近代天文学的奠基人
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天文学基础知识 1．什么是宇宙？ 宇宙是天地万物，是广漠空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称。 辨证唯物主义哲学认为，世界的本质是物质的，物质可以转换不同的存在形式，但在本质上是永久存在，永久不灭的。宇宙是普遍永恒的物质世界，在空间和时间上都是无限的。从空间看宇宙是无边无际，它没有边界，没有形状，也没有中心，如果承认宇宙以外还有什么东西，就否认了世界的物质本性；从时间看宇宙无始无终，它没有起源，没有年龄，也不会终结，如果承认宇宙有起源，就会导致创世说，实际上也否认了世界的物质本性。 但具体事物的有限性也不能否认。宇宙的无限与具体事物的有限并不矛盾，因为只有无数具体的有限才能构成全部的无限。人类观察到的宇宙是动态的，随着科学技术的进步，人类所知的宇宙在不断扩大。18世纪以前人类认识宇宙的范围只限于太阳系，随后认识到太阳系以外还有千亿个恒星，它们组成了银河系。19世纪人类又发现了河外星系，发现银河系在宇宙大家庭中只不过是相当渺小的一员。20世纪50年代的光学望远镜、60年代的射电天文望远镜把人类对宇宙的探测距离猛增，人类可以永远扩大自己对物质世界的观察视野，不会停留于某一固定的边界上，这有力证明宇宙是无限的。 天文学上通常将天文观测所及的整个时空范围称为“可观测宇宙”，有
时又叫“我们的宇宙”，或简称“宇宙”。现代科学的基本观念之一，就是可观测宇宙也像其他事物一样，有它诞生发展的历史。据现代宇宙学说估算，宇宙年龄是极其漫长的，约为150亿岁；可观测的全部宇宙空间是极为庞大的，已观测到的最远的星系距离我们大约150亿光年。 宇宙既有统一性又有多样性。宇宙的统一性在于它的物质性，宇宙的多样性在于物质的表现形式千差万别，组成宇宙的物质在存在状态、质量和性质上有着极大的差异。 宇宙是由各类天体和弥漫物质组成的。宇宙中有形形色色的天体，恒星、星云、行星、卫星、彗星、流星等天体都是宇宙物质的存在形式。2．什么是恒星和星云？ 宇宙中最主要的天体是恒星和星云，因为它们拥有巨大的质量。恒星是由炽热气态物质组成，能自行发热发光的球形或接近球形的天体。恒星是像太阳一样本身能发光的星球，晴夜用肉眼看到的许多闪闪发光的星星中，绝大多数是恒星。星云是由极其稀薄的气体和尘埃组成的，形状很不规则，似云雾状的天体。 3．什么是星系？ 由无数恒星和星际物质构成的巨大集合体称为星系。它们的尺度可以从几千到几十万光年。星系或称恒星系，是宇宙系统中的重要一环。星系数量众多。到目前为止，人们已在宇宙中观测到了约1000亿个星系。地球就处在由1000多亿颗恒星以及银河星云组成银河系中。有的星系离银河系较近，可以清楚地观测到它们的结构。离银河系最
天外有天 ——现代宇宙学的兴起与发展王远谋101170067 匡亚明学院（大气科学学院基地班）
20世纪的天文学，天体物理学是其主流。最引人瞩目的成就是诞生了将整个宇宙作为研究对象的现代宇宙学。以爱因斯坦的相对论为理论基础，以大尺度的天文观测，特别是河外星系的普通红移和宇宙背景辐射为事实依据，宇宙学展示了宇宙整体的物理特征，将人类对宇宙的探索提升到了一个新的高度。本文就现代宇宙学的几大重要成果——宇宙的诞生（宇宙大爆炸理论的提出），宇宙的年龄（哈勃定律的提出），以及暗物质，暗能量的提出叙述现代宇宙学的兴起与发展。 关键词：宇宙年龄；大爆炸理论；宇宙膨胀；哈勃定律；暗物质，暗能量
在近代自然科学产生以前，传统的观点（亚里士多德）认为，宇宙是一个有边有界的的世界，宇宙的最外层是由恒星天构成，恒星天是宇宙的边界。 在牛顿的无限无边的宇宙图景中，宇宙是一个三维的欧几里得空间，在任何一个方向均可无限延展下去。在这个无限大的“箱子”中，布满了无限多的天体，这些天体在万有引力作用下按牛顿定律运动。然而，这种宇宙图景在解释经验事实上遇到了困难，出现了“引力佯谬”“光度佯谬”等。 “光度佯谬”由奥尔柏斯在1826年提出，表达如下。 按照牛顿的宇宙图景可以作以下推论： 1.在无限的空间中，充满了无限多的星体。 2.每颗星星虽然有生有灭，但从整体上看，可以认为宇宙的物质密度保持常数。 3.时间是无限的，从整体上讲，星体可以无限期存在。 4.无限远处星体的光，总可以通过无限长的时间传到地面。 5.在地面上，黑夜将像白天一样光亮。 这显然是荒谬的。 1.哈勃定律 1929年，哈勃发表了《河外星系距离与视向速度的关系》一文，提出了闻名于世的“哈勃定律”，给出了简明的哈勃公式—— 河外星系离我们越远，它逃离的速度也越快，且二者成正比关系。 这表示我们所在的宇宙是在不断地向外膨胀，这种膨胀是一种全空间的均匀膨胀。因此，在任何一点的观测者都会看到完全一样的膨胀，从任何一个星系来看，一切星系都以它为中心向四面散开，越远的星系间彼此散开的速度越大。 早在1912年，施里弗(Slipher)就得到了“星云”的光谱，结果表明许多光谱都具有多普勒(Doppler)红移，表明这些“星云”在朝远离我们的方向运动。随后人们知道，这些“星云”实际上是类似银河系一样的星系。1929年哈勃(Edwin Hubble)对河外星系的视向速度与距离的关系进行了研究。当时只有46个河外星系的视向速度可以利用，而其中仅有24个有推算出的距离，哈勃得出了视向速度与距离之间大致的线性正比关系。现代精确观测已证实这种线性正比关系 v d H 其中v为退行速度，以千米／秒为单位，d为星系距离，以百万秒差距为单位, H为比 例常数，称为哈勃常数,这就是著名的哈勃定律。 哈勃定律有着广泛的应用，它是测量遥远星系距离的唯一有效方法。只要测出星系谱线的红移，再换算出退行速度，便可由哈勃定律算出该星系的距离。哈勃定律中的速度和距离不是直接可以观测的量。直接观测量是红移和视星等。因此，真正来自观测、没有掺进任何假设的是红移-视星等关系。在此基础上再加上一些假设，才可得到距离-速度关系。 哈勃这一发现的意义真是无可估量，使人类对于宇宙的认识产生了飞跃的、质的提高，他因而也被人们尊称为“星海将军”、“宇宙边疆开拓者”、“星系天文学之父”。可以说，没有哈勃一系列的开创性工作，就不会有后来的“大爆炸”学说。
