Tuesday, 22 April 2025
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天体物理大讲堂

 

升级版的光启论坛来啦!

 

教授解读天文最前沿热点 

天文台指导天象观测

为你定制天文入门一揽子计划

 

就在3月21日

让我们

以好奇之眼仰望星空

以探索之心遨游宇宙

 

讲座内容

 

不识庐山真面目,只缘身在此山中。

 

身在银河的渺小人类,是如何识得银河系全貌?

 

 不畏“星云”遮望眼的天文学家,是如何大胆假设、小心求证进而认识宇宙?

 

未有千层楼、亦有千里目的天文学,又是如何深刻地影响人类的宇宙观与科学观?

 

上海交通大学物理与天文学院天文系沈俊太教授将带领大家从“银河Bar”出发,开启漫步浩瀚宇宙之旅

 

主讲人介绍

 

      沈俊太,上海交通大学物理与天文学院特聘教授,国家杰出青年基金获得者,上海市天文学会副理事长。主要研究方向为星系动力学

 

      他有多篇论文被国际著名教科书《星系动力学》、《星系的形成和演化》引述。曾多次组织国际天文联合会(IAU)会议并做综述报告,并曾应邀担任国家自然科学基金委,美国科学基金会、欧洲研究理事会、欧洲科学基金会、加拿大自然科学与工程研究理事会、哈勃太空望远镜观测时间与科研基金的评审专家

 

 

讲座信息

 

时间:

3月21日(星期五)18:30-20:00 

地点:

李政道图书馆报告厅(地下一层)

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探索宇宙,共享时光

交大天文本科新生午餐交流会

 

      为了给天文专业的本科生新生创建一个交流思想、分享经验、共同成长的平台,交大天文系在2025年2月24日中午安排了一场新生午餐交流会,参加此次交流会的有天文系系主任张鹏杰老师,副系主任祖颖老师、李兆聿老师、余瑜老师和翟忠旭老师,以及天文系2024级全体本科生(含天文系和致远天文荣誉计划新生)。

 

 

      在交流会上,祖颖老师首先强调,大一是打基础的关键时期,无论未来是走科研道路还是其它方向,课程学习都是重中之重。天文专业的培养方案内容丰富,涵盖了从数理基础课到天文专业课的多种课程,同学们一定要认真对待每一门课,扎实掌握基础知识,为未来的发展铺平道路。

 

      其次,祖颖老师鼓励同学们在学有余力的情况下,可以开始接触科研。物理与天文学院天文系和李政道研究所天文部拥有丰富的科研资源,同学们应主动联系有意向的老师,参与到早期科研实践中。早期科研不仅能提升学术能力,还是一个重要的拓展学术视野、了解自身潜力的机会,帮助同学们更早明确自己的兴趣方向。

 

      大学生活不仅仅是学习,与老师、同学的交流同样重要。祖颖老师鼓励大家多与天文系和李所天文部的老师同学们沟通,积极参与各种课余活动。无论是学术讨论还是文体活动,都能帮助大家拓宽视野,结识志同道合的朋友。

 

      此次交流会还邀请了致远物理荣誉计划大四的俞方远同学作为天文方向的学长代表与在座的大一新生进行互动,。俞方远同学在大二后转入天文方向,修读了包括《现代天文学》在内的部分天文专业课程,并在大三加入赖东老师的课题组进行科研,目前已在国际一流天文期刊上发表了多篇一作文章。俞方远同学给学弟学妹们分享了自己在天文课程学习和科研实践等方面的经验和体会。他从如何选择课题、如何与导师沟通,到科研中可能遇到的挑战,都做了详细的讲解。学长的分享让在场的同学们受益匪浅,也让大家对未来的科研之路有了更清晰的认识。

 

 

      同学们也在轻松愉快的交流氛围中分享了自己入学以来的一些心得和体会,并提出了一些跟自己学习和生活相关的问题,比如天文系有哪些可以使用的空间资源,参与科研需要提前准备哪些技能,天文系师生平常组织了哪些体育娱乐活动等,各位老师都耐心解答了大家的疑问。李兆聿老师还介绍了天文系师生乒乓球赛的赛制日程并欢迎大一新生参与。

 

 

      会议最后,张鹏杰老师最后做了总结发言,鼓励大家在天文系大家庭的呵护中无畏探索、不断成长。大学生活是人生中最美好的时光之一,也是为未来奠定基础的关键阶段。我们相信,通过这次午餐交流会,同学们将在天文学的学习和探索之路上有了更清晰的目标,也祝福同学们在天文学的宇宙中绽放光芒!

