天文学基本知识
天文学是一门古老而又新兴的科学。说它古老，是因为早在五千年前的古代中国文明时期，我国劳动人民就已经运用太阳星辰的运动规律来指导农耕生产了。说它新兴，是因为即使是在科学技术高度发展的当今，天文学仍然是推动科技理论发展的两大原动力之一（另一个是粒子物理学）。因此，完全可以说，天文学在整个自然科学体系中的地位并不亚于牛顿三定律在经典物理中的重要作用。
天文学既自成体系，又和其它学
科，尤其是近现代物理相互融合，形成了她的特点和知识内容。她既博大精深，又细致通俗。这使得爱好并研究天文学的同学们都找到了自已合适的位置，并得到了无穷的乐趣和满足。
目录
第一讲天文学概念 (3)
一、天文学概念 (3)
二、天文学研究的特点 (3)
三、天文学的研究对象 (3)
四、天文学名词 (4)
第二讲天文学发展历史 (5)
一、天文学发展历程 (5)
二、天文学学科的分类 (5)
第三讲天文学内容概述 (6)
一、天体测量学 (6)
二、天体力学 (7)
三、天体物理学 (7)
第四讲四季星空 (11)
一、宇宙 (11)
二、银河系 (12)
三、太阳系 (14)
四、四季星空 (17)
第五讲天文与时间 (26)
一、太阳周年视运动 (26)
二、月亮视运动 (29)
三、行星视运动 (31)
四、时间系统 (34)
第六讲现代天文学成就 (39)
一、航天器 (39)
二、实用天文学发展的极至——GPS全球星定位系
统 (40)
三、探索宇宙新视野——哈勃太空望远镜 (41)
第七讲著名天文学家简介 (41)
一、近代天文学的奠基人——哥白尼 (41)
二、天空立法者——开普勒 (41)
三、预报彗星第一人——哈雷 (42)
四、恒星天文学之父——赫歇尔 (42)
第八讲天文学若干问题 (43)
一、恒星的“生”与“死” (43)
二、彗星或小行星的袭击对地球的影响 (44)
三、人类能找到外星人吗？ (44)
四、经度的故事：人类摸索了两千年 (46)
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第一讲天文学概念
一、天文学概念
天文学属自然科学的基础学科。主要研究天体的分布、运动、位置、状态、结构、组成、性质及起源和演化。在古代，天文学还与历法的制定有不可分割的关系。天文学与其他自然科学不同之处在于，天文学的实验方法是观测，通过观测来收集天体的各种信息。因而对观测方法和观测手段的研究，是天文学家努力研究的一个方向。物理学和数学对天文学的影响非常大，他们是现代进行天文学研究不可或缺的理论辅助。
二、天文学研究的特点
天文研究工作不同于其它学科的研究，具有以下四个特点：
1.被动性
天文研究的手段主要是观测──被动地观测，它不能像其它学科那样，人为地设计实验，“主动”地去影响或变革所研究的对象，只能“被动”地去观测，根据已经存在的事实来进行分析。天文研究的过程可以用来简单地概括：观测─→积累资料─→分析资料─→理论
2.粗略性
由于天文观测的被动性，不可避免地带来了天文观测的粗略性，我们不妨作一个比较。在地球上要证明一个理论是否正确，可以采用不同的方法，可以设计很多不同的方案或实验，达到理论要求的精度，而在宏观世界中，由于观测仪器的分辨度，灵敏度等的限制，以及观测手段的单一性──单靠望远镜，所以，在一定时期内，为了研究一个问题，只能依靠仅有的几种方法，或是仅有的几个不太准确的数据来粗略估计。这与在地球上的实验对比起来，表现出单一性和粗略性。而且，越是深远的天体，越是前沿的课题其粗略性就越严重。因此从某种意义上来说，天文学的发展与天文仪器（或更准确地说是观测手段）的发展直接相关。
3.瞬时性
让我们来比较下面三组数据：
天体的年龄几百万年——百多亿年
人类文明几千年
人的一生几十年——百年左右
从比较中我们不难看出，人类研究天体的演化仅是短短地一瞬间，就像是在人类文明诞生的时候对宇宙拍了一张极高精度的照片，而人类文明发展和延续的过程，就是用不同倍数（越来越大）的放大镜来观察这张照片一样，人类为了征服自然获得自由，而不断研究周围的宇宙。他们观测天体的主要目的，就是想了解各种天体的形成或演化过程，以便以后很好地加以利用。
4.长期性和连续性
任何理论的形成都建立在大量的数据之上，天文学也不例外，而且对天文观测数据的积累则更是长期的、持续不断的。只有这样的数据才是有用的，才能在此基础上得出相对正确的理论。
开普勒正是在其老师第谷花费毕生精力留下的行星观测资料中发现了三大定律。第一颗脉冲星的发现正是在距今900多年的历史记载中找到了其形成的证据等等。即使是最平常的天文观测（如：太阳、月球、变星、双星）也需要几天以至于几十年的持续观测，才能有所收获，得出结论。因此，天文工作者必须要具有持之以恒的毅力和认真细致的工作态度，否则就连皮毛都不可能学到。
综上所述，我们可以给天文学下一个定义：所谓天文学就是在极其“短暂”的千百年的时间里，以基本上“被动”的观测方法面向广阔无边的宇宙空间，探索各类天体在漫长历程中的存在和演变的一门学科。
三、天文学的研究对象
天文学的研究对象是各种天体。地球也是一个天体，因此作为一个整体的地球也是天文学的研究对象之一。最初，古人观察太阳、月球和天空中的星星来确定时间、方向和历法，并记录天象。随着天文学的发展，人们已经探测到了200亿光年的范围，根据尺度和规模，天文学的研究对象可以分为：
1.行星系统
包括行星、围绕行星旋转的卫星和大量的小天体，如小行星、彗星、流星体。太阳系是目前能够直接观测的唯一的行星系。但是宇宙中存在着无数像太阳系这样的行星系统。
2.恒星系统
现在人们已经观测到了亿万个恒星，太阳只是无数恒星中很普通的一颗。
3．星系系统
人类所处的太阳系只是处于由无数恒星组成的银河系中的一隅。而银河系也只是一个普通的星系，除了银河系以外，还存在着许多的河外星系。星系又进一步组成了更大的天体系统——星系团。
4.宇宙
一些天文学家提出了比超星系团还高一级的总星系。按照现在的理解，总星系就是目前人类所能观测到的宇宙的范围，半径超过了100亿光年。
在天文学研究中最热门、最前沿的课题之一就是关于宇宙起源与未来的研究。对于宇宙起源问题的理论层出不穷，其中最具代表性，影响最大，也是最多人支持的的就是1948年美国科学家伽莫夫等人提出的大爆炸理论。根据现在不断完善的这个理论，宇宙是在约137亿年前的一次猛烈的爆发中诞生的。然后宇宙不断地膨胀，温度不断地降低，星系开始形成，并逐渐演化为今天的样子。
5.现代天文学研究的领域非常广泛，有许多非常热门的研究课题。例如：引力的本质、脉冲星、黑洞和γ射线暴等等。
四、天文学基本名词
任何一门学科，一个知识体系都是由一些较基本的概念和名词组成的。天文学也一样。下面为了能够初步接触天文学，先介绍若干天文学的基本名词，作为入门的第一步。
1.天体又名星体：顾名思义为天空中的物体。更广泛的解释就是宇宙中的个体。
宇宙 - 银河系 - 星云、太阳系:太阳 - 水星 - 金星 - 地球 - 月球–行星- 彗星 - 卫星 - 小行星 - 陨石
2.太阳系：太阳系的中心是太阳，虽然它只是一颗中小型的恒星，但它的质量已经占据了整个太阳系总质量的99.85％。太阳以自己强大的引力将太阳系中所有的天体紧紧地控制在他自己周围，使它们井然有序地围绕自己旋转。同时，太阳又带着太阳系的全体成员围绕银河系的中心运动。太阳系内迄今发现了九颗大行星。有时称它们为“九大行星”。按照距离太阳的远近，这九大行星依次是：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星以及最远的冥王星。水星、金星、地球和火星也被称为类地行星。除了水星和金星外，其他的行星都有卫星。在火星和木星之间还存在着数十万个大小不等，形态各异的小行星，天文学家将这个区域称为小行星带。此外，太阳系中还有超过1000颗的彗星，以及不计其数的尘埃、冰团、碎块等小天体。
太阳系中的各个天体主要由氢、氦、氖等气体，冰（水、氨、甲烷）以及含有铁、硅、镁等元素的岩石构成。类地行星、地球、月球、火星、木星的部分卫星、小行星主要由岩石组成、木星和土星主要由氢和氦组成，其核可能是岩石或冰。
3.天球
天球就是以观测者为球心，以无限大为半径所描绘出的假想球面，我们看到的天体（星星、月亮、太阳）是其在这个巨大的圆球的球面上的投影位置。
4.天体周日视运动
由于地球自转（自西向东），所以地面上的观测者看到的天体在一天中在天球上自东向西沿着与转轴垂直的平面内的小圆转过一周。
5.子午圈
过观测者的天顶和南北天极的大圆。
6.中天
天体经过观测者的子午圈时，叫做中天。由于地球的自转，天体一天要穿过子午圈两次，其中离观测者天顶较近一次叫上中天。另外一次叫下中天。
7.黄道
简单的说就是太阳在天球中的运行轨迹。由于运动的相对性，所以黄道也就是地球公转轨道与天球的投影。
8.目视星等
公元前２世纪，希腊天文学家伊巴谷将恒星按照其亮度分为六等。亮度越大，星等越小。后来发现，一等星比六等星约亮100倍，所以定义“目视星等”每差一等，亮度差2.512倍。如果比一等星还亮2.512倍为0等，比0等星还要亮2.512倍的为－1等……依次类推。
下面是一些较亮天体的目视星等:
天狼星（大犬座α）－1.6等、金星（大距时）－4.4等、木星－2.7等、满月－12.7等、太阳－26.7等。
9.太空：外层空间简称指的是地球稠密大气层之外的空间区域，并沒有明确的界线区分。一般定义为大约距离地球表面100千米之外的空间。又称为宇宙空间。
思考题1
1.何谓天文学？
2.何谓天文学研究的特点?
3.何谓天文学的研究对象?
4. 何谓天体、太阳系、天球、天体周日视运动、子午圈、中天、黄道、目视星等、太空?
5.简述研究天文学的意义?