公元前～公元元年的大事记 中国《书经》有世界最早(公元前2137年)的日食记录， 公元前2000年左右，中国测定木星绕天一周的周期为12年。 公元前十四世纪，中国殷朝甲骨文(河南安阳出土)中已有日食和月食的常规记录，以及世界上最古的日珥记事。 公元前十二世纪，中国殷末周初采用二十八宿划分天区。 公元前十一世纪，传说中国周朝建立测景台，最早测定黄赤交角。 中国《诗经·小雅》上有世界最早(公元前776年)的可靠的日食记事。 自公元前722年起，直至清末，中国用干支记日，从未间断。这是世界上最长久的记日法。 公元前约700年，中国甲骨文(河南安阳出土)上已有彗星观察的记载。 公元前七世纪，中国用土圭测定冬至和夏至，划分四季。 公元前687年，中国有天琴座流星群的最早记录。 公元前611年，中国有彗星的最早记录，这个彗星即后来得名的哈雷彗星。 公元前七世纪，巴比伦人发现日月食循环的沙罗周期。 公元前六世纪，中国采用十九年七闰月法协调阴历和阳历。 公元前585年，发生第一次被预测的日全食(古希腊泰勒斯)。 公元前440年，发现月球的位相以19年为周期重复出现在阳历的同一日期(古希腊默冬)。 公元前五世纪，提出日月星辰绕地球作同心圆运动的主张(古希腊欧多克斯)。 公元前五世纪，论证大地是球形的，认为晨星和昏星是同一颗金星。并提出银河是由许多恒星密集而成的(古希腊巴门尼德、德谟克利特)。 公元前五世纪，提出月食的成因，并认为月球因反射太阳光而明亮(古希腊阿那萨古腊)。 公元前350年左右，战国时代，编制了第一个星表，后称“甘石星表”(中国甘德、石申)。 公元前350年左右，战国时，已认识到日月食是天体之间的相互遮掩现象(中国石申)。
天文学的发展 现代天文学与诺贝尔物理学奖讲授提纲一，天文学的发展 1，天文学的发展历史 2，天文学的研究对象 3,天文学和物理学的关系 4,天文学与诺贝尔物理学奖 1,天文学的发展 天文学历史悠久 近代天文学发展迅速 发展余地很大 新成果还会不断出现 老结论可能被修改和推翻三大学科： 天体测量学：测量天体的位置和距离天体力学：研究天体之间的关系天体物理：研究天体的形态、物理状态、结构、化学组成； 天体的产生和演化天体物理学是主流天文学三大观测波段： 光学天文射电天文 X射线和γ射线 （紫外、红外、中微子、 引力波、宇宙线） 远比人的眼睛看得远、看得广 被动接收 2，天文学研究对象行星层次,地球、其它八大行星，小行星、彗星、陨星恒星层次,太阳及其它恒星星系层次,银河系、河外星系、 类星体、星系群、星系团宇宙整体（可观测的宇宙） 人类了解最多、能深入探讨的天体地球（行星） 太阳系（行星系统） 太阳（恒星） 银河系（星系） 可以说是几个,孤本”，没有其它天体可以与之相比！ 行星层次 水星、金星、地球、火星、木星、 土星、天王星、海王星和冥王星。 小行星（小行星带在火星和木星轨道之间） 彗星 陨星太阳系九大行星（合成照片） 行星层次研究 1,第谷,测量天体的位置及变化（观测资料积累） 2,开普勒发现行星三大定律 （资料分析，经验定律） 3,牛顿万有引力定律（由天体运行总结出物理规律，成为天体物理的里程碑） 太阳系研究的重大进展 托勒玫－地球中心说 哥白尼－太阳中心说 开普勒－行星运动三定律
牛顿－万有引力太阳系行星的空间探测最热门 人类要突破只能被动观测的局限登月和探测火星，人类对宇宙奥秘的探索是无止境的！ 有没有生命（或适合生命繁衍生存的条件）？ 有没有值得开采的矿产？ 有没有可能成为人类生活、科研的基地？（月基天文台等） 恒星层次 1，赫歇尔等：恒星的亮度和光谱观测（观测资料积累） 2，赫茨普龙和罗素：赫罗图 （光谱型－绝对星等） 3，爱丁顿、钱德拉塞卡等恒星演化理论（热核聚变理论为核心） 太阳丰富多彩的恒星世界 正在诞生的恒星恒星爆炸恒星演化的归宿： 白矮星、中子星和黑洞 恒星的能源恒星的化学成分来源恒星的内部结构星系层次 1，哈勃等发现河外星系＋确定距离（观测资料积累） 2，哈勃：哈勃定律（宇宙在膨胀）（经验定律）退行速度和距离成正比 3，伽莫夫大爆炸宇宙论（热核聚变理论为核心） 银河系银河系大得惊人（ 10万光年） 约有 1000多亿颗恒星。 银河系外有数十亿个河外星系最远的距离可达 150亿光年空间尺度地球直径 1.3× 10-9光年太阳直径1.47× 10-7光年太阳系范围 1.2× 10-3光年最近的恒星4.3× 光年银河系范围 105光年（十万光年） 最近的星系 106光年（百万光年） 富星系团 107光年（千万光年） 可测宇宙1.5× 1010光年（ 150亿光年） 天体空间尺度比较示意图 3，天文学与物理学相互促进物理学是天文学的理论基础原子物理学、量子力学、原子核物理学、狭义相对论、广义相对论、等离子体物理学、固态物理学、致密态物理学、高能物理学相对论天体物理学；等离子体天体物理学；高能天体物理学；宇宙磁流体力学；核天体物理学天体和宇宙是物理学的巨大实验室天文观测为物理学的基本理论提供了地球上实验室无法得到的物理现象和物理过程。在宇宙中所发生的种种物理过程比地球上所能发生的多得多。 （ 1）极端物理条件实验室如中子星：超高密、超强磁场、 超强压力、超高温和超强辐射的空间实验室 （ 2）引力实验室 （ 3）等离子体实验室 （ 4）超流超导实验室 （ 5）高能带电粒子加速器等天文学与物理学的相互促进 20世纪初物理学家预言： 光线在太阳引力场中弯曲 水星近日点的运动规律 引力场中的光谱红移 中子星的存在 宇宙微波背景辐射的存在