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      近日,上海交通大学物理与天文学院天文系韩家信课题组在宇宙大尺度结构的基础理论研究中取得新的里程碑。课题组基于对星系宇宙学基本概念——暗晕——的原始创新,完成了新型暗晕定义下暗晕外围物质分布的理论求解,成功实现了精确描述大尺度结构多重功率谱的新一代暗晕模型。这一成果以“Einasto profile as the halo model solution coupled to the depletion radius”为题发表在天文学国际主流期刊《The Astrophysical Journal》上。该工作为课题组耗竭半径系列论文的第六篇,是课题组精确刻画宇宙结构的“天计划”的重要一环。

 

      暗物质晕(dark matter halo,简称暗晕)是构成宇宙大尺度结构的基本单元。宇宙中的暗物质分布可以被视为由无数大小不一的暗晕堆叠而成,而星系孕育于暗晕的中心。基于此理念发展出的“暗晕模型”(halo model)被广泛用于宇宙结构演化的研究中(如图1所示)。然而,自暗晕概念提出以来,如何定义其边界始终是一个模糊的问题。经典的暗晕定义将暗晕近似为一个稳定的平衡态结构,而真实的暗晕则是“生长”于宇宙网格中的动态结构,其外围包裹着广泛的非平衡区域,同经典暗晕的概念形成了基本矛盾,极大限制了经典暗晕模型的完备性和精确性。

      在前期工作中,课题组提出了“耗竭半径”的原创概念(参见前期科普新闻[1,2]),将暗晕同其生长环境联合考量,指出暗晕增长会导致环境耗竭,而两者的分界——耗竭半径——则提供了一个更加广泛和基本的暗晕边界。基于这一半径构建的新一代暗晕模型,有望从根本上弥补经典模型的缺陷。

图1 暗晕模型示意。将宇宙中的暗晕族群(左)与每个暗晕周围的物质分布(中)嵌套在一起就可实现对宇宙中暗物质分布的还原(右)。这个“堆砌”模型的成功建立在我们对暗晕的边界以及暗晕之间的交互足够准确的认识之上(图片来源[3,4])。

 

图2 耗竭半径的基本概念示意[5]。暗晕的吸积增长造成了周围物质密度从黑色实线向红色虚线演化。增长与耗竭区域之间的分界(点线)即为耗竭半径。

 

      为实现这一新一代暗晕模型,有两个关键问题需要解决:一是新型暗晕周边的物质如何分布(即新暗晕的密度轮廓);二是暗晕在相互接近时如何相互作用。在团队的上一篇工作中[6],基于数值模拟中的新型暗晕样本,获得了对上述问题的初步回答,即暗晕在相互靠近时服从自相似分布,而其密度轮廓区别于经典的NFW密度轮廓,更接近Einasto密度轮廓。在本篇工作中,作者则利用暗晕模型的基本假设,从数学上证明了暗晕模型中耗竭半径同Einasto密度轮廓成协,从而严格回答了构建新一代暗晕模型的关键问题。

      在此基础上,该工作进一步搭建出傅里叶空间的大尺度结构暗晕模型,实现了对宇宙学中关键理论统计量——物质功率谱的精确预言。值得一提的是,预言物质功率谱也是传统暗晕模型(如HaloFit,HMCode)的核心功能。然而传统模型为实现精确预言,不得不引入若干现象学的模型组分和参数,这些组分和参数并没有清晰的物理意义也无法直接测量,只能间接“校准”。相比之下,本工作中实现的耗竭暗晕模型则完全基于物理的暗晕族群,所有模型组分物理可测。这也导致新模型不仅能精确预言物质功率谱,也可以同时精确提供基本上所有暗晕统计属性,包括暗晕质量函数、暗晕-物质互功率谱等——这些结果是经典模型所无法实现的。此外,新一代暗晕模型在暗晕边界尺度的精度也天然超越传统模型。

