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天體物理學范文1
位于智利阿塔卡瑪沙漠中的阿塔卡瑪大型毫米波及次毫米波陣列（ALMA），是目前世界上最大的地面射電天文望遠鏡興建計劃，由66座小型望遠鏡組成一個毫米波及次毫米波段的干涉儀，可視為次毫米波陣列的擴大版，是研究早期宇宙遺留輻射、恒星形成與演化、行星系統、星系甚至生命起源的利器。
該計劃的三個主要合作伙伴分別為北美、歐洲及東亞地區團隊。憑借以往研制射電望遠鏡儀器設備的經驗，臺灣中研院天文所于2005年和2008年先后受邀加入其中的日本計劃（ALMA-J）與ALMA北美計劃（ALMA-NA），負責組裝來自美國、加拿大、日本、法國、荷蘭及英國所提供的接收機模組，使成為完整的接受機前段次系統為其提供及組裝測試信號接收機前段次系統。該所科技人員與中山科學研究院航空研究所在臺中合作成立東亞接收機前段整合測試中心，不但成功提前完成原本負責的所有東亞團隊17套信號接收機前段次系統，并協助北美與及歐洲團隊另外完成9套前段次系統的組裝和交付，保證了這座望遠鏡在2013年3月正式完工并運行。
到目前為止，ALMA機構已兩次向全球天文研究學者公開征求觀測計劃書，分別稱為Cycle 0與Cycle 1。在總共征得2000余份觀測計劃書中，只有300余份通過嚴格的審查。觀測計劃通過審核與否，主要是由審查委員會按送審計劃的科學價值加以評量。臺灣在此激烈的競爭下，總共通過了20余份計劃書，取得了亮眼的成績。
天文學上最終極的觀測挑戰之一是以相當于事件視界的角解析度來直接觀測到黑洞及其周圍情況，這對于研究廣義相對論強場效應、黑洞邊緣吸積盤及外向流過程以及黑洞的自旋等都開啟了新的窗口。
臺灣中研院天文所同時擁有SMA與ALMA的使用權，這兩個陣列若聯合成為一個甚長基線干涉測量系統（VLBI），可望達到數微角秒的角解析力。目前已知有兩個超大質量黑洞，即位于銀河系中心的SgrA*和M87的核心，其尺寸大得足以使用次毫米波段甚長基線干涉測量系統進行解析。因此該所提議，再增加一座射電望遠鏡，與SMA及ALMA相結合，組成一個縱跨地球南北表面的超大射電天文望遠鏡，可望達到幾十萬分之一角秒的解析力，將能做到對黑洞“剪影”的成像。這是僅使用由SMA及ALMA組成的單一基線所不能做到的。
美國國家科學基金會（NSF）于2011年同意，將ALMA-北美團隊建于新墨西哥州的12米口徑Vertex原型望遠鏡提供給臺灣中研院天文所的研究團隊。臺灣科學家建議，將這座望遠鏡移至北極圈內格陵蘭海拔3200米高的峰頂上（該望遠鏡也被更名為“格陵蘭望遠鏡”），與位于夏威夷的美國史密森天文臺、位于西弗吉尼亞州的美國國家射電天文臺及座落于馬薩諸塞州波士頓的海斯塔克天文臺等共同組成面向北天球的超大“北天次毫米波VLBI”，在次毫米波段用極高的角解析力來觀測M87星系巨大黑洞和噴流發源區。該計劃的準備工作目前正在進行中。
參與制作天文觀測儀器
除了上述種種雄心勃勃的計劃外，臺灣科學家目前與日本、韓國及歐洲航天局共同商議，參與由日本主導的下一代“宇宙學與天文物理太空紅外望遠鏡計劃”（SPICA）。該望遠鏡口徑3.5米，整座望遠鏡溫度由冷卻系統降溫至5K，其工作波長范圍在5～210微米。SPICA的口徑與之前的赫歇耳紅外天文望遠鏡相似，但憑借較低的工作溫度，可以降低背景輻射而大幅提高系統靈敏度。預計SPICA將在2020年以后發射升空，比美國的新一代詹姆斯?韋伯（James Webb）太空望遠鏡要晚。雖然兩者在短波長范圍至25微米都有觀測能力，但是SPICA在波長大于20微米的區域有^佳的探測能力，并且是唯一能觀測至210微米范圍的太空望遠鏡。此外，SPICA具有較大的視野、圖像能力也較佳。
SPICA的科學目標主要有三項：研究行星系統的形成與演化，包括原行星盤中的氣體（包含水）與塵埃與行星演化的關系、巖屑盤的礦物學、外太陽系氣體行星的大氣以及柯伊伯帶天體的組成；星際塵埃中的生命循環，包括在銀河系與鄰近星系的氣體與塵埃的物理與化學、塵埃的礦物學、超新星殘骸中的塵埃演化以及在早期星系中星際塵埃的來源；星系的形成與演化，包括活躍星系核與大量恒星形成在不同宇宙時間與環境的關聯性、恒星形成與超大質量黑洞的同時演化、恒星形成及星系質量蓄積的歷史與大尺度結構的關系、宇宙紅外線背景的物理。
SPICA規劃搭載4個觀測儀器。臺灣中研院天文所將參與日本宇宙科學研究所負責研發的中紅外相機與光譜儀（MCS），包括一個中解析度光譜儀和一個高解析度長波長光譜儀，能夠在12～18微米提供解析度在20000～30000的光譜，以及一個能夠在5～40微米提供16個不同波段圖像的廣角相機，其濾鏡組包含一個光柵棱鏡，以在全波段提供低解析度的光譜（R=50～200），包含不在光譜儀范圍內的5～12微米范圍。
其他重要科研成果
