天体物理

天体物理（共12篇）

天体物理 篇1

一备考策略阐释

“天体运动”是高考物理命题的热点, 每年必考, 它具有知识点多、情景新颖、问题类型多、建模难度大等特点, 在高考中单独考查时通常是一道选择题或填空题, 有时也常与其他章节知识 (如抛体运动等) 综合考查, 包括以解答题形式考查。“天体运动”的命题热点:一是卫星 (或行星) 的环绕速度、加速度、周期、向心加速度与轨道半径的关系, 如2010天津理综第6题;二是天体质量、密度的计算, 如2010福建理综第14题;三是第一宇宙速度的求解, 如2009北京理综第22题;四是同步卫星、双星、三星等问题, 如2008山东理综第18题;五是卫星的发射、变轨等问题, 如2010江苏高考第6题;六是涉及新知识的信息题, 如黑洞、引力势能等, 如2010江苏高考第3题。

随着人类对航空航天的不断探索与宇宙探测, 涉及新情景、新知识的信息题会更受命题人的青睐, 因此, 提高科学素养至关重要。

二核心考点梳理

1. 天体运动基本参量的分析与计算

天体运动问题的基本思想可以概括为:一个中心, 两个基本点。

一个中心:万有引力提供向心力, 即:

两个基本点:黄金代换式和向心加速度。

黄金代换式:天体对其表面上的物体的万有引力近似等于重力, 即:

R、g分别是天体的半径, 表面重力加速度。此公式, 应用广泛, 称为“黄金代换式”。

向心加速度常见的有三种表达形式, 因此万有引力提供向心力就演变为三组公式, 用于解决人造天体 (如宇宙飞船、人造卫星) 的有关计算。

说明一旦卫星上天后, 其运行的线速度v就随着轨道半径r的增大而减少;

即卫星运行的角速度w也随着轨道半径的增大而减少;

说明卫星运行的周期T随着轨道半径r的增大而增大。

例1:2009年2月11日, 俄罗斯的“宇宙-2251”卫星和美国“铱-33”卫星在西伯利亚上空约805km处发生碰撞, 这是历史上首次发生在轨卫星碰撞事件, 碰撞过程中产生的大量碎片可能会影响太空环境。假定甲、乙两块碎片, 绕地球运动的轨道都是圆, 甲的运行速率比乙的大, 则下列说法中正确的是 () 。

A、甲的运行周期一定比乙的长;

B、甲距地面的高度一定比乙的高;

C、甲的向心力一定比乙的小;

D、甲的加速度一定比乙的大。

2. 估算天体的质量和密度

例2:已知地球同步卫星离地面的高度约为地球半径的6倍, 若某行星的平均密度为地球平均密度的一半, 它的同步卫星距其表面的高度是其半径的2.5倍, 则该行星的自转周期约为 () 。

A、6小时B、12小时C、24小时D、36小时

方法归纳:

(2) 根据中心天体的某些参量来估算。如已知中心天体表面重力加速度g和半径r0, 由得天体质量:天体密度

3. 同步卫星问题

同步卫星是指运行周期与地球自转周期相同且相对地球静止的人造卫星, 主要用于全球通讯。同步卫星具有“四个一定”的特点: (1) 定轨道平面:轨道平面与赤道平面共面; (2) 定运行周期:与地球的自转周期相同, 即t=24h; (3) 定运行高度:由得同步卫星离地面的高度为: (4) 定运行速率:

例3:a是地球赤道上一幢建筑, b是在赤道平面内做匀速圆周运动并距地面9.6×106 m的卫星, c是地球同步卫星, 某一时刻b、c刚好位于a的正上方 (见图1) , 经48h后, a、b、c的大致位置是图2中的 (取地球半径r=6.4×106m, 地球表面重力加速度

代入数据可求得b的周期为20000s。从图1位置经48h后, 同步卫星c应位于a的正上方, 而卫星b绕地球做完整圆周运动的次数为8.64次, 可以判断:只有B符合要求。

方法归纳:利用同步卫星的特点是解决同步卫星问题的关键, 须注意的是:赤道上的物体随地球自转而做的匀速圆周运动, 其周期虽和地球的自转周期相等, 但其向心力是由万有引力和弹力的合力提供的。

三易错易混辩析

1. 正确区分重力和万有引力

当考虑地球的自转效应时, 重力是万有引力的分力, 其方向除在两极和赤道之外不指向地心。

2. 正确理解天体质量的求解思路

利用卫星 (或行星) 的周期、轨道半径只能求中心天体的质量不能求卫星 (或行星) 的质量。

3. 混淆两种周期

如开普勒周期定律中的周期、利用卫星 (或行星) 的周期、轨道半径求中心天体的质量时的周期均指公转周期。

同步卫星的周期等于地球的自转周期, 小于其公转周期。

月球的自转周期等于它的公转周期。

天体物理 篇2

黑洞吸积理论及其天体物理学应用的近期发展(Ⅱ)

黑洞吸积理论是天体物理学的一个基础理论,是认识许多高能天体系统如活动星系核、黑洞X射线双星,以及伽马暴等的重要物理基础.该文评述近年来黑洞吸积理论尤其是径移主导吸积流模型(advection-dominated accretion flow)及其变种的主要发展,并介绍该理论在银河系中心、低光度活动星系核、黑洞X射线双星等方面的`应用.共分为两篇,该文是第2篇,内容是关于黑洞热吸积流理论在低光度活动星系核以及黑洞X射线双星方面的应用.

作 者：袁峰 YUAN Feng  作者单位：中国科学院,上海天文台,上海,30 刊 名：天文学进展  ISTIC PKU英文刊名：PROGRESS IN ASTRONOMY 年，卷(期)： 25(4) 分类号：P145.8 关键词：天体物理学   黑洞   吸积理论   银河系中心   黑洞X射线双星   活动星系核  

天体物理 篇3

以色列天体物理学家马里奥·利维奥就是这样一个人。他是空间望远镜科学研究所的资深理论天体物理学家，超新星及其成像专家。他的研究帮助天文学界确定了宇宙膨胀的速度，理解了暗物质和黑洞。

1990年，哈勃空间望远镜搭乘火箭发射升空时，我就在美国航空航天局的肯尼迪航天中心。“哈勃”让我们看到了自己的过去，说明了我们的来源。在庆祝哈勃空间望远镜25周年之际，我与利维奥在研究所谈起了“哈勃”的辉煌成就及其对科学、艺术和社会的影响。利维奥带着我畅游遥远的超新星、暗能量、暗物质、哈勃常数以及星系演变，展示他将复杂科学简单化这一拿手好戏。

人类面对的最具革命性的问题是什么？他认为是：宇宙中是否只有地球人。

哈勃空间望远镜怎样改变了我们认识宇宙的方式？

19世纪20年代，我们认识到宇宙在膨胀。但是我们想，这种膨胀可能正在减速，因为宇宙里的所有物质都有引力。1998年我们发现，宇宙膨胀不但没有减速，反而在加速，“哈勃”在发现中起到了非常关键的作用。宇宙膨胀的加速是与引力相对的斥力所致，这种斥力我们就称其为暗能量。

那么，这是怎么发现的？从根本上讲，我们看到的是极其遥远的恒星爆炸，即超新星Ia型爆发。在“哈勃”拍摄的图片上，你可以看到一个光点，那就是超新星，或者是一个星系。它们的距离非常遥远，可以在七八十亿光年以外。这意味着什么呢？这就是说这个光点在80亿年以前离开那些超新星，所以这张图片显示的是宇宙80亿年以前的情况。因此，我们可以拿当时的膨胀与现在的膨胀相比，发现宇宙的膨胀在加快。

“哈勃”所做的另一件重要事情是提高哈勃常数的精度。哈勃常数实际上是宇宙目前测定的膨胀速度，有了这个重要参数，就能确定宇宙的年龄：宇宙年龄大约是1除以哈勃常数的值。

发射哈勃空间望远镜之前，有两个天文学家小组一直在围绕哈勃常数值进行争吵。他们的看法不同，一个比另一个整整大2倍，这当然不可能。现在，我们利用“哈勃”能够精确地测量脉冲星的周期，所以可以知道该恒星的实际亮度是多少，然后将该恒星的实际亮度和我们看到的亮度进行比较，就能知道这颗恒星距离我们有多远。目前，哈勃常数值的误差在3%之内。请记住，原来的误差是2倍，而现在是3%。我们现在得到的值非常非常精确，据此我们知道宇宙的年龄基本上就是138亿年。

哈勃空间望远镜拍摄的M16和深空照片尤其著名，还有没有其他图像具有如此魅力呢？

首先，我得说那两幅图像仍然魅力非凡。M16已经成为一种形象，这毫无疑问。人们称其为创世之柱等等，那两个诞生着新恒星的气尘巨柱真是不可思议。在它之后拍摄到的哈勃深空、哈勃超深空、哈勃极深空等，也一直非常鼓舞人心，实在令人惊叹不已。当然，自此之后，还有更多更奇妙的图像。

有一张图像被称为神秘山，就是因为它看上去像一座山。这是另一个正在产生新恒星的气尘巨柱。这里面不但诞生着新的恒星，而且正在诞生恒星的周围圆盘上还有喷射发生。经过维修的哈勃空间望远镜，相机的分辨率更高、成像质量更好，所以提供了更多细节，这是以前办不到的。神秘山真是一幅令人惊讶的图像。

其他不可思议的图像还有马头星云，是“哈勃”的第三代广域照相机用红外光拍摄的。宇宙尘埃是可见光穿不透的，但红外光大都可以。用红外线我们能够穿过星云，看见马头星云内部那些不可思议的细节，简直太奇妙了。

还有一幅我们称之为宇宙玫瑰花，实际上是两个互动的星系，因为引力的作用，两个星系都有点被拉伸，形成了一个看上去有点像玫瑰花的结构，因此得名。在这朵“玫瑰花”的茎部可以看到一簇簇蓝色，那是恒星，这都是两个星系交互作用所致。这样的图像有几千幅，都令人叹为观止。

“哈勃”的宇宙起源频谱仪怎样显示宇宙的结构？

宇宙的结构实际上是暗物质形成的。早期宇宙的诞生首先是暗物质的塌缩形成一些引力势阱，然后普通物质流入其中，最终宇宙就这样开始形成，出现了一团团的星系。

我们现在能够用计算机模拟暗物质形成的结构，但是在模拟的时候，我们发现暗物质似乎有一个细纹网络，有点像海绵，细丝之间是空间，普通物质就集中在宇宙网的密集处。

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那么，我们是如何发现有这样的宇宙网存在的呢？是星际气尘最终形成了这类东西。我们看不到，是因为它发出的光不足以让我们看到。可是，如果我们观察更为遥远的类星体（它们是星系中很远很远的黑洞，看上去只是一个个的光点），它们发出的光到达我们的望远镜之前，中途会穿过很多那样的细丝，在这个过程中，原子会设法吸收一些那个光源的光，然后我们就能在光谱中看到。“哈勃”的宇宙起源频谱仪便能捕捉到这些信息，让我们得以绘制宇宙网的三维结构。

地面望远镜提供的信息与空间望远镜提供的信息不同，这是为什么？

每台望远镜都有其优点和缺点。地面上的望远镜都很大，像凯克望远镜、甚大望远镜等，有较大的采光面，因此能够追踪非常暗弱的天体。如果需要观测非常暗弱的天体，就得靠这个。不过，即使利用自适应光学想办法去除部分红外图像中地球大气的影响，在像素方面也无法跟“哈勃”媲美，而且近期也没有别的望远镜能超越它。

所以，如果需要高像素，想看清细节，仍然得用“哈勃”拍摄的图像。很快我们会有詹姆斯·韦伯空间望远镜，镜片更大（哈勃只有2.4米，而詹姆斯·韦伯有6.5米），而且基本上全部使用红外光，因此会有更强的优势。电位敏感扫描设计（LSSD）会发挥其优点，这一步迈得不小，可以用一个天文台观测到的数据补充另一个天文台观测到的数据，通过这些不同波长、不同敏感度的数据，我们得到的画面会更完美。

暗能量是什么？

我们不晓得暗能量是什么，只知道它在干什么：它在加速宇宙的膨胀。我们还知道这是一种非常流畅的能量，充满整个太空。暗能量可能是什么，我们倒是有些线索。我们认为，它是一种与虚空相关的能量，在物理上呈真空状态。物理上的真空并非什么也没有，反而有非常活跃的内容。事实上，它里面充满了成对的虚粒子和反粒子，忽隐忽现，反复无常。所以，我们认为就是那个真空里的那个能量在起作用。问题是，当我们计算真空中的能量应该有多少时，得到的数字与实际看到的差很多数量级，因此我们还是无法确定暗能量到底是什么。目前最好的猜测是，它是虚空的能量，是它在推动我们的宇宙加速膨胀。

