理論天體物理學

1859年﹐基爾霍夫根據熱力學規律解釋太陽光譜的夫琅和費線﹐斷言在太陽上存在著某些和地球上一樣的化學元素﹐這表明﹐可以利用理論物理的普遍規律從天文實測結果中分析出天體的內在性質﹐是為理論天體物理學的開端。

1917年愛因斯坦用廣義相對論分析宇宙的結構﹐創立了相對論宇宙學。

二十世紀二十年代初量子理論的建立﹐使深入分析恆星的光譜成為可能﹐並由此建立了恆星大氣的系統理論。

1929年哈勃發現了河外星系的譜線紅移與距離間的關係。

三十年代原子核物理學的發展﹐使恆星能源的疑問獲得滿意的解決﹐從而使恆星內部結構理論迅速發展﹔並且依據赫羅圖的實測結果﹐確立了恆星演化的科學理論。以後人們利用廣義相對論的引力理論來分析有關河外天體的觀測資料﹐探索大尺度上的物質結構和運動﹐這就形成了現代宇宙學。近二十年來﹐在理論天體物理這一領域﹐可以看到理論物理與天體物理更廣泛更深入的結合﹐其中以相對論天體物理學﹑等離子體天體物理學﹑高能天體物理學等。 ^[1] 

從理論物理學的分支與天體物理學問題的聯繫﹐可以看出理論天體物理的概貌。

輻射理論 研究類星體﹑射電源﹑星系核等天體的輻射﹐以及X射線源﹑γ射線源和星際分子的發射機制。

原子核理論 研究恆星的結構和演化﹐元素的起源和核合成(見元素合成理論)﹐以及宇宙線問題。

引力理論 探討緻密星的結構和穩定性﹐黑洞問題﹐以及宇宙學的運動學和動力學。

等離子體理論 分析射電源的結構﹑超新星遺蹟﹑電離氫區﹑脈衝星﹑行星磁層﹑行星際物質﹑星際物質和星系際物質等。

基本粒子理論 研究超新星爆發﹑天體中的中微子過程(見中微子天文學)﹑超密態物質的成分和物態等。

固態(或凝聚態)理論 研究星際塵埃﹑緻密星中的相變及其他固態過程。

理論天體物理的基本方法是把地球上實驗室範圍中發現的規律應用於研究宇宙天體。這種方法不僅對於説明和解釋已知的天體現象是有力的﹐而且還可以預言某些尚未觀測到的天體現象或天體。例如﹐在1932年發現中子之後不久﹐朗道﹑奧本海默等就根據星體平衡和穩定的理論預言可能存在穩定的緻密中子星。儘管這種預言中的天體與當時已知的所有天體差別極大(異乎尋常的高密度等)﹐可是在三十多年後的1967年﹐預言終於被證實。另一方面﹐許多物理學概念首先是由研究天體現象得到的﹐後來又是依靠天體現象加以檢驗的。例如﹐首先是天體物理學家注意到充滿宇宙間的電離物質具有一系列特性﹐這對建立等離子體物理學這門學科起了極大的推動作用。又如﹐熱核聚變概念是在研究恆星能源時首次提出的。禁線也是受到天體光譜研究的刺激才得到深入探討的。 ^[2]