星海求知：天文学的奥秘 成绩： 91.0分 一、单选题（题数：40，共 40.0 分） 1黑洞视界大小与以下哪个名词有关()（1.0分）1.0 分 A、 史瓦西半径 B、 钱德拉塞卡极限 C、 奥本海默极限 D、 洛希极限 我的答案：A 2梅西耶星表收录的天体不包括()。（1.0分）1.0 分 A、 星云 B、 星团 C、 星系 D、 彗星 我的答案：D 3以下传统黄道十二星座中,中文名称与天文学所用的星座名称一致的是()。（1.0分）1.0 分A、 水瓶 B、 处女 C、 射手 D、 双子 我的答案：D 4关于奇点,下列说法错误的是( )。（1.0分）1.0 分 A、 时空曲率无穷大 B、 体积为0 C、 温度无限小 D、 密度无限大
我的答案：C 5以下哪个星云不可能是恒星的诞生场所()（1.0分）1.0 分 A、 猎户座大星云 B、 鹰状星云 C、 天琴座行星状星云 D、 玫瑰星云 我的答案：C 6人类对UFO的猜测和认识不包括（1.0分）1.0 分 A、 可能是敌对国家的秘密武器 B、 可能是地球以外的天体到访 C、 结果是各种大气、生物、人造天体现象 D、 肯定是存在外星人的确凿证据 我的答案：D 7黑洞、白洞和虫洞当中,目前可以视为已经有观测证据的是()。（1.0分）1.0 分A、 黑洞 B、 白洞 C、 虫洞 D、 都没有 我的答案：A 8活动星系核的质量至少应该是太阳质量的多少倍()（1.0分）1.0 分 A、 10 B、 1000 C、 1000000 D、 1000000000.0 我的答案：C 9下列哪个选项是生命存在所需的最基础物质( )（1.0分）1.0 分 A、 液态水
中国古代天文学 天文学的起源可以追溯到人类文化的萌芽时代。远古时候，人们为了指示方向，确定时间和季节，就自然会观察太阳、月亮和星星在天空中的位置，找出它的随时间变化的规律，并在此基础上编制历法，用于生活和农牧业生产活动。从这一点上来说，天文学是最古老的自然科学学科之一。早期天文学的内容就其本质来说就是天体测量学。 中国古代的天象纪事 早在新石器时代，中国的先民们就注意到物侯和天象的周期变化有密切的联系，于是开始了对日、月等天象的观察。此后，中国人长期不断地辛勤致力于天象的观察和记录，取得了辉煌的成就，留下了关于太阳黑子、彗星、流星、新星等的各种记录。这些天象纪事不仅内容详实，年代延续，其中许多还是世界上最早的记录，至今对于现代天文学的研究仍起到重要的作用，是一份极为珍贵的文化遗产。 日出黄有黑气——黑子的记录 黑子是太阳表面的气体漩涡，由于其温度比太阳其它部分的温度低，所以光芒也较之其它处幽暗一些，从地球上看仿佛是太阳表面出现了黑色的斑点或斑块，所以又称日斑。关于太阳黑子，中国有世界上最早的观测记录。大约在公元前140年前的《淮南子》一书中就有“日中有踆乌”的记述。现今世界公认的最早的太阳黑子记事，是载于《汉书?五行志》中的河平元年(公元前28年)三月出现的太阳黑子:“河平元年……三月己未，日出黄，有黑气大如钱，居日中央。”这一记录将黑子出现的时间与位置都叙述得详细清楚。 有星孛入于北斗——彗星的记录 彗星是绕太阳运行的一种质量较小的天体，呈云雾状的独特外貌。彗星包括彗发、彗核、彗尾三部分。彗尾是彗星离太阳近时，彗发变大，太阳风和太阳的辐射
压力把彗发的气体和微尘推开生成的，形状像一把大扫帚，所以在中国民间又把彗星叫做“扫帚星”。中国对彗星的观测和研究已有四千多年历史，拥有世界上最早、最完整的彗星记录。我国古代称彗星为“星孛”，《春秋》上记录了鲁文公十四年(公元前613年)出现的彗星:“秋七月，有星孛入于北斗。“这是关于哈雷彗星的最早记录。 朔月辛卯日有食之——日食的记录 日食是一种太阳被月球遮蔽的现象。当月球在绕地球运行过程中，有时会走到太阳和地球中间，这时月球的影子落到地球表面上，位于影子里的观测者便会看到太阳被月球遮住，这就是日食。书经?胤征篇》记载:“乃季秋月朔，辰弗集于房……，瞽奏鼓，啬失驰，遮人走……”，描述了夏代仲康元年日食发生的时候人们惊慌失措的场面。《诗经?小雅》中还以诗歌的形式记载着发生的日食:“十月之交，朔日辛卯，日有食之”。从我国春秋时期到清代同治十一年(公元前770年——公元1874年)，有记载的日食共985次，其中年月不符，无日食可考的仅有8次，不及总数的1%。 夜中星陨如雨——流星的记录 繁星密布的夜空中，常常能看到一道白光一闪而逝，这就是流星。有时候还能看到天空的某个区域有无数亮光四下飞流，好像下雨一样，这就是壮观的流行雨现象。流星和流星雨是行星际空间中称为流星体的尘粒和固体块闯入地球大气圈同大气摩擦燃烧产生的光迹。 中国人对流星群、流星的记载，早于其他国家。古书《竹书纪年》中就有关于流星的记录:“夏帝癸十五年，夜中星陨如雨。”《左传》的记载，鲁庄公七年“夏四月辛卯夜，恒星不见，夜中星陨如雨”，是世界上最早的天琴座流星雨记录。我国古代的流星雨记录达180次之多。 星见于房——新星和超新星的记录
一、单选题（题数：40，共 40.0 分） 1 泡利不相容原理具体指的是同一体系内的任意两个()不可能有完全相同的运动状态。（1.0分）1.0分 ?A、 电子 ? ?B、 质子 ? ?C、 中子 ? ?D、 原子核 ? 我的答案：A 2 花样滑冰运动员在冰上旋转时,哪种动作可以获得更快的转速?()（1.0分） 1.0分 ?A、 下蹲和直立、双臂向上双腿向下并拢 ? ?B、 下蹲和单足点地,其余三肢全部横向伸展 ? ?C、 张开双臂和直立、双臂向上双腿向下并拢 ? ?D、 张开双臂和单足点地,其余三肢全部横向伸展 ?