暗能量会把我们的宇宙怎么样？

因为我们目前还不能准确地知道暗能量是什么，我的确不能回答这个问题。然而，如果暗能量的确是与虚空关联的能量，我们就知道它的密度是恒定不变的。如果是这样的话，那就意味着宇宙的膨胀会保持同样的加速方式，永远加速下去。大约再过一万亿年，如果银河系周围还有天文学家的话，他们就无法在夜空中看到其他星系，不管他们使用的望远镜功能有多么强大。他们会以为宇宙中只有一个星系。如果真是这样，宇宙将来会走向极度冰冷的死亡。

现在我们还不能确定暗能量就是这个虚空的能量，所以事情实际上有可能会极其不同。另一种可能的情况是大坍缩，整个膨胀还原然后再次塌缩;或者是大撕裂，即膨胀的力量最终会把哪怕最小的结构也撕裂，甚至原子和原子核也不放过，也就是说，所有一切。可是，如我所说，迄今的大多数观察结果与持续加速膨胀一致，将来你看不到其他任何星系的可能性更大，就是这样。

什么是暗物质？

我们的宇宙非常奇怪，大约70%是我们称之为暗能量的这种能量，就是它在推动宇宙的加速;大约25%是我们称之为暗物质的东西，我们看不到，因为它不发光，也不与电磁发生作用;只有不足5%是我们叫作重子物质的东西。我们就是由这种重子物质组成的，恒星也是，星系也是，可是它只占宇宙能量的5%。

所以说，暗物质非常重要，它大约是宇宙能量密度的25%，而且在建筑我们看到的所有宇宙结构（如星系、星系团，等等）方面发挥作用。但是，它的交互作用非常微弱，不放射任何光亮，你怎么才能知道它的存在呢？我们通过它的引力作用发现它。起初是观察单个星系，我们发现了远离星系中心的天体，如果宇宙的所有质量就是我们看到的星系的总质量，那里就不会有围绕星系中心旋转的天体，因为没有足够的质量将其留住。所以我们推断，那里可能有我们看不到的各种质量。事情就是这样的。

另一方面，暗物质虽然发生相互作用，但非常微弱，不会产生热的互动，而是穿越。但是因为引力透镜的作用，我们也能发现暗物质的存在。这是爱因斯坦广义相对论的一种效应。

这些都是“哈勃”观测的结果。我们可以通过“哈勃”找到暗物质的分布，甚至能够绘制一幅三维地图，标示出更大范围的暗物质布局。

“哈勃”发现了黑洞的什么？

哈勃空间望远镜最重要的发现之一，便是在几乎每个星系的中心都有一个黑洞，一个超巨大的黑洞。顺便说一句，银河系的中心也有一个黑洞，其质量大约是太阳质量的400万倍。“哈勃”还发现星系中央的黑洞质量与黑洞周围的波速频散有着非常紧密的关系，它也是对黑洞周围星系的中心恒星膨胀质量的测量。

这一点非常重要，因为你也许认为星系与其中央的黑洞相互不知道彼此，以为它们完全独立发展。事实上，黑洞质量与波速频散的关系非常密切，这意味着星系和黑洞实际上共同演变。我们以为自己理解它如何作用，因为只要黑洞中心创造质量，就会进一步膨胀，黑洞也随之增大。在一定的点上，你会开始得到这样的反馈，即辐射开始推动那里的气体，这样黑洞和膨胀就会停止增大，其质量也继续缚在一起。星系M87中有个黑洞，其中心质量大约是太阳质量的30亿倍，从“哈勃”拍摄的图像中我们还能看到奇特的喷射景观。

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“哈勃”能够看见极深空，这些空域中有什么呢？

选择天空的一个微小区域，对其进行极深度的观察，这就是哈勃超深空。令人惊异的是，这些图像里你能看见的每一个光点都是一个星系，一幅图里往往有上万个这样的光点。

“哈勃”现在看到的比以前深得多。因为宇宙在膨胀，所以光也在朝向光谱红色的一边移动，即红移。我们现在能够看到的是宇宙诞生后不到5000万年时的情况，而它的年龄是138亿岁，所以我们看到的是宇宙的婴儿期。

那么，我们从中发现了什么呢？首先，我们看见星系演变和合并的整个历史。就像现在的大公司一样，一开始是小型建筑群，然后合并变大，继续兼并，越来越大，一直到形成我们现在看到的巨大星系。

这种能够看到深空的能力在发现其他可居住行星方面意味着什么？

1992年以前，我们没有在太阳系外发现过哪怕一颗行星。1992年，我们首次发现围绕另一个太阳旋转的几颗行星，但是那个恒星很奇怪，是一颗脉冲星，是非常致密的天体，不是生命能够在其中演变的那种东西。一直到1995年我们才发现第一颗围绕更像太阳的恒星运行的行星。自此之后，我们发现了许多行星，“开普勒”发现的尤其多。

现在有几千个候选行星和1000来个得到确认的太阳系外行星。不但如此，“开普勒”的观测显示，从统计学的角度来说，大约20%的恒星周围的宜居带都有一颗地球大小的行星。按照这种情况计算，只银河系的宜居带内就有几十亿颗行星。

“哈勃”做了一件相当独特的事，即利用凌日现象确定其中一些行星的大气成分。行星从其母恒星前面经过时，恒星的光亮会稍许变暗，有些光可以穿过行星大气照射到我们这里。然后，我们就可以看到行星大气从恒星光里吸收了什么，据此知道这颗行星的大气成分。

截至目前，我们已经发现了许多这类巨大行星的大气成分，如在木星的大气层中，我们发现了水、甲烷、钠等。现在可以说，在未来的数年里我们会做得更好，因为2017年可能要发射卫星TESS，它将在宜居带发现几个这样的行星。然后到2018年，詹姆斯·韦伯空间望远镜将发射升空，届时就能描绘TESS找到的那些行星的大气。一般而言，如果生命无处不在，那么我们也许能够在那些大气里识别出一些生命信号，比如说氧、臭氧、热化学平衡失衡的大气等。

即便我们发现一些生命信号，如水、氧、臭氧等，千万记住还不能说“噢，我们发现了生命！这就是生命”，因为其他一些过程通常也会发生这样的现象。一种生命信号不足以说明人们已经发现了某种生命形式。可是如果我们发现了一大群元素，也找到了一颗地球大小的行星，而且位于宜居带，有水、氧和臭氧，按理我们甚至能够尝试确定叶绿素发挥的作用，一般也能看到“红边”现象。如果我们能够发现所有这些，也许就能确认那里存在某种生命形式。

“哈勃”完全退役会对您有怎样的影响？

“哈勃”当然是我科学生涯的一大部分，这一点毫无疑问。每次维修任务对我来说都有很大的压力，我的心一直悬着。我曾说这就有点像你的孩子要出生时的心情。我知道这有点夸张，但不为过。

我一直明白，“哈勃”总有一天要完成它的使命。事实上，没人指望“哈勃”能工作25年或更长时间。现在，我们已经庆祝了哈勃25周年，可它还没有玩完，还在执行不可思议的科学使命。我们当然希望它能够继续工作，至少坚持到2020年左右，给詹姆斯·韦伯空间望远镜一两年的过渡时间，让它能够接上茬。现在已经有了接替它的技术，这很令人欣慰。

科学在继续，我们不能把自己绑在某一个具体的实验上，或者这个实验要被更大更好的实验替代时，我们不能对原来那个念念不忘。所以，向詹姆斯·韦伯空间望远镜的过渡是渐进的、自然的，而且我现在巴不得它马上就发射升空呢。

浅谈物理奥赛中的天体运动问题 篇4

当前, 人们对天体也越来越重视, 高考里面涉及天体运动, 物理奥赛更是对天体运动情有独钟, 是每年必考的题型。

一、对宇宙中复杂的天体运动的简化

1. 天体通常相距很远, 故可将天体处理为质点。

2. 很多时候, 某天体所受的其他诸天体引力中仅有一个是主要的:

a.可将该两天体作为二体问题处理.

b.施力天体由于某些原因 (如质量相对很大) 在某惯性系中可认为几乎不动, 这时问题很简单 (我们通常讨论的就是这种情况) 。

二、天体运动的机械能守恒

天体系统的机械能E为系统的万有引力势能与各天体的动能之和。仅有一个天体在运动时, 则E为系统的万有引力势能与其动能之和。由于没有其他外力作用, 系统内万有引力属于保守力, 故有机械能守恒, E为一恒量, 如图所示, 设M天体不动, m天体绕M天体转动, 则由机械动能守恒, 有

当运动天体背离不动天体运动时, EP不断增大, 而Ek将不断减小, 可达无穷远处, 此时EP=0而Ek≥0, 则应满足E≥0, 即

三、天体运动的轨道与能量

谈及天体运动的轨道问题, 我们自然会想到物理科学家牛顿关于轨道的概述:如图所示, 在离地面某高度水平抛出一物体, 当初速度较小时, 物体沿椭圆曲线a落地;当初速度较大时, 物体沿椭圆曲线a'落地;落地点较远;当初速度达到第一宇宙速度时, 物体沿圆轨道b运行;当初速度达到第二宇宙速度时, 物体沿抛物线轨道d离开地球不再回来;当初速度大于此速度时, 物体沿双曲线e离开地球。

物体在有心力场中的运动轨迹是圆锥曲线, 地球的中心是曲线的焦点, 如图所示几条轨道中, 圆轨道b是一个临界轨道, 在b以内的椭圆 (如a) , 抛出点是椭圆的远地点, 在b以外的椭圆 (如c) , 抛出点是椭圆的近地点。抛物线轨道d又是一个临界轨道, 在d以内的轨道 (如abc) 是封闭的椭圆, 在b以外的轨道 (如e) 是不封闭的双曲线。牛顿的这张草图不仅对于任何一个绕地球运动的卫星是适用的, 而且对于任何一个绕中心天体运动的星体都适用。

在物理奥赛中我们常常把天体轨道简化为三种模型:若M天体固定, m天体在万有引力作用下运动, 其圆锥曲线可能是椭圆 (包括圆) 、抛物线或双曲线。

1. 椭圆轨道。

如图所示, 设椭圆轨道方程为

则椭圆长、短半轴为a、b, 焦距近地点速度v1, 远地点速度v2, 则有

或由开普勒第二定律:

2. 抛物线。

设抛物线方程为y=Ax2

太阳在其焦点处, 则m在抛物线顶点处能量为

可以证明抛物线顶点处曲率半径则有得到

抛物线轨道能量

3. 双曲线。c=a2+b2姨,

设双曲线方程为

焦距c=姨a2+b2, 太阳位于焦点 (C, 0) , 星体m在双曲线正半支上运动。如图所示, 其渐近线OE方程为y=bx/a, 考虑m在D处与无穷远处关系, 有

考虑到当r→∞, 运动方向逼近渐近线, 焦点与渐近线距为

双曲线轨道能量

例析天体的运动问题 篇5

例析天体的运动问题

运用万有引力定律、牛顿运动定律、向心力公式等力学规律求解天体的运动一直是高考命题频率较高的知识点.天体的.运动问题主要有三种题型.

