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郭志俊

【小站名师】托福听力讲座场景分析——天文学

2016/09/13 15:06  要点解析
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对于很多托福考生来说天文学是一个比较难的学科,那么要做好天文学类讲座的应该在2个方面做一定的提高:学科单词和一些基础的背景知识。下面就从这2个方面帮大家梳理一下天文学类讲座。

天文学可能涉及的一些常见考点:

1. 特定行星:例如木星,冥王星,天狼星(Sirius),太阳,月球等

2. 天文学理论:例如日心说与地心说,不同天文学家的观点,古希腊人对天文现象的解释等

3. 宇宙:例如大爆炸理论(The Big Bang Theory),恒星(fixed stars)与星云(Nebula),星系,流星等

4. 其他话题:往往和其他学科有交叉,如历史等

天文学词汇:

1. Telescope, Longitude, Latitude, atmosphere,magnetic field, liquid water,interstellar

2. Rotation, revolution, revolve, orbit, gravity, gravitation, eclipse, eccentric,elliptical

3. Celestial body,(terrestrial陆地的),star, planet, satellite, comet, mass, constellation,zodiac,asteroid belt(小行星带(Asteroid belt)是太阳系内介于火星和木星轨道之间的小行星密集区域)

4. meteorite, meteor shower,meteoroid

(meteoroid:流星体,其实就是太空中的尘埃颗粒和碎石,流星体进入大气层后因摩擦产生高温发光,就是meteor(流星)。流星体进入地球(或其他行星)的大气层之后,在路径上发光并被看见的阶段则被称为流星。许多流星来自相同的方向,并在一段时间内相继出现,则称为meteor shower(流星雨)。meteor:流星,流星体进入大气层后,与大气摩擦发热发光产生的现象。meteorite:陨星,陨石(流星落在地球上的石头);但也可以用来指流星)

5. Galaxy, milky way, solar system, Dwarf planet

6. Mercury, Venus, Earth, Mars, Jupiter, Saturn,

Uranus, Neptune, Pluto(由离太阳从近到远的顺序)水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星,冥王星

天文学背景知识:

天文学研究的天体(celestial body)包括恒星(star)、行星(planet)及其卫星(satellite),小行星(asteroids)、彗星(comet)、流星(meteor)、陨石(meteorite)等。这些天体又组成了星系(galaxy)、星团(star cluster)、星群(asterism)。我们比较熟悉的是地球所处的太阳系(solar system),这也是人类唯一能够直接观测的星系,而太阳系只是由无数恒星系组成的银河系(milky way/galaxy)中的普通一员。

从古至今,人们对宇宙的探索从未停止过。在望远镜(telescope)发明前,人们对宇宙的了解都基于肉眼的观察。我国古代有天圆地方之说,而西方则有古希腊天文学家托勒密(Ptolemy)提出的地心说。在十六世纪,哥白尼(Copernic)提出了日心说,颠覆了地球是宇宙中心的理论,而伽利略(Galileo)发明的望远镜为观测天体提供了更好的条件,也为哥白尼的学说找到了证据。意大利哲学家布鲁诺(Bruno)为了维护日心说在罗马百花广场被教会处以火刑的故事广为人知。

太阳系是以太阳为中心,和所有受到太阳的重力约束天体的集合体:8颗行星(2006年冥王星被划为矮行星,因为其运动轨迹与其它八大行星不同,所以只剩下(由离太阳从近到远的顺序)水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星)、至少173颗已知的卫星、5颗已经辨认出来的矮行星和数以亿计的太阳系小天体。

太阳系是银河系的一部分。银河系是一个棒旋星系,直径十万光年,包括两千多亿颗恒星。太阳是银河系较典型的恒星,离星系中心大约2.5-2.8万光年。太阳系移动速度约220㎞/s,2.26亿年转一圈。

太阳系中的八大行星都位于差不多同一平面的近圆轨道上运行,朝同一方向绕太阳公转。除金星以外,其他行星的自转方向和公转方向相同。彗星的绕日公转方向大都相同,多数为椭圆形轨道,一般公转周期比较长。

依照至太阳的距离,行星依序是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、和海王星,8颗中的6颗有天然的卫星环绕着。在英文天文术语中,因为地球的卫星被称为月球,这些卫星在英语中习惯上亦被称为“月球”(moon),在中文里面用卫星更为常见。

轨道环绕太阳的天体被分为三类:行星、矮行星、和太阳系小天体。

行星是环绕太阳且质量够大的天体。这类天体:

1. 有足够的质量使本身的形状成为球体;

2. 有能力清空邻近轨道的小天体。

能称为大行星的天体有8个:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。

A nebula is an interstellar cloud of dust, hydrogen, helium and other ionized gases.

