這個(gè)話題還是我上大學(xué)的時(shí)候，哥兒幾個(gè)在寢室里臥談的時(shí)候提起來的。那時(shí)候，物理系的畢業(yè)生工作不好找，大家沒事就一起討論畢業(yè)了能干啥，最后一致認(rèn)為，跟妹子聊聊物理，一定相當(dāng)拉風(fēng)。所以本文的寫作目的就是要給還沒找到另一半的兄弟們普及天體物理知識(shí)，增加點(diǎn)飯后的談資。

天體不僅包括我們通常所說的恒星、行星、星系，還包括很多的星云和其它的宇宙塵埃，這些天體的物理狀態(tài)涵蓋非常廣的范圍，天體物理就是一門解釋天體的層次化和各層次的結(jié)構(gòu)和演化的科學(xué)。

天體物理學(xué)是以物理學(xué)為基礎(chǔ)的，由于天體同樣是由原子、分子、離子、電子、光子、原子核等微觀粒子所形成的巨大集團(tuán)，所以，物理學(xué)中關(guān)于粒子運(yùn)動(dòng)和相互作用的定理定律都是描述天體現(xiàn)象的基本定律。

在宇宙中，沒有完全孤立不受其它粒子相互作用的粒子，規(guī)律通常是通過所謂的“因果關(guān)系”存在于世界之中，因果關(guān)系通過粒子間的相互作用體現(xiàn)出來。在物理學(xué)中，表現(xiàn)為最基本的四種相互作用：電磁相互作用、強(qiáng)相互作用、弱相互作用和引力相互作用。

對(duì)于構(gòu)成天體的物質(zhì)來說，大部分都處于熱動(dòng)平衡狀態(tài)，所以熱力學(xué)也是天體物理學(xué)的另一個(gè)基礎(chǔ)。

由于目前的物理學(xué)仍然不夠完整，同時(shí)宇宙又是如此復(fù)雜，所以并不能用已知的物理定律演繹和推導(dǎo)出全部的天文學(xué)。但這并不影響天文學(xué)家把物理和數(shù)學(xué)作為闡明天文觀測(cè)資料的最基本工具。

目前，我們所說的宇宙指的是可觀測(cè)宇宙，用科學(xué)術(shù)語來說就是哈勃球之內(nèi)，這是一個(gè)以地球?yàn)橹行目臻g半徑大約460億光年，時(shí)間跨度為130億年的一個(gè)巨大球形時(shí)空。在這個(gè)時(shí)空之內(nèi)，擁有非零質(zhì)量的粒子數(shù)目約為10^80。

宇宙中所有的粒子都是由基本粒子組成，從最簡(jiǎn)單的氫原子到星系團(tuán)。這些粒子彼此相互作用，這些相互作用形成基本粒子的更高層次的系統(tǒng)，也就是宇宙的結(jié)構(gòu)和演化的起因。

有高中物理知識(shí)的小伙伴就可以知道，物質(zhì)的性質(zhì)取決于構(gòu)成粒子的能量和密度，天體的物態(tài)與構(gòu)成他們的粒子的溫度和密度密切相關(guān)。宇宙中天體的演化過程表現(xiàn)為物質(zhì)從某種狀態(tài)躍遷到另一種狀態(tài)。在某個(gè)具體狀態(tài)下的物質(zhì)的豐度又隨著時(shí)間變化而改變。

按照宇宙大爆炸學(xué)說，我們的宇宙在最初時(shí)，物質(zhì)處于原始的火球狀態(tài)，隨著這個(gè)火球膨脹，物質(zhì)在引力下收縮，強(qiáng)相互作用和電磁相互作用使粒子形成所有的其它物理狀態(tài)。

由于物質(zhì)在狀態(tài)轉(zhuǎn)變過程中同時(shí)伴隨著能量的吸收和釋放，當(dāng)?shù)入x子體被擠壓成中子氣時(shí)，必須由壓縮提供巨大的機(jī)械能量，對(duì)于演化末期的恒星來說，這些能量來自引力造成的塌縮。一顆恒星究竟能演化成白矮星還是中子星，取決于恒星的質(zhì)量大小，即其自身能產(chǎn)生的引力大小。

宇宙中物質(zhì)的密度范圍跨度極大，高密度物質(zhì)和稀薄的物質(zhì)其密度相差40多個(gè)數(shù)量級(jí)。同時(shí)宇宙中物質(zhì)的溫度范圍同樣是極大，至少可以相差14個(gè)量級(jí)。粒子的動(dòng)能范圍則更廣，大約有28個(gè)量級(jí)。

空間天文儀器檢測(cè)到的宇宙高能粒子，其能量可以達(dá)到10^21eV，而目前實(shí)驗(yàn)室中的粒子加速器只能達(dá)到10^11 eV。可以看出，無論是密度、溫度還是能量，物理學(xué)家們能實(shí)現(xiàn)的物理?xiàng)l件是無法與宇宙中存在的極端物理?xiàng)l件相比的。

在人類生存的地球上，物質(zhì)有四種狀態(tài)，即：固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)和等離子態(tài)。前面三種在宇宙中罕有，但第四種卻是宇宙中最主要的物態(tài)。所謂的等離子態(tài)，其實(shí)就是由離子、電子和中性原子組成的物質(zhì)聚集狀態(tài)。在完全電離的情況下，等離子僅由離子和電子組成。我們的太陽(yáng)就是這樣一個(gè)巨大的等離子球。

宇宙中所有的物質(zhì)的原子都經(jīng)歷過等離子這個(gè)物態(tài)，在星系的前階段，所有物質(zhì)以輕元素（氫和氦）等離子體形式存在。宇宙中的大部分物質(zhì)（不是全部）在某些時(shí)期都要經(jīng)歷恒星相；在熱星內(nèi)部通過損失氫而增加重元素（熱核聚變）。所以，宇宙中物質(zhì)的平均原子數(shù)是增加的，而熱核反應(yīng)則是恒星的主要能源。

我們的銀河系中，絕大部分物質(zhì)是由恒星形式的等離子體所組成，星際塵埃僅占星際物質(zhì)質(zhì)量的百分之幾，而星際物質(zhì)大約是星系質(zhì)量的百分之幾（星系中還含有暗物質(zhì)，只不過這種假說還有待證實(shí)。）

在距離恒星較遠(yuǎn)的地方是星際物質(zhì)，它們呈中性，但在星際光子和宇宙射線的作用下，也可以產(chǎn)生微弱的電離。在銀河系中，這些星際物質(zhì)分布在銀河系的旋臂和旋臂間，平均密度大約為3X10^-8個(gè)原子每立方米。

由此可見，咱們的銀河系中，所有的可觀測(cè)物質(zhì)（99.9%）都是處于等離子態(tài)，星際塵埃僅占很少的部分，以太陽(yáng)系為例，固態(tài)物質(zhì)僅占0.1%，所以電磁相互作用在銀河系中占有重要地位。

文章有點(diǎn)長(zhǎng)了，就不做更多介紹了，以后有機(jī)會(huì)再為各位小伙伴補(bǔ)充。總結(jié)一下，天體物理學(xué)是天文學(xué)的一個(gè)分支，是應(yīng)用物理學(xué)的技術(shù)、方法和理論，研究天體的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成、物理狀態(tài)和演化規(guī)律的科學(xué)。同時(shí)天體物理學(xué)也是物理學(xué)的一個(gè)分支。

想獲取更多的物理學(xué)和天體物理學(xué)知識(shí)的小伙伴快來關(guān)注我吧，期待與您的深入交流。