作 者：翟杰予 作者单位：刊 名：中学生数理化(高一版)英文刊名：MATHS PHYSICS & CHEMISTRY FOR MIDDLE SCHOOL STUDENTS(MIDDLE SCHOOL EDITION)年，卷(期)：2009“”(2)分类号：P1关键词：

最“好吃”的天体 篇6

黑洞，从科幻世界走向现实

星体的质量越大其引力也越大，某些天体的引力大到极致，就连光线也会被吞噬进去。200多年前，就有人提出过宇宙中存在着黑洞之类天体的猜想。

100多年前，爱因斯坦的广义相对论的出现，为这个猜想得到确认做好了理论准备。卡尔·史瓦西运用爱因斯坦方程式，提出了一个观点。这个观点认为，质量巨大的星体一旦缩小到某种程度，即使光线也无法射出。这一观点，从物理学角度预言了黑洞的存在。

20世纪30年代，人们已经知道了恒星（如太阳）的能量（如光、热）是由核反应产生的。如果想进一步了解星体的一生，那么，黑洞是否存在，就急需被确定。有人猜测说，恒星在晚期时，会发生超新星爆炸，中心残留的星体会无限聚缩，这在科学家中间已经得到广泛的认同，但对于一般人而言，黑洞还只是科幻世界中的东西。直到50多年前，X射线天文学的出现，黑洞才被大多数科学家认为是真实存在的。

“白洞”是什么洞？

黑的反义词是白。那既然有只“进”不出的黑洞，是否其对立面还有一个只“出”不进的白洞呢？

在广义相对论里，就预言了一种性质正好与黑洞相反的特殊天体——白洞。按照白洞理论，白洞是宇宙中的喷射源，可以向外部区域提供物质和能量，但不能吸收外部区域的任何物质和辐射，因此白洞是一个只发射、不吸收的特殊天体，与黑洞正好相反。

白洞目前还仅是一种理论模型，尚未被观测到，因此目前还无法证实。

恒星到了晚期就可能变成黑洞

恒星因核反应产生光芒，晚期因燃料耗尽，无法继续核反应而终结一生，黑洞被认为是恒星“死亡姿态”的一种。

质量相当于太阳8倍左右的恒星一旦耗尽了核反应材料，会变成巨大的红色天体“红色巨星”，其星体会向周围膨胀，形成行星状星云，中心部分成为白矮星，其密度高达每立方厘米10吨。也就是说，像一粒大花生米的物质就有10吨重。

质量相当于太阳20倍左右的恒星到了晚期，即使变成了红色巨星，其中心部分还继续着核反应，最终只残留下由铁构成的中心核。如果核反应无法再持续下去，星体就会受到自身引力的作用，开始塌陷，铁的原子核被压破，电子和质子聚合成中子，星体中心部分成为中子核。随后，由于重力作用，周围的物质被中心核所吸引，但又被中子的能量剧烈激飞——这就是超新星爆发，残留的中心核就成了中子星。

质量比太阳大20倍以上的恒星，其重力超过了中子的能量，超新星爆发后，中心核继续收缩。这种收缩以势不可当的力量一直持续着，在接近其中心部分，达到了连光线也无法逃逸的境界，于是黑洞就诞生了。

无限收缩的中心核，有着超乎想象的密度。举例来说，如果太阳要变成黑洞的话，在质量保持不变的情况下，其体积要压缩到直径只有6千米， 如果是地球的话，那就必须压缩到直径1厘米的大小。

黑洞也是一种天体

如果太阳的质量不变，即使收缩变成黑洞，太阳系中的行星在其轨道上也不会受到影响。质量相同，从引力这一点来看，恒星和黑洞是一样的。

离星体中心的距离不同，物体受到的引力也不一样，越接近中心，受到的引力也就越大。如果离质量相同的星体和黑洞的距离相等，受到的引力也相同。但是，一般星体和黑洞有个决定性的区别：星体的直径都较大，距离星体越近，引力就会变得越强，直到到达了星体的表面后，引力的增加也就到此为止了。而黑洞的密度极大，体积很小，可能成一个点，所以可以无限地接近，因此物体感受到的引力也就比星体强大得多，以致连光线也无法逃脱的超强重力领域，这是黑洞独有的特征。

看不见却能找得到

黑洞虽然真实存在，但因为其不可见，所以人们无法直接找到它。但是，黑洞周围的物质（如气体）受其重力的吸引，围绕着黑洞旋转形成吸积盘。旋转的气体相互摩擦被加热，吸积盘放射出X射线发出强烈的光芒。根据X射线天文卫星的观测，我们可以得知“看不见的天体”真实存在着。

另外，黑洞超强的引力，在某些环境会产生剧烈的物理现象：它不光会吞吸物质，也会激喷出一部分物质（喷气）。电波观测发现，在宇宙的许多地方都有这种喷发现象，这有助于黑洞的发现。

银河系中心，也许存在着巨大的黑洞

我们介绍了恒星的末期形态——质量比太阳大几倍到几十倍的黑洞。但银河中还存在着质量比太阳的质量大100万倍、1 000万倍、几十亿倍的超大黑洞。这些超级黑洞不是由一颗恒星所能诞生的，它们是存在于银河中心的黑洞。1990年以来，银河中心存在着巨大的黑洞，这一观点逐渐得到了确认。但它是如何产生的，目前还不是很清楚。

我们知道，银河中心地带有恒星在高速旋转着。这些恒星没有到处飞散，其中心就必定存在着拥有巨大质量的天体。科学家认为这应该是超巨大的黑洞。

天体物理 篇7

曲钦岳1935年出生于山东牟平,1957年本科毕业于南京大学天文系并留校任教。他是我国最早在高能天体物理学这一新兴学科领域进行研究并多有建树的天文学家之一。从20世纪70年代中期至80年代初,他在中子星、X射线源、γ射线源等前沿领域取得一系列研究成果,先后在国内外发表论文30余篇。他与合作者得出了关于脉冲星能损率-特征时标的统计曲线,并澄清了国际上关于JP1953是否为中子星的争论;与合作者提出了反常中子星可能是致密星体的一种新类型,并得出了反常中子星的质量极限;提出了某些形态特异的超新星遗迹的理论模型等。1978 年,曲钦岳因为学术研究成果卓著、教学效果甚佳而由讲师破格晋升教授,1979年4月,出任南大天文系主任;1980年,他又被遴选为中科院数理学部委员,时年45岁,是当时我国最年轻的学部委员之一。

由于种种原因,20世纪80年代初期的南京大学发展遇到了前所未有的困难。1984 年,中央采纳匡亚明(南京大学)、刘丹(浙江大学)、李曙森(天津大学)和屈伯川(大连工学院)等四位著名大学名誉校长关于建设 “重中之重”的 “835 建言”[1],从“七五”期间开始由国家重点投资建设若干所大学。北大、清华、复旦、上海交大和西安交大等五校入围其中,而南京大学却未能跻身其列。这一冲击波使得南大人心浮动,群情激昂,工作顿失方向。曲钦岳就是在这样的情况下 “临危受命”,出掌南大。1984年8月,教育部任命49岁的曲钦岳担任南京大学校长。许多人认为他这一届校领导是“受命于困难矛盾之中,任职于改革竞争之际”。

最初,曲钦岳曾经有所犹豫,不想接任校长,因为他在天体物理学领域的研究正“渐入佳境”,如果转到学校领导岗位,无疑会影响甚至中断他所钟爱的学术工作;同时当时南大困难重重,处于低谷,校长之任,极其艰难。“但想到全校师生对学校前景的焦虑和关切,想到把南京大学这所国内外知名大学办好对国家教育事业的意义,想到党和群众的信任,又感到难以推却这副重担。”[2]

在就任南大校长之际,曲钦岳代表新一届校领导班子表态:“开创南京大学新局面的事业是一项崭新的事业,从事这项事业,必须敢于改革,敢于前进,要有革新家的胆略和事业家的气魄,事必断,言必行,行必果。敢想敢干,有所作为。绝不能因为害怕走错一步而徘徊不前!”[3]后来他又不止一次地表示:“不管遇到多大困难,也不管个人会有什么得失进退或毁誉荣辱,我们都不后退!”当时出任副校长的地质学家王德滋曾经动情地说:“我们的任期是有限的,南大的事业是永恒的!”这两句话被认为是一种庄重的誓言,是一番发自肺腑的心声,在后来被曲钦岳等不断地引用、重申。他们正是以此自励并以此勉人,带领全校师生同心同德,锐意进取,立卧薪尝胆之志,遂重铸辉煌之意。

取法乎上明确办学目标和治校方略

出掌校政之后,曲钦岳就几乎没有一天不在思考:如何改变南大的现状,如何使学校的教育质量和办学水平名列国内前茅,并争取跻身世界一流大学行列。他提出“要自觉地给自己施加压力,并将这种压力转化为前进的动力”。他主张“强化争第一的意识”,因为只有“取法乎上”,才可能有所前进,若取法乎中,则弄得不好,可能得其“下”。

曲钦岳和他的同事认识到:处在发展低谷的南京大学需要凝聚全校人心,需要凝练发展方向。一个上万人的大学,如果没有一个明确而又足以鼓舞人心的奋斗目标和努力方向,势必成为一盘散沙,碌碌无为;学校领导也难免被大量的日常事务羁绊牵制,陷于被动忙乱、应付眼前的境地[4]。因此,他们经过三个月的调查研究,制定了《南京大学1984-1990年发展规划》,于1984年12月提交全校师生代表审议。这一规划明确了南京大学改革发展的指导思想和奋斗目标,提出要“面向现代化,面向世界,面向未来”,“团结奋斗,开拓创新”,把南京大学“建设成为人文科学、社会科学、自然科学、生命科学、技术学科和管理科学等多学科协调发展的、具有自己特色和重要国际影响的社会主义教育、科研中心”。与之前的发展规划相比,这个奋斗目标有两处新意:其一是突出了学科的综合性和多样化,力图改变1952年院系调整后形成的“文理型综合大学模式”,建成真正多学科协调发展的高水平综合大学;其二是强调形成南大“自己的特色”和“重要国际影响”。规划同时对学校的人才培养、学科建设、科学研究、师资队伍建设、基本建设和实验室建设、对外学术交流、管理改革、后勤服务等等,都制定了具体的发展指标和实施举措。

“以卧薪尝胆之心,立再铸辉煌之志。”南京大学创建一流大学的决心,是在80年代中期借助奋发图强的号召成为全校师生员工共识的;而创建一流大学的谋略和思路,也是在80年代中期以后逐步明晰和确立的。

因为“七五“期间没有被列入“重中之重”,南京大学不仅在办学经费上明显地少于北大、清华等校,而且在学校声誉等无形资产方面也有隐形损失。这就增加了南京大学创建一流大学的难度。因此,曲钦岳校长和他的同事在酝酿南京大学的“赶超”战略时,有一个指导思想十分明确,那就是:要跻身世界一流大学行列,首先需要在国内高校中名列前茅。必须另辟蹊径,探索南京大学自己的路,发扬南京大学已有的优势,形成南京大学鲜明的特色,向海内外显示南京大学真正的实力和水平。

80年代中期以后,中国大陆高校的改革如火如荼,以上海交大和华东化工学院为试点的高校管理体制改革和综合改革一度成为“热门话题”。南京大学也先后被国家教委列为高校综合改革的试点之一(1988年)和校内管理体制改革的试点之一(1991年)。事实上,如何处理发展和改革的关系?如何认识和把握创建一流大学的关键?一直是南京大学反复研讨和斟酌的问题。曲钦岳经过慎重思考和反复研究,提出“以学科建设为龙头,带动教学、科研、管理各方面改革和发展”的基本思路,并最终获得学校领导层的认同。将学科建设作为创建一流大学的主题和主线,围绕这一主题做了以下“文章”。

曲钦岳认为:第一,高等学校是以学科共同体为基础的社会组织;现代大学的三项主要职能———培养人才、发展科学文化、服务社会,均与学科密切相关,抓住了学科建设,也就抓住了大学发展的关键,能高屋建瓴,带动全局。第二,中国高校与世界一流大学的差距,首先在于学科结构的单一、狭隘,其次在于学科水平较低。第三,在整个社会的观念、机制和政策环境没有明显变革和改善的情况下,把学校工作重心放在管理体制的改革上,难免事倍功半,甚至会影响教学和科研的正常秩序。第四,学校人事管理、后勤保障等方面的改革,归根结底还是为办学主体方面的改革与发展,特别是为学科优化、教学更新、研究提升清除障碍,增添活力。因此,从20世纪80年代,到21世纪初,南京大学始终抓住学科建设这一主线和主题做文章,始终把学科结构的优化和学科水平的提高作为办学的重心所在,没有彷徨动摇,没有迷失方向。

其一,从“扬优、支重、改老、扶新”到“两个接轨”。80年代中期南大提出“扬优、支重、改老、扶新”的“学科建设八字方针”,其具体内涵是:“发扬南京大学基础学科齐全的优势,保证和抓好重点学科的建设,同时根据社会需求的变化和科学技术的发展趋势,花大力气改造传统学科,依托基础学科的优势,通过交叉、渗透、延伸,寻找新的学科生长点,发展新兴、边缘、应用学科,尤其注重高新技术和应用文科的发展。”[5]1994年制定的《南京大学实施“211工程”改革与发展规划》,在学科建设方面提出“两个接轨”的新目标,即基础学科、高科技学科的研究与人才培养与国际接轨;应用学科的科研及人才培养与社会接轨。“基础研究要力争接近或进入国际前沿;应用研究则侧重于高科技和有关国家经济、社会发展的重大课题研究,并大力促进科技成果向现实生产力的转化。”[6]

其二,将“抓好重点学科建设”拓展为依托重点学科“组建若干学科群”。即通过反复论证,择优组织若干重点学科、重点实验室和博士点,在多学科交叉领域和前沿研究方向集中学术力量,形成较强的突破能力,以产生集约、互补、倍增效应,力求形成新的学科生长点和特色,争取在国际学术界占有一席之地。新组建的11个学科群中,“微结构物理及其应用”是发展比较成功的一个。在冯端、闵乃本、王业宁等院士的带领下,以固体微结构物理国家重点实验室为核心,促进凝聚态物理学和材料科学、凝聚态化学等学科领域的交叉,在光电功能材料、纳米材料以及硅基半导体发光材料的研究中取得进展,其中“一维准晶的研究”等被《科学》(SCI-ENCE)评为 “代表了一个全新的研究方向”。在2002年初公布的国家级重点学科评审中,南京大学有28个学科榜上有名,在没有合并其他高校的情况下,名列全国高校第四。