除臺灣中研院天文所外，島內一些高校如臺灣大學、新竹清華大學、中央大學、新竹交通大學、成功大學等也在開展有關天文及天體物理學方面的研究，近年的成果包括：發展張弛程序，研究星系中央氣體盤在棒形旋轉體驅使下的演化過程；發展一個小波程序，分析哈伯太空望遠鏡中的第二代廣角行星相機（WFPC2）和紅外線照相機（NIC-MOS）所觀測到的資料；研究磁氣流，發現小波轉換和重建技術可應用在觀測旋渦狀星系的構造上；發現在洛斯比（Rossby）數值小于1的情況下，熱對流在徑向方向的波長會縮短，熱對流的效應會受到在徑向方向磁亂流，和熱輻射的雙重破壞而削弱；發現環繞在白矮星的吸積盤內，熱對流效應完全被破壞而消失，造成熱傳導幾乎由磁亂流所傳遞；探討X風流體的熱結構問題，計算出電子游離比、溫度及化學成分在X風發源地8000AU（日地距離）區域內的分布；根據估算類似木星的外太陽系行星，如果離母恒星在0.04AU以內，軌道離心率在0.2以上，這個巨大行星半徑最后會超過潮汐半徑，氣體會通過L1點離開這個行星，同時會漸漸地遠離母恒星；分析彗星微塵，研發一套能夠用來分析萬億分之一克（10-12g）大小的微塵極靈敏質譜儀；發現在內在切變力對星系自旋的影響存在條件下，相對較易測量的星系自旋場可用來重建潮汐切變力與質量密度的初始值；提出一個自由參數a的二次方程序，發現a值為0.17（4σsignal）；發展復雜而健全的非球形動力模型，顯示由此模型得出的數值與比用球形動力學算出的標準質量函數，更符合N個天體模擬所得結果；發展以切變力測量為基礎，包括質量重建與發現星團演算法的弱透視分析計算程序；以松弛法及高階戈多諾夫法（Godunov）編成的高效能氣體動力程序，模擬星系盤面上促使棒狀結構形成的密度波，并將此程序應用在3kpc旋臂問題及NGC5248的模擬上；藉由極大陣列望遠鏡（VLA）、超長基線波干涉儀望遠鏡（VSOP），觀測星系中心大質量黑洞SgrA*的電波源的結構，了解活躍星系核的超光速運動、吸積盤的運轉情形，及中心大質量黑洞SgrA*與銀河中心氣體可能發生的交互作用；利用觀測類星體在可見光波段與氫原子氣體的分布情形不同，了解鄰近星系之間的交互作用；研究受到潮汐作用而膨脹的巨大外太陽系行星所發展的模型，可解釋為什么截至目前為止，在天文學家已發現的70多個巨大外太陽系行星之中，尚未有任何軌道半徑小于0.07AU的行星。
2006年，臺灣科學家梁茂昌參與的國際天文研究團隊，首次成功觀測到距離地球約63光年遠的狐貍座外太陽系行星（HD189733b）大氣中存在著生命之源――水。
赫比格-哈羅天體（HH object）是年輕原恒星在兩極方向產生噴流的一系列的塊狀云氣。2009年，臺灣中研院天文所李景輝等人使用次毫米波陣列望遠鏡，觀測到源自于一顆鄰近年輕0級原恒星的HH211赫比格-哈羅天體，擁有一對高度準直的噴流，不僅顯示出噴流內的內震波，而且在原恒星的兩側都可以看到噴流至少1次的擺動，相對于原恒星呈現反射對稱，完全符合噴流的理論模型。
次毫米星系出現在宇宙大爆炸之后20到60億年間，地球上所看到的其實是早期遙遠的宇宙所傳來的圖像。中研院天文所王為豪2010年運用最新升級改良過的次毫米波陣列望遠鏡，觀察到新的次毫米星系，并推測此類星系的數量可能超過之前天文學界的估算。
暗物質是宇宙中的一個謎，由于無法被可見光所探測，所謂暗物質粒子的存在迄今無法證實。中研院天文所人員參與一組國際研究團隊，利用日本斯巴魯望遠鏡觀察25個大質量星系團，藉由引力透鏡來詳細測量這些星系團的暗物質空間分布，在2010年首度證實天文學界目前對暗物質的主流預測模型。
該研究人員還利用日本的朱雀號X射線觀測衛星，對位于Abell 1689星系團最的高溫氣體進行溫度測量，結果發現高溫氣體存在一個各向異性的溫度分布，顯示星系團會藉由加熱而成長，而觸發加熱機制的是氣體掉入星系團內所產生的能量，至于這些氣體的來源，則是位于星系團外被稱為“宇宙網”的細絲狀大尺度結構，說明鑲嵌著這個星系團的大尺度結構會影響星系團的成長。
自1998年發現宇宙正在加速膨脹的現象以來，天文學家一直就測量大尺度宇宙結構的方法，致力尋找更完美的技術。2010年，臺灣中研院天文所張慈錦與彭威禮等人利用美國國家射電天文臺的綠堤望遠鏡進行觀測，成功研發出通過測繪太空中極遙遠的氫氣體所發出的射電波，測量不同星系內的氫氣體分布，最終繪制出“宇宙網”圖像的新技術。與先前使用可見光觀測所繪制的結構圖詳加比對，吻合度相當高，驗證該方法的正確性。藉此，科學家將能更深入地探索宇宙中的暗能量及其本質和特性。
行星如何形成是天文學最熱門的研究領域之一，臺灣天文學家高見道弘、金孝宣、周美吟等人2011年利用日本斯巴魯望遠鏡，成功地在距離地球460光年的銀河系外金牛座RY恒星附近搜さ獎懷莆“原行星盤”的塵埃氣體云。研究人員成功地在波長為1.65微米的近紅外波段取得一張金牛座RY星圖像，與其他許多在較長波段觀測的原行星盤圖像相比，這里盤面輻射的光偏離恒星中心位置，原因是些近紅外波段的輻射是從盤的表面層發出的散射光，為金牛座RY星原行星盤在垂直方向結構提供重要特征線索，對行星形成過程的相關研究有重要意義。
一些活躍星系核噴出的強力等離子體噴流范圍可長達千萬光年，遠比星系本身還大，并且速度高達光速的99%以上。自上世紀70年代以來，科學家一直無法解開這些噴流如何被加速到接近光速之謎。2012年，臺灣科學家利用歐洲VLBI網，首度發現在室女座星系團中的巨型橢圓星系M87中心超大質量黑洞附近所產生噴流的自行速度變化的失落環節。原來在黑洞附近噴流剛開始產生時速度并不快，但在距離黑洞約1萬到數十萬黑洞大小的空間區域內，由于磁流體力學的作用，噴流不但發生形狀上的變化（趨向束狀），還歷經了由低速（光速的1%）加速到高速（光速的99%）的過程。