 

图3 基于耗竭半径的暗晕模型对大尺度结构两点统计的理论预测。左图和右图分别展示了对暗晕-物质功率谱和物质-物质功率谱的预测表现。这些结果体现了新模型对物质场还原的高精度以及对不同统计适用的灵活性。

      该工作当前聚焦于当前宇宙的结果,团队正在将该模型进一步拓展到不同的红移和宇宙学。

 

      论文第一作者是上海交通大学天文系博士生周义丰,受到国家高层次人才培养中心“李政道博士生”计划支持。天文系副教授韩家信为通讯作者。该工作获得国家重点研发计划,111项目,中国载人航天工程科研基金和阳阳发展基金的支持。

 

论文链接:   https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ad9de8

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      2024年12月24日晚,上海交通大学第十四届“凯原”十佳教师评选在学生中心大楼A100举行。经过现场公开课展示及学生代表投票,物理与天文学院刘成则老师入选第十四届凯原十佳教师

 

 

教师风采展示

 

 

      刘成则,中共党员,副研究员,物理与天文学院天文系党支部书记,交大光启天文台台长,院兼职思政教师,毕业于中国科学院上海天文台,2011年加入上海交通大学。他在超致密矮星系研究领域取得了一系列开创性成果,2023年作为通讯作者在Nature发表重要研究进展,此外还在ApJ,MNRAS等期刊发表SCI论文70余篇。

 

 

教育教学,诲人不倦

 

      刘成则老师满怀对天文学科的热爱,在教学中因材施教,深入探索天文课程思政,连续五年带学生开展“寻找璀璨星空”系列暑期社会实践活动,并获评上海交通大学社会实践特等奖,受上海教育电视台、文汇报等广泛报道。 

 

 

      与此同时,刘成则还潜心致力于科普宣传工作,负责交大光启天文台的管理和运行,组建志愿者团队。自2021年至今,组织各类线下科普活动150余场服务公众及师生近万人。组织天象直播活动3次,累计吸引70余万人线上观看。

 

 

传道授业,亦师亦友

 

      2020年,刘成则首次带学生开展“寻找璀璨星空”社会实践活动。当时,疫情和天气使得观测窗口很短,实践工作非常辛苦,学生们受到了疲劳、蚊虫叮咬、重复单调操作仪器等诸多考验。然而,所有的付出没有白费,实践成果被新华社、青年报等多家主流媒体报道,引起了广泛的社会关注,并于2022年推动了国内首次将光污染纳入地方性环境保护法规。同学们表示,他们以为社会实践就是组团出去旅游,没想到最后真的推动了一点点的社会进步,这大大增强了他们的社会责任感。

 

 

      2023年和2024年,刘成则带学生前往青海省冷湖天文观测基地开展暑期实践活动。冷湖镇地处无人区,条件艰苦,实践中需克服疲劳、寒冷、高原反应等不利因素。深夜实践结束后回宾馆的车程往往要一两个小时。此时,每台车上配备的对讲机(无人区没有手机信号)成了大家沟通的纽带。老师和同学相互鼓励,通过讲笑话、唱歌提神,一路欢声笑语。在这样的经历中,大家关系愈发亲近,在艰苦的环境下共同书写温暖与成长的故事。

 

 

      刘成则负责《天文观测实践》课程,该课程的部分内容需要在晴朗的夜晚进行室外观测。疫情期间课程改为线上教学,线下的观测实践活动无法开展。刘成则通过布置一些有趣的小课题,比如使用网上的数据自己画星座,提高学生的兴趣。此外,他还想方设法给学生送去了小望远镜,使其可以在宿舍进行简单的观测活动。根据学生的反馈,线上课程使他们学到了更多的图像和数据操作技能,这真是“塞翁失马,焉知非福”。

 

 

再次祝贺刘成则老师获评我校第十四届“凯原”十佳教师!