其三,尝试通过“学科特区”加快学科的综合化与现代性。1998 年,曲钦岳的后任蒋树声校长坚持“全面规划,突出重点,促进交叉,提高内涵”的学科建设指导原则,提出了设立“学科特区”的新思维。即在科技前沿领域精选若干方向,突破传统的学科组织结构模式,参照国际惯例,创立全新的用人机制,采取“特事特办”的方式,向海内外招聘优秀人才,构筑人才高地,力争取得某些突破,以期形成新的学科生长点[7]。近年来新成立的分子医学研究所、国际地球系统科学所、理论和计算化学研究所等,就是南京大学设立的第一批“学科特区”。

经过十多年的奋发努力,南京大学和另一所“七五”期间未能入选“重中之重”的大学———浙江大学迅速崛起,跻身中国高水平大学的第一方阵。1993年7月15日,国家教委颁发《关于重点建设一批高等学校和重点学科的若干意见》,决定正式实施“211工程”重点项目,即“面向21 世纪,重点建设100所左右的高等学校和一批重点学科[8]。1994年10月至1995年1月,国家教委组织专家组,先后对清华、北大、浙大、南大、复旦、上海交大和西安交大等7所高校进行了“211工程”的项目预审;一年后,国家计委陆续下达了对这些高校“211工程”可行性研究报告的批复。通常人们将这7所高校视为“冲击世界一流大学的第一方阵”。对于这7所高校,又有“5+2”和“2+5”两种提法。前者是指“七五”期间的5所“重中之重”加上南大和浙大“2所”。而浙大和南大则更倾向于后一种表达式,即清华、北大2所“超强之校”加上其他5所。因为南大和浙大认为自己和复旦及两所交大各有所长,不相上下。1999 年教育部开始实施“985工程”,这7所高校加上中科院所属的中国科大和国防科工委所属的哈工大,最早被列入 “985工程”并获得了新的重点投资,因而被人们称为“C9高校”。实践证明,80 年代后期和90 年代曲钦岳所提出的创建一流的办学目标以及“以学科建设为龙头”的方略完全正确,对策别具匠心,效果也相当明显。

另辟蹊径在“学术榜”取得历史性突破

自1987年起,中国学术界开始采用国际通用的科学计量指标评估高等院校和科研院所的研究实绩。根据国家科委新技术局的要求,中国科技信息研究所首先采用三种有国际影响的大型检索系统《科学引文索引》(SCI)、《科学评论索引》(ISR)和《科技会议录索引》(ISTP),对1983-1986年间中国科技论文被收录、索引的情况作统计分析,排出中国各高等学校和研机构的“学术榜”。这其实是中国科学研究评价和管理领域的全新的变革。

南京大学首先对此有所响应。理论物理学家龚昌德教授当时刚刚出任南大物理学系主任,他力图通过变革管理机制、组建创新团队来赶超北大、复旦和中科大物理学系。上任伊始,他就提出:“物理学系的讲师晋升副教授,必须在国内重要学术期刊有研究论文发表;而副教授晋升教授,则要在Physical Review Letters这样的国际核心杂志上有研究成果发表,而不仅仅是《物理学报》上发论文。”[9]龚昌德教授主张采用SCI等国际权威检索系统的数据来评价教师的研究业绩和博士论文质量。因为SCI数据库收录经过严格遴选的、世界权威的、高影响力的学术期刊,具有独特的引文索引功能,一般认为能够较好地反映基础研究状况。曲钦岳校长关注并赞同物理学系学术评价的新思维和新机制,建议在校内其他理科院系推广。这一决策对南京大学基础研究的发展和人才培养质量的提高产生了积极作用,同时也引起了数学、地理等部分学科教授、学者的质疑和反弹。因为SCI的来源期刊存在学科差异性,数学、地理等学科占比远远少于物理、化学、生物等学科。曲钦岳校长召开了多个座谈会,在充分听取不同学科教授学者和系主任意见的基础上,调整了相关政策,将理科院系区分为基础研究A和基础研究B及应用研究等三类,进一步阐述了他的办学主张。

2006年,笔者访谈了曲钦岳老校长,他追溯了当年决策的经过,并陈述了南大率先将SCI引入科研评价和教师评价的初衷:首先是“强化争第一”的意识。他认为:“无论从国家的需要来说,还是从学校的发展来说,南京大学当然都应该在办学上瞄准更高的目标,进一步办成具有重要国际影响,同时也担当着国际学术中心之一的大学。”基础研究只讲国际领先,不讲“国内首创”。南京大学从事基础研究的教授,必须有能力在国际学术舞台上进行竞争。其次,SCI等国际检索系统具有较强的科学性和客观性,采用这些指标进行评价,能够更好地反映大学和科研机构基础研究的真正水平和创新活力。其三,SCI收录学术论文存在学科差异性,如物理学被收录的论文约占1/4,而农学、数学论文却仅占百分之一、二。因此,在引入SCI、EI等指标时,需要因学科而异。其四,SCI所收录的期刊影响因子高下不一。“我们的设想是,如果一般的教授都可以发表SCI论文,则高水平的教授必然会努力争取在更高水平的杂志,甚至在国际顶尖刊物发表论文。 这就会收到 ‘水涨船高 ’的效应。”[10]

曲校长取法乎上、赶超一流的雄心和实事求是、分类实施的设想获得了广泛的认同。也产生了明显和积极的政策效应。从1992年起,南京大学被SCI所收录的论文首次超过200篇,居国内高校第一(未统计港、澳、台的大学)。《光明日报》在题为《南大基础科学研究奇峰突起》的报道中说:“近年来国内科技、教育界有关‘基础研究在滑坡’的呼声,已是不绝于耳。在这种情况下,南京大学的基础科研能有强劲的上升势头,的确是难能可贵的。”国际权威刊物《科学》《自然》也对南大学术研究的迅速崛起给予关注。1995年12月7日出版的Na-ture杂志第378卷刊载了关于中国科学研究的专题文章,该文章中包含有一篇标题为《南京大学:努力追求基础研究和应用研究之间的平衡》的短文。该短文用下面这段话描述了南京大学从80年代中期到90年代中期间的迅速崛起:

“在20世纪80年代初期,南京大学甚至于都排不到中国高校的前十名。南京大学物理学系教授冯端说:‘我们那时非常地失望。’但是现在,南京大学与北京大学和清华大学一起,位居中国高校的前三强或前四强,这在很大程度上要归功于它在基础研究方面的成功。”[11]从1994年起,南大在被国际学术界引用的论文数这一项指标上也超过国内其他高校而居第一。在EI《工程论文索引》方面,南大也跻身全国高校三甲之列。至1998年底,南京大学已创造出SCI“七连冠”的业绩。

根据1991-2000年间中国科学技术信息研究所:《中国科技论文统计与分析年度研究报告》资料编制。

从某种意义上说,南京大学选择了一个恰当的切入点和突破口,通过从80年代末到整个90年代的持续而艰苦的努力,在SCI等若干评估指标上超过北大、清华等名校,不仅在校内提振了信心,鼓舞了士气,向国内外学术界、高教界显示了南大的学术水平和办学实力,而且确立了一种勇于争胜、敢于到国际学术界去比试的气势,在中国高等教育界形成一种力争上游、公平竞争的局面。

回顾历史,人们发现,80年代中期国家科委首先将科学计量学用于科学研究成果与水平的评价,是中国科技评价政策和机制变革的重要节点;而南京大学毅然决然将科学计量学引入科研评价、教师评价领域,像一匹“黑马”脱缰而出,一往无前。进而带动并形成了大学和科研院所的“群马奔腾”,从而使得中国的基础研究出现了全新的格局。1978年时我国大陆的SCI论文数的世界排名仅为第52,1988年晋升至第17,1998年前移至第12,2008年次于美、英、德国而居全球第4,2009年则一举超越英、德而跃居世界第二,至今不仅连续六年稳居第二且正在不断逼近美国[12]。如此持续而强劲的增长,当然要归功于国家改革开放和经济蓬勃发展、科技宏观决策正确;而南京大学也功不可没,做出了自己的特殊贡献。

从1987年国家科委首先倡导科学计量学,重视SCI等国际检索系统在科研、学术评价中的地位和作用,至今已经近30年了。有关“学术榜”和SCI的见仁见智的讨论,也已经告一段落。笔者曾经在2007年西澳大利亚大学国际学术研讨会上提出一个观点:“在肯定南京大学在SCI等‘学术榜’问题上的历史性贡献的同时,也要清醒地看到,SCI等仅仅是科学评价的工具和指标之一,它相对客观、科学,但绝不是唯一的、十全十美的。SCI也好,EI或ISTP也好,‘核心期刊’‘影响因子’或‘被引频次’也好,都只是从一个方面、一种角度来衡量研究成果的原创性和影响力;它们不能取代科学家们的‘同行评审’,不能取代对研究内容、方法与结论的深入探讨和多方评价。”[13]

对基础研究的质量评价不能迷信SCI,也不能止步于SCI,这是科技界和高教界业已逐步形成的共识。2006年在笔者对曲钦岳的专题访谈中,曲钦岳既追溯历史发展轨迹、探讨当下面临现实,更展望未来中国前景,进而提出了关于我国基础研究的“四个质量台阶”的见解。

第一台阶:从无到有。80年代中期,当中国近千所大学中每年能够发表SCI论文的高校寥寥可数且产出最多的大学不到200篇时,我们只能首先争取增加中国学者在国际期刊的发文量,提高中国科技论文在世界所占份额。南京大学在推动中国基础研究领域采用SCI等指标评价质量,迈上“第一质量台阶”发挥了重要作用。第二台阶:从SCI数量增长到在顶尖杂志发高质量论文。20 多年后,当半数以上中国高校有SCI论文发表,且有将近20所大学年度发表SCI论文数逾千篇时,我们可以将在Science和Nature这样的国际顶尖杂志发表论文,作为基础研究质量提升的指标提出。第三台阶:取得具有标志性意义的成果。即在学科的前沿领域取得具有标志性意义的成果、也就是取得具有相当分量和重要影响的原创性成果。比如,开辟了某个研究领域或重要的研究方向,从而在国际学术界产生重大而深远的影响。这类研究成果的水平相当于国家自然科学一等奖的水平。第四台阶:取得具有里程碑意义的成果。即由中国本土科学家获得像诺贝尔奖、菲尔兹奖这样的殊荣的具有里程碑意义的成果[14]。

当代中国科技发展取得的成就和未来可能获得的成果,正在印证曲钦岳的设想和预言。

治校理政探索“大学之道”

20世纪80年代至90年代的中国高等教育,既面临着社会经济、政治与文化的历史性转折和深刻变革,自身也肩负着发展与变革的双重任务。如何构建具有中国特色而又符合国际教育发展趋势的高等教育体系?如何实现从精英教育阶段向大众化高等教育阶段的历史性跨越?如何处理好理论与实践、传统与现代、民族性与国际化等关系,建立现代大学制度?实在有太多的理论和实践问题需要研究与解决。曲钦岳在治校理政的同时,始终思考和探索着现代大学的“办学之道”。他始终有一个执着的想法,那就是:南京大学必须先行一步,先想一着,提出自己的理论见解和实践经验,为国家高等教育的转型与改革作出应有的贡献。

1985年7月,曲钦岳作为中国大学校长代表团团长,在首届中美大学校长会议上高屋建瓴地提出:“21世纪的科学泰斗、文艺大师和社会各界的领导人,将从我们的校园产生。从这个意义上说,我们今天所献身的事业,正是直接地创造21世纪的事业。”同年10月,他在《人民日报》发表《要建一批高水平的综合大学》,在反思和剖析我国20世纪50年代初院校调整存在的相关弊端的基础上,提出一个“亟待解决的重要课题”,即“为了培养能适应21世纪的经济、社会和科技发展需要的人才,应当尽快建立若干所高水平、多科性的综合大学”;“这类大学的数目不宜太多,例如几所或十几所”,但“它们必须是真正的教学和科研的中心,应该成为我国高教体系中的骨干工程,应该成为国家科学研究的强大基地”。随后他又在《关于综合大学建设中若干问题的思考》等文章中深入探讨了综合大学的涵义、地位、作用,综合大学发展思路和学科建设原则等重大问题。1990年前后,曲钦岳与北大、清华、浙大等著名高校的校长联名向时任国务院总理的李鹏同志郑重提出《“继续重点建设若干所大学”的建议》,并以教育部直属高校咨询委员会副主任名义撰写《关于分期分批地重点建设好若干所大学的咨询报告》,深入阐发了匡亚明等老校长“835建言”提出的重要思想,对“建设‘重中之重’”成为国家意志和战略决策,对90年代先后实施“211工程”和“985工程”做出了南京大学应有的贡献。