天體物理學范文2
掉落的牛奶產生“超新星”
在廚房工作時，你是否曾經失手掉落剛剛開瓶的牛奶或者果汁，瓶中的牛奶隨后從瓶口噴出，濺了你一臉？休斯就曾有過這樣的經歷，但他瞬間意識到，這可以和天體物理學中的Ⅱ型超新星爆發聯系起來。
當一顆大質量恒星――大約10倍于太陽或者更大――來到了“生命”的盡頭，它就會發生慘烈的爆炸，即產生了Ⅱ型超新星。爆炸由恒星鐵核的突然塌縮引發，恒星的其余部分隨之塌縮，猛烈撞到鐵核后反彈，這一過程產生的沖擊波從恒星內部向表層傳播。當沖擊波到達表層時，那里已經沒有可以再用來沖擊的星體物質了，所以恒星的外層就猛烈地噴入太空。
相同的道理，牛奶瓶掉落后會導致瓶底受到擠壓（即瓶底“塌縮”），然后會將牛奶向上沖擊，也形成一股沖擊波。當這股沖擊波到達瓶口的時候就沒有可以用來沖擊的牛奶了，所以牛奶被噴向空中，濺了你一臉。
烘焙一個小宇宙
在烘焙食物時，你同樣也能看到宇宙的演變過程。
天體物理學家常常用“葡萄干面包”的比喻來解釋宇宙的膨脹。其中，面包中的面團代表宇宙中的空間，葡萄干則代表宇宙中的星系。
想象一下，當葡萄干面包被放到烤箱中烘焙的時候，你正坐在面團中的一個葡萄干上，你可以看到，面團正在膨脹，其他的葡萄干正在遠離你。同樣，我們在銀河系中觀察宇宙，會發現幾乎所有的星系都在遠離我們。
于是在廚房里，休斯常常烘焙一種他戲稱為“Hubble Damper”的面包，以此來紀念美國天體物理學家埃德溫?哈勃。因為哈勃首次明確證實了“星系正遠離我們”這一宇宙現象，而且他還發現，星系越遠，退行的速度就越快。
不過，為了增加所謂的“現實主義”，休斯用紅莓干代替了葡萄干――紅莓是紅色的，星系則是在“紅移”。下面是“Hubble Damper”的完整配方：450克自發面粉；一小勺鹽；80克冷凍黃油；185毫升水；170克紅莓干。上述材料混合均勻后，在200℃的烤箱中烘焙30分鐘，面包即可出爐。
玻璃杯中的日落
“為什么天是藍的？”這是孩子們最常問到的一個天文學問題，而許多父母卻不知怎么回答。如果你遇到這樣的問題，不要慌張，你可以在廚房里做點事情來解釋“藍天”。
找一個直線側壁的玻璃杯，用它裝一杯水，向水中滴一滴牛奶并攪拌。找一個LED手電筒向水中照射。當你從光束的發起端望向末端（順著手電筒的方向看），你會發現光束的末端是黃色的。如果你在杯中看不到LED的光束，那么加水稀釋一下。
LED的光束有一個黃色的末端，這意味著藍光已經被分離出去了，這就是所謂的“散射”。如果你在夜間進行實驗，關掉廚房的燈，從側面觀察這杯水。你會看到藍色的輝光――這些就是被牛奶散射的光。恭喜你，你已經在廚房里創造了屬于你的“日落”和“藍天”。
天體物理學范文3
何謂宇宙
我國自古把上下四方叫做“宇”，往古來今叫做“宙”。顯然，宇宙就是全部的空間和時間?？臻g是包容萬物的場所，時間是萬物演變的過程。所以在中國人歷來的觀念中，宇宙代表了所有物質和時空四維。至于宇宙的大小和起源，多沿襲開天辟地的傳說，一般人想當然地認為天穹無限而壽命無涯。宇宙的英文單詞“universe”，意指世間萬物。由于時間不算物質，所以西方古代的習慣是把時間分開來看待。而且，天主教會把宇宙的起始時間定在現在天文學家使用的儒略日的起算點：公元前4713年的1月1日零時零分零秒。只是到了1905年愛因斯坦提出相對論時，才把時間和空間看作宇宙的四維整體。也就是說，西方的“宇宙”概念才真正與中國的“宇宙”概念對應一致。
不過，中國的宇宙只是形而上的概念，即僅僅是定性的討論，缺乏數學的定量的分析。直到1917年愛因斯坦廣義相對論的發表，才正式開啟了世界范圍內宇宙論的數理分析研究。但是關于宇宙的理解仍然存在狹義和廣義之分。狹義的宇宙指的是我們生活和可能看到的全部物質分布的空間和時間，也稱物理宇宙；廣義的則包括我們這個宇宙之外的其它許許多多、各式各樣的宇宙，也叫多聯通宇宙或哲學宇宙。
奧伯斯佯謬
其實，古代西方學者也大多主張宇宙無限而且永恒不變。牛頓認為空間是絕對的，在上下四方均是無限延伸的，而且處處充滿天體；時間也是無限延續的。但是在1823年，德國醫生奧伯斯提出“為什么夜空不是無限明亮而是黑暗的呢？”并加以討論。為了解答這個問題，可以直接引伸出宇宙的大小和壽命均是有限的這個今天絕大部分讀書人十分熟悉的答案。但是在古代，包括古希臘德謨克利特等均給出了錯誤的解答，錯過了發現“宇宙并非無限和永恒”這個當代宇宙學家們的結論。
哈勃定律與宇宙膨脹
1929年，哈勃在維斯托斯里弗爾工作的基礎上、在密爾屯·哈馬孫的協助下，以遙遠星系中的造父變星的周光關系來確定星系的距離，利用25米望遠鏡攝譜儀來確定星系的視向速度（紅移），從而建立了星系紅移和距離成正比的關系。他們把紅移解釋為星系在不斷地遠離我們，而且幾乎所有的星系均在遠離我們，且距離越遠、速度越快。這就是人們熟知的哈勃定律。由此必然得出宇宙正在膨脹的結論。這個關系的比例常數被叫做哈勃常數，也就是宇宙空間的膨脹速度，單位是千米/（秒·百萬秒差距）。其倒數就是宇宙的年齡。
大爆炸理論
1917年，愛因斯坦發表廣義相對論。他發現，他推導出的用以描述整體時空的場方程不能給出一個靜止的、永恒不變的宇宙。因此，他引入一個附加項來獲得需要的宇宙模型。其后許多人加入研究，得出了多種宇宙的數學模型，要么膨脹，要么收縮，要么振蕩式地循環。1929年哈勃定律的發現，使得許多學者相信宇宙的確是在膨脹。