The Solar Systemcomprises the Sun and the objects that orbit it.

The Solar System formed 4.6 billion years ago from the gravitational collapse of a giant molecular cloud. The vast majority of the system's mass is in the Sun, with most of the remaining mass contained in Jupiter. (木星和土星,是太阳系内最大的两颗行星,又占了剩余质量的90%以上)The four smaller inner planets, Mercury, Venus, Earth and Mars, also called the terrestrial planets,(类地行星) are primarily composed of rock and metal.The four outer planets, called the gas giants(气态巨行星) are substantially more massive than the terrestrials. The two largest, Jupiter and Saturn, are composed mainly of hydrogen and helium(氦,元素符号:He)

类地行星(Terrestrial Planets):又称为地球型行星或岩石行星都是指以硅酸盐(silicate)岩石为主要成分的行星

气态巨行星〔Gas Giant,有时称为类木行星(Jovian planet):是不以岩石或其他固体为主要成分构成的大行星。在太阳系内有4颗气态巨行星:木星、土星、天王星和海王星。许多环绕恒星的系外行星已经被证实是气态巨行星。


天文学相关机经

1. 天文学,天文学家一直在宇宙中寻找宜居的星球,长期以来根据对太阳系的研究,他们一直认为host应该又两个重要的特征:一是要大小合适,稳定的轨道,二是自身是一个平衡体,对外散发的光和热与对内中立作用平衡。但是又天文学家提出了一个出人意料的设想,也就是白矮星,虽然白矮星是dead planet,但是它符合上述两个要求,但是有两个特别的地方:一是时间会相应变得很快,一年相当于地球上的一天,二是没有四季变化,因为轴不倾斜天。文学家会想到白矮星是因为之前他们观测到了p star。人类观测可以像观测月食那样,还是很容易观测的。

2. 说行星轨道其实是有变化的,又举例子说月亮就比原来距地球远了(有题,问为什么举例),然后说木星和土星之间有个小行星带,但是两个之间有空白,然后说了一堆什么重力影响之类的,科学家用计算机模拟后发现和现实情况是一样的(有题,问模拟结论)。后又提到另一星系的热木星,叫他热木星是因为他有更小的轨道,但是证据表明原来的热木星其实轨道更远的,说明他轨道变了了。

3. 一个 lecture 说astronomy 的professor 首先介绍定义,一个恒星周围(类似太阳周围,产热的)的星星,离他距离不同对生命意义不同,其中一个区域特比适合生命生存的,称为XXX zone、然后说EXXXX 星星,这种星星远离太阳系,然后是体积小(这段不怎么记得了)。然后举例,一个G 586 的恒星,发现其有ABCDE 几个星星围绕,ABCDE 是按照发现先后顺序以字母命名的,其中pro 说特别讲讲DE 两个星星。首先D 星星,本来觉得这个星星离G586 很远,故非常寒冷,不适合生命居住,但是在重新计算测量轨道后,发现这星星就在XXX zone 里,温度适中,可能产生支持生命的大气和海洋。然后说E 星星,哇,好有趣,这个星星的轨道里G 586 很近,所以温度很高,不适合生命,另,这个星星的orbit 非常好玩,很短,故而周期很short。再说现在没有发现生命迹象的,但是以后说不定吧。

4. Mars 上有没有水。有两派研究方向,geology 和光学。geologist 根据火星上有物理feature,证明水erosion的痕迹,说火星有水。光学派说有clay证明Mars 上有水(有多选题,说clay,有机组织+form 水)。提到一个 crater(有多选题,为什么不去探测一个地方,geo 觉得没有证据)。还提到最近一次火星探测活动(有题,最近的探测为了,更广泛)。

5. 一颗恒星的生命周期(题目:文章主旨是什么?)。先是一颗恒星怎么变成red star。释放氢气。说有时候表面氢气烧完,将从 core 里重新释放,再度燃烧。当不能在燃烧的时候就变成white dwarf(题目:白矮星的形成步骤。)再由白矮星变成 black star。所有的物质经过压缩变成的,密度大,体积小。Professor说宇宙中可能不存在这种 star,研究这种星星有可能知道宇宙的年龄(题目:作者对于研究 BLACK star 的态度是什么?)

