光。 • 中子星的體積很小，直徑不超過 30 公里，不過質量卻超過太陽! HKUST Astronomy Club

  32. 一個太陽質量的中子星，約有十公里大小 中子星有何特別? [3] HKUST Astronomy Club

  33. 中子星有何特別? [4] • 由於中子星體積小、質量大，它的密度也大得驚人。 • 一立方公分的中子星物質，竟重達10億多噸！ • 綠豆般大小的東西要1萬艘萬噸輪船才承受得起 HKUST Astronomy Club

  34. 中子星的例子 [1] • 一顆距離地球最近的中子星，位於南冕座。 • 這顆中子星的密度是鋼鐵的一百億兆倍! HKUST Astronomy Club

  35. 中子星的例子 [2] • 蟹 狀 星 雲 中 的 中 子 星。 • 中間兩顆亮星中靠左的那一顆就是中子星，直徑約為10公里，質量約與太陽相當。 HKUST Astronomy Club

  36. 甚麼是脈衝星? [1] • 脈衝星其實就是高速旋轉的中子星。 • 由於中子星的體積細小，兩極的磁場被強烈的擠壓，形成了兩極強大的輻射和噴流現象。 HKUST Astronomy Club

  37. 脈衝星是如何被發現? [1] • 1967年，英國劍橋大學的研究生約塞琳‧貝爾 (Jocelyn Bell) 從外太空接收到一連串有規律的電波脈衝，從而發現脈衝星。 HKUST Astronomy Club

  38. 脈衝星是如何被發現? [2] • 他們起初不知道是脈衝星的訊號，還以為是外星人的訊息，並給了脈衝星一個有趣的名字─「小綠人」( Little Green Men )。 HKUST Astronomy Club

  39. 脈衝星有何特別? [1] • 脈衝星放射脈衝的周期極為穩定，足以與世界上最好的原子鐘相媲美。 • 至今已發現350多個脈衝星，脈衝訊號的週期多在0.0016-4秒之間。 HKUST Astronomy Club

  40. 脈衝星有何特別? [2] • 不同的脈衝星會放射出不同的電磁波，例如無線電波、紅外線、x光等。 HKUST Astronomy Club

  41. 脈衝星有何特別? [3] • 低頻脈衝 PSR0329+14:周期為0.715秒 • 中頻脈衝 PSR0833-45:位於船帆座超新星殘骸, 周期為89.3毫秒 • 高頻脈衝 PSR1937+21:已知最高頻脈衝的脈衝星, 周期為1.56毫秒, 或頻率為640赫 HKUST Astronomy Club

  42. 燈塔效應(lighthouse effect) [1] • 由於脈衝星只向兩極的方向放射電磁波，所以只有在被它放射的電磁波的範圍掃過的地方才可以探測到脈衝星的訊號。 • 這使到脈衝星就像宇宙之中的燈塔。 HKUST Astronomy Club

  43. 燈塔效應(lighthouse effect) [2] • 脈衝星的結構 HKUST Astronomy Club

  44. 燈塔效應(lighthouse effect) [3] • 模擬脈衝星的運動 HKUST Astronomy Club

  45. 蟹狀星雲脈衝星的吸積盆和噴流 HKUST Astronomy Club

  46. 脈衝雙星 HKUST Astronomy Club

  47. 脈衝雙星的發現 [1] • 約瑟泰勒(Joseph Taylor)和羅素曉斯(Russell Hulse)發現首個脈衝雙星PSR 1913+16 HKUST Astronomy Club

  48. 脈衝雙星的發現 [2] • 約瑟泰來和羅素曉斯於1974年利用位於阿雷西博的射電望遠鏡發現PSR1913 + 16 HKUST Astronomy Club

  49. 脈衝雙星的發現 [2] • 部分脈衝較其他脈衝早3秒到達； • 這現象稱為多普勒效應； • 顯示有伴星存在； HKUST Astronomy Club

  50. 多普勒效應 [1] • 當一架警車經過的時候, 它迎面過來所發出的聲波是比它離開時所發出的為高 • 走音?? HKUST Astronomy Club

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