另外,曲钦岳所撰写的《对高校开展有偿服务的若干思考》一文,1988年7月在光明日报头版刊载,明确主张“从高校的‘职能’着手深入探讨,而不应该把兴奋点集中在高校的‘创收’上”,主张在社会服务时“必须考虑高校人才、智力密集的特点”,“不能舍其长而取其短”,更不能冲击或影响高校的人才培养和科学研究。这篇文章很快被 《新华文摘》全文转载,对正确理解现代大学的第三职能———社会服务,廓清当时中国高教界围绕“高校有偿服务”的诸多疑虑、模糊甚至混乱的观点,产生了积极的影响。

南京大学出版社曾经在1994年和2002年先后出版了《大学的使命和目标》与《曲钦岳教育文选》两本书,汇集了曲钦岳担任南大校长和卸任之后所撰写的文章及重要讲话与信函,如实记录了他如何从一个科学家,从一个天体物理学教授成长为成功的大学校长和卓越的高等教育家。曲钦岳重视高等教育研究,重视“幕僚”和“参谋”的作用,他有意识地“借助外脑”,在上任伊始即注意发挥高等教育研究所的参谋咨询作用,与高等教育的专职研究人员一起,不断地研究高等教育发展的新趋势、新矛盾和新问题,提出新见解、新观点和新对策。《国家教育改革与发展中长期规划纲要(2010-2020年)》提出“教育家办学”的要求。当年的匡亚明、郭影秋等一批老校长是革命家、政治家转变为教育家的典范,而曲钦岳校长则为我们树立了一个由学者、教授成长为教育家的典范。

肝胆相照为国建言献策

1986年1月20日,曲钦岳曾经致信小平同志和胡耀邦总书记,专门就“要不要申请入党”问题袒露心迹。他充满深情地说:“我现年50周岁,是新中国培养的知识分子。党和人民把我从一个普通的青年学生,培养成一个大学教授、中国科学院学部委员、大学校长。我的每一个进步、每一点成绩都离不开党的教育和帮助。三十多年来,无论在什么情况下,我对中国共产党的热爱和信赖都是坚定不移的。”特别是党的十一届三中全会以来的拨乱反正和改革开放,让整个中国充满了生机活力,也让曲钦岳倍感欢欣鼓舞,他开始郑重考虑长期以来一直萦绕心中的一个问题:“要不要申请加入中国共产党?”而1985年春率团出访美国、加拿大的经历,使他对这个问题有了新的更深一层的认识。当许多华裔学者和美、加知名人士得知他是一个非中共党员的校长时,“都感到分外惊讶:今天,中共竟能对一个非党员知识分子委以如此重任!”曲钦岳体会到:“他们从这个事实本身就实实在在地感受到我们党‘尊重知识、尊重人才’的决心和魄力,感受到国家近来的巨大变化和进步。”因此,曲钦岳诚恳地向党的最高领导人提出:“我觉得现在如果让我继续留在党外,对党的事业也许更为有利;而且这并不影响我以共产党员的标准要求自己,与党同心同德,为党的事业努力奋斗!”他还进一步建言献策:“中央是否可以考虑保留一些在事业上已有较大成就、在国内外已有较大影响和较高社会地位的知识分子,特别是中年知识分子在党外,并根据他们的努力和特点,充分发挥他们的作用(有些作用有时是党员不易起到的)。”从这封书信的字里行间,人们可以看到一个真正的知识分子、一个党外马克思主义者的卓识、胸襟与情怀!

1995年夏,在进入第三个校长任期第11个年头时,由于椎动脉先天性狭窄,造成脑供血不足,加上长期超负荷工作,曲校长的身体状况不佳,先后数次出现头昏、呕吐现象。他曾经数次向国家教委提出辞职申请。1996 年2 月,国家教委批准曲钦岳不再主持学校工作而带职休养,由常务副校长陈懿代理校长。在3月5日召开的全校中层干部会上,曲钦岳有一份书面发言,其中既有恳切的表达:“十多年的工作时间,使我深深感到,现代中国大学的领导人(我这里指的不是哪一个个人,而是一个领导集体)所肩负使命的重大和艰巨……”,也有一针见血的谏诤:“现在,在我不再主持学校行政工作之际,我要坦率地表达我的最为迫切的心愿:希望各级党委领导尽可能给教育事业多拨一些经费,为学校多办一些实事,解除大学领导们‘囊中羞涩’、少米难炊的苦衷。”更有直率坦诚的大声疾呼:“兴国必先兴科教,如果不尽快改变‘口惠而实不至’的现实,则教育事业的发展将难以适应形势发展的需要,而大学领导和教职员工的士气也难免受到影响。‘多给我们一点支持,我们将以十二分的努力去争取更大的实绩!’这不仅是我的肺腑之言,而且也是南大党政领导和师生员工的衷心期望!”[15]这份书面发言不仅在南大师生员工中反响强烈,而且在网上流传甚广,在大学校长群体中也引起不小的共鸣,因为它真实、犀利、明快,一语中的,揭示了当时高等院校发展的瓶颈所在。

尽管不再担任校长,曲钦岳仍然为学校改革与发展殚精竭虑,出谋划策。他给新步入学校领导岗位的洪银兴书记、陈骏校长以及有关副校长写了数十封信函,提出他对学校发展的设想和建议。其中包括“重视人才”“千方百计引进优秀博士”的建议,包括“取法乎上、强化‘争第一’的意识”的建议,“提倡不同学术观点的争鸣”,以及“在职称评审中突出一个严字”……洪银兴书记曾经十分感慨地说:“这十多年来,我每每收到他亲笔书写的书简、信函,都感到分外亲切,分外感动。这些书简,既是及时的提醒,更是无形的鞭策!他继续用自己的经验与智慧,帮助我们集思广益、释疑解惑,在为学校的改革与发展注入活力和提供对策的同时,其实也是在耳提面命,指导我们如何治理学校,谋划发展,让南大在‘千舟竞发’‘百舸争流’中奋勇争先!”[16]

除了担任南大校长之外,曲钦岳还先后被选为全国人大代表和全国政协委员,他还曾经兼任江苏省人大常委会副主任等职。曲钦岳参政议政,建言献策,不断贡献自己的智慧和见地。如1995年他和苏步青、朱光亚、陈佳洱等共11 位科学家联署《关于进一步加强和保护基础科学研究和教学人才培养的呼吁书》,提出尽快建立“国家基础科学人才培养基金”等建议,得到江泽民主席、李鹏总理和宋健国务委员的支持,1996年2月,国务院批准建立“国家基础科学人才培养基金”。1997年所提出的“尽快引进和造就大师级的杰出科学家和技术专家”建议,2008年提出的“举全国之力,加速培养杰出人才的15年计划”设想,2012年所提出的“在继续引进国外留学人才的同时,给予有发展潜质的‘土博士’出国深造的机会”的建议等等,也都得到相关领导的重视和首肯,成为重要政策举措出台的来源之一或依据之一。

2004年,曲钦岳曾向江苏省委书记和省长提出:“建议省委、省政府鼓励和推动建设若干个高水平的智囊机构”,以便聚集一批精英人才和高水平专家,在政治、经济、文化等领域的重大课题上从事战略性、前瞻性、对策性的研究。他认为,现有的一些研究机构存在着“‘智囊’意识不明确、‘智囊’作用不显著、‘智囊’水平不卓越”的缺陷,必须尽快培育几个高水平的智囊机构。他其实是建立有关国家发展和治国理政“智库”的较早的建言者,显示了他的远见和卓识。曲钦岳还提出在江苏一些地方试点搞“人才特区”的设想,很快被省委、省政府采纳,并从2005年即在苏南、苏中和苏北选择了5个试点区域。

天体物理 篇8

关键词：天文学,天体物理学,SCI论文,计量评价

0 引言

《科学引文索引》 (Science Citation Index, 简称SCI) 是美国科学信息研究所 (Institute for Scientific Information, 简称ISI) 1961年创办出版的引文数据库。目前SCI印刷版和光盘版 (SCI Compact Dis Edition, 简称SCI-CDE) 收录全世界出版的自然科学、工程技术领域最具影响力的重要期刊3750种, 网络扩展版 (SCI Expanded, 简称SCI-E) 收录8654种[1]。经过数十年的不断发展, SCI已经成为目前国际上最具权威性的、用于基础研究和应用基础研究成果的重要评价体系。

为了增进国内学者对SCI-E天文学天体物理学领域期刊的了解, 促使广大科研人员产出更多更高水平的国际性科研成果, 并在具有较高影响力水平的核心期刊上发表学术论文, 现将SCI-E收录的天文学天体物理学期刊的相关信息进行了编译整理, 并对我国学者的重点发文期刊进行了详细介绍, 以期相关领域的科技工作者能够通过本文快速了解目前天文学天体物理学领域的高水平研究论文的发文情况。

1 SCI-E收录的天文学天体物理学期刊简介

根据汤森路透网站提供的SCI-E主期刊列表[1], 编译整理出SCI-E收录的天文学天体物理学期刊60种, 并利用期刊引证报告 (Journa Citation Report, JCR) 数据库和来源期刊网站等进行了补充检索, 向广大科研人员提供60种期刊的刊名、国际标准刊号 (ISSN) 、出版国、语种、出版周期、JCR分区、影响因子等信息, 具体如表1所示。

60种期刊中, 美国出版的有17种 (28.3%) , 荷兰9种, 英国7种, 俄罗斯6种, 德国4种, 法国3种, 其余澳大利亚、日本、中国、波兰、新加坡、塞尔维亚、墨西哥、印度、韩国、亚美尼亚、立陶宛、印度、乌克兰、斯洛伐克各1种。

语种为英语的期刊有51种, 占全部期刊的85%, 其余全部为多语种期刊。

从出版周期来看, 月刊最多, 为37种, 其次是季刊8种, 年刊6种, 双周刊和半月刊各有3种, 此外还有不定期出版的期刊3种。

所有期刊中, 影响因子在10以上的共5种, 最高的是美国Annual Reviews, Inc.主办的Annual Review of Astronomy and Astrophysics (天文学和天体物理学年评) , 影响因子为24.037。其余影响因子介于5-10的期刊有6种, 1-5的期刊34种, 影响因子在1以下的期刊共15种。

2 我国天文学天体物理学SCI论文主要发文期刊

分析2013年我国学者在天文学天体物理学领域发表的SCI论文, 对其来源出版物进行排序, 可以得到我国学者的SCI重点发文期刊, 列表如下。本文对这10种来源期刊的详细信息进行了补充说明, 以便我国学者能够快速、准确地选择期刊来发表自己的科研成果, 提高自身的学术影响力。

3 结语

天体运动专题教学探究 篇9

关键词：天体运动,教学,探究

航天是当代非常热门而又现实的话题之一。随着该话题的不断升温, 天体运动问题在近几年的高考中, 牢牢占据了一定的比例, 知识考查点逐步深入, 题型也在创造性地发生变革。如何让学生正确认识, 准确把握这一知识模块?笔者在教学中作了如下探究。

1 认清一个本质

由运动学、牛顿力学知识可以知道, 运动中存在因果关系。物体的运动状态, 与物体所受的内因和外因有必然的因果联系。即物体在某一时刻的运动状态 (位移、速度、加速度等) 由物体的内因 (初始位移、初始速度、质量) 和外因 (所受力、受力时间等) 决定。其数学表现形式:

天体运动作为一个具体的运动形式, 必然遵循上述因果关系。只不过, 此时的物体是某些具体的天体, 起主导作用的作用力为万有引力而已。因此, 在天体运动问题的教与学的过程中, 要牢牢把握住这样一个本质特征:天体运动的位移 (轨迹) 、速度等运动参量由天体的质量、初始位移、初始速度、所受的力及受力时间等共同决定。

认识到这一点, 就不难理解天体为何或做圆周运动、或做椭圆运动、或做抛物线运动。人造天体在绕地运行中发生变轨, 也是因为人造天体的速度与受力的关系发生了变化。通过改变人造天体的速度大小或方向, 就可以提升或降低天体运行的轨道。

2 融合三大定律

从该专题在教材中出现的位置来看, 天体运动为开普勒三定律、牛顿三大运动定律及万有引力定律的综合应用。它综合了经典力学中的力、运动、能量等多方面的知识, 是对力、运动、能量等知识加深理解的绝好楔入点。

可见, 开普勒三定律、牛顿三大运动定律及万有引力定律三者之间是一般规律 (牛顿三大运动定律) 与具体运动形式 (天体运动) 之间的关系。由此, 可以得到以下关系图:

再结合重力、圆周运动等相关概念, 就会形成一系列较为复杂的特别具体的天体运动情形, 从而就有了相当多的计算公式。如何恰当使用有关公式, 分析某个天体运动情形, 就成了一个重点和难点。这也是不少学生害怕天体运动这一类问题的根本原因。