中等恒星如何形成,如何变成 red giant : 氢核聚变成 h (我不读化学,但估计不是氘就是氦),什么 use up什么放热,反正最后变很大了,又红色所以叫 red giant,如何又变成白矮星(那个 h 核聚变成 carbon;又什么跟 gravity 有关,surface 就坍缩。(大家一定要注意听啊,这里考红巨星变白矮星的顺序,有5 个 step,我完全猜的,最后一步是 fix 的,形成一个 carbon core。Promethues排序是:exhaust hydro-->heliums turn to carbon( more highttemporary to fusion)-->explosive-->core )白矮星应变成黑矮星,但目前尚未观测到,因为宇宙还年轻,可能尚无白矮星形成黑矮(我没听清,选了那个黑矮太小所以观察不到的选项,555)

背景知识

Nuclear fusion powers a star for most of its life. Initially the energy is generated by the fusion of hydrogen atoms at the core of the main-sequence star. Later, as the preponderance of atoms at the core becomes helium, stars like the Sun begin to fuse hydrogen along a spherical shell surrounding the core. This process causes the star to gradually grow in size, passing through the sub giant stage until it reaches the red giant phase. Stars with at least half the mass of the Sun can also begin to generate energy through the fusion of helium at their core, whereas more-massive stars can fuse heavier elements along a series of concentric shells. Once a star like the Sun has exhausted its nuclear fuel, its core collapses into a dense white dwarf and the outer layers are expelled as a planetary nebula. Stars with around ten or more times the mass of the Sun can explode in a supernova as their inert iron cores collapse into an extremely dense neutron star or black hole. Although the universe is not old enough for any of the smallest red dwarfs to have reached the end of their lives, stellar models suggest they will slowly become brighter and hotter before running out of hydrogen fuel and becoming low-mass white dwarfs.

In the end, all that remains is a cold dark mass sometimes called a black dwarf. However, the universe is not old enough for any black dwarfs to exist yet.

恒星演化论,是天文学中,关于恒星在其生命期内演化的理论。由于单一恒星之演化通常长达数十亿年,人类不可能完整观测,目前的理论仍有部分是推测的假说。目前天体物理学家主要利用观测大量恒星,判断其在生命期的不同阶段,并以计算机模型模拟恒星的演变。

质量与太阳相似的恒星演化示范的简图。恒星从它缩的气体云中诞生 ⑴,经过收缩阶段成为原恒星 ⑵,然后进入主序带⑶。一旦在核心的氢被耗尽,它膨胀成为红巨星 ⑷,然后它的外壳散逸成为行星状星云,核心变质成为白矮星 ⑸。当围绕着核心的氢被消耗时,核心吸收产生出来的氦,进一步造成核心的收缩,并且使残余的氢更快的进行核融合,这最终将导致氦融合(包括3氦过程) 在核心进行。

恒星在耗尽了它的燃料之后,依据它在生命期间的质量,如果不计算假设中的夸克星,它的残骸会是下面三种型态之一。

1. 白矮星

太阳质量的恒星,演化成白矮星之后的质量大约是0.6太阳质量,被压缩的体积则近似地球的大小。白矮星的化学成分取决于它的质量。只有几个太阳质量的恒星,可以进行碳融合产生镁、氖和少量其它的元素,造成一颗主要成分是氧、氖和镁的白矮星。在抛弃掉足够质量的条件下,使它的质量不至于超过钱德拉塞卡极限;并且在碳燃烧不够猛烈的条件下,使他免于成为一颗超新星。

在最后,所有的白矮星都绘成冰冷黑暗的天体,有些人就称它们为黑矮星。但是目前的宇宙还不够老,还不足以产生像黑矮星这样的天体。

如果白矮星的质量能增加至超越钱德拉塞卡极限-对主要成分是碳、氧、氖、和/或镁的白矮星,是1.4太阳质量,电子简并压力将无法抵抗重力,将会因为电子捕获导致恒星塌缩。取决于化学成分和塌缩前的核心温度,核心可能会塌缩成为一颗中子星,或是因为引燃碳和氧的燃烧而失控。