我的答案：A 3 中国古人记载的公元185年超新星爆发的文字中,有可能反映了恒星化学组成的变化的语句是()。（1.0分）1.0分 ?A、 客星出南门中 ? ?B、 大如半筵 ? ?C、 五色喜怒 ? ?D、 至后年六月消 ? 我的答案：C 4 太阳的寿命预计还有()亿年。（1.0分） 1.0分 ?A、 46 ? ?B、 50 ? ?C、 100 ? ?D、 700 ? 我的答案：B
理论上应该出现的在各个不同波段,辐射强度分布的情况,这种分布被称为( )。（1.0分）1.0分 ?A、 正太分布 ? ?B、 普朗克分布 ? ?C、 t分布 ? ?D、 泊松分布 ? 我的答案：B 6 黑洞二字分别指的是()。（1.0分） 1.0分 ?A、 这个天体是黑色的和天体存在洞穴结构 ? ?B、 这个天体是黑色的和所有的物质在视界内都往中心奇点坠落 ? ?C、 任何电磁波都无法逃出这个天体和天体存在洞穴结构 ? ?D、 任何电磁波都无法逃出这个天体和所有的物质在视界内都往中心奇点坠落 ? 我的答案：D
一、单选题(题数:40,共 40、0 分) 1 泡利不相容原理具体指的就是同一体系内的任意两个()不可能有完全相同的运动状态。(1、0分) 1、0分 ?A、 电子 ? ?B、 质子 ? ?C、 中子 ? ?D、 原子核 ? 我的答案:A 2 花样滑冰运动员在冰上旋转时,哪种动作可以获得更快的转速?()(1、0分) 1、0分 ?A、 下蹲与直立、双臂向上双腿向下并拢 ? ?B、 下蹲与单足点地,其余三肢全部横向伸展 ? ?C、 张开双臂与直立、双臂向上双腿向下并拢 ? ?D、 张开双臂与单足点地,其余三肢全部横向伸展
我的答案:A 3 中国古人记载的公元185年超新星爆发的文字中,有可能反映了恒星化学组成的变化的语句就是()。(1、0分) 1、0分 ?A、 客星出南门中 ? ?B、 大如半筵 ? ?C、 五色喜怒 ? ?D、 至后年六月消 ? 我的答案:C 4 太阳的寿命预计还有()亿年。(1、0分) 1、0分 ?A、 46 ? ?B、 50 ? ?C、 100 ? ?D、 700
我的答案:B 5 理论上应该出现的在各个不同波段,辐射强度分布的情况,这种分布被称为( )。(1、0分) 1、0分 ?A、 正太分布 ? ?B、 普朗克分布 ? ?C、 t分布 ? ?D、 泊松分布 ? 我的答案:B 6 黑洞二字分别指的就是()。(1、0分) 1、0分 ?A、 这个天体就是黑色的与天体存在洞穴结构 ? ?B、 这个天体就是黑色的与所有的物质在视界内都往中心奇点坠落 ? ?C、 任何电磁波都无法逃出这个天体与天体存在洞穴结构 ? ?D、 任何电磁波都无法逃出这个天体与所有的物质在视界内都往中心奇点坠落
北京师范大学2010～2011学年第二学期期末考试 近代天文学前沿（A卷）答案 答案写在答题纸上，写在试题上无效 前3题答对要点即可。 1、射电天文学的兴起对近代天文学的发展影响至深，请列出有哪些天体物理学的重要发现来 自射电天文学，并就其中一项阐明其发现过程。（25分） 答：上世纪六十年代四大发现都与射电天文有关。 四大发现：类星体，脉冲星，星际分子，宇宙微波背景辐射。 如： 脉冲星： 1932年L. D. Landau预言简并中子流体的存在。 1934年W. Baade和F. Zwicky预言超新星爆发产生中子星 1939年J. R. Oppenheimer计算出第一个中子星理论模型 1967年J. Bell发现第一颗射电脉冲星 PSR 1919+21 1968年T. Gold提出旋转中子星的脉冲星模型 1968年探测到船帆座超新星遗迹和蟹状星云中的脉冲辐射 2、哈勃定律是怎样被发现的？其天文学意义表现在哪里？（25分） 答：1912-1920年，V. M. Slipher通过测量旋涡星系谱线的Doppler位移发现绝大多数的星系具有谱线红移，即它们正在远离银河系。1929年Hubble与Humason发现由星系谱线红移 得到的星系退行速度V与星系的距离r成正比，称为哈勃定律：V＝H0×r 天文学意义：哈勃定律反映了宇宙的膨胀。是宇宙大爆炸理论重要观测支持。 由宇宙膨胀引起的星系的谱线红移称为宇宙学红移 (cosmological redshift)。 星系的距离r＝V/H0。 如果宇宙的膨胀是均匀的，可以确定：宇宙的年龄 t＝r/V＝1/H0 星系的退行表明在过去它们必定离得很近：宇宙膨胀的起点问题。 3、LAMOST是我国自主研制的一台光学望远镜，这台望远镜在光学设计上有什么特点？适宜 开展什么样的天文观测研究？（25分） 答：LAMOST：大天区面积多目标光纤光谱望远镜。是一架我国自主创新的，在技术上非常有挑战性的大型光学望远镜。是我国最大的光学望远镜（主镜为6米）和国际上最大口径的大视场光学望远镜。光学设计上特点，如： 1）拼接镜面主动光学技术及在一个光学系统中同时采用两块大拼接镜面（37块1.1米六角形子镜拼接成6.67米×6.58米的主镜，以及24块1.1米六角形子镜拼接成的5.72米×4.4米反射施密特改正镜）；2）六角形可变形镜面主动控制和波前检测技术；3）4000根光纤单元在焦面上的精确定位；4）多目标光纤光谱技术；5）大视场与大口径兼备。 适宜开展天文观测研究：大规模多目标的光谱巡天，将使人类观测天体光谱的效率提高一个数量级（至千万量级），走到世界的前沿；宇宙的起源；天体演化；太阳系外行星探索等方面。 4、将附页的一段英文翻译成中文。（25分） 答：如果我们用目前可用的最好的望远镜探测宇宙，我们会发现无论哪个方向本质上图像都是