第二讲天文学发展历史
一、天文学发展历程
天文学的历史已经有几千年了。古代的天文学家通过观测太阳、月球和星星等天象，确定了时间、方向和历法。这也是天体测量学的开端。如果从人类观测天体，记录天象算起，天文学的历史至少已经有5、6千年了。天文学在人类早期的文明史中，占有非常重要的地位。埃及的金字塔、欧洲的巨石阵都是很著名的史前天文遗址。
在古代，人们只能用肉眼观测天体。2世纪时，古希腊天文学家托勒密提出的地心说统治了西方对宇宙的认识长达1000多年。直到16世纪，波兰天文学家哥白尼才提出了新的宇宙体系的理论——日心说。到了17世纪，意大利天文学家伽利略创制了天文望远镜，第一次看到了太阳、月球和一些行星的表面。也在同时代，牛顿创立的牛顿力学使天文学出现了一个新的分支学科——天体力学。天体力学的诞生，使天文学从单纯描述天体的几何关系和运动状况进入到研究天
体之间的相互作用和造成天体运动的原因的新阶段，在天文学的发展历史上，是一次巨大的飞跃。
19世纪中叶天体摄影和分光技术的发明，使天文学家可以进一步深入地研究天体的物理性质、化学组成、运动状态和演化规律，从而更加深入到问题的本质，从而也产生了一门新的分支学科天体物理学。这又是天文学的一次重大飞跃。
20世纪50年代，射电望远镜开始应用，到了20世纪60年代，取得了称为“现代天文学四大发现”的成就：微波背景辐射、脉冲星、类星体和星际有机分子。而与此同时，人类也突破了地球的束缚，发射了太空望远镜，可以到天空中观测天体。除可见光外，天体的紫外线、红外线、无线电波、X射线、γ射线等都能观测到了。这些使得空间天文学得到了巨大的发展，也对现代天文学的成就产生了很大的影响。
二、天文学的分支学科
天文学的分支主要可以分为理论天文学与观察天文学两种。
天文学观察家常年观察天空，并将所得到的信息整理后，理论天文学家才可能发展出新理论，解释自然现象并对此进行预测。
天文学中习惯于按照研究方法和观测手段来分类：
按照研究方法可分：天体测量学、天体力学、天体物理学。
按照观测手段可分：光学天文学、射电天文学、红外天文学、空间天文学。
其它更细分的天文学分支学科还有：天文学史-业余天文学-宇宙学-星系天文学-超星系天文学-远红外天文学-伽马射线天文学-高能天体天文学-无线电天文学-太阳系天文学-紫外天文学-X射线天文学-天体地质学-等离子天体物理学-相对论天体物理学-中微子天体物理学-大地天文学-行星物理学-宇宙磁流体力学-宇宙化学-宇宙气体动力学-月面学-月质学-运动学宇宙学-照相天体测量学-中微子天文学-方位天文学-航海天文学-航空天文学-河外天文学-恒星天文学-恒星物理学-后牛顿天体力学-基本天体测量学-考古天文学-空间天体测量学-历书天文学-球面天文学-射电天体测量学-射电天体物理学-实测天体物理学-实用天文学-太阳物理学-太阳系化学-星系动力学-星系天文学-天体生物学-天体演化学-天文地球动力学-天文动力学。
业余天文学就是通常意义上的天文爱好者所从事的天文活动。一般采用天体观测的形式，通常使用可移动式望远镜和肉眼进行观察。虽然对多数天文爱好者来说，科学研究不是其主要目的；但在对可见星的观测，小行星的追踪、彗星、流星的报告等等方面，都做出了贡献。而这些成果仍然是吸引其他爱好者们继续做出贡献的重要途径之一。一些天文爱好者常常进行集体观测活动，这样的集体活动被称为交流会（star party）。
初学者在初次学习观测时，最好从辨认星座和行星开始。星座是在夜空中的一个很好的标志物，可以对很多肉眼可见的天体进行定位。
思考题2
1．简述古代天文学的成就？
2．简述近代天文学的成就标志？
3．简述现代天文学的成就标志？
4．简述天文学分支学科？
5．何谓业余天文学、初学者？
第三讲天文学内容概述
一、天体测量学
天体测量学是天文学中最古老也是最基本的一个分支，主要是研究和测定天体的位置和运动，建立基本参考坐标系和确定地面点的坐标。测量天体就必须知道天体的位置和天体的距离。对天体位置的确定可以通过在天球上建立坐标系的方法来实现。
根据天球的理论，我们将地球的赤道面无限延伸，令其与天球相交的大圆为天赤道。地球自转轴与天球的交点分别为南北天极。过两天极的大圆称为赤经圈或时圈。黄道与天赤道有两个交点，其中的升交点（即春分点）被定为赤经零度。赤纬的定义方法与地球纬度的定位相同，天赤道以北为正，以南为负。这样，每个天体的位置就可以通过由赤经和赤纬构成的一对数表示。
关于天体的距离，这里仅介绍三个天文学中常用的单位──光年，天文单位和秒差距。
光年大家都比较熟悉，就是光一年所走的路程。
１光年＝36532433600330万公里＝94605亿公里。
可见是多么远的一段距离。下面是一些典型的距离
比邻星（离太阳最近的恒星） 4.22 光年
银河系直径 10万光年
宇宙深度（大小）150 亿光年
一个天文单位——为地球到太阳的平均距离约1.5亿公里。天文单位在研究太阳系内部天体时是比较常用的单位。
秒差距是由于一年中地球在轨道上的运动而产生的天体在天球上视位置的微小变化叫做周年视差，如果天体的周年视差为１角秒，那么定义它的距离就是一个秒差距。
1秒差距＝ 3.2616光年＝ 206265天文单位
二、天体力学
天体力学是建立在牛顿万有引力定律基础之上的，主要研究天体在引力作用下的运动状态问题。具体牵涉的是一些复杂的计算，在这里仅介绍两个小内容。
1.地球的岁差
由于地球的自转，我们可以把地球想象成一个旋转的陀螺。解决陀螺旋转的问题，力学上有专门的理论。地球的旋转满足刚体绕定点转动中的拉格郎日情况。
2.地球的章动
地球将既绕一中心轴进动，又在进动轨迹平均位置附近做微小摆动称章动。其中的进动就叫做地球的岁差，其周期大约是25800年，章动周期是18.6年。
?地球的岁差反映在天球上就是天极点的运动。也就是说，随着岁月的流逝，天极点将在天球上画出一个大圆。我们知道，现在的北天极几乎指向北极星，那么，再过1.3万年后，北天极将指向织女星（天琴座α），那时的人们在晚上将定义织女星为正北方, 大恒星织女亦称为北极星。
三、天体物理学
天体物理学用物理学的知识和手段来解释我们利用天文观测设备以及探测器所获得的天体的各种信息，是天文学和物理学的分支学科。天体物理学几乎包括了现代天文学的所有方面，对它的介绍被归入天体演化学部分。
四、光学天文学
谈到光学天文学免不了要提及望远镜。从种类上分，望远镜主要有四种
1.伽利略式（折射式）
由凸透镜物镜和凹透镜目镜组成。由于放大率低，不适于天文观测。
2.开普勒式（折射式）
目镜和物镜都由凸透镜组成,视场较大。
3.牛顿式（反射式）
物镜是一个凹面镜。特点是口径一般较大。
4.施密特式（折反射式）
由于在物镜前加了一个改正镜，可以做到无球差，视场大，而且也可以制造得很大。目前世界上最大的施密特望远镜位于德国陶登堡史瓦西天文台，改正镜口径为1.34米。
下面我们再来了解一下绝对星等的概念
前面讲了目视星等，我们知道天体的视亮度不仅与天体本身的发光强度有关，还和天体离我们的距离有关。为了能够反映天体本身的真实发光强度，我们把天体假想置于距离地球10秒差距处所得到的目视星等就是该天体的绝对星等。
太阳的目视星等是－26.74等，但如果假想把太阳移到离我们10秒差距处，我们将发现它只不过是一颗非常普通的五等小星。太阳的绝对星等是＋4.85，而天津四（天鹅座α）的绝对星等是-7.3。
五、射电天文学
射电天文学是通过射电天文望远镜接收到的宇宙天体发射的无线电波信号来研究天体的物理、化学性质的一门学科。射电天文学诞生于20世纪30年代。1931年，美国贝尔实验室的央斯基用天线阵接收到了一个周期24小时的干扰电波。经分析，他认为这个无线电波来自银河系中心，并于1933年公布了这一发现。随后美国人雷伯在自家的后院建造了一架口径9.5米的天线，并在1939年接收到了来自银河系中心的无线电波。雷伯根据自己的观测结果绘制了第一张射电天图。射电天文学从此诞生。雷伯本人被尊称为“射电天文学之父”。
六、空间天文学
空间天文学是在高层大气和大气外层空间区域进行天文观测和研究的一门学科。从上一节的介绍我们知道，只有光学窗口和射电窗口波长范围内的电磁辐射可以无阻挡地到达地面。为了得到其他波段辐射的信息，就不得不在地球大气层以外进行接收。随着现代高科技的发展，我们可以通过向太空发射观测卫星，太空望远镜及建立空间站来达到目的，这就诞生了空间天文学。由于观测波段不同，可以分为Ｘ射线天文学，γ射线天文学，紫外天文学，行星际空间探测，红外天文学等。
七、天体演化学
天体演化学可以说是近现代天体物理的中心。它包罗万象，近到地球，远到宇宙深空，几乎包括了全部观测和研究对象。下面将按由小到大，由低到高的层次顺序逐一简介。
1.太阳
其中光球层、色球层、日冕层统称为太阳大气，光球层之下的对流层、辐射区、核反应区称为太阳内部。从太阳中心至约四分之一太阳半径处，集中了太阳物质质量的一半，称此区域为核反应区。这个区域的温度高达1500万度，压强达2500亿个大气压，使氢核聚变为氦原子核成为可能。太阳所发射能量的99％就是从这产生的。从核反应区至0.8?太阳半径处存在着一个辐射区，这个区包含有太阳总物质的10％。再往外就是对流区。由热核反应所释放出的能量以辐射方式通过辐射区向外传输，而在对流区，能量向外传输的主要方式是对流。
光球是太阳最外面的一层，厚约500公里。由于光子在该层很少被再吸收或散射，因而能通过它上面的色球、日冕传播到周围空间。我们肉眼所直接看到的太阳表面层就是光球层。光球层上还有很多新的结构和现象，比如说黑子、光斑等。
色球介于光球层和日冕层之间，厚约2000公里。一般只有在日全食时才能看到，通常由于地球大气散射阳光而形成的较亮的背景光掩没了色球所发出的光。在日全食食甚的短暂时间中，日面边缘呈现出的狭窄的玫瑰红色的发光圈层就是色球层。色球层的很多现象都是现在所没有解释清楚的。如：日珥、耀斑、谱斑以及最令人难以置信的从色球层到色球－日冕过渡区的反常升温。
日冕层是太阳大气的最外层，由高温、低密度的等离子体组成。日冕层的气体温度继续反常上升，高达几百万开。使引力不足以束缚热电离气体粒子，从而导致其不断向外流出，形成被称为太阳风的粒子流。
2.太阳系
①太阳系位置
大家都知道，太阳系位于银河系内，其星体位置是在离银河系中心10千秒差距，偏银面向北约8秒差距处。
②太阳、行星、卫星
太阳是一颗很普通的恒星，恒星是由炽热气体组成的能自己发光的球状或类球状天体。在太阳系中只有太阳自身会发光，其它天体都是因为反射太阳光才被我们发现的。
在椭园轨道上环绕太阳运行的近似球状的天体被称为行星。太阳系目前有九大行星。按从内到外的顺序依次是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王、海王和冥王星。为了研究问题方便以及按各行星本身特点不同，九大行星又有不同的分类:
┏━━━类地行星━━━┓┏━━━类木行星━━━┓