比利時科學家勒梅特在1927年提出，宇宙是從一個比太陽大30倍的“原初原子”突然爆炸出來的。這就是所謂大爆炸宇宙模型的由來。上世紀40年代，伽莫夫把這種思想推進了一大步，闡明了大爆炸過程中發生的核反應，并用以解釋老年恒星中的氫元素與氦元素含量的比例。伽莫夫還與他的學生們預言，爆炸火球留下來的殘余應當是一個遍布各處的大約5K或略高的黑體背景輻射。隨著對于原子熱核反應知識的積累，人們對于這種大爆炸模型的研究越來越深入，從而能夠把原初原子的大小推演到單個氫原子那樣大小的所謂數學奇點的程度，那時物質密度極高，溫度極高。原初原子突然爆炸，創生了我們今天所看到的整個宇宙。
雖然，早在上世紀30年代，人們利用光譜觀測研究得出星際云的溫度大約為2.3K；在接下來的10年里，射電天文學家發現了天空的溫度低于20K，但人們并沒有把這些觀測結果與伽莫夫等的理論聯系起來。所以，直到1965年彭齊亞斯等人進行了有意識的觀測，才算真正發現了這個僅有2，7K的宇宙背景輻射。從此，大爆炸宇宙論就更加風行于世了。當然后來又有了許多改進，比如加入了最初的暴脹階段等。
哈勃常數的變遷
哈勃常數的確定，需要觀測星系的兩個參量：距離和遠離視線方向的速度（在多普勒效應方法下是測量星系譜線的紅移）。測定不太遙遠的星系距離，常用方法是測定其中的造父變星的光度變化周期，然后利用周光關系來確定造父變星的絕對星等。知道了絕對星等就可以定出該造父變星所在星系的距離。對于許多彼此距離相差很大的星系，比較它們的視向速度，畫出視線速度隨距離變化的擬合圖，求得它們的比例系數，就求得了哈勃常數。
早期限于望遠鏡的口徑太小和攝譜儀的效能太低，只能觀測比較近距離的較亮的少數星系，求得的哈勃常數很大，達到500千米/（秒·百萬秒差距）！隨著觀測儀器的進步，觀測到越來越遠的大量星系的距離和視線速度，哈勃常數的數值大多在40千米/（秒一百萬秒差距）～80千米/（秒一百萬秒差距）之間。2009年5月7日，美國宇航局的最新數據為（74±3.6）千米/（秒。百萬秒差距）。
對于更加遙遠的天體，已經無法利用造父變星，就改用比造父變星更加明亮的天體，比如超新星。星系中存在兩類不同的超新星：Ⅰ型和Ⅱ型。Ⅰ型超新星是雙星系統中的大質量白矮星吸積伴星物質，從而使自己的總質量達到錢德拉極限后塌縮爆發引起的。它們中的Ia型的極大亮度是固定的。因此利用觀測它們的極大亮度，加上適當的星系際消光改正，就可以求得所在星系的距離，進而求得哈勃常數。
1988年起美國加州大學伯克利分校天體物理學家薩爾’波爾馬特領導的小組，與1994年起布萊恩’施密特領導的小組均在搜尋遙遠星系中的Ia型超新星。他們總共發現了50余顆。1998年，他們在美國《天體物理學》雜志上發表了結果。他們發現，星系的退行速度不是與距離成正比，而是越遠退行速度越小。這意味著距離越遠，哈勃常數越小。這只能說明宇宙在早期膨脹得較慢，而后來則膨脹得越來越快，也就是說宇宙在加速膨脹。由此，他們通過研究遙遠河外星系中的Ia型超新星和宇宙膨脹的關系這一出色工作，榮獲了諾貝爾物理學獎。
膨脹加速和暗能量
天體物理學范文4
關鍵詞 物理專業 物理師范專業 課程體系
中圖分類號：G649.1 文獻標識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2016.10.003
Abstract The curriculum system of physics department and physics teacher education of Baylor University are introduced in detail. It is easy to see that the undergraduate enrollment of physics majors is a little less that is similar to our country. And the undergraduate majors of Baylor physics department are more reasonable， the degrees are more selectable. Their curriculum system is broad and profound， emphasizing of interdisciplinary development. The physics teacher education is separate from physics department， and is undertaken by the school of education， emphasizing interdisciplinary studies and teaching practice. Other mountain's stone can carve jade. These things are definitely meaningful for the transformation development of physics department in our local college.