近代前期的天文学 鸦片战争后到五四运动前是中国传统天文学向近代天文学转变过程中的一个重要的过渡时期。鸦片战争后，为了谋求国家的富强，中国大地上出现了一股向西方学习科学技术的潮流。西方近代天文学知识开始全面传入中国，传统天文学逐渐遭到淘汰，而为近代天文学所取代，且在清末的一些学校中出现了天文学教育。从十九世纪七十年代起，西方列强开始在中国建立近代天文台。民国初年，政府接管清钦天监，成立了中央观象台，并出现了一座民办军山天文台，开始进行近代天文观测和研究工作。这时中国已有了近代天文事业的萌芽。 第一节近代天文学知识的传入 自明末清初起，西方的近代天文知识已有部分传入中国，但传入的内容和产生的影响都极其有限，只是改变了中国的天文学方法，即西方的几何模型方法代替了传统的代数方法，而并未改变中国天文学的性质。中国的天文学仍是为皇权服务而以历算和星占为主的宫廷天文学。中国传统天文学的御用性以及知识界盛行的“西学中源”说大大阻碍了天文学的发展，以致直到十九世纪上半叶，作为近代天文学基础的哥白尼日心地动说还仍然遭到封建学者的反对。而在那时的欧洲，随着观测技术的改进和理论研究的进展，近代天文学早已有了巨大的发展。 鸦片战争后，随着五口通商和一系列不平等条约的签订，西方人士纷纷来华，形成第二次西学东渐，近代天文知识再度传入中国。传入的主要途径是中国少数先进知识分子与热心介绍西方科技知识的西洋传教士一起合作译著、出版近代天文学书籍。 最早系统介绍西方近代天文学的译著是中国著名学者李善兰与英国传教士伟烈亚力合译的《谈天》。《谈天》译自英国著名天文学家约翰·赫歇尔（J.Herschel，1792—1871）的名著《天文学纲要》（The Outlines ofAstronomy），是根据该书1851 年的新版译出，1859 年在上海墨海书馆出版。全书分18 卷，以哥白尼的日心地动说、开普勒行星运动定律和牛顿的万有引力定律为基础，介绍了天体测量方法，天体力学的基本理论，太阳系的结构和天体的运动规律，以及恒星周年视差、光行差、小行星、天王星、海王星等一系列天文新发现，以及赫歇尔父子对双星、变星、星团和星云的观测结果，首次向国人展示了西方近代天文学的全貌，其与中国传统天文学完全不同，使人耳目一新。李善兰还在《谈天》一书的序言中驳斥当时一些知识名流反对哥白尼学说的种种谬论，并以力学原理和恒星光行差、视差等事实证明日心地动说和开普勒行星轨道椭圆理论已是“定论如山，不可移矣”。声称“余与伟烈君所译《谈天》一书，皆主地动及椭圆立说，此二者之故不明，则此书不能读”①。《谈天》出版后，受到社会的广泛重视和欢迎，使哥白尼学说在中国站稳了脚跟，从此近代天文学得以在中国广为传播，传统天文学逐渐遭到淘汰，而以探索宇宙为目的的现代意义上的天文学逐渐为国人了解和接受，并日渐深入人心。因此《谈天》在中国传统天文学向近代天文学的转变中起了关键性的作用。 ①Hu Min-fu：Linear Integro-Differential Equations with a Boundary Condi-tion.《Transactions of AmericanMathematical Society》，19，363—402. 在李善兰与伟烈亚力所译的《谈天》刊出15 年后，江南制造局翻译馆的徐建寅（1845—1901）与伟烈亚力又根据《天文学纲要》的最新版本（第12版）续译其增订部分，把截止1871 年的最新天文学成果补充译出，于1879年刊印《谈天》增订本。 1880 年江南制造局翻译馆刻印了美国林乐知（Y.J.Allen，1836—1907）口译，郑昌棪笔述的译著《格致启蒙·天文学》。该书译自英国天文学家洛基尔（J.N.Lockyer，1836－1920）的著作《天文学》，是英国麦克米伦公司出版的科学初级丛书之一①。全书共分七章，介绍地球、月球、太阳系各行星、彗星、太阳、恒星等天文学基础知识，以及牛顿万有引力学说，内容深入浅出，简明扼要，是优秀的入门教材，也是清末流传较广的一部天文学译本。这一时期出版的近代天文