在教学中, 就是要引导学生在厘清三大定律的基础上, 紧扣F向=F万这一核心关系, 理解各类天体运动情形的分析过程, 掌握相关公式的推演。在此基础上, 引导学生甄别天体运动情形, 恰当使用有关公式, 提升分析解决问题的能力。

3 掌握五类典型问题

为进一步加强教学效果, 加深对天体运动专题的理解和认识, 这里列举天体运动五个典型问题说明。

3.1 计算天体质量或密度

通过物体在某个天体表面所受的“重力”或围绕某个天体运动的情形, 利用万有引力计算该天体质量或密度。这里以计算天体质量为例。

情形一:通过物体在某个天体表面所受的“重力”, 利用万有引力计算该天体质量。

物体在天体表面所受到的万有引力近似等于物体的“重力”, 不考虑天体自传影响。

其中, G为万有引力常数, g为天体表面的“重力”加速度, R为天体的半径。

需要指出的是, 这一近似在其他涉及近天体表面问题中也被广泛使用。

情形二:通过物体围绕某个天体运动, 利用万有引力计算该天体质量。

可以先将物体围绕某个天体运动近似地看成圆周运动, 此时万有引力充当向心力。

其中, r、v、ω、T分别为物体围绕某个天体运动的半径、线速度、角速度和周期。

3.2 同步卫星

所谓“同步卫星”, 通常以地球为例, 指人造卫星绕地球的周期和地球的自转周期相同, 又称“静止卫星”。可以证明, 此时人造卫星的动行轨道只能在赤道上方, 且T卫=T自。

这样, 同步卫星距离地面的高度:h=r-R。

3.3 双星运动

两颗质量可以相比的恒星相互绕着旋转的现象, 叫双星运动。双星运动问题是万有引力定律在天文学上的应用的一个重要内容, 双星中两颗子星相互绕着旋转可看作匀速圆周运动, 且周期相等, 其向心力由两恒星间的万有引力提供。

设双星的两子星的质量分别为M1和M2, 相距L, M1和M2的线速度分别为v1和v2, 角速度分别为ω1和ω2 (ω1=ω2, T1=T2) , 由万有引力定律和牛顿第二定律得: (下转第258页)

从而可以推得:v1∶v2=r1∶r2=m2∶m1

在这里要特别注意:两子星间的距离L与两子星做圆周运动的轨道半径r1、r2之间的约束关系:L=r1+r2。

3.4 变轨问题

卫星在轨期间自主改变运行轨道的过程称为变轨。变轨的动力学原因在于:卫星在轨运行时, 由于某种需要, 改变了卫星的线速度大小及方向, 从而改变了所需的向心力;又因为其运动的向心力由万有引力提供, 所以其所需的轨道半径也相应地发生变化, 这就形成了变轨。如图:

需要指出的是, 在切点 (P、Q) 处, 卫星处在两个不同轨道上的速

度是不同的。以Q点为例, 当卫星处在轨道1时做圆周运动, 可以求得其线速度为:而当卫星处在轨道2时做椭圆运动, 尽管高中阶段不要求精确计算v2Q, 我们还是可以定性地加以分析, 可以这样看, 因v1Q变化到了v2Q, 卫星必不能保持原有轨道1的圆周运动, 而发生了离心运动, 即v2Q>v1Q;同理可知:v3P>v2P。

由圆周运动线速度公式, 可知v1Q>v3P, 所以就有:v2Q>v1Q>v3P>v2P

3.5 能量转化

在天体运动问题中, 还有一类涉及到能量转化。视卫星与地球构成一独立系统, 万有引力为保守力, 取无穷远处为该系统零势能点, 则卫星在距离地球r处的势能为:

设卫星在距离地球r处的圆周轨道上运行, 则此时卫星的动能为:

则系统机械能为:

可以看出, 随着轨道上升, r增大, Epr增大, Ekr减小, Er增大。

所以, 卫星轨道越高, 发射时所需要的能量就越多, 火箭的推力要求也就越大。

除上述的五类典型问题外, 近几年的高考还相继出现了新的考查点, 如Lagrange点、地球自转效应、黑洞等。

但万变不离其宗, 在分析具体问题时, 只要深刻领悟天体运动的本质特征, 将三大定律与其它相关知识融会贯通, 紧扣F向=F万这一核心关系, 便可抓住问题实质, 起到事半功倍的效果。

参考文献

[1]张健.天体运动的常见题型及其解法[J].物理教学探讨, 2013 (7) .

[2]王晓辉.万有引力学习中的地球自转[J].物理教学探讨, 2013 (4) .

[3]王万林.万有引力复习中简约不简单的“一式三模”法[J].中学物理, 2013 (6) .

[4]汤玉林.《万有引力与航天》二、三事[J].中学物理, 2013 (1) .

天体的运动规律考点解读 篇10

我国的航天技术走在世界的前列, 这是中华民族的骄傲和自豪.现在每年高考, 无论哪一份物理试卷都要涉及这一部分知识, 有的试卷以选择题的形式出现, 有的试卷以计算题的形式出现.下面对这一部分知识的相关考点进行归纳分析.

考点一 卫星所受万有引力提供向心力

用M、m分别表示地球和卫星的质量, 用R表示地球半径, r表示人造卫星的轨道半径, 也是卫星到地心的距离.

可以得到:

$G\frac{{\rm M}m}{r{}^2}=m\frac{v{}^2}{r}=m\omega {}^{2}r=m\frac{4\text{π}{}^2}{{\rm T}{}^2}r=ma$向

由此得出四个重要的结论:

$①v=\sqrt{\frac{G{\rm M}}{r}}\propto \frac{1}{\sqrt{r}}$

即:卫星离地心越远, 它运行的速度越小.

$②{\rm T}=\frac{2\text{π}r}{v}=2\text{π}\sqrt{\frac{r{}^3}{G{\rm M}}}\propto \sqrt{r{}^3}$

即:卫星离地心越远, 它运行的周期越长.

$③\omega =\frac{v}{r}=\sqrt{\frac{G{\rm M}}{r{}^3}}\propto \frac{1}{\sqrt{r{}^3}}$

即:卫星离地心越远, 它运行的角速度越小.

④a向$=\frac{G{\rm M}}{r{}^2}\propto \frac{1}{r{}^2}$

即:卫星离地心越远, 它向心加速度越小.

由以上四式可知:v、T、ω、a向都只和r有关.

例1.r表示人造卫星的轨道半径, v为人造卫星的线速度, ω为人造卫星的角速度, 则v=rω, 有的同学说:“v和ω成正比.”这种说法对吗?

解析:这种说法是错误的, 只有在r一定时, 我们才能说v和ω成正比.由$v=\sqrt{\frac{G{\rm M}}{r}}\propto \frac{1}{\sqrt{r}}$可知v发生变化, r一定发生变化.所以题中同学的说法是错误的.

例2.用m表示地球同步通信卫星的质量、h表示卫星离地面的高度、M表示地球的质量、R0表示地球的半径、g0表示地球表面处的重力加速度、T0表示地球自转的周期、ω0表示地球自转的角速度, 则地球同步通信卫星的环绕速度v为 ( )

$\begin{array}{l}\text{A}.\omega {}_0(R{}_0+h)\text{B}.\sqrt{\frac{G{\rm M}}{R{}_0+h}}\\ \text{C}.\sqrt[3]{G{\rm M}\omega {}_0}\text{D}.\sqrt[3]{\frac{2\text{π}Gm}{{\rm T}{}_0}}\end{array}$

解析:设地球同步卫星离地心的距离为r, 则r=R0+h, 则环绕速度v=rω0= (R+h) ω0;

同步卫星圆周运动由万有引力提供向心力, 即

$G\frac{{\rm M}m}{r{}^2}=m\frac{v{}^2}{r}$

得$v=\sqrt{\frac{G{\rm M}}{r}}=\sqrt{\frac{G{\rm M}}{R{}_0+h}}$;

又有$G\frac{{\rm M}m}{r{}^2}=m\omega {}_0^{2}r$, 则

$\begin{array}{l}r=\sqrt[3]{\frac{G{\rm M}}{\omega {}_0^2}}\\ v=\omega {}_{0}r=\omega {}_0\cdot \sqrt[3]{\frac{G{\rm M}}{\omega {}_0^2}}=\sqrt[3]{G{\rm M}\omega {}_0}=\sqrt[3]{\frac{2\text{π}G{\rm M}}{{\rm T}{}_0}}.\end{array}$

故答案为ABC.

例3.根据天文观察, 某星球外有一光环, 环的内侧半径为R1, 环绕速度为v1, 外侧半径为R2, 环绕速度为v2, 如何判定这一光环是连续的, 还是由卫星群所组成?试说明你的判断方法.

解析:如果光环是连续的, 则光环是一个物体, 光环上的角速度相同, 由v1=ωR1, v2=ωR2, 得:

$\frac{v{}_1}{v{}_2}=\frac{R{}_1}{R{}_2}$;

如果光环是由卫星群所组成, 则由:$G\frac{{\rm M}m{}_1}{R{}_1^2}=m{}_1\frac{v{}_1^2}{R{}_1}$、$G\frac{{\rm M}m{}_2}{R{}_2^2}=m{}_1\frac{v{}_2^2}{R{}_2}$, 得:

$\frac{v{}_1}{v{}_2}=\sqrt{\frac{R{}_2}{R{}_1}}.$

即若v∝R, 则光环是连续的;若$v\propto \frac{1}{\sqrt{R}}$, 则光环是由分离的卫星群所组成.

考点二 卫星所受万有引力和所受重力大小相等

1.在地球表面附近:$G\frac{{\rm M}m}{R{}^2}=mg$

即:$g=\frac{G{\rm M}}{R{}^2}$

2.在离地面的距离为h处:$G\frac{{\rm M}m}{(R+h){}^2}=m{g}^{\prime }$

即:$\frac{G{\rm M}}{(R+h){}^2}=g^{\prime }$

推广到月球上:g月$=\frac{G{\rm M}{}_{\text{月}}}{R{}_{\text{月}}{}^2}‚g$月为月球表面的重力加速度, M月为月球质量, R月为月球的半径.

例4.设地球表面的重力加速度为g1, 物体在距地心4R (R是地球半径) 处, 由于地球的引力作用而产生的重力加速度为g2, 则$\frac{g{}_2}{g{}_1}$为 ( )

A.1 B.1/9

C.1/4 D.1/16

解析:因为$g{}_1=\frac{G{\rm M}}{R{}^2},g{}_2=\frac{G{\rm M}}{(4R){}^2}$, 所以$\frac{g{}_2}{g{}_1}=\frac{1}{16}$, 所以D选项正确.

考点三 有关近地卫星、同步卫星、赤道上随地球一起自转的物体的问题

1.近地卫星:轨道半径近似地可认为等于地球半径R, 由$G\frac{{\rm M}m}{R{}^2}=m\frac{v{}^2}{R}$得速率$v=\sqrt{\frac{G{\rm M}}{R}}=\sqrt{gR}$, 周期${\rm T}=\frac{2\text{π}R}{v}$.在所有绕地球做匀速圆周运动的人造卫星中是线速度最大, 周期最短的卫星.

2.同步卫星:地球同步卫星是相对地球表面静止的稳定运行卫星.

(1) 同步卫星一定位于赤道的正上方, 非同步人造地球卫星其轨道平面可与地轴有任意夹角.

(2) 同步卫星的运转周期与地球自转周期相同, 即:T=24h.

(3) 轨道半径为r=4.24×104km, 其离地面的高度h=5.6R=3.6×104km是一定的.

(4) 线速度大小为v=rω0=3.08×103m/s为定值, 绕行方向与地球自转方向相同.

3.赤道上随地球一起自转的物体:轨道半径等于地球半径, 运转周期与地球自转周期相同, 即:T=24h.

考点四 求天体的质量

例5.已知地球绕太阳公转的轨道半径r=1.49×1011m, 公转的周期T=3.16×107s, 求太阳的质量M.

解析:根据地球绕太阳做圆周运动的向心力来源于万有引力得:

$\begin{array}{l}G\frac{{\rm M}m}{r{}^2}=m\frac{4\text{π}{}^2}{{\rm T}{}^2}r\\ {\rm M}=\frac{4\text{π}{}^{2}r{}^3}{G{\rm T}{}^2}\\ {\rm M}=1.96\times 10{}^{30}\text{k}\text{g}.\end{array}$

例6.宇航员在一星球表面上的某高处, 沿水平方向抛出一小球.经过时间t, 小球落到星球表面, 测得抛出点与落地点之间的距离为L.若抛出时初速度增大到2倍, 则抛出点与落地点之间的距离为$\sqrt{3}L$.已知两落地点在同一水平面上, 该星球的半径为R, 万有引力常数为G.求该星球的质量M.