Keywords physics； physics teacher education； curriculum system
美國貝勒大學位于德克薩斯州韋科市，是一所私立的基督教會大學。1845年2月，德克薩斯基督教育協會發起創辦，德克薩斯共和國總統安森?瓊斯簽署國會行動令，命名為貝勒大學貝勒大學是一所綜合性大學，設有文理學院、教育學院、商學院等12個教學學院，共有160個專業，在校學生16000多人。每個學院的教學系數目不同，其中物理系所在的文理學院有25個系，物理師范專業所在的教育學院，卻只3個系。
貝勒物理系有教師21人，其中教授6人，副教授7人，助理教授2人，高級講師3人，講師3人，博士19人，碩士2人。實行教授預聘制度，即對新進教師實行5年試用期，試用期滿考核決定去留?？己撕细窦催M入終身教職行列。對任課教師的考評，主要通過系學術委員會對每位教師從教學、科研、社區服務三個方面進行考核。下面為物理系歷年在校本科生人數（大一到大四年級人數合計）：2015，60人；2014，53人；2013，61人；2012，45人；2011，41人；2010，41人；2009，40人；2008，39人；2007，33人；2006，24人?？梢钥闯觯恳粚闷骄猩?0.9人。實際畢業的人數還會減少，因為轉專業或被開除，例如，2013年畢業本科生5人，2015年畢業本科生8人。與數學系和化學系人數相比，是最少的，可見，學習的難易程度和工作機會的優劣決定了物理系學生人數少是國際上的普遍現象。
貝勒物理系只3個與物理有關專業：物理學、天文學和天體物理學。可授予8個學士學位：物理理學學士、物理理學學士（計算科學）、物理理學學士（醫療保健預科）、物理文科學士、天文理學學士、天文文科學士、天體物理理學學士和天體物理文科學士。物理師范專業包括中小學科學教師專業和中學高年級物理科學教師專業，授予理學教育學士學位。
1 貝勒物理系的課程體系
貝勒的物理學、天文學和天體物理學的文科學位提供相應領域內核心課程的傳統人文科學教育。物理學、天文學和天體物理學的理學學位提供該領域內全面綜合課程的學習，為后續的研究生學習做準備，或者為技術、醫藥、教育、法律、經濟、工業和其它職業做準備。鼓勵跨學科學習，尤其是與計算物理或醫療保健預科相關的物理課程。
其課程體系分為主修課程、第二主修課程和副修課程三類以及四個層次。主修課程是獲得相應學位時所要求的。第二主修課程和副修課程是供其它專業學生選修，其中修完第二主修課程后，會在他的學位證書上注明其第二專業是什么。副修課程的數量及要求都最低。
1.1 物理系開設的課程體系
1.1.1 1000層次
PHY 1404 光視學：有關光、光學、攝影、視覺、顏色和其它視現象的物理概念。
PHY 1405 文科普通物理：物理概念和歷史發展以及專題選講。
PHY 1407 聲音和聲學：有關聲音、聲音產生和聲源性質的物理。介紹用于記錄、產生和分析聲音的一些儀器設備以及學習一些建筑聲學知識。
PHY 1408 自然和行為科學I的普通物理：有關力學、熱學和聲學的一些基本知識，強調相關的物理概念、問題解決、符號和單位的學習。
PHY 1409自然和行為科學II的普通物理：有關電、磁、光以及現代物理的一些基本知識，強調相關的物理概念、問題解決、符號和單位的學習。
PHY 1420 普通物理I：有關力學、波動、聲學、熱學的基本原理和應用。
PHY 1430 普通物理II：有關電、磁、光和現代物理的基本原理和應用。
PHY 1455 描述天文學：天文學及其和人類發展的關系，強調太陽系、行星、小行星、流星、彗星等。
PHY 1V95 物理的獨立學習：在老師的輔導下的獨立學習。
1.1.2 2000層次
PHY 2135 基本電學實驗：電路和電子的原理和應用。
PHY 2190 物理研究介紹：為本科研究做準備。包括研究技術、選導師和完成研究計劃書。
PHY 2350 現代物理：包括狹義相對論、量子力學引論、原子分子結構、核物理和粒子物理等。
PHY 2360 數學物理和計算物理：包括矩陣、矢量、坐標變換、數值計算、混沌分形微分方程特殊函數等。
PHY 2455 基本天文學：現代天文學的數學和物理基礎，強調其技術、歷史以及目前宇宙的演化圖。
1.1.3 3000層次
PHY 3175 介質物理實驗I：實驗計劃、數據分析和誤差分析。密立根油滴實驗、法拉第常數測定、汽泡室攝影測量、蓋革計數、半衰期測定等。
PHY 3176 介質物理實驗II：強調核計數及測量。
PHY 3305 發明和技術歷史包括科學家的傳記。
PHY 3320 經典介質力學：包括矢量、線性變換、單個粒子牛頓力學、線性和非線性振動、Euler方程、拉格朗日和哈密頓動力學、共點力以及軌道運動等。
PHY 3330 介質電磁學：包括靜電、拉普拉斯方程、鏡像法、多極子展開、靜磁和麥克斯韋方程。
PHY 3350 天文主題：天文和天體物理中當前的研究主題。
PHY 3372 量子力學概論I：量子力學假定、希爾伯特空間算符、疊加原理、可觀測量、演化、守恒律、一維有界和無界態、WKB近似以及固體導電理論。
PHY 3373 量子力學概論II：三維問題、微擾理論、幺正理論、量子統計、原子光譜、固體原子核基本粒子物理介紹。
PHY 3455 觀測天文學：天文觀測基本手段，尋找和鑒別天體。
PHY 3V95 物理本科研究。
1.1.4 4000層次
PHY 4001 畢業考試：由系部組織，類似于GRE專業考試。PHY 4150 天文觀測概論。
PHY 4190 物理研究結果。PHY 4322 經典物理的現代主題：包括粒子系統動力學、剛體運動、耦合振動、一維波動方程、規范變換、導體和絕緣體中的電磁波、色散、多極輻射、Linard-Wiechert勢、相對論性電動力學等。