中国天文学的发展史简论 摘要：天文学的发展一直伴随着中国历朝历代的历史潮流。在某种程度上说，中国从古至今的发展史决定了我国的天文发展趋势。从远古时期的观星辨位到第一个空间天文探测硬X射线调制望远镜，中间的种种伴随着中国命运的起伏。在该论文中，作者将按照历代时间顺序，简述中国天文学的发展史。 一、中国古代天文学的萌芽 中国的天文学史可以最追溯到人类文化的萌芽时代。早在远古时期，人们为了在丛林或者荒野中找到方向、确认时间和季节，就会观察太阳、星星和月亮的位置，并在这个基础上编制天文历法，帮助自己更好地从事农业生产活动。 早在尧舜时期就已经出现了专职观测天文的官位，从事观象授时，星官们根据自己观察到的天文现象与节气对应，寻找其中的关键联系。而在殷末周初，人们就已经充分发挥了他们的智慧，在满天繁星中用二十八星宿准确地划分了星区。一些罕见的天文现象诸如“日食”、“流星雨”甚至是哈雷彗星已被观测到，并被记录起来。不仅是官方，在民间也出现了百姓们对天文现象问题的思考。例如《诗经》中脍炙人口的“七月流火”“三星在户”等成语记录了罕见的天文现象。在春秋战国时期，老子的《道德经》和屈原的《天问》已经就天文现象提出了一些深刻的问题。 而在这个阶段，中国的先民在天文学最大的飞跃性成就出现在两汉时期。张衡在太史令任上制造了浑天仪，在一个铜球上面刻着二十八宿、中外星官以及黄赤道、南北极、二十四节气、衡显圈、衡隐圈等，使它与天球同步转动，模拟星空的周日视运动。浑天仪之精密以至于到如今仍未有人能把它完整地重制出来。1973年在湖南出土的《五星占》上详细记录了金星、木星和土星七十年间的位置。同时出土的29幅彗星图显示了当时观测到的彗头、彗核与彗尾。其观测之精确令无数后人叹为观止。 到两汉时期为止，中国先民对天文的理解与观测已经远远超出其他同时期发展的文明。中国独特的天文学体系已渐渐成型。
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简述西方天文学发展史 摘要： 翻开人类文明史的第一页，天文学就占有显着的地位。巴比伦的泥碑，埃及的金字塔，都是历史的见证。 几千年来，在人类社会文明的进程中，天文学的研究范畴和天文的概念都有很大的发展。为了方便人们的理解，本文将着重简述西方天文的发展史。本文将在引言里首先介绍一下天文的含义以及天文学产生的原因。然后在第一节讲述两河流域、古埃及和印度在天文方面的成就。本文的第二节会讲述古希腊、罗马时代的天文发展。而后就是近代科学时期天文学的一次飞跃。本文将通过对天文学的叙述来对照当前天文研究的形势，希望借此探讨天文学发展的规律，并强调说明一次新的飞跃正近在眼前。 我不准备、也不可能用这篇短文囊括天文学悠久的历史和丰富的内容，而只是对它的发展、现状和趋向作一个概括性的描述。 关键词：天文发展史、天文学、宇宙、亚里士多德、托勒密、哥白尼、太阳中心说、行星、近代天文、现代天文 目录： 引言 第一章：古代天文 第一节：两河流域、古埃及和印度的天文发展 第二节：古希腊、罗马时代的天文发展 第二章：近代天文 第一节：近代前期和第一次技术革命时期的天文发展 第二节：近代后期和第二次技术革命时期的天文发展 第三章：现代天文 引言 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。 恩格斯在《自然辩证法》中指出：“首先是天文学──单单为了定季节，游牧民族和农业民族就绝对需要它。”古代的天文学家测量太阳、月亮、星星在天空的位置，研究它们的位置随着时间变化的规律、从而为农，牧业生产的需要确立了时间、节气和历法。 天文学的研究对于我们的生活有很大的实际意义，如授时、编制历法、测定方位等。天文学的发展对于人类的自然观有很大的影响。哥白尼的日心说曾经使自然科学从神学中解放出来；康德和拉普拉斯关于太阳系起源的星云说，在十八世纪形而上学的自然观上打开了第一个缺口。 天文学的一个重大课题是各类天体的起源和演化。天文学的主要研究方法是观测，不断的创造和改良观测手段，也就成了天文学家们不懈努力的一个课题。天文学和其他学科一样，都随时同许多邻近科学互相借鉴，互相渗透。天文观测手段的每一次发展，又都给应用科学带来了有益的东西。 而古代的天文发展是随着农业生产的发展而出现，人们逐渐意识到掌握季节的重要，而季节的变化又与天文现象有关，于是便开始了意识地观察天象，最初的天文学就这样开始了。 正文
天文学试题集 一. 填空题 1.依据天体存在的形态，把天体分为以下三类：（ ）、（ ）、（ ）。 2.依据宇宙中的天体由近及远分类，把天体分为以下几个层次：(1)（ ）； (2) （ ）； (3) （ ）。 3.根据天文学的发展和其研究的内容，将天文学分为：（ ）、（ ）、（ ）。。现在又发展了（ ）和（ ）等；天体物理学又分为（ ）和（ ）。 4.天体力学的主理论基础是（ ）和（ ）。 5. km y l )(..1 6.早期及古代的天文学的内容本质就是（ ）。 7.我国古代在天文学的成就可归纳为三个方面，分别是（ ）、（ ）、（ ）。 8.在仪器制作方面，中国古代的天文仪器大致可以分为以下三类：（ ）、（ ）、（ ）。 9.20世纪60年代天文学的四大发现是：（ ）、（ ）、（ ）和（ ）都是用射电望远镜。 10.按照望远镜聚光的方式不同，将其分为（ ）和（ ）。 11.我国古代唯物宇宙观对于天地的关系有三种学说，分别是（ ）、（ ）、（ ）。 12.