水星金星地球火星（小行星带）木土天王海王冥王┗地内行星┛┗━━━━━━━地外行星━━━━━━━━┛由于行星质量、大小、密度以及化学组成不同可以把九大行星分为类地行星和类木行星；根据各行星与地球的相对位置，又将它们分成地内行星和地外行星；分布于火星与木星轨道之间，沿椭园轨道绕太阳运行的小天体构成一个小行星带。卫星是绕行星运行的天体。月亮就是地球的卫星。卫星的研究对太阳系的形成，地外生物存在的可能性等方面都有重大意义。
③太阳系其它天体
A、彗星：在扁长轨道上绕太阳运行的一种质量较小的天体，呈云雾状的独特外貌。彗星的外貌和亮度随着它离太阳远近而显著变化。当它远离太阳时，呈现为朦胧的星状小暗斑，其较亮的中心部分叫作“彗核”。它是在太阳的辐射作
用下由彗核中蒸发出来的气体和微小尘粒组成的。彗核与彗发合称为“彗头”。当彗星走到离太阳相当近的时候，彗发变大，太阳风和太阳的辐射压力把气体和微尘推开生成"彗尾"。由于彗星的这种独特外貌，我国民间又称其为扫帚星。
B、流星：行星际空间叫做流星体的尘粒和固体块闯入地球大气圈,同大气摩擦后燃烧产生的光迹。流星体的体积一般都不大，但速度很高。据估计每年落到地球上亮度大于10等的流星约2000吨，一般认为后半夜看到的流星比前半夜多。
④太阳系的起源
关于太阳系的起源主要有三种学说。
A、灾变说：认为行星物质是因某一偶然的巨变事件从太阳中分出的。比如由于另一颗恒星走近或碰到太阳，或者由于太阳爆发，从太阳分出的物质后来形成行星。
B、俘获说：认为太阳从恒星际俘获物质。形成原始星云，后来演变成行星。
C、共同形成说：认为整个太阳系所有形体都是由同一原始星云形成的，星云中心部分的物质形成太阳，外围部分的物质形成行星等天体。
3.恒星和星际物质
我们夜晚观星，所看到的几乎都是恒星。晴朗无月的夜晚，大约可以看到6000多颗。因为它们都离我们非常远，所以很难发现其在天球上的位置变化，因此，古人就把它们叫作恒星。下面将逐一介绍双星，聚星，星团，变星，星云。
①双星
两星互相之间因为引力的作用，每颗星绕两星的质量中心作旋转运动，这样的两颗星称为双星。双星系统在银河系中很普遍，约占总数的三分之一。目视双星是人眼通过望远镜可以直接分辩出的双星，这种双星系统中的两星之间的视角一般较大，从而能从光学上直接分辩出来。
少至三个多至十多个恒星依靠引力，彼此聚集在一起，这样的恒星集团称为聚星。
②星团
星团是由至少十个多至百万颗的恒星组成的集团，它们聚集在一个不大的区域里，有很多共同的物理性质，因此对研究恒星的起源和演化具有重要意义。
星团一般分为疏散星团和球状星团：
疏散星团一般形状不规则，结构较松散，全天共约1200多个，其中最出名的要算金牛座的昴星团和毕星团。冬天的夜晚，在南面星空可以看到一颗发红的亮星，那就是金牛座α，它是毕星团中最亮的星，在其西北方向一点，有一团模糊的星，它就是著名的昴星团。眼力好的人可以辨出其中的六颗亮星。
球状星团：是由很老的几万颗恒星所组成的具有紧凑的球对称外形的恒星集团。其核心部分恒星的密度很大，从照片上看就像是抱成一团的白蚁，最出名也是全天最亮的球状星团是位于武仙座的M13，质量约是30万个太阳质量。
③变星
变星是一种亮度随时间变化的恒星，它有很多特殊的性质，是天文爱好者观测的热门对象。
变星按亮度变化的原因可分为食变星和物理变星:
食变星即是食双星。物理变星又可分为脉动变星和激变变星。
脉动变星的光度成周期变化，其原因是由于自身的周期性的膨胀和收缩。其中造父变星（脉动变星的一种）在天文学中的地位不亚于射电望远镜，它被誉为“量天尺”。因为对造父变星结构和成因了解的比较透彻，即存在一个简单的周光关
系（光变周期越长，光度──绝对星等就越大），所以只需要观测出遥远星系中造父变星的变光周期，就可以推算出星系的距离。
激变变星包括新星和超新星。亮度突然增大（爆发）的星称为新星。亮度增幅比新星大百倍至数千倍的星称为超新星。超新星爆发时光度增为原来的千万到亿万倍，非常壮观，使其它恒星黯然失色。超新星爆发是恒星死亡的象征，其爆发后剩余的物质由于强大的自身引力而急剧收缩，终于将原子核外的电子压入核内与质子结合成中子。根据泡利不相容原理，各简并态中子之间的简并压力顶住了引力的压缩，从而形成了中子星。1987年。国际上对银河系的伴系大麦哲伦星系中的一颗超新星的研究全面证实了恒星演化的理论。国际上第一颗中子星的光学认证与1054年的超新星爆发直接有关，我国在这方面的全面记载为其作出了不可磨灭的贡献。
④星云
星云即是由一些星际分子、离子和尘埃组成的非恒星状的气体尘埃云。星云有很多分类，在此就不一一赘述了。一般认为星云是恒星爆发瓦解后抛出的气体云，但更有人认为恒星正是由于星云的引力收缩才诞生的。全天最亮的星云是猎户座大星云，其视亮度在4等左右，是每一位天体摄影爱好者渴望拍好的首选对象。
⑤恒星的演化
我们以太阳为例。恒星形成理论认为恒星是由星云物质在引力作用下收缩形成的。在收缩过程中，引力势能转化为热能，使其中心的温度和压强不断增加，直至点燃了氢的核聚变反应。强大的辐射压制止了恒星的进一步收缩，并被我们观察到。从此在主序星开始了它漫长的一生。一般认为演化的起点都在主星序星带上，并在其上完成氢聚变成氦的核反应。随着恒星核心区氢燃烧的停止，核心区进一步收缩，直至氦聚变成碳的反应点燃。当氦也被用尽之后，核心区变成了一个富碳的区域，这时核心区之外壳层内的氦又被点燃，从而产生一定程序的爆发，恒星体积迅速膨胀，演变成红巨星。核心区进一步收缩，点燃碳聚变反应……，就这样一直聚变反应到铁元素。铁的聚变是吸热反应，这时没有什么再来抵制巨大的引力了，恒星将在一次急剧塌缩形成的大爆炸中走向衰亡。这就是超新星爆发。根据爆发后恒星质量的不同，它将最终演化成白矮星、中子星或者是黑洞。
4. 银河系
牛郎和织女的传说故事可能谁都有耳闻。夏夜星空，很容易找到牛郎星（天鹰座α）和织女星（天琴座α）。在两者之间，你就会发现一条由无数颗密密麻麻的小星连成的似云雾的带状体，它就是传说中的那条无情的天河。现在我们知道，它只是银河系的一部分在天球上的投影。太阳系就是存在于银河系这个典型的旋涡状星系中的一条旋臂上。
5.河外星系
在银河系之外，还存在许多发光天体，被称为河外星系。河外星系的研究始于本世纪20年代。哈勃（一位在天文学领域可与爱因斯坦齐名的天体物理学家）通过仙女座星云（M31）中的造父变星计算得出，M31是属于银河系之外的恒星系统。
最著名的是银河系的两个伴系──大麦哲伦云和小麦哲伦云。星系在宇宙中的分布并不是均匀的，而是表现出集结成大小不同的系统的倾向。按包含星系的多少和空间尺度的大小，从小到大依次称为星系群、星系团、超星系团。银河系和大小麦哲伦云构成了本星系群，并与附近的仙女座星系，以及1百万秒差距以
内的40多个星系（矮球星系）集聚成本星系团。离本星系团较近的还有室女座大星系团（含2500多星系）和后发座星系团等。以室女座星系团为中心，在20兆秒差距的大尺度范围内的五十多个星系团构成了本超星系团。
正是由于星系分布的这种极度的不均匀性，使得有关星系起源和演化的理论屡屡受挫。按照现有的种种模型都无法完美的解释宇宙空间物质分布的如此大的不均匀度。这使得这方面的问题与宇宙学一并成为理论研究的热点。
6.宇宙学
在20世纪二十年代，从哈勃发现河外星系和谱线普遍红移开始，宇宙学理论模型逐渐发展并完善起来。从爱因斯坦的静态宇宙模型到现在公认的大爆炸宇宙模型（即著名大爆炸理论）；从单纯的应用广义相对论到现代较活跃的量子引力理论，人们正在慢慢地揭开所谓上帝那神秘的面纱，去了解宇宙的产生和演化。
1929年，美国著名天文学家哈勃通过对当时所能观察到的几十个星系的研究发现，它们所发出的谱线都普遍向红端偏移了，而且，星系离我们越远，红移量就越大。从开普勒位移的有关知识我们知道，这说明：所有的星系都在以一定的速度离我们远去，而且，红移量越大，退行的速度就越大。因此，我们就很自然地想到──宇宙正在膨胀，就像一只正在不断吹大的，上面点满花点的气球。
既然所有的星系都在彼此远离，而如果这种方式在过去任一时刻又并未改变的话，那就必然得出一个结论：回朔到过去某一时刻，即离现今约150亿年前，?宇宙中所有的物质都聚集在一个很小很小的区域内。在此区域内，温度极高，密度极大，不存在原子、电子，更没有什么银河系、太阳系；随着宇宙的膨胀，温度降到1000亿亿亿开尔文时，由于强相互作用，形成了夸克和电子等轻子，之后又出现了质子和中子等基本粒子。宇宙处于这一阶段的时间极短，约在宇宙诞生的1分钟之后，温度下降到可进行核聚变反应的程度，宇宙中逐渐形成了氘、氦以及少量的锂；到15分钟左右的时候，由于进一步膨胀，温度下降到不足以点燃核聚变反应。经过计算，那时宇宙中氢约占四分之三，氦约占四分之一，这与现在观测所得的数据完全一致；大约在大爆炸之后1万年，温度降到约为几千开，宇宙中主要是一些气状物质；随后有些气体聚成气云，形成原星系，进而演化为星系；最后伸缩并产生了各种各样的星的体系，成为我们今天所观察到的宇宙的样子。我们的太阳就是这亿万颗恒星中的一员。随着太阳系和地球的继续演化，在一定条件下出现了万物，并最终产生了能够认识宇宙的人类，产生了你我，产生了我们大家。我们在为宇宙的奥秘而惊讶的同时，只有不断探索和学习研究，才能了解到宇宙的真正的和谐，真正的美！
思考题3
1.何谓天体测量学？
2.何谓天体力学?
3.何谓天体物理学?
4.何谓射电天文学?
5.何谓空间天文学?
6.何谓天体演化学?
7.何谓双星、聚星、星团、超新星、星云？
8.何谓宇宙学目前公认核心理论？
第四讲四季星空
在我们生活着的地球之外，是高远无垠的星星世界，称之为宇宙。宇宙是一个没有边界、无始无终、充满了无穷奥秘的世界。探索宇宙的历史和未来是人类永恒的欲望。
一、宇宙
宇是指空间的总体，宙是指时间的总体，一切物质都在不停地运动着，而且永远离不开它们的存在和运动的空间及运动和发展持续长短的时间。所以，宇宙是一切物质运动的空间和时间，是一切物质不可分离的存在形式；它处于不断地运动和发展中，在空间上无边无际，在时间上无始无终。我国早在2300多年前，就有关于宇宙的朴素辩证法的观念，《墨子》（战国时代）“宇，弥异所也，久（宙），弥异时也”，《尸子》（汉初成书）：“四方上下曰宇，往古来今曰宙”《灵宪》（东汉张衡）：“宇之表无极，宙之端无穷”。这些，都科学地说明：空间的范围是无边无际的；时间延伸是无穷无尽的。
人类对宇宙的认识，是目视所及的天体开始的。何谓天体：天体是宇宙空间一切星辰的统称。如太阳、地球、月亮、行星和恒星等。发热发光的天体称为恒星；围绕着恒星运转的天体称为行星；而围绕着行星运转的天体称为卫星；还有近半个世纪，人类成功发射的人造地球卫星和人造行星等，称为人造天体。如太阳就是一个恒星，地球是它的九大行星之一，月球是地球的卫星。而太阳又是银河系里的一颗普通的恒星，银河系外又有河外星系、星系团、总星系。
二、银河系
图4-2-1
如图4-2-1所示，太阳系所在的星系，是一个旋涡星系，称为银河系。银河系由2000亿颗以上恒星所组成。恒星以外，还有各种类型的银河星云和星际气体与尘埃。银河系在宇宙空间是一个扁率较大的扁球型旋转体，具有两个或更多