2. 中子星

像泡泡的影像是在15,000年前爆炸的超新星产生的冲激波,现在仍在扩张中。当恒星的核心崩溃时,压力造成电子捕获,因而使得大多数氢都转变成为中子。

3. 黑洞

黑洞外盘旋的磁场搅动加速圈,形成480公里/秒的超强风,从而释放出能量。

虽然恒星经由塌缩产生超新星的机制还未被充分的了解,也不知道不经过可见的超新星爆炸,恒星是否能够直接塌缩形成黑洞;还是超新星爆炸之后要先形成中子星,然后再继续塌缩成为黑洞;

6. 土星光环的形成的几种理论

有重力的最大吸引力范围,在这个范围内自转才不会解体;然后有碰撞造成的光环;还有和宇宙一起形成,因为 material,不过说应该会更 dark,但实际上 brighter than dark(有题)。

rings of Saturn 土星光环

背景知识

The rings of Saturn are the most extensive planetary ring system of any planet in the Solar System. They consist of countless small particles, ranging in size from micrometers to meters that orbit about Saturn. The ring particles are made almost entirely of water ice, with a trace component of rocky material.

In 1610, the year after Galileo first turned a telescope to the sky; he became the very first person to observe Saturn's rings, though he could not see them well enough to discern their true nature. In 1655, Christiaan Huygens was the first person to describe them as a disk surrounding Saturn.Although many people think of Saturn's rings as being made up of a series of tiny ringlets, true gaps are few. It is more correct to think of the rings as an annular disk with concentric local maxima and minima in density and brightness.

土星可算是太阳系中较为奇特的一颗行星,在望远镜中看来,它的外表犹如一顶草帽,在圆球形的星体周围有一圈很宽的“帽沿”,这就是土星光环,又称土星环。光环的存在使得土星成为群星中最美丽的一颗,令观赏者赞叹不已。几百年来,人们一直以为太阳系中唯独土星才有光环。直到本世纪70年代后期至80年代后期,天王星环、木星环和海王星环的相继发现才使这一观点得以改变。

自从意大利著名天文学家伽里略在1609年首次用望远镜观测星空以来,新的发现经他之手接踵而至。人们经历了漫长的过程才对土星环的本质有了正确的认识。在最初的两百年内,土星环一直被认为是一个或若干个扁平的固体物质盘。美国天文学家基勒通过观测发现,土星环不同部分的旋转速度随到土星中心距离的增大而减小,并且符合开普勒运动定律。如果是刚体转动,则转速因随距离的增大而增大。这样就无可辩驳地证实了环是无数个各自沿独立轨道绕土星旋转的大小不等的物质块,从而最终阐明了土星环的本质。事实上当远方恒星在环后经过时星光并没有多大的减弱,这也说明它不是一整块东西,而是一些稀疏分布的分离物质块。现已知道组成环的小"卫星"大都是一些直径为4~30厘米的冰块,总质量约为土星质量的百万分之一。环极冷,据探测温度低达-200℃左右。

7. 某个 xx 星日本中国在1054 年都有文献记载,但是英国没有,英国说是当时天气差看不到~~~老师说,貌似原句是come on! Bad weather for two year? (有题)然后教授解释说是当时宗教的压力导致人家看到了也不敢纪录,因为人民相信那个xx 星是bad luck 的象征。

8. 男同学去找教授讨论paper 的主题(主旨题),去咨询女老师,他说搞不清楚课上说的galaxy collision,女老师就跟他说galaxy collision 有两种form,一种是大的把小的merge 掉;一种是两个大的一起merge(有题)。然后学生又说到mid-term 的问题,然后老师就给他解释。男同学说我发现书里面没有提到当galaxy merge 的时候star 的merge。老师就说star 并不会merge,因为star 之间有很多space(有题,问为什么star不会 merge)。其他题目:

(1)老师对课本的态度。(答案:没有缺少相关信息)

(2)重听题问的是男同学为什么说“看来我要把天文馆的telescope 给cancel 掉了”。(答案:明白自己误解)

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