牛顿的无限静态宇宙学模型存在两个致命的缺陷是（ ）（西里格佯谬）和（ ）（奥勃斯佯谬或称黑夜问题） 13.由于地球公转平面和自转平面的不一致，黄道和天赤道存在一个（ ）交角，称为（ ）。 14.天文学中最常用的坐标系有（ ）、（ ）、（ ）和（ ）。 15.地球上任何观测点的天极高度等于（ ）。 16.二十八宿的名称，自西向东排列为：（ ）、（ ）、（ ）和（ ） 17.1928年，国际天文学联合会将全天划分为（ ）个星座。其中黄道天区（ ）个，北天天区（ ）个，南天天区（ ）个。 18.恒星命名的方法有以下三种：（ ）、（ ）、（ ）。 19.恒星的运动速度可分解为两个分量：（ ）和（ ）。 20.当恒星离我们而去时，它的谱线波长增加，称之为（ ）。当恒星向着我们而来时，它的谱线波长减少，称之为（ ）。 21.恒星距离遥远，测定恒星距离十分困难，天文学家通过（ ）、（ ）、（ ）等方法测定恒星的距离。 22.由于天体间的距离遥远，如用普通的距离单位表示，天体的距离将是真正的“天文数字”，天文学上有自己常用的单位，它们是（ ）、
1 泡利不相容原理具体指的是同一体系内的任意两个()不可能有完全相同的运动状态。（1.0分） 1.0?分 ?A、 电子 ?B、 质子 ?C、 中子 ?D、 原子核 我的答案：A 2 花样滑冰运动员在冰上旋转时,哪种动作可以获得更快的转速?()（1.0分） 1.0?分 ?A、 下蹲和直立、双臂向上双腿向下并拢 ?B、 下蹲和单足点地,其余三肢全部横向伸展 ?C、 张开双臂和直立、双臂向上双腿向下并拢 ?D、 张开双臂和单足点地,其余三肢全部横向伸展 我的答案：A 3 中国古人记载的公元185年超新星爆发的文字中,有可能反映了恒星化学组成的变化的语句是()。（1.0分）1.0?分 ?A、 客星出南门中 ?B、 大如半筵 ?C、
五色喜怒 ?D、 至后年六月消 我的答案：C 4 太阳的寿命预计还有()亿年。（1.0分） 1.0?分 ?A、 46 ?B、 50 ?C、 100 ?D、 700 我的答案：B 5 理论上应该出现的在各个不同波段,辐射强度分布的情况,这种分布被称为( )。（1.0分）1.0?分 ?A、 正太分布 ?B、 普朗克分布 ?C、 t分布 ?D、 泊松分布 我的答案：B 6 黑洞二字分别指的是()。（1.0分） 1.0?分 ?A、
这个天体是黑色的和天体存在洞穴结构 ?B、 这个天体是黑色的和所有的物质在视界内都往中心奇点坠落 ?C、 任何电磁波都无法逃出这个天体和天体存在洞穴结构 ?D、 任何电磁波都无法逃出这个天体和所有的物质在视界内都往中心奇点坠落 我的答案：D 7 以下哪位华裔科学家对暗物质探索的贡献最大?()（1.0分）1.0?分 ?A、 杨振宁 ?B、 李政道 ?C、 丁肇中 ?D、 朱棣文 我的答案：C 8 太阳系的6重物质界限中,没有太“大块”的天体物质的是哪一重?()（1.0分） 1.0?分 ?A、 小行星带 ?B、 柯伊伯带 ?C、 奥尔特云 ?D、 太阳风的最远范围 我的答案：C
中国《书经》有世界最早(公元前2137年)的日食记录， 公元前2000年左右，中国测定木星绕天一周的周期为12年。 公元前十四世纪，中国殷朝甲骨文(河南安阳出土)中已有日食和月食的常规记录，以及世界上最古的日珥记事。 公元前十二世纪，中国殷末周初采用二十八宿划分天区。 公元前十一世纪，传说中国周朝建立测景台，最早测定黄赤交角。 中国《诗经·小雅》上有世界最早(公元前776年)的可靠的日食记事。 自公元前722年起，直至清末，中国用干支记日，从未间断。这是世界上最长久的记日法。 公元前约700年，中国甲骨文(河南安阳出土)上已有彗星观察的记载。 公元前七世纪，中国用土圭测定冬至和夏至，划分四季。 公元前687年，中国有天琴座流星群的最早记录。 公元前611年，中国有彗星的最早记录，这个彗星即后来得名的哈雷彗星。 公元前七世纪，巴比伦人发现日月食循环的沙罗周期。 公元前六世纪，中国采用十九年七闰月法协调阴历和阳历。 公元前585年，发生第一次被预测的日全食(古希腊泰勒斯)。 公元前440年，发现月球的位相以19年为周期重复出现在阳历的同一日期(古希腊默冬)。 公元前五世纪，提出日月星辰绕地球作同心圆运动的主张(古希腊欧多克斯)。 公元前五世纪，论证大地是球形的，认为晨星和昏星是同一颗金星。并提出银河是由许多恒星密集而成的(古希腊巴门尼德、德谟克利特)。 公元前五世纪，提出月食的成因，并认为月球因反射太阳光而明亮(古希腊阿那萨古腊)。 公元前350年左右，战国时代，编制了第一个星表，后称“甘石星表”(中国甘德、石申)。 公元前350年左右，战国时，已认识到日月食是天体之间的相互遮掩现象(中国石申)。 公元前四世纪，《天论》一书发表，提出地球中心说(古希腊亚里士多德)。 公元前四世纪，提出宇宙的原子旋动说，认为宇宙是在空虚的空间中，由无数个旋动着的、看不见的、不可分的原子组成(古希腊德谟克利特)。