的悬臂，其中心在人马座方向。旋转体的长径约为10万光年，短径约为1万光年。太阳约位于离银河中心3.3万光年的扁球体对称面附近。整个银河系在不停地绕其短径作旋转运动。太阳系里的一切天体都跟着太阳以每秒250公里速度环绕银河系中心转动，环绕一周约需2亿年之久。银河系扁球形旋转体的对称面称为银道面，而银道面扩大到天球上的大圆叫做银道。银河系除了自转以外，作为一个整体，还朝着麒麟座（在大犬座以北，小犬座以南）方向以每秒214公里的速度运动着，因此，银河系在宇宙间的旋转很象一个运动的车轮，一方面它本身在旋转，同时又在不断地前进。
银河系虽然很大，但在银河系之外。还有许多同银河系一样庞大或者更大的恒星系统，叫做河外星系。用肉眼能看到的只有银河系的几个近邻，其中最著名的要数仙女座大星系了。它距离地球大约200万光年。它的相貌几乎和银河系一模一样，体积大约比银河系大60%。用肉眼看去，也只不过像星星那样大的一个光斑。人类对河外星系的认识，经历了漫长的过程，直到二十世纪初才获得了肯定的结论。现在，人们已经把宇宙的“水天线”推到了150亿光年的深处，观测到的河外星系已在几十亿个以上，河外星系的形态丰富各异。有的像江河里的旋涡，有的像椭圆状、棍棒状和不规则状。银河系、仙女座星系等，都是发展很完整的旋涡星系，它们正处于生命力旺盛的中年时期。椭圆星系是太空中的“老人国”，所有的恒星都是遥远的年代产生的，这个星系再也不能制造出新的恒星，许多椭圆星系都非常巨大，如“室女座A”就是一个拥有两千亿颗恒星的椭圆星系。而巨大的椭圆星系往往发生过异常剧烈的大爆发，这种骇人的大爆发至今还是不解之迷。不规则星系中年轻的恒星很多，这种星系没有一定的形状，也没有明显的中心。
每个星系里有数以千亿计的恒星。离我们最近的一个河外星系叫大麦哲伦星云，它距离地球约16万光年，直径达5万光年，我们用肉眼都能看到它。在茫茫的宇宙海洋中，分布几十个星系的组合叫星系群；超过100个以上的星系的集合叫星系团。它们都归属于一个更大的太空集团——超星系团。银河系所在的超星系团称为本超星系团，它的核心是室女座星系团。无数超星系团组成了辽阔无边的宇宙——总星系。
1．银河
俗称天河。在晴朗的夏夜，总有一条气势磅礴的光带自南向北横贯天空，这就是银河。在我国民间至今还流传着牛郎织女渡天河一年一度相会的神话。欧洲人把银河称为“牛奶色道路”。因为太阳系是在银河系的银道面附近，且偏离银河系中心的地方，所以从地球上观看天空时，沿着银道面的各个方向所看到的恒星要比其它方向的恒星密集的多，形成一条亮带称为银河。天鹅座、天鹰座、天琴座、天蝎座等25个著名星座就分布在银河上或其两侧。
2．恒星
在无数明星中，除了少数行星外，都是自己会发热发光、且相互之间的位置似乎不动的天体，称为恒星。太阳就是距我们最近的一颗恒星。其他恒星离我们都非常遥远，最近的比邻星也在4光年以外。夜间能见到的星，绝大多数系属恒星。恒星并非不动，而是以相当大的速度在不停地运动着，只因它们离地球极其遥远，故在天球上的视位移非常缓慢，其位移角距以“秒”为单位，通常每年不大于0.1〞，少数离地球较近的恒星，如：半人马座α星（南门二）每年位移3.7〞，1000年也仅位移1°；牧夫座α星（大角）每年位移仅略大于2〞。因此几百年内都看不出恒星相互间的位置有何明显变化。用肉眼能见到的恒星有6000多颗。
《星历》恒星视位置表中列出的恒星有2000多颗。
恒星中主要是氢气，其次是氦。在700万摄氏度以上的高温下，四个氢原子聚变成一个氦原子核，同时放出巨大的能量。这就是热核反应。氢弹所以能发生威力无比的爆炸，正是这种反映的结果，在恒星内部，每时每刻都有许多“氢弹”在“爆炸”，使恒星长期不断地作为一个炽热的气体大火球而发热发光。恒星的温度从中心向表面逐渐降低。不过，即使是恒星的表面温度也仍然十分惊人，最低的有两千多度，最高的可达到4万度，太阳的温度是六千度。恒星的表面温度决定了恒星的颜色。这正如一块炽热的铁，当温度增高时，它的颜色由红变黄、变白、甚至变蓝。
恒星是宇宙中最基本的成员。恒星是有生命的，它既有出生的一天，也有消亡的一天。但一批恒星“死”去了，又会有一批新的恒星诞生。而且恒星的数量之多是我们难以想象的，据2003年来自天文学前沿的消息，英国和澳大利亚的天文学家公布了可见宇宙中恒星数量的最准确的计算结果：大约731022——700万亿亿颗，很明显，比世界上所有沙滩和沙漠中的沙粒还要多。所以宇宙中永远存在着无数个“太阳”。
在恒星漫长生命旅程中，恒星最稳定、持续时间最长的阶段是壮年期，称为主序星。主序星阶段最短的有几百万年、最长的可达10万亿年。太阳正处于这个稳定阶段，它已经稳定地“燃烧”了足足50亿年了。太阳在主序星阶段的时间可长达100亿年。恒星的晚年，称为红巨星。恒星在该阶段它内部的氢氦热核反应基本停止。这时，恒星的中心部分在引力作用下发生强力收缩，使温度升高，并且使外壳急剧膨胀，整个恒星就变成一颗亮度大，温度低的红色星——红巨星。像太阳这样的恒星，在红巨星阶段大约能停留10 亿年。一颗垂死的恒星爆炸后就彻底解体了，部分物质化为碎片和云烟，飘散到太空中，剩下的物质则迅速坍缩为很小的中子星或黑洞。
3．光年
由于恒星距离我们很远，用公里来计算恒星的距离很不方便。天文学上常采用“光年”作为计量相距甚远的天体间距离的一种单位。光每秒的速度299，792公里，光一年内所走的距离称为1光年，约等于9.4631012公里。例如天狼星距离地球约为8.6光年，即它所发的光，在空间需行经8.6年才到达地球；任何时刻在地球上看到的天狼星的光是它在8.6年前该时刻所发出来的。牛郎与织女的距离是16光年，如果二者用无线电波通信，一来一往就需要32年。在太阳系里也可用“光分”作为计量太阳与行星间距离的一种单位。光在一分钟内所走的距离称为一光分，约等于17，987，520公里。例如太阳距离地球约为8.3光分，即太阳所发的光，在空间需行经8.3分钟才到达地球；太阳距离冥王星约为327.4光分，即太阳所发的光，在空间需行经327.4分钟即5小时27分才到达冥王星。
4．视星等
区分天体亮度强弱的等级。星越亮，星等的数字越小。亮度减少，等级降低。在实用天文中，以天体的视亮度分等级。其分等方法是以肉眼在晴朗黑夜能见到最暗的星为6等星，取亮度为6等星100倍的星为1等星。两相邻星等的亮度比率等于2.512(5√100 )。据此，亮度为6等星的2.512倍的星为5等星，亮度为5等星的2.512倍的星为4等星，以此类推。而亮度为1等星2.512倍的星为0等星，亮度为0等星2.512倍的星为-1等星。由于星与星之间亮度相差的倍数往往不正好是2.512倍，因此星等往往不是整数，而是带有小数。例如天蝎座α星的星等是1.2；大犬座α星(全星空最亮的恒星)的星等是-1.6。人们习惯上所
谓1等星的星等为1.5以上(包括负星等)；2等星为1.51～2.50；3等星2.51～3.50。满月时月亮平均星等是-12.5；太阳的平均星等是-26.7；金星(全星空最亮的星星)最亮的星等为-4.4。
思考题4.2
1．何谓宇宙、天体、恒星、行星、卫星、人造天体？
2．何谓银河系、银河系的尺度、形状及太阳系在银河系中的位置？
3．按形状特点分类星系有哪几种？它们的区别是什么？
4．恒星的主要特征是什么？
5．为什么用光年作为天文距离单位？
6．何谓视星等、全星空最亮的恒星、星星？
三、太阳系
太阳和以太阳为中心、受其引力支配而环绕它运动的天体所构成的系统,称为太阳系。太阳系的成员包括太阳和9个大行星，从中心往外依次为水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星；许多小行星，其中1600多个轨道以确定的；66个卫星以及无数的彗星和流星。它属于银河系。整个太阳系又以每秒250多公里的速度环绕银河系中心旋转。
1．太阳
太阳是太阳系的中心天体，是银河系中一颗恒星。太阳是一个炽热的气体球，表面温度为6000°C左右，越向内部温度越高，中心温度约1500万度。太阳的主要成分是氢和氦。按质量计，氢约占71%，氦约占27%，还有少量氧、碳、氮、铁、硅、镁、硫等。它不停地进行氢聚变氦的热核反应，产生巨大的能量，以辐射的方式，由内部转移到表面，向空间发射。其中只有二十万分之一的能量辐射到地球,是为地球上光和热的主要来源,使地球上的生命得到生存。太阳的直径为139万公里，是地球直径的109倍；其质量为231030千克，是地球质量的33万倍，等于所有行星质量总和的745倍；平均密度为1.4克/立方厘米；太阳辐射的总功率可达4310千瓦，如此巨大的辐射能量，是以消耗太阳自身的质量换来的。太阳的消耗程度400万吨/秒，维持这样的消耗太阳还能持续照耀我们50亿年以上，对于地球上万物生灵代代相传，真是日久天长啊！
太阳具有强大的引力，是控制太阳系中天体运动的主要力量源泉。其中九大行星有序地自西向东绕太阳运动。太阳至地球的平均距离为149，597，870公里（1976年国际天文学联合会规定为一个天文单位）。肉眼看到的表面层称为光球，光球上面的一层称为色球，最外层称为日冕，这几层组成太阳的大气。太阳视半径的平均值为16′（从地球上观测）。太阳上出现的斑点称为黑子，它对地面上的气候、磁场等均有影响。我国对黑子的记载最早，如汉代?淮南子2精神训?：“日中有踆乌”，踆乌即黑子。欧洲到十七世纪才明确认识到太阳黑子。太阳也在自转，其周期在日面赤道带约25天，越近两极越长（两极区为35天）。
2．九大行星
按照一定轨道绕着恒星运转的星球，称为行星。行星本身不发光，太阳系中已知有九大行星和许多小行星（目前已发现的小行星有1600多颗）。由于行星同地球一起绕太阳运转，使得它们在星空上的视位置变化较快。九大行星在各自的轨道绕太阳自西向东旋转，其中水星离太阳最近，依次是金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星。按行星轨道位置分类：水星和金星位于地球轨道内侧称为地内行星，其余的行星均位于地球轨道外侧，称为地外行星。按构成行星物质分类：与地球一样具有岩石圈的水星、金星、火星。称为类地行星，
木星与土星的表面都流动液态氢海洋，称为类木行星。木星和土星亦可称为巨行星。
①水星（Mercury）是太阳系九大行星中距离太阳最近的一颗行星，直径4872公里，质量0.3331024千克，在九大行星中排行到数第二。水星至太阳的距离0.583108公里（0.39天文单位）。水星上没有大气层，昼夜温差很大，白天经太阳暴晒后，表面温度可达500℃以上，夜晚热量很快散失，地表温度可降到零下170℃。水星公转周期88天，自转周期59天。它的自转方向与公转方向相同，据计算，水星上的一昼夜为176天，白天和黑夜各88天，那么水星上的“一天”就相当于水星上的“两年”，从地球上看水星，它略带红色，在星空中是一颗亮星。由于水星离太阳最近，明亮的阳光常常淹没水星的身影，所以肉眼很难看到。
②金星(Venus)直径12105公里，质量4.86831024千克。金星至太阳的距离