PHY 4340 熱力學統計物理：概率、宏觀熱力學、統計熱力學、熱動力學、量子統計。
PHY 4350 星系結構和演化概論：星和星系包括黑洞、矮星、中子星的定量研究。
PHY 4351 現代宇宙概論：可觀測宇宙、牛頓引力、相對論宇宙模型、宇宙熱歷史等。
PHY 4360 計算物理模型：應用當代計算機解決物理和工程問題的若干模型。
PHY 4372 固體物理概論。PHY 4373 粒子、核物理概論。
PHY 4374 相對論性量子力學。
1.2 物理系學生選修其它系的課程
1.2.1 數學課程
MTH 1321 微積分I：單變量微分、定積分和微積分理論。
MTH 1322 微積分II：單變量積分、微分方程、斜率場和級數。
MTH 2311 線性代數：矢量、矩陣算子、線性變換、矢量空間特點、線性系統、本征值和本征矢。MTH 2321 微積分III：多變量微分積分，格林函數。
MTH 3325 常微分方程：一階常微分方程、二階高階線性方程、級數方法、拉普拉斯變換等。
MTH 3326 偏微分方程：物理偏微分方程、分離變量法、傅里葉級數、邊值問題、傅里葉積分。
1.2.2 計算科學課程
CSI 1430 計算科學I。CSI 1440 計算科學II。CSI 2334 計算系統概論。CSI 2350 離散結構。
CSI 3324 數值方法。
1.2.3 生物課程
BIO 1105、1106現代生物科學概念（實驗）。BIO 1305、1306 現代生物科學概念。
1.2.4 化學課程
CHE 1301 現代化學基本概念I。CHE 1302現代化學基本概念II。CHE 1316 實驗測量技術。
CHE 3331 生物化學I。CHE 3332 生物化學II。CHE 3238 生物化學實驗。
1.2.5 宗教課程
REL 1310 基督教圣經。REL 1350 基督教傳統。
1.2.6 英語課程
ENG 1302 英語思維和寫作。ENG 1304 英語思維寫作和研究。ENG 2304 美國文學。
ENG 3330 英語寫作技巧。
1.2.7 政治科學課程
PSC 2302 美國憲法發展。
1.3 物理系各專業的第二主修課程和副修課程
1.3.1 物理學第二主修課程
PHY 1420、1430、2135、2350、2360、3320、3330、3372、3373、4322、4340、4001；PHY 4000層次任3學分；MTH 1321、1322、2311、2321、3325、3326。
1.3.2 物理學副修課程
PHY 1420、1430、2350；3000或4000層次任分。
1.3.3 天文學第二主修課程
PHY 1420、1430、2350、2360、2455、3320、3350、3455、4150、4350、4351、4001；MTH 1321、1322、2311、2321、3325、3326。
1.3.4 天文學副修課程
PHY 1420、1430、2455、3350、3455；其它PHY 3000或4000任3學分。
1.3.5 天體物理學第二主修課程：
PHY 1420、1430、2350、2360、2455、3320、3350、3455、3372、4340、4001；PHY4350、4351中任一門；MTH 1321、1322、2311、2321、3325、3326。
1.3.6 天體物理學副修課程
PHY 1420、1430、2455；PHY 3350、4350、4351中任兩門；其它PHY3000或4000任3學分。
1.4 物理系各學位的主修課程
每個學位修滿至少124學分，其中3000/4000層次36學分。從以下課程計劃可以看出，一是課程面寬廣，有一定深度；二是強調跨學科學習，強調學科交叉。
1.4.1 物理理學學位主修課程
PHY 1420、1430、2135、2190、2350、2360、3175、3176、3320、3330、3372、3373、4190、4322、4340、4001；PHY 4372、4373、4374中任兩門；CHE任3學分、CSI 任3學分、REL 1310、1350、ENG 3330、PSC 2302、MTH 1321、1322、2311、2321、3325、3326。
1.4.2 物理理學學位主修課程（計算物理）
PHY 1420、1430、2135、2190、2350、2360、3175、3320、3330、3372、3373、4190、4340、4360、4001；CSI 1430、1440、2334、2350、3324、REL 1310、1350、ENG 3330、PSC 2302；MTH 1321、1322、2311、2321、3325、3326。
1.4.3 物理理學學位主修課程（醫療保健預科）
PHY 1420、1430、2135、2190、2350、2360、3175、3320、3330、3372、3373、4190、4340、4001；BIO 1305-1105、1306-1106、3000或4000層次任6學分、CSI任3學分、REL 1310、1350、ENG 3330、PSC 2302； MTH 1321、1322、2311、2321、3325、3326。
1.4.4 物理文科學位主修課程
PHY 1420、1430、2135、2350、2360、3175、3176、3320、3330、3372、4001；PHY 3373、4322、4340、4360、4372、4373、4374中任兩門；CHE任3學分、CSI任3學分、REL 1310、1350、ENG 3330、PSC 2302、MTH 1321、1322、2311、2321、3325、3326。