天文学领域的革命 近代科学是在一场科学革命中诞生的。这场革命首先是一场观念革命，是在既有的古典数理科学中的一场基本概念框架的变革。由哥白尼所发动的天文学领域的革命是整个近代科学革命的第一阶段。 l、中世纪的宇宙观 基督教兴盛时期，希腊精致的宇宙理论，被当作异端加以抛弃，犹太原始粗陋的宇宙图景被奉为圣典，犹太人认为：宇宙是一个封闭的大盒子或大帐蓬，天是盒（蓬）盖，地是盒（蓬）底，圣地耶路撒冷位居盒（蓬）底的中央，日月星辰悬挂在盖上。这就是所谓宇宙帐蓬说，它连大地球形的概念都没有。 随着欧洲第一次学术复兴，亚里士多德和托勒密所代表的希腊宇宙论开始深入人心，宇宙地心理论获得了正统的地位。地球居宇宙中心的思想被赋予了宗教意义，人类及其居住的地球被置于上帝的怀抱之中，它沐浴着上帝的光辉，上帝位处宇宙的最外层，推动着宇宙的运行，注视着人类的一举一动；整个宇宙全都以地球为中心。 托勒密的宇宙体系还被附会于一种人间的等级结构，天上高贵，地下卑贱，越往高处越进入神圣美妙的境地。但丁的《神曲》对这一等级宇宙作了诗意的描述，在他的《天堂篇》中，但丁在少女贝亚德的引领下依次上升到了月球天、水星天、金星天、太阳天、火星天、木星天、土星天、恒星天、水晶天（原动天），并在水晶天那里窥见了上帝的景象，沉浸在至高无上的幸福之中。实际上，经过亚里士多德物理学注释加工过的托勒密宇宙体系，正好是一种等级宇宙，这主要体现在它们的物质构成之中：地上物体由土、水、气、火四种元素组成，而天上物体由透明无重量的以太构成，地上的物质是速朽的，而天上的以太是永恒的。对托勒密体系的背叛，不仅是一种天文学上的变革，而目也是同亚里士多德物理学的决裂，不仅是一种宇宙图像方面的改变，而且也是对当时宗教情绪和精神生活方式的挑战。 2、哥白尼革命 尼古拉·哥白尼（Copericus Nicolas，1473～1543）1473年2月19日生于波兰维斯瓦纳河畔的托伦；他10岁丧父，由舅父抚养长大。18岁被送进波兰旧部的克拉科夫大学学习医学，在那里产生了对天文学的浓厚兴趣。1496年，23岁的哥白尼来到了文艺复兴的策源地意大利，先后在波仑亚大学和帕多瓦大学攻读法律、医学和神学。波仑亚大学的天文学家德·诺瓦拉（de Novara，1454～1540）对哥白尼影响极大，正是从他那里，哥白尼学到了天文观测技术以及希腊的天文学理论，对希腊自然哲学著作的钻研给了他批判托勒密理论的勇气。1506年，他回到波兰开始构思他的新宇宙体系。 整个古代世界的天文学基本上是行星天文学，它们之中的大部分虽然“斗转星移”，但保持着固定的相对位置，仿佛全都镶嵌在一个巨大的透明天球上随天球周日旋转；这些星被称为恒星。但除恒星外，天空上还有那么几个星，它们极为明亮、光芒稳定，而且并不固定在某一个相对位置上，几个星期观测下来，便能发现它们在众星之间穿行，不断地改变位置，这些星被称为“行星”，希腊人叫它们“漫游者”。肉眼能见的行星共五颗，它们是金星、木星、水星、火星和土星。所有的恒星都步调一致地每天由东往西转动，周而复始，决无例外。相比之下，行星的运动呈现出极度地不规则，它们有时往东，有时又向西，行踪诡秘。行星的这种奇特运动早就引起了古代天文学家的注意，希腊天文学将自己的任务规定为对行星运动给出合理的解释，特别按照毕达哥拉斯－柏拉图主义传统，用完美的正圆运动的复合来再现行星的视运动，即所谓“拯救现象”。托勒密的本轮－均轮的宇宙体系就是希腊人为“拯
中国天文学发展简史中国历法的改革与发展 我国是世界上农牧业生产最早、最发达的国家之一，农牧业生产的发展需要天文学，因而，我国也是世界上有天文学最早的国家之一，每个时期都有所发展有所创造，也都有记载。我国最古的典籍里面就有“钦若昊天”，“敬授民时”的记载。这说明古人就很重视观察自然现象，掌握自然规律，来决定一年季节的时令，使农牧业及时进行。 中西天文学，正如其他方面，有很多不同之处： 一：中国古代对星星多以实际存在之人事物命名，例如帝、太子、宰相、牛、天牢等。 二：中国古代把可见范围的天空分成「三垣二十八宿」，有天区 31、星官283、星1464颗。 三：中国古代主要用赤道坐标系统，辅以似黄道坐标系统。 四：中国古代把全天分为365.25度，对应一年之日数。
五：中国古代习惯用代数法模拟天象；西方则用几何法。 六：中国对常规和异常天象的观测十分重视，其二千多年的持续记录，是世界其他各族难以相比的。 七：中国之历法乃以阴阳合历为传统，创立了二十四节气，与农业关系密切。阴阳合历之二十四节气系统更属全世界之仅有。 中国的历法编制更是和天象观测并行发展，历法不单是安排日月年，也包括日、月位置及日月食时间和行星位置等，相当於一本天文年历。 八：中国占星术的哲学观点以阴阳、五行、天人感应为基础。九：中国古代天文学一直有浓厚的官方色彩，天文机构为朝廷所直接管辖，一切所须由政府支持。 在远古时期，早期中国的天文学发展是缓慢的，这点与世界各族相同。但由於中国文明的高度发展，天文学的发展亦开始领先了。踏入春秋战国，贵族对天象作占卜的兴趣(其实商代的天文观测正建基於占卜上)更推动了天文学的发展。中国成为首先发现多种天象的国家，如：观测太阳黑子，古中国人在没有望远镜的帮助