1.083108公里（0.72天文单位）。金星的体积、质量都和地球相近，它也有大气层。人类为了探询金星是否存在生命，向金星发射了行星探测器，证明金星的大气中有一层又热又浓又厚硫酸云层。大气的主要成分是二氧化碳，占97%。金星大气层形成了全球性的“大温室”效应，地面温度在480摄氏度以上。显然，在这样的环境中，生命是难以存在的。金星公转周期225天，自转周期243天。由于它的自转方向与公转方向相反，所以在金星上看到的太阳是西升东落。金星的逆向自转，使得金星上的一昼夜比它自转一周的时间要短得多。据计算，金星上的一昼夜为117天，白昼和黑夜各为59天。金星上的“一年”大约只有“两天”。金星离太阳较近，一般只能在清辰或黄昏才能看见，人们称它为晨星或昏星。金星是天空中除太阳和月亮以外最亮的星，星等可达-4.4。金星在东西距角附近时，在晴朗的白天有时也可看见，甚至用天文望远镜可观测到金星的盈亏现象。
③地球(Earth)在九大行星中，按离太阳近远的顺序排行，地球是第三，地球至太阳的距离 1.49603108公里（一个天文单位）；论大小，地球在太阳系大家庭中排列第五，它的直径12756公里，质量5.97431024千克，全球5.1亿平方公里的表面积中，有70.8%为辽阔的海洋所覆盖，陆地和岛屿仅占29.2%。地球被一层厚厚的大气圈所包围，它的主要成分是氮气和氧气。按含量来分，氮占75%，氧占23%，其他惰性气体约占2%。地球上的“温室”效应很低，地面平均气温15摄氏度左右。地球公转周期365.26天，自转周期23小时56分。地球的自转产生了地球上的昼夜交替；地球的公转产生了星空的变化。地球自转轴与地球公转轨道面不垂直，夹角66°33′，产生了地球上的四季变化和地球五带（热带，南、北温带，南、北寒带）的划分。在太阳系的九大行星中，地球即是普通的一员，又是一颗极不平凡的星球。地球上有浩瀚的海洋、广袤的森林、洁白的雪花、温暖的阳光、可爱的动物、聪慧的人类......构成了一幅多么美妙的实景画面啊！在太空,由中国航天英雄——我国第一太空人杨立伟拍摄的地球画面，地球是一个极其秀丽的蓝色星球。地球上无与伦比的优越条件，是其他行星不具备的。所以人类一定要万分地珍惜、爱护地球——目前唯一的人间伊甸园。
④火星（Mars）又称小地球。火星比地球小得多，它的直径6786公里，体积只有地球的15%，质量0.64231024千克,只有地球的11%。火星位于地球的外侧，它绕太阳平均轨道半径2.283108公里（1.52天文单位）。用肉眼观测，火星呈火红色。火星公转周期687天，自转周期24小时37分。火星上看到的太阳也是东升西落。火星上也有大气，但极为稀薄，其中95%是二氧化碳，还有少量的氮气和氩气等。火星上有很强的“温室”效应。火星白天最高温度可达28摄
氏度，而夜间即可降到零下132摄氏度。人类发射的飞船已成功地登上了火星，证明火星表面只是干燥、荒凉、寂寞、寒冷的旷野。到目前为止，还没有发现火星上有任何生命存在形式。尽管如此，人类对探索和研究的所有的星体中，只有火星最有可能是人类移居的星球。
⑤木星(Jupiter)堪称太阳系九大行星老大，其直径143760公里，它的体积是地球的1300多倍；质量1899.36231024千克，质量是地球的318倍，是其余八大行星质量之和的2.47倍。天文学上把木星这类巨大的行星称为“巨行星”，西方把它称为天神“宙斯”，我国称它为“岁星”。它的轨道半径7.783108公里（5.20天文单位），木星绕太阳公转一周约需12年时间，因此，几乎每年地球都有一次机会位于太阳和木星之间。在这些日子里，太阳落山时，木星正好升起，人们整夜都可见到它。木星轨道外的其它行星也有这一特征。木星与太阳此升彼降的现象每年推后约一个月。木星自转周期9小时50分，是九大行星中自转最快的。它呈明显的扁球状，赤道直径与两极直径之比100:93。自1973年以来，美国发射的“先驱者”10号等宇宙飞船相继飞往木星，观测资料表明，木星是一个流体行星，它的表面是一个高温高压的液态氢海洋，深度达5万多公里。木星大气主要由氢和氦组成，有1000多公里厚。目前发现木星共有16颗卫星，它们与具有强大引力的木星的组成类似一个小太阳系。在1994年7月17日～22日，苏梅克2利维彗星连续猛烈撞击木星，在人类有史以来是空前严重的太阳系天体撞击事件。天文学者提前一年对此作了预报。
⑥土星(Saturn)是九大行星中仅次于木星的另一颗巨行星，其直径120417公里，体积是地球的745倍；质量568.61131024千克，是地球的95倍。土星至太阳的距离14.273108公里（9.54天文单位）。土星的赤道直径与两极直径之比为100:90，是太阳系中最扁的一颗行星。土星有一个美丽的光环，厚度仅20公里、宽度却有20万公里，由无数的小石块和小冰块组成。土星作为太阳系中第二号巨行星，土星有不少地方与木星相似，土星也是一个没有大陆的流动液态氢的汪洋世界，土星浓密的大气层主要由氢和氦组成。土星的密度只有水的70%，如果宇宙有一个海洋，土星就可以漂浮在海面上，而其他行星则将沉入海底。土星公转周期29年，自转周期10小时14分。土星有多达23颗卫星围绕它旋转，其中土卫六是太阳系中第二颗大卫星，直径5150公里，比月球的直径还大1674公里,是冥王星直径的两倍多。
⑦天王星(Uranus)是人类在太阳系中发现的第一颗新行星。在此之前，人们只知道太阳系中有水、金、地球、火、木、土六颗行星。1781年3月13日晚，恒星天文学之父——赫歇尔用自制的大望远镜发现了天王星。这一发现，使人类第一次突破了太阳系以土星为界的范围，在天文学上具有深远的意义。天王星也是一个大行星，它的直径52300公里，体积是地球的60多倍。质量86.80831024千克，是地球的14.5倍。至太阳的距离28.713108公里（19.19天文单位）。由于距离太阳十分遥远，所以它从太阳得到的热量极其微弱。据测算，天王星的表面温度在零下200摄氏度以下。天王星的自转周期为15.5小时，公转周期84年。天王星奇特之处，它是躺着自转绕太阳公转的，赤道面与轨道面近于垂直。在“夏季”和“冬季”，天王星的自转轴朝着太阳，“夏季”天天是白昼，“冬季”天天是极夜。在“春季”和“秋季”，天王星上有了白天和黑夜之分。不过，愈靠近两极，有昼夜变化的年月就愈短。天王星有15颗卫星。
⑧海王星(Neptune)是经过天文学家们大胆地假设、复杂缜密地计算，在理论预告的位置上发现的。作为太阳系九大行星之一，海王星只是一颗普通的行星，
1.1人类天生就是追星族已完成1 1.地面上在建的最大的光学望远镜口径为（）米。 A、10 B、20 C、30 D、40 我的答案：C 得分： 25.0分 2.【单选题】大型望远镜一般不包括哪种类型？（） A、光学 B、射电 C、空间 D、手持双筒 我的答案：D 得分： 25.0分 3.【单选题】中国贵州在建的射电望远镜口径为（）米。 A、10 B、30 C、300 D、500 我的答案：D 得分： 25.0分 4.伽利略第一个使用改进过的望远镜观察星空。（） 我的答案：√ 1.2古人观天已完成 1.陶寺遗址中发现的圭尺是用来观测（）的。
A、月相 B、太阳影子 C、星象 D、气候 我的答案：B 得分： 25.0分 2．【单选题】“天行健，君子以自强不息；地势坤，君子以厚德载物”出自（）。 A、周易 B、论语 C、诗经 D、楚辞 我的答案：A 得分： 25.0分 3．顾炎武“三代以上，人人皆知天文”说的是比夏商周三代更早的时期。（） 我的答案：√得分： 25.0分 4．古人所谓的青龙、白虎、朱雀、玄武其实指代的是古人能够观测到的金星、水星、火星和木星。（） 我的答案：× 1.3斗转星移已完成 1．南半球“冬季大三角”一般不包括（）。 A、参宿四 B、参宿七 C、天狼星 D、南河三 我的答案：B 得分： 25.0分 2．四个位置方向按照顺时针顺序，正确的排序是（）。
A、西北南东 B、东西南北 C、东北西南 D、东南西北 我的答案：D 得分： 25.0分 3．自东向西不是任意星空区域的周日运动的方向。（） 我的答案：√得分： 25.0分 4．北极星在地球上看来不动，是因为地球自转轴正指着它。（） 我的答案：√ 1.4寒来暑往已完成 1．【单选题】罗马教廷与伽利略的故事及结局表明（）。 A、地心说完全谬误 B、日心说完全正确 C、教廷最终完全接受了科学 D、对不同的学术观点不应压迫 我的答案：D 得分： 25.0分 2．关于“七月流火”的解释，正确的是（）。 A、七月天气太热了 B、七月容易发火灾 C、心宿二在农历七月开始西沉 D、火星在农历七月不再上升 我的答案：C 得分： 25.0分 3．【判断题】寒来暑往的现象是地球公转加以自转轴存在倾斜角所致。（）
二、星星小常识 星星和星座 在晴朗而又没有月亮地夜晚，我们在短时间内用眼睛直接能够看到地恒星大约有多颗，而整个天空能被肉眼看到地恒星则大约有颗.如果通过天文望远镜来观测，那看到地恒星可就数不胜数了. 为了方便标识，天文学家们将天上地星星分成许多区域，分别给予命名.历史上许多国家、民族都曾经对星空有过各具特色地划分方法.年，国际天文学联合会做出了统一星区划分地决定，将整个星空划分为个星区，称为星座.每个星座均可由其中亮星地特殊分布辩认出来.比如，北斗七星属于大熊座，北极星属于小熊座，牛郎星属于天鹰座，织女星属于天琴座.（图：星星和星座） 现代星座地名称很多都是根据古代神话故事中地人物命名，如仙女座、猎户座等；也有一些是根据其形态，以动物和器物名称来命名，如大犬座、罗盘座等.个星座在星空中所占地范围有大有小.有地星座很大，如长蛇座、大熊座等，有地星座则很小，如南十字座、天箭座等. 我国古代将星空分为三垣、四象、二十八宿.这种划分方法现已不再使用，但对一些恒星地专用名称，如天狼、老人、牛郎和织女等，却沿用至今.（图：银河中地星座） 【小资料】黄道十二星座 古人观察星象，发现太阳在天空中运行有一定地轨迹，称为黄道.黄道实际穿越了个星座.古代天文学家为了把太阳地运行与一年个月相对应，把黄道等分为段，
以相应地个星座命名，称为黄道十二星座.多出地蛇夫座不幸被排除在十二星座之外了. 这十二个被采纳地黄道星座是：白羊座、金牛座、双子座、巨蟹座、狮子座、室女座、天秤座、天蝎座、人马座、摩羯座、宝瓶座、双鱼座.（图: 黄道十二星座） 太阳大约每月穿行一个星座，当太阳位于某一星座时，占星家们就说这个时期出生地人属于这一星座，并由此延伸出对人性格、命运等问题地各种推测.从天文科学地角度看，两者之间没有任何关系，这种推测完全是无稽之谈. 【思考与讨论】 经历几千年地变化，现在地黄道十二星座实际上已经和占星术中地黄道星座（又称为黄道十二宫）完全不对应了，占星术也早已被现代天文学所抛弃，但作为一种文化现象，却仍在社会上流传.试从历史地角度讨论占星文化地科学与迷信成分，以及仍在社会上流传地原因.LDAYt。 星星地名字 天狼星、牛郎星、织女星、北斗七星等一些亮星地大名早就为人们所知，然而那些暗星又都叫什么名字呢？说起来很有意思，它们和我们人类一样，有名也有姓.
