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第63章 要干嘛?当然是招募天文学家!

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接回答。

“走吧,回家。”陈启明拍了拍两人的肩膀,率先向前走去,“明天还有物理和英语,后天还有化学和生物,那些也是真正的大头。”

看着陈启明轻松的背影,刘利伟和顾知夏对视一眼,都从对方眼中看到了一丝无奈和叹服。

这家伙,好像真的把这场联考,当成了一场游戏。

……

第二天,更是离谱,数学物理的出题老师,跟魔鬼一样,普通的题目都出的很难,但是,居然都要出附加题,也不知道是为什么!

又来?

昨天是猎人抓兔子,今天是望远镜看星星。这九省联考的出题组,是想干嘛?秘密招募天文学家吗?

本来陈启明只需要10分钟不到的时间就可以做完交卷了,奈何出了一道这样的附加题,虽然他之前因为光刻机也学了很多物理学的基础知识,但是并没有像数学那样那么深入,而且当时针对性很强,也因此没有那么熟练。

题目:天文学家通过氢原子的超精细结构辐射(21厘米谱线)研究银河系质量分布。氢原子基态电子与质子自旋相互作用导致能级分裂,跃迁时发射波长为21厘米的光子。本题要求利用多普勒效应测量银河系中氢云的径向速度与距离。

已知数据:

太阳绕银河系中心做匀速圆周运动,轨道半径 R0=8.00kpc,速度 v0=220k\/s。

氢原子21厘米谱线的本征频率 f0=1.42Ghz。

观测方向银经 l=30°,测得三个氢云发射线的频移分别为 Δf=0.03hz、0.15hz、0.26hz。

他扫完题目,瞬间抓住了问题的核心:这是一道将微观原子物理与宏观宇宙尺度巧妙结合的题目。本质上,就是利用物理学的基础原理——多普勒效应,去测量一个宏大到难以想象的宇宙结构。

他的大脑中,“逆天悟性”开始发挥作用,相关知识点如同被检索的数据库文件,被迅速调取、关联和重组。

21厘米谱线……氢原子基态超精细结构跃迁……这是宇宙中最常见的信号,是星际探测的“标尺”。

多普勒频移……波源与观测者相对运动导致的频率变化,可以直接反映氢云的相对速度。

银河系旋转模型……太阳和氢云都在绕着银心做近似的圆周运动,它们的相对速度,需要在同一个坐标系下进行几何分解。

“有点意思。”陈启明低声自语。

他没有像解数学题那样瞬间洞悉一切,而是决定放慢节奏,一步步拆解这个问题,享受这个推导的过程。

第一步:公式推导。

这部分是基础。非相对论条件下的多普勒效应公式,v_r\/c = Δf\/f?,变形一下,径向速度v_r的表达式就出来了。

难点在于距离R的表达式。陈启明在草稿纸上画了一个简易的银河系俯视图,标出银心、太阳和氢云的位置。这是一个简单的三角几何问题。利用视线方向的速度投影关系和正弦定理,经过几步代数换算,目标公式便跃然纸上。他还顺手验证了一下:如果径向速度为正(红移),算出来的距离R大于R?,逻辑自洽。

第二步:数值计算。

这部分纯粹是体力活,但考验的是细心和单位换算的熟练度。kpc、k\/s、hz、Ghz……这些单位在普通学生看来足以让人头皮发麻,但在陈启明这里,只是简单的指数运算。

光速c取3.00x10? k\/s,本征频率f?换算成1.42x103 hz。

然后就是套公式:

Δf = 0.03hz -> v_r ≈ 6.34 k\/s -> R ≈ 0.95 R?

Δf = 0.15hz -> v_r ≈ 31.7 k\/s -> R ≈ 0.78 R?

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