解析:设抛出点的高度为h, 第一次平抛的水平射程为X, 则有:

X2+h2=L2

由平抛运动规律得知, 当初速度增大到2倍时, 其水平射程也增大到2X, 可得:

$(2X){}^2+h{}^2=(\sqrt{3}L){}^2$

设该星球上的重力加速度为g, 由平抛运动的规律得:

$h=\frac{1}{2}gt{}^2$

由万有引力定律与牛顿第二定律得:

$G\frac{{\rm M}m}{R{}^2}=mg$

联立以上各式解得:${\rm M}=\frac{2\sqrt[]{3}LR{}^2}{3Gt{}^2}.$

考点五 计算天体的平均密度

通过观测天体表面运动卫星的周期T, 就可以求出天体的密度ρ.

例7.如果某行星有一颗卫星沿非常靠近此恒星的表面做匀速圆周运动的周期为T, 则可估算此恒星的密度为多少?

解析:设此恒星的半径为R, 质量为M, 由于卫星做匀速圆周运动, 则有$G\frac{{\rm M}m}{R{}^2}=mR\frac{4\text{π}{}^2}{{\rm T}{}^2}$, 所以:${\rm M}=\frac{4\text{π}{}^{2}R{}^3}{G{\rm T}{}^2}.$

而恒星的体积$V=\frac{4\text{π}R{}^3}{3}$, 所以恒星的密度$\rho =\frac{{\rm M}}{V}=\frac{3\text{π}}{G{\rm T}{}^2}.$

例8.一均匀球体以角速度ω绕自己的对称轴自转, 若维持球体不被瓦解的唯一作用力是万有引力, 则此球的最小密度是多少?

解析:设球体质量为M, 半径为R, 设想有一质量为m的质点绕此球体表面附近做匀速圆周运动, 则

$G\frac{{\rm M}m}{R{}^2}=mR\omega {}_0^2$, 所以:$\omega {}_0^2=\frac{4}{3}\text{π}G\rho .$

由于ω0≥ω得:$\omega {}^2\le \frac{4}{3}\text{π}G\rho$, 则:$\rho \ge \frac{3\omega {}^2}{4\text{π}G}$, 即此球的最小密度为$\frac{3\omega {}^2}{4\text{π}G}.$

例9.某行星自转一周所需时间为地球上的6h, 在这行星上用弹簧秤测某物体的重量, 在该行星赤道上称得物重是两极时测得读数的90%, 已知万有引力恒量$G=6.67\times 10{}^{-11}\frac{\text{Ν}\cdot \text{m}{}^2}{\text{k}\text{g}{}^2}$, 若该行星能看做球体, 则它的平均密度为多少?

解析:在两极, 由万有引力定律得

$mg=G\frac{{\rm M}m}{R{}^2}①$

在赤道$G\frac{{\rm M}m}{R{}^2}=m{g}^{\prime }+m\frac{4\text{π}{}^2}{{\rm T}{}^2}R②$

依题意:mg′=0.9mg ③

由式①②③和球体积公式联立解得:

$\rho =\frac{3\text{π}}{0.1G{\rm T}{}^2}=3.03\times 10{}^3\text{k}\text{g}/\text{m}{}^3.$

考点六 “双星”问题

例10.两个星球组成双星, 它们在相互之间的万有引力作用下, 绕连线上某点做周期相同的匀速圆周运动.现测得两星中心距离为R, 其运动周期为T, 求两星的总质量.

解析:设两星质量分别为M1和M2, 都绕连线上O点做周期为T的圆周运动, 星球1和星球2到O的距离分别为l1和l2.由万有引力定律和牛顿第二定律及几何条件可得:

$\begin{array}{l}l{}_1+l{}_2=R\\ G\frac{{\rm M}{}_1{\rm M}{}_2}{R{}^2}={\rm M}{}_1\left(\frac{2\text{π}}{{\rm T}}\right){}^{2}l{}_1\\ G\frac{{\rm M}{}_1{\rm M}{}_2}{R{}^2}={\rm M}{}_2\left(\frac{2\text{π}}{{\rm T}}\right){}^{2}l{}_2\end{array}$

联立解得:${\rm M}{}_1+{\rm M}{}_2=\frac{4\text{π}{}^{2}R{}^3}{G{\rm T}{}^2}.$

考点七 天体运动的周期性

例11. (2011 高考理综重庆卷第21题) 某行星和地球绕太阳公转的轨道均可视为圆.每过N年, 该行星会运行到日地连线的延长线上, 如图2所示.该行星与地球的公转半径比为 ( )

解析:在分析这道题之前, 我们先看下面这道题:钟表上的分针和秒针从第一次重合到第二次重合用多少时间?

解:钟表上的分针做匀速圆周运动的周期T分=60分=3600秒;角速度ω分$=\frac{2\text{π}}{{\rm T}{}_{\text{分}}}=\frac{2\text{π}}{3600}(\text{r}\text{a}\text{d}/\text{s}).$

钟表上的秒针做匀速圆周运动的周期T秒=60秒;角速度ω秒$=\frac{2\text{π}}{{\rm T}{}_{\text{秒}}}=\frac{2\text{π}}{60}(\text{r}\text{a}\text{d}/\text{s}).$

钟表上的分针和秒针从第一次重合到第二次重合的过程中, 秒针转动的圈数比分针多一圈, 则:ω秒t-ω分t=2π, 即:$\frac{2\text{π}}{{\rm T}{}_{\text{秒}}}t-\frac{2\text{π}}{{\rm T}{}_{\text{分}}}t=2\text{π}$, 所以$t=\frac{{\rm T}{}_{\text{分}}{\rm T}{}_{\text{秒}}}{{\rm T}{}_{\text{分}}-{\rm T}{}_{\text{秒}}}=\frac{3600\times 60}{3600-60}=\frac{3600}{59}(\text{s}).$

下面对2011 高考理综重庆卷第21题进行分析:

行星围绕太阳做匀速圆周运动的向心力是由太阳对行星的万有引力提供的.则:

$G\frac{{\rm M}m{}_1}{r{}_{\text{行}}^2}=m{}_1\frac{4\text{π}{}^2}{{\rm T}{}_{\text{行}}^2}r{}_{\text{行}}$

得:T行$=2\text{π}\sqrt{\frac{r{}_{\text{行}}^3}{G{\rm M}}}①$

地球围绕太阳做匀速圆周运动的向心力是由太阳对地球的万有引力提供的.则:

$G\frac{{\rm M}m{}_2}{r{}_{\text{地}}^2}=m\frac{4\text{π}{}^2}{{\rm T}{}_{\text{地}}^2}r{}_{\text{地}}$

得:${\rm T}{}_{\text{地}}=2\text{π}\sqrt{\frac{r{}_{\text{地}}^3}{G{\rm M}}}②$

行星从第一次运行到日地连线的延长线上到行星第二次运行到日地连线的延长线上所用的时间为t, 此过程行星通过的弧所对的圆心角为θ, 此过程地球比行星多转一圈, 地球通过的弧所对的圆心角的角度比行星通过的弧所对的圆心角的角度多2π.这样可得到:

θ=ω地t

θ-2π=ω行 t

ω地$=\frac{2\text{π}}{{\rm T}{}_{\text{地}}}$

ω行$=\frac{2\text{π}}{{\rm T}{}_{\text{行}}}$

$\begin{array}{l}\omega {}_{\text{地}}t-\omega {}_{\text{行}}t=2\text{π}\\ \frac{2\text{π}}{{\rm T}{}_{\text{地}}}t-\frac{2\text{π}}{{\rm T}{}_{\text{行}}}t=2\text{π}\end{array}$

所以:$t=\frac{{\rm T}{}_{\text{行}}{\rm T}{}_{\text{地}}}{{\rm T}{}_{\text{行}}-{\rm T}{}_{\text{地}}}③$

由题意得: t=N年, 由常识得:地球围绕太阳运动一周所用时间为1年, 即:T地=1年.

由③得:T行$=\frac{{\rm N}}{{\rm N}-1}$年 ④

由①②④得:$\frac{r{}_{\text{行}}}{r{}_{\text{地}}}=\left(\frac{{\rm T}{}_{\text{行}}}{{\rm T}{}_{\text{地}}}\right){}^{\frac{2}{3}}=\left(\frac{{\rm N}}{{\rm N}-1}\right){}^{\frac{2}{3}}$

综合上面分析可得:本题答案选B.

专项练习:

1.2010年诺贝尔物理学奖授予英国科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫, 以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究.石墨烯是碳的二维结构 (如图3所示) ,

它是目前世界上已知的强度最高的材料, 为“太空电梯”缆线的制造打开了一扇“阿里巴巴”之门, 使人类通过“太空电梯”进入太空成为可能.假设有一个从地面赤道上某处连向其正上方的地球同步卫星 (其运行周期与地球自转周期相同) 的“太空电梯”, 则关于该“电梯”的“缆线”, 下列说法正确的是 ( )

A.“缆线”上各质点均处于完全失重状态

B.“缆线”上各处线速度相同

C.“缆线”上各处角速度相同

D.“缆线”上各处重力加速度相同

2.a是地球赤道上一栋建筑, b是在赤道平面内做匀速圆周运动、距地面9.6×106m的卫星, c是地球同步卫星, 某一时刻b、c刚好位于a的正上方 (如图4所示) , 经48小时, a、b、c的大致位置是图5中的 (取地球半径R=6.4×106m, 地球表面重力加速度$g=10\text{m}/\text{s}{}^2‚\text{π}=\sqrt{10})()$

3.A是地球的同步卫星, 另一卫星B的圆形轨道位于赤道平面内, 离地面高度为h, 已知地球半径为R, 地球自转角速度ω0, 地球表面的重力加速度为g, O为地球中心.

(1) 求卫星B的运动周期.

(2) 如卫星B绕行方向与地球自转方向相同, 某时刻A、B两卫星相距最近 (O、B、A在同一直线上) 则至少经过多长时间, 它们再一次相距最近?

参考答案

1.C 2.B

$3.(1){\rm T}{}_B=2\text{π}\sqrt{\frac{(R+h){}^3}{gR{}^2}}$;

$(2)t=\frac{2\text{π}}{\sqrt{\frac{gR{}^2}{(R+h){}^3}}-\omega {}_0}.$

漫谈深空天体 篇11

于是问题来了：既然那天没什么特别的天象，他们一整夜都在鼓捣些什么呢？答：他们多半在观测深空天体。

实际上，深空天体仅仅是一个广泛流行于爱好者圈子里的说法，现代天文学并没有定义这样的词汇。早在远古时期，曾有观天者发现过一些不像星星的云雾状天体镶嵌在夜空中，随着群星一道东升西落。它们数量不多，却比漫天的星辰更能昭示宇宙的深邃。其中比较显眼的有猎户座星云，船底座星云，仙女座星云及大、小麦哲伦星云等。另有一些非常暗淡的雾斑状天体，需要在极其优良的大气条件下才能勉强分辨，比如位于三角座和武仙座的两片非常暗弱的雾状天体M33和M13，都几乎达到了人眼夜视的极限。曾有人统计过，全天能用裸眼看到的云雾状天体约有20个。

早期的天文学家曾将那些云雾状天体笼统地称为深空天体，因为它们的位置相对固定，不像行星和彗星那样在星座间自由穿行。这说明它们不属于太阳系，而是距离我们非常遥远的天体。如今，天文学家不再劳心费力地为它们逐个编号、命名，因为这样的统计工作不仅没有尽头而且没有意义。美国航空航天局在20世纪90年代发射升空的哈勃空间望远镜随便指向哪个方向都可以发现成千上万这样的深空天体。

那么，这些无处不在的云雾状天体究竟是什么呢？这个问题直到100年前都还没有一个确切的答案。不过，越来越庞大的观天望远镜和越来越先进的天体测量手段还是为天文学家带来了许多线索。可以肯定的是，深空天体似乎是许多类不同天体的总称，比如疏散星团和球状星团，它们在小型设备中往往会呈现出云雾状，而在大型望远镜中却可能被分解出单颗恒星，口径越大的望远镜分解出的恒星数目越多。为了说明星团在粗糙的设备中为何会呈现云雾状，金牛座的昴星团是一个不错的例子。它是一个距离地球很近的疏散星团，位于北天，亮度很高，诞生时间大约在1亿年前（侏罗纪时代的恐龙很可能没见过它）。视力不佳者或巡天不仔细的人很容易将它视作一个云雾状天体。不过，视力正常的人应该能够在其中分辨出至少6颗成员星。有趣的是，昴星团在中国有一个绰号，叫“七姐妹星团”，说明曾有中国古代的观天者发现了第七颗成员星。更有甚者，某些视力超群的人声称自己能在其中辨别出8颗以上的成员星！鉴于昴星团的亮度很高，城市中也可以观测到，有兴趣的读者不妨在秋、冬季的时候选一个晴朗的夜晚，试试自己眼力如何。