《天文学新概论》判断题 1．12种基本粒子是指6中夸克及轻子。（√） 2．17世纪牛顿提出了万有引力定律。（√） 3．20世纪最早的最富社会影响力的科学工程是阿波罗登月工程。（×）4．FAST望远镜设计的口径是305米。（×） 5．SNO是加拿大的中微子观测台。（√） 6．北双子望远镜位于莫纳克亚。（√） 7．被称为“近代原子核物理之父”的物理学家是汤姆生。（×） 8．波长越长，光子能力越高，波长越短，光子能力越低。（×） 9．当代物理学两大基础理论包括相对论和量子力学。（√） 10．德令哈望远镜建成于1990年。（√） 11．地球板块模型是20世纪最重要的科学模型之一。（√） 12．地球上的物种只有170万种。（×） 13．地球自转是自西向东。（√） 14．地猿始祖种骨架在2009年被发现。（√） 15．地月系的质心是地球中心。（√） 16．第一个将人造卫星送入太空的国家是美国。（×） 17．费马大定律是在1994年被英国著名数学家怀尔斯证明的。（√） 18．根据爱因斯坦的讲话，在牛顿时代领头的学科是天文学，物理学是随着天文学的发展而发展的。（√） 19．哈勃是第一个放在空间站的望远镜。（√） 20．氦元素研究太阳的天文学家发现的。（√） 21．火星上发现甲烷说明火星上可能有比较活跃的地质活动。（√） 22．火星上已经发现存在甲烷。（√） 23．基本粒子模型认为宇宙中的物质由4种基本粒子构成。（×）
24．量子力学主要是解决宏观问题。（×） 25．领导研制世界上第一个宇宙X射线探测器的科学家是美国的戴维斯。（×）26．木星的自转周期和地球一样。（×） 27．目前认为最早的人类出现在50万年。（×） 28．欧洲南方望远镜位于欧洲。（×） 29．水星的自转周期分厂短，只有9个小时。（×） 30．水星的自转周期是176天。（√） 31．水星和金星没有卫星。（√） 32．太阳的周年视运动是地球公转的反应。（√） 33．太阳系中木卫一的半径是1815km，质量比是21300.。（√） 34．太阳系中卫星的总数是31个。（×） 35．天然气是完全来源于动植物遗骸。（×） 36．望远镜的滞后导致我国现代天文学比较落后。（√） 37．我过目前最大口径的射电望远镜是25米的口径。（×） 38．我们在地球上可以看到月球的背面。（×） 39．宇宙是指时间空间和天体的总称。（√） 40．月球表面和地球一样，都有大气层。（×） 41．月球表面重力是地球的1/6。（√） 42．月球面积是地球海洋面积的1/4。（×） 43．月球上没有发现水冰。（×） 44．在伽利略之前人类研究天文现象是没有望远镜的。（√） 45．在月球上发现水冰是2008美国《科学》杂志评选出来的十大科学奖之一。（×） 46．中国已经实现的登月。（×） 47．中国在南极内地建立的南极考察站是中山站。（×）
天文学史 开普勒三定律（椭圆轨道、运行速度、轨道与周期） 引力摄动：另一颗行星的引力导致某行星绕太阳的运动不符合两体假设非牛顿引力摄动：水星、金星近日点进动验证了爱因斯坦广义相对论 钟慢效应：μ介子寿命为×10-6s，以光速运动也仅能行进600m，而宇宙射线在大气外层产生的近光速μ介子却可以以到达地球表面。 引力透镜：由于质量对光的吸引，若被观测的星体与观测者连线上有大质量星系（透镜星系），观测者可能观察到多个像（爱因斯坦十字、双爱因斯坦环） 天体视运动 天体的周日视运动：由于地球自转导致的天体视运动 太阳：东升西落，与当地正午通过天子午线达到最高点，两次通过子午线间的时间为一太阳日（24h） 北京东经度，东八区标准东经120度，北京时间正午12时时北京的太阳时为11点46分 赤道参考系： 把天空幻想为大球，北极指向北天极，南极指向南天极，赤道扩展为天赤道。北天极对地面的高度等于北半球该地的纬度。天赤道与天极的弧距离总是90度，与地平面相交于正东正西方向，且恰好看到一半。天球自东向西旋转，每小时旋转15度，所有星体的视运动轨迹都平行于天赤道。
地平参考系： 以正头顶为天顶，子午线从正南到正北穿过南天极、天顶和北天极平分天球。本地参考系中天体位置在始终改变。 赤道上，一切星体都垂直于地平面升起和落下，所有星体都可见且在地平面上方12个小时 周年视运动：天球坐标系上恒星的坐标固定，由于地球公转导致太阳在天球上向东运动。这也导致了每天同一时间天空状况不同（因为太阳时制）太阳：太阳在天球上的位置始终自西向东移动，每年环绕天球一周，其在天球上的轨迹称为黄道。太阳绕天球一周的时间是天。 太阳日：24h，太阳连续两次到达子午线的时间。 恒星日：23h56min，恒星连续两次到达子午线的时间。恒星日表明了地球自转的真实周期。 由于太阳一直向东运动，所以恒星比太阳运动的快一点。由于我们使用太阳时，恒星每天升起、穿过子午线、下落的时间都要提前约4分钟，经过一个太阳年后回到原地。 4min/day=360degrees 365.24days 24×60min 360degrees 月球视运动：月球也在天球上向东漂移，天后回到原处。月球的盈亏周期称为交合周期，为天 黄道与节气：黄道与天赤道夹角为度，且相交于春分点和秋分点。按顺序距这两点最远的点是夏至点和冬至点。
天文学选修课感想 半个学期过去了，我们的天文学概论选修课就要结课了，久久不能忘怀老师在课堂上的生动解说，久久不能忘记老师的耐心讲解。天文学，对于我来说是一个遥远的名词，小时后不知道多少个夜晚在星空下呆呆地望着，看着天上的星星一眨一眨的眼睛，不知道多少个夜晚在外婆背上看着天上的弯月，听着月亮走我也走的歌谣。如今，我来到了天文学概论的选修课堂上，去了解去解开宇宙的奥妙，我感到无尽的乐趣。 从古至今，天空都总是留给人无限的遐想与繁杂的思索。从开天辟地的盘古到夸父逐日；从太阳神阿波罗到月神阿尔忒弥斯；从天圆地方到地心说。古代人对天象都有极大的兴趣。他们或观今夜天象，已知天下大事，或以星座占卜。人类都把自己的构想和希望寄托给力天空。后来，天文学孕育而生，人类开始系统而又科学地研究天上的星星们，天文学给我们带来了极大的利益与对为来的无限希望。 还记得高中的时候，我就亲身经历了一次天文事件：日全食。我当时是在江西南部，只能看到日偏食，但是还是给我们带来了极大的乐趣。记得那一天早上，同学们就开始热情洋溢地讨论着马上就要来到了日偏食，学校也停课统一组织我们观看中央一台播放的日全食介绍与直播，当日偏食出现的时候，所有同学都蜂拥出外面进行观看，其中的观看手段各种各样，有用墨镜的，有用玻璃片的，还有端一盆水借助反射的，物理老师也向我们传授观看的方法。全校沉浸在日偏食所带来的欢乐中。这是我第一次“观测天象”，这也引发了我极大
的兴趣，我深深的被天文学的奇妙所打动。 所以，对于天文学概论选修课，我抱有极大的兴趣。在老师的第一节课上，我们看到了美丽星夜，而美丽的星座和动人传神的希腊神话更是给人别样的感受。学完这节课，我知道了十二星座的由来，还知道了辨别春夏秋冬四季的星空，更知道了现如今黄道的第十三星座，了解了许多梦幻的希腊神话故事。我顿时被天文学的博大精深所打动，我发现自己已经对其充满了兴趣。后来老师又分别向我们讲述了日象、八大行星、各种天体和恒星的演化过程，更讲述了神秘的黑洞和奇妙的暗物质与暗能量，拓宽了我视野，引发了我对宇宙对生命的思考。 虽然天文学选修概论已经结课了，但我对天文学的热情不减，在以后的生活学习中，我必然会广泛的阅读天文学领域的科普书籍，了解天文知识，我也有兴趣去参加一些天文观测活动。其实，我最期待的是在以后的天文选修课中，老师能带领着我们进行实地观测，这是我梦想着的最好的天文课，虽然这个梦想没有实现，但我仍然希望有一天，他能在我的学弟学妹们身上实现。很感谢老师给我们带来的知识盛宴，给我们在天文知识上指引了方向。最后，我想说：老师，您辛苦了。
第一讲天文学导论 ●古希腊天文学：毕达哥拉斯，亚里斯多德（地球中心学说），托勒密的地球中心学说 天文学的发展期：哥白尼、第谷、开普勒和伽利略 牛顿的万有引力定律 爱因斯坦的相对论 ●开普勒第一定律：（轨道形状）所有行星皆以椭圆轨道环绕太阳运行，而太阳位于椭圆的一个焦点上 ●开普勒第二定律：（行星速度）行星和太阳的（假想）连线在相同的时间内扫过相等的面积。 行星越接近太阳则运行速度越快 近日点，运动最快 远日点，运动最慢 ●开普勒第三定律：（轨道周期）行星公转周期的平方和其到太阳的平均距离的立方成正比 (公转周期)2 = (常数) x (平均距离)3 第二讲天体的视运动 ●月相与食无关 天体的视运动 月全食时月亮变为黄铜色或血红色，这是由于地球大气中的尘埃颗粒折射阳光中的红光并到达月球所致 ●内行星：水星，金星 外行星：火星、木星、土星、天王星和海王星 ●头顶的星空取决于你在地球表面上的位置和当地时间 ●北京时间正午12点（东经120度）时，北京地方时（东经116.5度）即太阳时为11点46分，所以此时北京的太阳在子午线以东约3.5度，再过约14分钟北京“真”正午 ●南北天极：不变的参考点 北天极：北极星 南天极：南十字座 ●天赤道：不变的参考点 所有恒星沿与天赤道平行的路径由东向西运动（圆弧轨迹 在地球两极，天赤道=地平线 ●天顶、地平线和子午线：本地参考系 天顶和子午线的位置不随观测者的地平线移动 相对于星星来讲，天顶和子午线的位置在变 天体的运行（圆弧）轨迹与地平面的夹角为： 90 度-观测者所在地理位置的纬度（=天赤道与地面夹角） ●在北极：所有星星沿与地平面平行的圆轨迹运行，从不下落 赤道上：所有星垂直于地平面升起和下落“可见所有星” ●太阳在天球上的视运动轨迹称为黄道
【绪论】 1. 什么是天文学: 是研究宇宙空间天体、宇宙的结构和发展的学科。内容包括天体的构造、 性质和运行规律等。 2. 天文学的三个分支学科：天体测量学、天体力学、天文物理学 3. 天文和气象的区别：大气层外 vs 大气层内 4. 天文学观测波段: 光学波段；射电波段；X 射线、丫射线波段；紫外线、红外线波段 5. 20世纪天体物理学成就: ① 两大基本理论：恒星演化和宇宙大爆炸模型 ② 全波段天文学、中微子天文学 ③ 20世纪60年代的四大发现：脉冲星、类天体、微波背景辐射、星际分子 【星空划分与运转】 1. 星座的概念：一种具有特征并容易记忆的恒星在天空投影的图案所在天区 2. 星座与星官的区别: 星座有边界，恒星数目不确定；星官无边界，恒星数目确定 ① 三垣：紫薇垣、太微垣、天市垣 ② 四象：北方玄武、南方朱雀、西方白虎、东方苍龙 ③ 二十八宿：月亮每晚停留在一宿 全天88个星座，北天 29,黄道12,南天47 寻找北极星的两种方法 ① 北斗七星勺头两颗星延长五倍即为北极星 ② 仙后座勺口开口方向延长开口宽度的两倍即为北极星 6. 北斗七星的斗柄方向与四季关系 春夏秋冬-东南西北 7. 四季星空典型的代表星座: 春夜大熊追小熊：狮子座、牧夫座、 天文学概论复习 3. 中国古代的三垣四象二十八宿 4. 5. 夏夜牛郎会织女：天鹅座（天津四） 、天琴座（织女星）、天鹰座（牛郎星）
秋夜仙女拜仙后：飞马座、仙女座、英仙座 冬夜猎户会金牛：猎户座 【天球与天球坐标系】 1.天球的概念与特点: ⑴概念：以任意点为球心，任意长为半径，为研究天体的位置和运动而引进 的一个与人们直观感觉相符的假想圆球。 ⑵特点: ① 天球中心任意选取；②天球半径任意选取；③天体在天球上的位置只反映 天体视方向上的投影；④天球上任意两天体的距离用角距表示；⑤地面上不 同点看同一天体视线方向是相互平行的 天球上的基本点、圈：天极与天赤道、天顶天底真地平、天子午圈、卯酉圈、 四方点、黄道和黄极、二分点二至点、天极在天球上的位置 四个天球坐标系：基本点、圈，两个坐标，如何度量 5. 不同纬度处的天体周日视运动：都是等于或平行于天赤道的小圆 永不上升和永不下落天体：S =( 90° -①)vs - (90° - ? ) 天体的中天：天极以南(北)过天子午圈 6. 天体上、下中天时天顶距或地平高度的计算 上中天：z=w - S | 下中天：Z= (90° - ?) + (90° - S ) 太阳中天时的高度：Z 珂-S 7. 太阳的周年视运动: 【时间和历法】 1.什么是时间: 是物质运动过程中的一种标记，它建立在物质运动和变化的基础上 2.时间计量系统建立的基础和要求: ⑴基础：观测物体的运动 2. 北天极的高度等于当地的地理纬度 3. 4. 春分点 夏至点 秋分点 冬至点 a =0 S =0 a =6h S =23.5° a =12h S =0° a =18h S =-23.5°
天文学导论复习资料 88个星座 天狼星：官方名为大犬座α星 双星、聚星、星团 最亮的星：天狼星 牛郎织女相距16光年 头顶的星空取决于你在地球表面上的纬度和当地时间（经度） 天体在天球上东升西落所经历的轨迹（星轨）称为天体的周日视运动 太阳每天东升西落，于当地正午通过子午线达到最高点（上中天） 太阳连续两次到达子午线（正午）的时间间隔，称为一个太阳日，即一天，定义为24小时世界时与本地时间的转换： 北京时间= UT + 8小时 北极：所有星星沿与地平面平行的圆轨迹运行，从不下落 在各地：九十度-纬度=可见星的角度 天赤道平面与地面的夹角= 90 度- 观测者所在地理位置的纬度 在地球上无论何时何地： 天赤道总是与地平面精确地相交于正东正西方向