1.4.5 天文理學學位主修課程
PHY 1420、1430、2190、2350、2360、2455、3320、3350、3455、4150、4190、4350、4351、4001；其它PHY 3000或4000任6學分；CSI任3學分、CHE任3學分、REL 1310、1350、ENG 3330、PSC 2302、MTH 1321、1322、2311、2321、3325、3326。
1.4.6 天文文科學位主修課程
PHY 1420、1430、2350、2360、2455、3320、3350、3455、4150、4350、4351、4001；CSI任3學分、CHE任3學分、REL 1310、1350、ENG 3330、PSC 2302、MTH 1321、1322、2311、2321、3325、3326。
1.4.7 天體物理理學學位主修課程
PHY 1420、1430、2190、2350、2360、2455、3320、3330、3350、3372、3373、4190、4340、4350、4351、4001；其它PHY 4000任3學分；CSI任3學分、CHE任3學分、REL 1310、1350、ENG 3330、PSC 2302、MTH 1321、1322、2311、2321、3325、3326。
1.4.8 天體物理文科學位主修課程
PHY 1420、1430、2350、2360、2455、3320、3350、3455、4150、4350、4351、4001；CSI任3學分、CHE任3學分、REL 1310、1350、ENG 3330、PSC 2302、MTH 1321、1322、2311、2321、3325、3326。
2 貝勒物理師范課程體系
貝勒基礎物理師資培養脫離了物理系，由教育學院承擔（但基礎數學師資培養仍然在數學系，而化學系沒有師范教育）。這樣利于突出師范培訓，增強畢業生的師范技能。美國的小學為1-6年級、中學7-12年級。下面的中小學指4-8年級，中學高年級指9-12年級。
2.1 教師教育課程
TED 1112 教育技術試驗 I，達到德州教育委員會的認證要求。TED 2112教育技術試驗 II。
TED 1312 教學導論 I：學習教學策略并應用于教學實踐。TED 2330 中小學教學：中小學教師的職責作用及實踐。TED 2340 中學高年級教師的職責作用及實踐。TED 3340 中學高年級教學助理I：中學100小時的教學實習以及討論會。TED 3341中學高年級教學助理II。
TED 3630 中小學教學助理I：中小學100小時的教學實習。TED 3631中小學教學助理II。
EDP 3650 優等生教學助理I。TED 3651 優等生教學助理II。TED 4312 英語第二語言教學方法。TED 4630 中小學教育實習I。
TED 4631 中小學教育實習II。TED 4632 中小學教育實習III。TED 4633 中小學教育實習IV。TED 4640 中學高年級教育實習I。TED 4641 中學高年級教育實習II。TED 4642 中學高年級教育實習III。TED 4643 中學高年級教育實習IV。EDP 4650 優等生教育實習I。EDP 4651 優等生教育實習II。
2.2 中小學科學教師專業課程
大一課程：ENG 1302、1304；REL 1310、1350；GEO 1408 地球科學；TED 1312、1112；LF 1134 體適能理論與實踐；美術3學分；MTH 1320 微積分初步；HED 1145 健康與人類行為。
大二課程：TED 2330、2112、2381；BIO 1305、1105、1306、1106 現代生物科學概念及試驗；GEO 地質學；STA 1380 統計初步；HIS 2365 美國歷史；PSC 2302；LF 終身健康。
大三課程：TED 3630、3380、3631；CHE 1301 現代化學基本概念I；CHE 1101 普通化學實驗I；PHY 1408、1409；CHE 1302 現代化學基本概念II；CHE 1102 普通化學實驗II。
大四課程：TED 4630、4631、4325、4632、4633。
2.3 中學高年級物理科學教師專業課程
大一課程：ENG 1302、1304；REL 1310、1350；GEO 1408 地球科學；TED 1312、1112； LF 1134 體適能理論與實踐；美術3學分；MTH 1321 微積分I；MTH 1322 微積分II；HED 1145 健康與人類行為。
大二課程：TED 2340、2112、2381；CHE 1301 現代化學基本概念I；CHE 1101 普通化學實驗I；CHE 1302 現代化學基本概念II；CHE 1102 普通化學實驗II；PHY 1420、1430；STA 1380 統計初步；HIS 2365 美國歷史；PSC 2302；LF 終身健康。
大三課程：TED 3340、3341；TED 3387 中學高年級科學課程實習；TED 3380 教育中的社會問題；PHY 2000層次任一門；CHE 3331 有機化學I；CHE 3332 有機化學II；CHE 3238 有機化學實驗。
大四課程：TED 4640、4641、4325、4642、4643。
可以看出，美國對中學物理教師的要求是數理化生地五門通修，沒有專門的化學、地理、生物教師培養。注重教師職業道德和職業技能訓練。
參考文獻
[1] 丁持坤，肖月華.大眾化高等教育時代地方院校物理學專業面臨的辦學危機與對策探索[J].湖南人文科技學院學報，2014.136（1）：107-110.
