高中拓展 · 硬科幻模型 · 相对论 · 引力透镜

一个遥远光源,为什么会出现两个像?

弱场薄透镜、点质量,角位置以爱因斯坦角归一化;不模拟强场多圈像。把背景光源移向透镜中心,看两个像靠近环。

问题的来处1919年日食观测之后 · 引力透镜

引力透镜:问题从哪里来?

爱丁顿等在日食期间测量星光偏折,使弯曲时空成为公众关注的科学。后来天文学家发现多重像与爱因斯坦环,用透镜测量遥远天体和质量分布。

读一段背景,带着问题动手

爱丁顿等在日食期间测量星光偏折,使弯曲时空成为公众关注的科学。后来天文学家发现多重像与爱因斯坦环,用透镜测量遥远天体和质量分布。

本页用点质量薄透镜方程。看到两个像不代表有两个光源,图上角度也不是任意三维空间中的实际距离。

现在,换你来试把背景光源移向透镜中心,看两个像靠近环。 固定其他条件,亲手将源角偏移/爱因斯坦角分别设为0.3和1.5,各核验一次;两个像的间距与源偏移怎样联系?

引力透镜

C22 / 相对论
今天的问题

两个像的间距与源偏移怎样联系?

独立探索要做什么?

把背景光源移向透镜中心,看两个像靠近环。 固定其他条件,亲手将源角偏移/爱因斯坦角分别设为0.3和1.5,各核验一次;两个像的间距与源偏移怎样联系?

装置 · 尺寸示意,量值见读数看证据图 ↓
先看一次,再亲手试

从3到0 逐步改变源角偏移/爱因斯坦角;这是条件比较,不是物理时间。暂停后可亲手调整。

尚未开始;也可直接使用装置旁的参数控件。
角位置平面 · 1显示单位 = 1.0角秒透镜方向原光源方向像+像-双像角间距2.1541 角秒0中线 · 各量独立标定

透镜图以爱因斯坦角归一化,角秒标尺随爱因斯坦角变化。 图中量尺以0为中线,各量按默认值独立作非线性标定,长度不能跨量比较;精确数值与单位见读数。

中央金球:点透镜青点:源方向蓝点或环:像位置
看这里 · 双像角间距2.1541 角秒

蓝色为两个像方向;空间台面表示角位置,非真实三维射线路径。 透镜图以爱因斯坦角归一化,角秒标尺随爱因斯坦角变化。

旋转查看装置连接与相对位置。用装置旁滑块改变条件,二维、三维和读数来自同一状态;尺寸为示意。

双像角间距
2.1541 角秒
点源总放大率
1.532

蓝色为两个像方向;空间台面表示角位置,非真实三维射线路径。 透镜图以爱因斯坦角归一化,角秒标尺随爱因斯坦角变化。

证据图 参考解随题设重算 · 不计个人完成

启用交互后显示带单位曲线。

换个条件,再想一步

完全对齐时,为什么不能给点源一个有限总放大率?

先预测,再观察。反例不会替你完成独立任务。

留下两组证据

仅当前页保留最近两组,刷新清除;第三组替换最早一组。保存模型条件与单位;恢复后重算,不恢复任务完成资格。

先留一组,再改变一个条件。

从观察到解释

把证据带回纸上

展开关系与推导

θ±=(β±√(β²+4))/2;β→0时形成爱因斯坦环,点源放大率在对齐极限发散。

固定哪些量?改变哪个量?列出两组数值,写出关系,再说明一个不能套用的条件。实验支持猜想,一般证明需要理由。

先预测,再用证据解释

把这次发现,留给下次的自己

两个像的间距与源偏移怎样联系?

换个条件,再试一次

完全对齐时,为什么不能给点源一个有限总放大率?

看哪里?

旋转查看装置连接与相对位置。用装置旁滑块改变条件,二维、三维和读数来自同一状态;尺寸为示意。

回到装置再试 ↑

仅此浏览器保存最近两组,第三组替换最早一组。条件、预测和解释一起保存;文字不自动判分。与原实验的临时记录分别保存。

尚未保存。启用交互后可以记录;请勿在这里填写个人身份信息。

先修与两种探索深度

先认识相对论 · 引力透镜涉及的量与单位:源角偏移/爱因斯坦角(无量纲)、爱因斯坦角(角秒)。高中拓展 · 硬科幻模型为内容层次提示,未核对具体教材。

先看现象:把背景光源移向透镜中心,看两个像靠近环。

再做定量:保持其他条件,比较源角偏移/爱因斯坦角与双像角间距(角秒),再对照下方关系。

模型、来源与核验边界

θ±=(β±√(β²+4))/2;β→0时形成爱因斯坦环,点源放大率在对齐极限发散。

对照核验提示:靠近对齐:源角偏移/爱因斯坦角 0.3 ;偏离对齐:只改变源角偏移/爱因斯坦角 1.5 。按这些题设自己操作并比较双像角间距,不把参考情景当个人完成。

适用范围:蓝色为两个像方向;空间台面表示角位置,非真实三维射线路径。 透镜图以爱因斯坦角归一化,角秒标尺随爱因斯坦角变化。

NASA Science · 天文与行星科学阅读(延伸阅读;链接和公式适用性尚需逐项外部复核) ↗

本页为模型探索,未认证具体教材章节;真实学生和教师反馈尚待推广后收集。