总能看到1/2天赤道 特例：在地球两极，天赤道=地平线 天赤道是一个方向，不是一个位置 天体的运行轨迹平面与地平面的夹角为： 90 度- 观测者所在地理位置的纬度 （=天赤道与地面的夹角） 所有恒星沿与天赤道平行的路径由东向西运动 在北京：向东看 天体从东偏北方向升起 天体向西偏北方向落下在南半球？ 北半球：北逆南顺 赤道上所有星在地平面上12小时 所有星垂直于地平面升起和下落，“可见所有星” 任何通过子午线的天体都处于距离地平面的最高位置：过中天 太阳一年的轨迹是8，赤道是线段 地球公转+ 地球自转轴倾斜是星辰周日视运动规律变化的原因 每晚同一时刻，看到的星空在连续向西移动 每（白）天同一时刻，太阳相对于背景恒星的位置也在连续向东移动 整个天球包括太阳一天转动一圈，但通过仔细观察你会发现这个规律并不完全正确，因为每昼同一时刻，太阳位置相对于星星向东缓慢移动 每晚同一时刻，星星位置（通过子午线时刻）在缓慢向西移动（TiQian） 太阳再回到原处（相对于相同的背景星）的周期为一年（~365.24天） 太阳在天球上的周年视运动的轨迹（大圆）称为黄道 太阳共走了360 度每天向东移动大约1度~ 2个太阳视直径 太阳日（= 24小时）：太阳连续两次到达子午线的时间间隔（“地球相对于太阳的自转”）太阳时 恒星日（sidereal day）：恒星连续两次到达子午线的时间间隔（地球相对于任一恒星的自转）恒星时 恒星有方向，太阳有位置 一个特定星星一个月后升起的时间将提前约2个小时：
我对天文学的认识 【摘要】天文学就是研究宇宙中的行星、恒星以及星系的科学，以观察及解释天体的物质状况及事件为主，对于我们的生活有很大的实际意义，对于人类的自然观有很大的影响。 【关键词】宇宙测量小行星人类导航 天文学是研究宇宙空间天体、宇宙的结构和发展的学科。内容包括天体的构造、性质和运行规律等。主要通过观测天体发射到地球的辐射，发现并测量它们的位置、探索它们的运动规律、研究它们的物理性质、化学组成、内部结构、能量来源及其演化规律。天文学是一门古老的科学，自有人类文明史以来，天文学就有重要的地位。 天文学研究的对象 天文学所研究的对象涉及宇宙空间的各种星星和物体，大到月球、太阳、行星、恒星、银河系、河外星系以至整个宇宙，小到小行星、流星体以至分布在广袤宇宙空间中的大大小小尘埃粒子。天文学家把所有这些星星和物体统称为天体。从这个意义上讲，地球也应该是一个天体，不过天文学只研究地球的总体性质而一般不讨论它的细节。另一方面，人造卫星、宇宙飞船、空间站等人造飞行器的运动性质也属于天文学的研究范围，可以称之为人造天体。 我们可以把宇宙中的天体由近及远分类为几个层次： (1)太阳系天体：包括太阳、行星（其中包括地球）、行星的卫星（其中包括月球）、小行星、彗星、流星体及行星际介质等。 (2)银河系中的各类恒星和恒星集团：包括变星、双星、聚星、星团、星云和星际介质。太阳是银河系中的一颗普通恒星。 (3)河外星系，简称星系，指位于我们银河系之外、与我们银河系相似的庞大的恒星系统，以及由星系组成的更大的天体集团，如双星系、多重星系、星系团、超星系团等。此外还有分布在星系与星系之间的星系际介质。 天文学研究的内容 天文学按照研究的内容可分为天体测量学、天体力学和天体物理学三门分支学科。天体测量学是天文学中发展最早的一个分支，它的主要内容是研究和测定各类天体的位置和运动，建立天球参考系等。利用天体测量方法取得的观测资料，不仅可以用于天体力学和天体物理研究，而且具有应用价值，比如用以确定地面点的位置。目前，天体测量的手段已从早期单一的可见光波段，发展到射电、红外等其他电磁波段，精度也不断提高，并且从地面扩展到空间，这就是空间天体测量。
2013年下学期城建大学网络通识课考试（天文学新概论） 选择题 1、以下不属于特殊变星特点的是： A.光谱全部为发射线 B.大约一个太阳质量 C.对外有强烈的显峰损失 D.B和C 2.2008年11月发射的了（）空间望远镜。 A.钱德拉 B.哈勃 C.费米 D.勇气号 3.探测黑洞，研究暗物质以及探索星系形成和演化的有力工具是什么? A.多普勒效应 B.哈勃定律 C.质能方程 D.引力透镜效应 4室女座SDSSPJ1306存在着巨型黑洞质量是： A．9亿个太阳质量 B．8亿个太阳质量 C．10亿个太阳质量 D．11个太阳质量 5.星系分为两大类，分别是（）。 A．亮星系和暗星系 B．星系团和单星系 C．大星系和小星系 D．椭圆和漩涡 6.短时伽马暴持续时间小于（）。 A．200毫秒 B．100毫秒 C．2秒 D．1秒 7.（）证明了奇点是广义相对论的必然推论。) A．爱因斯坦 B．史瓦西 C．拉普拉斯
D．罗斯和霍金 8.类星体的中心是： A.氢 B.氦 C.黑洞 D.尘埃 9.属于重子的物质是 A．暗物质 B．中子 C．电子 D．光子 10、如果宇宙密度小于理论上的临界密度，那么宇宙会如何演化？A．收缩 B．膨胀 C．维持现状 D．都有可能 11、月球的昼夜温差是多少？ A．127℃ B．183℃ C．310℃ D．400℃ 12、第一个发现放射性元素的是哪个科学家？ A．费米 B．艾新德 C．居里夫人 D．贝克勒尔 13、万有引力的发现者是： A．爱因斯坦 B．普朗克 C．麦克斯韦 D．牛顿 14、不属于暗物质的性质的是（）。 A．寿命长 B．质量大 C．作用弱 D．磁场强 15、1935年5月武仙座新星爆发时它的亮度增加了多少倍？
1,《中国天文学史》中国天文学史整理研究小组https://www.doczj.com/doc/7b15932658.html,/share/link?shareid=3261731247&uk=521662084 2,《宇宙射电》赵仁扬https://www.doczj.com/doc/7b15932658.html,/share/link?shareid=3276541438&uk=521662084 3,《宇宙七大奇观》J·V·纳利卡https://www.doczj.com/doc/7b15932658.html,/share/link?shareid=3284514138&uk=521662084 《宇宙》卡尔·萨根https://www.doczj.com/doc/7b15932658.html,/share/link?shareid=3292124390&uk=521662084 4,《永远的月球梦》欧阳自远https://www.doczj.com/doc/7b15932658.html,/share/link?shareid=3297016248&uk=521662084 5,《星座与希腊神话》力强https://www.doczj.com/doc/7b15932658.html,/share/link?shareid=3304791303&uk=521662084 6,《星座与传说》小尾信弥https://www.doczj.com/doc/7b15932658.html,/share/link?shareid=3310083374&uk=521662084 7,《星空观测ABC》https://www.doczj.com/doc/7b15932658.html,/share/link?shareid=3320709082&uk=521662084 8,《天文学名著选译》宣焕灿https://www.doczj.com/doc/7b15932658.html,/share/link?shareid=3327987901&uk=521662084 9,《天体物理学概念》马丁·哈威特https://www.doczj.com/doc/7b15932658.html,/share/link?shareid=3333692662&uk=521662084 10,《天体是怎样演化的》李启斌https://www.doczj.com/doc/7b15932658.html,/share/link?shareid=3358375358&uk=521662084 11,《探索流星暴雨之谜》徐品新，欧阳天晶https://www.doczj.com/doc/7b15932658.html,/share/link?shareid=3410667636&uk=521662084
教学日历分四大部分： 一、天文学入门（天文系导论I） 第一章：绪论（9月12-26日） 课堂教学内容： 课程简介； 宇宙概观； 关于天文学科 课外教学活动： 参观校内望远镜； 参观北京天文馆； 作业一：参观感想 第二章：天球和天球坐标系（10月24日-11月14日）课堂教学内容： 天球的概念； 天球坐标系； 作业二 天体的周日视运动； 天体的周年视运动； 作业三 课外教学活动： 使用小望远镜目视观测月亮和大行星 第三章：时间和历法（11月21日-12月5日） 课堂教学内容： 时间计量系统； 地方时、世界时和区时； 恒星时与平时的换算； 作业四 现代时间服务； 历法； 作业五 课外教学活动： 参观古观象台 第四章：天文望远镜（12月12-19日） 获得天体信息的渠道； 天文望远镜； 望远镜的性能； 作业六 第五章：太阳系（12月26日-1月9日）
太阳系概况； 行星； 行星的轨道运动； 行星的视运动； 作业七 月球； 作业八 太阳系小天体 二、近代天文学前沿 第一讲天体物理学发展的世纪回顾与展望（0.5学时） 主要内容：近代天文学发展过程、重大发现和对二十一世纪天体物理学的展望。 教学要求：了解本讲和本课程的基本要求和基本内容。 第二讲寻找另外一个地球 (1.5学时) 主要内容： 地球及其他太阳系行星的基本概况和性质，太阳简介。从人类对太阳系的了解和探测行星方法中，找到对其他恒星的行星系统的探测线索及可行性方法，介绍目前探测的结果和最新进展。了解人类开拓太空的历史、人类对生命的定义及搜索地外文明的历史、方法和进展。 教学要求： 简单了解现代望远镜的新技术与新进展，理解通过已有观测手段寻找另外一个地球的理论基础和方法。 重点：从对我们熟知的地球及其环境的知识，找到对其他恒星的行星系统的探测线索及可行性方法，并了解如何付诸实践。 第三讲太阳和太阳风暴（1.5学时） 主要内容：太阳基本情况和太阳活动。 教学要求：了解太阳作为一颗典型恒星代表的基本性质和太阳的各种活动。 重点：太阳的性质和活动情况。 第四讲为什么把冥王星除名（0.5学时） 主要内容：新的行星定义，冥王星性质和轨道运动，把冥王星除名的原因。 教学要求：掌握新的行星定义 重点：如何运用新的行星定义 第五讲宇宙是起源于一次大爆炸吗？ (2学时) 主要内容：宇宙的膨胀与哈勃定律；热大爆炸宇宙模型及其观测证据。 教学要求：了解宇宙的演化历史，掌握热大爆炸宇宙模型及其观测证据。
《天文学导论》期末复习自测题（恒星与星系部分）注：每个选择题只有一个正确答案。 1.[ ] 太阳内最丰富的原子核是 A)1H； B)2H； C)3H； D)3He； E)4He。 2.[ ] 下面哪一条关于引力能的陈述是错误的？引力能 A)加热太阳为一个原恒星； B)目前为太阳提供能源； C)是核塌缩超新星的能源； D)加热落向黑洞的气体； E)是驾驭宇宙的永动机。 3.[ ]按从内向外排列太阳的结构，位于中间的是 A)色球层； B)对流层； C)辐射层； D)光球层； E)日冕。 4.[ ] 太阳黑子数变化的周期是 A)11个月； B)11年； C)22个月； D)22年； E)没有周期。 5.[ ] 距我们最近的恒星是半人马座alpha 星，其距离大约4.3光年。测量其距离的最 好方法是 A)造父变星； B)哈勃定律； C)视差； D)雷达； E)Ia型超新星。 6.[ ] 秒差距是 A)时间的单位； B)时间差的单位； C)距离的单位； D)距离差的单位； E)速度的单位。 7.[ ] 下面哪一条陈述是正确的？
A)恒星的光度和距离无关； B)恒星的视星等和距离无关； C)恒星的绝对星等和距离无关； D)恒星的亮度和距离无关； E)A和C 8.[ ] 恒星的光谱分类序列现在被理解为是表征 A)恒星大小的序列； B)恒星光度的序列； C)恒星化学成分的序列； D)恒星中心温度的序列； E)恒星表面温度的序列； 9.[ ] 一个恒星如果质量越小，则 A)表面温度越低； B)半径越小； C)光度越低； D)寿命越长； E)上面所有的。 10.[ ] O型主序星在赫-罗图上位于 A)左下； B)右下； C)中心； D)左上； E)右上。 11.[ ] 天狼星和它的伴星是 A)天体测量双星； B)密近双星； C)食双星； D)光学双星； E)目视双星。 12.[ ] 星系的大部分空间充满 A)恒星； B)星际介质； C)行星； D)彗星； E)超新星。 13.[ ] 与小质量恒星相比，大质量恒星形成所需时间 A)更短； B)更长； C)相同； D)没有规律； E)都不对。 14.[ ] 许多恒星形成于同一分子云的证据是 A)星系； B)行星；
清华大学天文学导论笔 记 公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]
天文学史 开普勒三定律（椭圆轨道、运行速度、轨道与周期） 引力摄动：另一颗行星的引力导致某行星绕太阳的运动不符合两体假设非牛顿引力摄动：水星、金星近日点进动验证了爱因斯坦广义相对论 钟慢效应：μ介子寿命为×10-6s，以光速运动也仅能行进600m，而宇宙射线在大气外层产生的近光速μ介子却可以以到达地球表面。 引力透镜：由于质量对光的吸引，若被观测的星体与观测者连线上有大质量星系（透镜星系），观测者可能观察到多个像（爱因斯坦十字、双爱因斯坦环） 天体视运动 天体的周日视运动：由于地球自转导致的天体视运动 太阳：东升西落，与当地正午通过天子午线达到最高点，两次通过子午线间的时间为一太阳日（24h） 北京东经度，东八区标准东经120度，北京时间正午12时时北京的太阳时为11点46分 赤道参考系： 把天空幻想为大球，北极指向北天极，南极指向南天极，赤道扩展为天赤道。北天极对地面的高度等于北半球该地的纬度。天赤道与天极的弧距离总是90度，与地平面相交于正东正西方向，且恰好看到一半。天球