[2] 王杰.訪貝勒大學物理系簡介[J].云南名族學院學報，1998.7（2）：61-62.
天體物理學范文5
2015年9月14日，LIGO歷史上第一次檢測到引力波。通過將激光在相隔4千米的兩個鏡面之間反射，研究團隊在引力波通過的時候檢測到了鏡面之間距離的微小波動。該引力波由編號為GW150914的天文事件觸發，涉及兩個質量分別為29倍和36倍太陽質量的黑洞的合并。
研究人員認為，宇宙中存在許多相似的黑洞以及中子星，它們處在不斷的合并中，產生從各個方向到達地球的引力波。這些引力波會在檢測器上產生微弱的爆破聲。在沒有真正發現天體對之前，科學家需要通過假設宇宙中此類天體對的數量以及它們的質量分布來估計該背景的強度。
明尼蘇達州卡爾頓學院和LIGO科學合作組織的尼爾森?克里斯滕森說：“近期的觀測結果帶來的變化，是我們目前已知宇宙中確實有一定數目的黑洞雙體。有關這一點我們獲得了少許信息?！?/p>
這個新的分析由LIGO科學合作組織和歐洲VIRGO科學合作組織共同完成，估算了頻率在100赫茲以下的引力波背景的能量密度（100赫茲以下頻率是LIGO最敏感的波段）。為了進行該項估算，研究人員假定了一定數量的黑洞雙體（這些黑洞具有不同的體積、與地球的不同距離，而且創造了不同的事件情境），并計算了這些黑洞合并造成的引力輻射的強度。
研究團隊利用GW15091的細節來優化估算結果，對宇宙中黑洞雙體的真實分布做出可能性最高的估計。他們認為，目前檢測到的合并最可能是整個群體中具有代表性的、但并非極度罕見的事件。如果黑洞雙體的群體分布呈高斯曲線，該事件會處在主要凸起對應的位置，而非曲線的尾端。GW15091中觀測到的黑洞質量表明，黑洞雙體的主要群體的大小比預期值高出大約20倍，會產生比之前的估計高出大約10倍的背景輻射。不過，克里斯滕森強調，該估算結果仍具有很多不確定性，而且它僅僅基于一個事件。
西弗吉尼亞大學摩根敦校區的天體物理學家莫拉?麥克勞林說：“在我看來，該估算結果是非?？尚诺??！彼潜泵兰{赫茲天文臺引力波項目合作組織的一名成員，該組織致力檢測比LIGO能夠檢測到的信號頻率低得多的引力波?！爸灰麄兊膮道镉腥魏温┒?，我都能看得出來。除非LIGO能檢測到這個信號真的是太走運了，否則宇宙中這些系統的數量比我們先前設想的要多很多?！?/p>
天體物理學范文6
那么地球是怎樣獲得它的大月亮的呢？一般認為，通過一次罕見的、與火星大小相仿的星球的大碰撞，把地球敲掉了一塊……天文學家估測在宇宙里只有不到百分之一的類地球行星會有如此碩大的伙伴，這也意味著能夠承載生命的行星將是少之又少！
如今，這種觀念正受到挑戰。一項新的研究結果認為，沒有月亮的類地球行星上也可以有生命存在（因為氣候也不會過分大起大落），在銀河之外，適合高級生命存在的類地行星數目，要比以往預計的高出10倍。美國宇航局艾姆斯研究中心的一位理論天體物理學家杰克?利斯奧爾則更為樂觀，他與愛達荷大學物理學家杰森?巴恩斯和天體物理學家約翰?錢伯斯一起研究了大量的精確數字化的“無月地球”仿真模型，得到的結果也證實了上述的新觀點。因為行星的轉軸只有經歷相當漫長的過程才能產生可觀的偏離，對星球上生命的進化來說，這么長的時間也足夠了。
利斯奧爾在美國宇宙學學會的夏季年會上說：“如果沒有大月亮，地球轉軸的傾角變化會有更大的自由度，但是偏離值要達到一個較大的程度，只有在10億年的尺度范圍里才可能發生，這為陸地高等生物在較為穩定的氣候條件下進化提供了充裕的時間，盡管在地轉軸傾斜過程中會發生什么尚不清楚。”更何況，當一顆行星在軌道上運行的方向與它的自轉方向相反時（如金星），作用在它自轉軸上的引力攝動效應小到可以忽略不計；而只有一顆行星的系統就更不會有一點攝動了，這樣的系統多得數不勝數。
