预备知识: 原子物理，量子力学基础，天体物理学导论

指定教材: 

• J. Tennyson, Astronomical spectroscopy (Imperial College Press, Advanced Physics Texts Vol. 2, 2005

参考书目: 

• D. Emerson, Interpreting astronomical spectra (Wiley 1996)

• A. Dalgarno, D. Layzer, Spectroscopy of astrophysical plasmas (Cambridge University Press 1987)

• D. Osterbrock, Astrophysics of gaseous nebulae and active galactic nuclei, 2nd edition (University Science Books 1989)

• S. Kwok, Physics and Chemistry of the Interstellar Medium (University Science Books 2005)

• M. A. Dopita and R. S. Sutherland, Astrophysics of the Diffuse Universe (Springer-Verlag, 2003)

• A. G. G. M. Tielens, The physics and chemistry of the interstellar medium (Cambridge University Press, 2005)

教学目的：

• 回顾、扩展原子物理及量子物理学知识

• 讨论天体物理中重要的原子、分子的结构、能级和跃迁

• 讨论天体物理中各种重要的原子、分子物理过程

• 分析从X射线到射电整个电磁波段上天体发射线和吸收线的形成和激发机制

• 整个课程将始终强调各种原子、分子物理过程，原子、分子谱线的观测其在天体物理中的应用

教学内容：

• 天体光谱分析的重要性，光谱的本质；
• 天体光谱的形成环境；
• 跃迁，能级，波长，振子强度，光学厚度；
• 地球大气不透明度，吸收和发射；
• 氢原子；
• 薛定鄂方程，波函数，量子数，光谱项，光谱系列，连续谱；
• 恒星光谱序列和分类；
• 精细结构；同位素位移；
• 光致电离氢区，电离平衡、热平衡，光学和射电复合线；
• 原子核自旋角动量，超精细结构和21厘米谱线；
• 谱线强度，电偶极跃迁选择定则；
• 亚稳态，双光子辐射；
• 复杂原子，中心力场近似，全同粒子和Pauli不相容原理，轨道穿透效应，电子壳层结构，离子；
• 复杂原子角动量、耦合机制，复杂原子的激发，光谱项，等效电子和非等效电子，Hund定则， He II， He I；
• 复杂原子跃迁选择定则，禁戒跃迁，Grotrian图；
• 碱金属原子光谱，量子亏损，Na I、Li I、K I光谱序列；
• 电子自选磁距，自旋-轨道相互作用，选择定则，Na I D1、D2线，Ca II H、线，Mg II、C IV双线，星际及星系际介质吸收线；
• 星云发射谱，碰撞激发，[O III]，荧光激发，双电子激发，自电离，复合线；
• X射线光谱，Auger电子，C、N、O高次电离离子的X射线，辅线，铁K alpha线，冕近似，红外冕线；
• 核自旋和同位素测量；
• 天体环境中的分子及其光谱（仅讨论双原子分子）；
• 电子波函数，分子角动量和耦合；
• 分子的转动和转动能级；
• 分子中原子的径向运动和振动，Morse势，振动能级，零点能，分馏（或离析-Fractionation）；
• 转动光谱，CO、OH、H2，同位素效应；
• 振动光谱；
• 电子光谱，选择定则，Frank-Condon原理，分子跃迁的波长和频率；
• 分子谱带结构，Fortrat图，CN、C2；
• 对称陀螺及其振动、转动能级，H2O，天体关谱实例；
• LTE振动、转动能级的布居，温度效应；
• 脉泽源

补充内容：

• 辐射场的描述，比强度；
• Einstein跃迁系数，振子强度；
• 辐射转移方程；
• 等效热动平衡；
• Boltzmann方程，Saha方程，局部热动平衡；
• 发射系数；
• Maxwell速度分布，视向速度，谱线轮廓；
• 吸收系数；
• 源函数，亮温度；
• 21cm谱线的发射和吸收系数；
• 太阳光球、色球层和日冕的温度、密度分布，谱线形成；
• 星际吸收线，等值宽度；
• 光学薄吸收线，辐射阻尼，宽吸收线；
• 生长曲线

参考书： L. 斯必泽著，蔡贤德译，邹振隆较，星际介质物理学，科学出版社，1988（L. Spitzer, Physical Processes in the Interstellar Medium, John Wiley and Sons, Inc. 1978）； D. F.格雷著，黄磷等译，恒星光球的观测和分析，科学出版社，1981（David F. Gray, The Observation and analysis of stellar photospheres, Cambridge Astrophysics Series 20, 2nd Ed., Cambridge University Press, 1992）

光谱数据分析实践课：分析1）星爆星系Tol1214-277光学光谱；或2）行星状星云NGC7027紫外、光学以及红外光谱。具体内容包括， 天文望远镜及摄谱仪简介，天体光谱数据的获取，基本数据处理（图像处理，波长、流量定标）。数据测量（波长、视向速度，谱线轮廓、光谱分辨本领，天光线，流量）和天体物理分析（谱线认证、等离子体诊断）。分析结果与文献的对比。