自东向西旋转，每小时旋转15度，所有星体的视运动轨迹都平行于天赤道。 地平参考系： 以正头顶为天顶，子午线从正南到正北穿过南天极、天顶和北天极平分天球。本地参考系中天体位置在始终改变。 赤道上，一切星体都垂直于地平面升起和落下，所有星体都可见且在地平面上方12个小时 周年视运动：天球坐标系上恒星的坐标固定，由于地球公转导致太阳在天球上向东运动。这也导致了每天同一时间天空状况不同（因为太阳时制） 太阳：太阳在天球上的位置始终自西向东移动，每年环绕天球一周，其在天球上的轨迹称为黄道。太阳绕天球一周的时间是天。 太阳日：24h，太阳连续两次到达子午线的时间。 恒星日：23h56min，恒星连续两次到达子午线的时间。恒星日表明了地球自转的真实周期。 由于太阳一直向东运动，所以恒星比太阳运动的快一点。由于我们使用太阳时，恒星每天升起、穿过子午线、下落的时间都要提前约4分钟，经过一个太阳年后回到原地。 4min/day=360degrees 365.24days 24×60min 360degrees 月球视运动：月球也在天球上向东漂移，天后回到原处。月球的盈亏周期称为交合周期，为天
qwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqw ertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiop asdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjk lzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbn mqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwert yuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopas dfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklz xcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnm qwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyu iopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfg hjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcv bnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqw 2016超星尔雅慕课天文学新概论期末考试答案二ertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiop asdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjk lzxcvbnmrtyuiopasdfghjklzxcvbnmqw ertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiop asdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjk lzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbn mqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwert yuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopas dfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklz xcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnm qwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyu iopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfg hjklzxcvbnmrtyuiopasdfghjklzxcvbnm qwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyu iopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfg hjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcv bnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqw ertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiop asdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjk lzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbn mqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwert yuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopas dfghjklzxcvbnmrtyuiopasdfghjklzxcvb
《天文学导论复习提纲2010》 一、 名词解释 视星等；绝对星等；岁差；恒星时；天文单位（AU）；大气窗 口；Fraunhofer线；pp链；CNO循环；3alpha过程；秒差距； 极光；矮行星；微引力透镜；色差；消色差双合透镜；衍射极 限（Airy斑）；主动光学；自适应光学；（地球转动）综合孔径 技术；宇宙线；引力波；激光干涉引力波天文台（LIGO）；激 光干涉空间引力波天文台（LISA）；（恒星）色指数；恒星的 赫罗图；主序星；宇宙距离阶梯；造夫变星；造夫变星的周期 -光度关系；白矮星；中子星；黑洞视界；洛希瓣（Roche Lobes）； 核塌缩超新星；Ia型超星星；SN1987A；脉冲星；磁星（Magnetar，磁中子星）；伽玛暴（GRB）；疏散星团；球状星团；发射星云； 射电21厘米谱线；漩涡星系；椭圆星系；活动星系核（AGN）； 类星体；视超光速；活动星系核的统一模型；宇宙学红移；星 系退行的Hubble定律；宇宙大爆炸；宇宙微波背景（CMB）； 宇宙暴涨；宇宙暗物质；宇宙暗能量 二、 简答题 1.日心说的观测证据？ 2.如何测量太阳系的年龄？ 3.太阳中元素的分布有什么特点？ 4.太阳中的铁元素怎么来的？ 5.如何测量恒星的表面温度？ 6.列举几种探测中微子的原理。 7.什么是太阳中微子短缺问题？ 8.中微子振荡的观测和实验证据有哪些？ 9.太阳黑子为什么黑？ 10.利用日全食检验广义相对论的基本原理。 11.为什么内地行星的原初大气已基本逃逸（无氢、氦）？ 12.地球适合生命存在的条件有哪些？ 13.简述探测（太阳）系外行星的主要方法及其原理。 14.望远镜为什么越大越好？ 15.TeV （1012eV）Cherenkov望远镜的探测原理。 16.氢原子光谱主要有哪些线系？大致在什么波段？ 17.什么是恒星光谱型？太阳的光谱型？ 18.如何测量恒星的大小？
天文学新概论（四十三） 1 【单选题】真空相变可由（）理论推出。 ?A、 ?B、 ?C、 ?D、 我的答案：D 2 【单选题】第一个现代空间望远镜是由哪个国家送上太空的： ?A、 ?B、 ?C、 ?D、 我的答案：D 3 【单选题】第一例γ射线残暴发现时间是： ?A、 ?B、 ?C、 ?D、
4 【单选题】10的15次方克的微型黑洞的寿命是： ?A、 ?B、 ?C、 ?D、 我的答案：B 5 【单选题】中苏签订《禁止核试验》条约是在： ?A、 ?B、 ?C、 ?D、 我的答案：C 6 【单选题】GRB在宇宙空间的分布情况是怎么样的？ ?A、 ?B、 ?C、 ?D、
7 【单选题】一个质量为1015g的微型黑洞的蒸发寿命是多长？ ?A、 ?B、 ?C、 ?D、 我的答案：D 8 【单选题】微型黑洞是怎么产生的？ ?A、 ?B、 ?C、 ?D、 我的答案：B 9 【单选题】霍金根据（）理论指出黑洞质量也可能会减小。 ?A、 ?B、 ?C、 ?D、
10 【单选题】黑洞的寿命和（）有关系。 ?A、 ?B、 ?C、 ?D、 我的答案：C 11 【判断题】如果GRB是在太阳系附近，它的能量不亚于超新星。我的答案：× 12 【判断题】GRB的空间分布是高度各向同性的。 我的答案：√ 13 【判断题】γ射线残暴的本质及能源机制问题，科学家已经解决了。我的答案：× 14 【判断题】霍金提出了黑洞蒸发的观点。 我的答案：√ 15 【判断题】真空不会发生相变。
我的答案：× 天文学新概论（四十四） 1 【单选题】短时伽马暴持续时间小于（）。 ?A、 ?B、 ?C、 ?D、 我的答案：C 2 【单选题】1997年大熊座爆发后几小时观测到X射线余辉？ ?A、 ?B、 ?C、 ?D、 我的答案：A 3 【单选题】1999年观测到的GRB是多少亿年前的？
(天文学新概论) 选择题 1、以下不属于特殊变星特点的是: A.光谱全部为发射线 B.大约一个太阳质量 C.对外有强烈的显峰损失 D.B 和 C 2.2008 年 11 月发射的了()空间望远镜。 A.钱德拉 B.哈勃 C.费米 D.勇气号 3.探测黑洞,研究暗物质以及探索星系形成和演化的有力工具是什么 A.多普勒效应 B.哈勃定律 C.质能方程 D.引力透镜效应
4 室女座 SDSSPJ1306 存在着巨型黑洞质量是: A.9 亿个太阳质量 B.8 亿个太阳质量 C.10 亿个太阳质量 D.11 个太阳质量 5.星系分为两大类,分别是()。 A.亮星系和暗星系 B.星系团和单星系 C.大星系和小星系 D.椭圆和漩涡 6.短时伽马暴持续时间小于()。 A.200 毫秒 B.100 毫秒 C.2 秒 D.1 秒 7.()证明了奇点是广义相对论的必然推论。 A.爱因斯坦
B.史瓦西 C.拉普拉斯 D.彭罗斯和霍金 8.类星体的中心是: A.氢 B.氦 C.黑洞 D.尘埃 9.属于重子的物质是 A.暗物质 B.中子 C.电子 D.光子 10、如果宇宙密度小于理论上的临界密度,那么宇宙会如何演化? A.收缩 B.膨胀 C.维持现状
D.都有可能 11、月球的昼夜温差是多少?A.127℃B.183℃C.310℃D.400℃ 12、第一个发现放射性元素的是哪个科学家? A.费米 B.艾新德 C.居里夫人 D.贝克勒尔 13、万有引力的发现者是: A.爱因斯坦 B.普朗克 C.麦克斯韦 D.牛顿 14、不属于暗物质的性质的是()。 A.寿命长 B.质量大 C.作用弱 D.磁场强
天文学的学习与认识 小的时候，我就对天空兴趣十足，经常好奇的望着星空，那些神秘的星星，连成不同的图案，美轮美奂，令人神往。 天文学是一门古老的科学，它一开始就同人类的劳动和生存密切相关。天文学家观测从行星、恒星、星系等各种天体来的辐射，小到星际的分子，大到整个宇宙。天文学家测量它们的位置，计算它们的轨道，研究它们的诞生，演化和死亡，探讨它们的能源机制。 由于科技的不断发展，人们对天文学有了进一步的认识，在研究等方面都取得了突破性的进展。天文学正大步向前发展。而就在几天前，我国刚刚发射了嫦娥5号，这是中国乃至世界对太空的又一次探索，他可以告诉我们宇宙的信息。正是这些科技的出现与发展，才使得我们对天文的观测更加准确，范围更广。 通过听天文学导论的课，我对天文学有了一定的了解。天文学是研究天体、宇宙的结构和发展的自然科学，内容包括天体的构造、性质和运行规律等。人类生在天地之间，从很早就在探索宇宙的奥秘，因此天文学是一门古老的科学，而他又是当前人类的最高科技，他既连接过去，又开创未来。天文学主要通过观测天体发射到地球的辐射，发现并测量它们的位置、探索它们的运动规律、研究它们的现状及其演化规律，来发现宇宙的奥秘。随着人类社会的发展，天文学的研究对象从太阳系发展到整个宇宙。“几乎所有的自然科学分支研究的都是地球上的现象，只有天文学从它诞生的那一天起就和我们头顶上可望而不可及的灿烂的星空联系在一起”。天文学家观测从行星、恒星、星系等各种天体来的辐射，小到星际的分子，大到整个宇宙。天文学家测量它们的位置，计算它们的轨道，研究它们的诞生，演化和死亡，探讨它们的能源机制。 从古至今，从东方到西方，世界各地的人们一直对天文十分感兴趣。古代的天文学家仅仅依靠肉眼观察天空，1608年，人们发明了望远镜，此后，天文学家就能够更清楚的观察恒星和行星了。意大利科学家伽利略，就是最早使用望远镜研究太空的人之一。今天天文学家使用许多不同类型的望远镜来收集宇宙的信息。有些望远镜可以收集到来自遥远天体的微弱亮光，如X射线。绝大多数望远镜是安放在地球上的，但也有些望远镜被放置在太空中，沿着轨道运转，如哈勃太空望远镜，开铺顿太空望远镜，空间红外望远镜等。现在，天文学家还能够通过发射的航天探测器来了解某些太空信息。天文学的研究范畴和天文的概念从古至今不断发展。在古代，人们只能用肉眼观测天体。2世纪时，古希腊天文学家托勒密提出的地心说统治了西方对宇宙的认识长达1000多年。直到16世纪，波兰天文学家哥