无独有偶，夏季夜空中最令人着迷的银河看起来也是烟雾状的，西方人曾以为那是天堂中一条用牛奶铺就的道路。1609年，当伽利略把自制的天文望远镜指向银河的时候便发现，它其实是一条由无数颗恒星组成的带状结构。也许是类似现象启发了后来的天文学家，有人开始猜测天上所有的云雾状天体都是未被分解开的星团。18世纪英国著名的天文学家威廉·赫歇尔（1738-1822） 就曾经耗费相当大的精力磨制超大口径的天文望远镜，其初衷之一便是试图将更多的云雾状天体分解为单颗恒星，以证明其星团本质。然而最终的结果有些出人意料。的确，赫歇尔利用更大的设备成功分解了一些前人难以分解的星团，但也发现了更多更加暗淡的深空天体，其数量之多出乎所有人的预料。赫歇尔不得不将它们以1000个为一组分批出版，公之于众。

到20世纪初的时候，天文学家手中口径最大的望远镜当属美国加利福尼亚州威尔逊山上的254厘米胡克反射望远镜。据说迈克尔逊曾用它测定参宿四的半径和距离。然而，即便是这样的巨无霸设备也只能将很少一部分深空天体分解为单颗恒星，余下的云雾状天体则被天文学家笼统地称为星云。至于星云的本质究竟是“星”还是“云”，它们究竟是银河系以内的天体还是银河系以外的星系，这些问题在当时都不甚明了。不过在此之前，有人曾发现某些星云的直径同照亮它的恒星的亮度成正比，而另一些人则从M5 1这样的深空天体中发现了螺旋结构存在的痕迹。美国天文学家埃德温·哈勃（1889—1953）据此猜测前者多为银河系内的云团，而后者则是一些距离我们十分遥远的恒星系统。1924年，哈勃终于获得了支持自己猜想的关键性证据。当时，他利用威尔逊山上的望远镜成功分解出了M31附近的几颗恒星，然后利用造父变星法测定了它们的距离。他发现这些恒星距离我们都远达数十万光年（这个数字后来被修正到220万光年），远超当时已知的银河系尺度。由此哈勃确认了第一个河外星系的存在，即前文提到过的仙女座星云。

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哈勃的发现不仅终结了天文学界关于宇宙岛（即河外星系）是否存在的争论，而且澄清了深空天体的本质。如今，天文爱好者关注的深空天体通常包含了以下8种：①疏散星团;②球状星团;③行星状星云;④发射星云;⑤反射星云;⑥暗星云;⑦超新星遗迹;⑧星系。下面我们分别介绍它们。

疏散星团和球状星团

这两类天体都是最早被发现的深空天体类型。疏散星团以前文提到的昴星团为代表。其他一些肉眼可见的疏散星团还有金牛座的毕星团（Cr50）、天蝎座的托勒密星团（M7）、南天的珠宝盒星团（NGC4755）等等。从全天分布上看，疏散星团基本都位于银河系平面附近，在垂直于银

河系平面的两个银极方向上则少有分布。事实上，疏散星团的成员看起来并不总是聚集在一起。随着天体测量技术的提高，天文学家发现许多夜空中看似不相干的恒星实际上可能同属一个疏散星团，只是由于星团中心距离我们太近产生的错觉而已。这样的天体系统被统称为移动星群。最著名的移动星群当属大熊座移动星群（Cr285），它的成员星包含了从北斗七星到天兔座的许多亮星。该移动星群的中心距离地球约80光年，移动方向朝向人马座。

球状星团以前文提到的武仙座暗弱天体（M13，武仙座大球状星团）为代表，此外，位于人马座的球状星团M22也在最明亮的球状星团之列。不过，在南半球的天空里还隐藏着两个更大、更壮观的球状星团：半人马座欧米伽星团和杜鹃座4 7星团，只是它们的赤纬较低，只适合在赤道附近或南半球观赏。与疏散星团不同的是，球状星团看起来更致密，尤其是核心处，几乎不可能分辨出单个恒星。球状星团的直径一般在10光年左右，成员星数目可达十万量级。目前已经发现的系内球状星团约有150个，以银河系核为中心呈球形分布。不过，由于我们的太阳不在银河系中心，夏、秋两季天空中的球状星团数目似乎更多一些，而冬、春两季相对较少。

行星状星云

行星状星云得名自它在望远镜中的形象，因为它们初看起来就像行星那样，会呈现出一个细小的圆面。不过也有例外，例如宝瓶座的螺旋星云（NGC7293）在望远镜里看起来就有半个满月那么大。夜空中的行星状星云数目繁多，形状千奇百怪，色彩斑斓，放在一起俨然就是银河系里的一场珠宝展示会。它们的来源多为超新星爆发，有人还可以用望远镜在星云中心找到当年爆发

后残留的中央星（一般是白矮星）。

发射星云、反射星云和暗星云

这实际上代表了星云存在的三种方式，前两种是可见的，后一种则是因为不发光的巨大星云遮挡了其背后的星光，因而看起来好像是星海中间有一个神秘的空洞。最著名的暗星云当属南十字座中的煤袋星云，人们用肉眼就可以在南半球的银河中看见其轮廓。

发射星云和反射星云是根据星云的光谱类型来区分的，不同的光谱类型代表着完全不同的发光机制。一般来说，发射星云之所以能被看到，是因为它的附近存在炽热的恒星或者星团，星云中的氢原子被后者加热后发生电子轨道跃迁。当电子被氢原子核重新俘获的时候便会向外辐射特定波长的光子。在宇宙空间里，这种辐射以656.28纳米波长的红色H-α线为主，所以发射星云看起来都是红色的。

相比之下，反射星云的发光机制要简单得多，它实际上就是一片被附近恒星勉强照亮的暗星云。根据瑞利散射定律，光的散射能力同频率的四次方成正比，所以反射星云看起来基本都是天蓝色的。

超新星遗迹

这类天体中有一个如雷贯耳的成员，即梅西耶星表的第一号天体：金牛座蟹状星云。它是1054超新星膨胀至今的遗迹。它之所以著名还有另外一个原因：它是少数能被人们与历史上已知的超新星爆发事件相结合的星云遗迹。要知道，历史上多数有记录的目视超新星都没有在可见光波段留下痕迹，或者说，夜空中绝大多数的超新星遗迹都是史前时代的某次爆发留下的，比如双子座中的水母星云就来自3万至3000年前的一次超新星爆发。

星系

此类天体中最著名的当属前文讲到的仙女座大星系（M31），它的规模约为银河系的2倍，距离地球254万光年，几乎是人类裸眼能看到的最远物体。距离M31不远的三角座内还有一个肉眼勉强可见的旋涡星系M33，是本星系群里仅次于M3 1和银河系的第三大星系。除此以外，在南半球还有两个更壮观的河外星系，即大、小麦哲伦星云，它们都是距离我们较近的银河系伴星系。由

于银河系尘埃带的阻挡，本星系群以外肉眼可见的河外星系基本都分布在远离银道面的地方，或者说南、北银纬比较高的方向上。比如，北银极附近的狮子座、后发座、室女座、大熊座和牧夫座等都是河外星系大量聚集之处。同理，南银极附近的鲸鱼座、凤凰座和天炉座中也分布有许多著名的星系和星系团。这些星座的深空天体均以星系为主，前四类天体较少。

如此看来，单单是深空天体就有那么多有趣的目标等着人们去探索，天文爱好者自然也就每晚都忙得不亦乐乎了。

天体国际教育学校设计解析 篇12

1.1 国际学校的发展与类型

随着我国经济的发展以及人员流动的提高,越来越多的外籍人员及其子女进驻中国,国内开始出现了各种类型的国际学校。我国早期的国际学校出现在20世纪初,如上海美国学校,创办于1912年,专为外籍人员子女提供教育。随着社会的发展,国际学校不再单一的为外籍子女提供教育,开始设置专门为国内学生出国留学的辅导课程,从初中开始就会为每个孩子量身定做适合他能力和个性发展的成长方案,并帮助他与国外大学联系。近20年来国际学校得到充分发展,其主要有以下4种类型。

(1)由在中国境内合法设立的外国机构、外资企业、国际组织的驻华机构和合法居留的外国人开办的国际学校。

(2)同时招收中国学生又具有接受外国留学生资格的学校。

(3)本地学校开设的国际部,开设只是针对中国学生。为国内学生开设出国留学的课程,帮助其出国深造。本次设计的天体国际教育学校便是这种类型的学校。

(4)外国机构或个人开办的补习中心。

由于我国对国际学校的理论研究较少、建设设计经验也不足,在处于应试教育向素质教育转变的阶段,积极借鉴、学习国外先进和完善的教育模式具有重要的意义。

1.2 规划范围及现状概况

天体国际教育学校位于天津市蓟县许家台乡小米庄南,在天津国际文化产业教育园暨天津体育学院运动与艺术学院校区的西北部,用地面积16400m2,总建筑面积15155m2,常规教室18间。

天体国际教育学校在盘山脚下,远处四周环山,近处为天津国际教育文化产业园内部景观,在用地的东南面有个因多年取土而形成的湖面,景观优美。用地内有一陡坡,高差约9m,建筑需结合陡坡进行设计。

2 设计理念

天体国际教育学校是一个综合建筑群,其主要建筑有宿舍楼、食堂,操场、办公楼、教学楼、图书馆和游泳馆等。本建筑群的主入口设置在南侧,西侧设置2个次入口(图1)。

2.1 外廊设计

设计充分结合地势进行建筑布置,建筑群分为坡上和坡下两部分。坡上建筑通过一条南北向的外廊有机连接,联系坡下建筑的垂直交通也紧邻此外廊设置,使这条外廊成为一条功能明确的交通连廊(图2)。

2.2 庭院设计

坡上建筑通过两横两竖摆放,围合成南北两个庭院,两个庭院发挥着不同作用功能。

北庭院为生活庭院,庭院联系着宿舍、办公楼、食堂等建筑,在庭院里有一大台阶直通坡下。

南庭院为入口广场,是个礼仪广场和观景广场。当主要人流从南部进入时,入口广场为人提供了缓冲空间,也可在广场上欣赏到东南面美丽的湖光景色。

2.3 采光设计

在建筑群的中部(食堂、办公楼、教学楼三者之间)设计下沉庭院,可供坡下建筑采光。

入口广场下的游泳池,可通过设计玻璃天窗采光。

外廊下方为坡下教室的走廊,在外廊区域开天窗,辅助坡下教室走廊采光,天窗可结合休息座椅设计,使功能与景观融为一体(图3)。

2.4 标识设计

在办公楼处,结合入口设计一个钟楼来统领整个建筑群。钟楼可以给区域报时,同时也是这群建筑的标志,给人归属感与识别性(图4)。

2.5 兼容设计

天体国际教育学校是由天津体育学院运动与艺术学院投资建设,且校址又在运动与艺术学院内部,可充分共享学院的资源。天体国际教育学校可结合远动与艺术学院的优势进行办学,设计考虑学校的办学特点,采用一个空间多种功能的设计,例如风雨操场外围设计跑马廊可兼做演艺表演场,报告厅紧邻入口可兼做接待休息厅和宣传观影厅等。总之,兼容设计使空间得到更加充分利用。

3 建筑设计

宿舍楼、多功能厅、办公楼、报告厅、操场等设置在坡上。食堂(西餐厅)、教室、实验室、图书室、游泳馆、活动室、后勤用房等设置在坡下。坡下建筑采光主要为东向采光(朝向景观优美的湖面),下沉庭院采光及天窗采光,光影多变,空间丰富,为学生营造一个多彩的学习空间。

由于中西方的社会结构和教育理念不同,一些国内普通学校在教学空间的设计理念和形式上与国际学校存在着很大的差异。天津国际教育学校依照学生不仅能够顺利的出国深造,而且能够尽快适应国外学习与生活的原则,设计了供学生体验国外生活的实验室。食堂也采用西餐厅设计,让学生逐步感受西式饮食习惯,有助于学生留学后更快的适应国外的生活。

4 结束语

天体国际教育学校将引进先进的国际教育理念,有效地培养学生出国留学深造,适应国外教育体系及生活方式。在后续的教育方面,没有出国留学或考取国内大学的学生将由天津体育学院运动与艺术学院招收培养。这种依托高校设置的国际教育学校,避免学生出不了国就很难进入国内大学学习的弊端。

天体国际教育学校设置在环境优美的盘山脚下,给师生提供一个良好的外部环境。建筑方案通过室外连廊、庭院、钟楼等设计,进一步营造出一处宁静、自然、生态的区域环境,给师生创造一个舒适的办公、教学、阅读、就餐等空间。体现以人为本,拥抱大自然、人与自然和谐共存的设计理念。

参考文献