天文学导论课件,北师大版 作业

金星凌日：2004年6月8日
日偏食，最常见
日全食奇景：钻石环
接近日全食的時候，由於月球的邊 緣丁點的凹凸不平，部分太陽光線 會在凹位漏了出來，形成不連續的 光點。在日全食前的一刻﹐我們只 能見到太陽的極小部分﹐如下圖所 示 ﹐ 這 個 現 象 稱 為 鑽 石 環 （贝利珠）
日全食時，天昏地暗，宛如暮色朧 合四野，天上你可看見亮星和行星， 太陽表面由於被月球完全掩蓋，原 本非常暗淡的日冕這時清晰可見。 一般來說，日全食過程約維持兩分 鐘左右，接著鑽石環復現，日全食 結束
Corona 日冕
日全食奇景
Prominences 日珥
日环食
▪ 由于地球和月球的距离并不固定，所以在地球 看来，月球的角大小也会发生变化。有时，月 球虽处于能造成日“全”食的位置，但由于月 球的角大小不足以掩盖整个太阳，便出现如戒 指班的日环食
由于潮汐摩擦作用，月球正 渐渐远离地球，数万年后， 月球的视直径会变得很小， 届时地球上便再也不能看到 日全食了
面（昏星） ▪ 由于靠太阳很近，只能在日出前或黄昏后看到 ▪ 金星：天空中第三颗最亮的天体
晨星：日出前的金星 昏星：日落后的金星
金星：晨星和昏星
外行星的运动
▪ 火星、木星、土星、天王星和海王星 ▪ 绕日公转，但轨道在地球轨道之外 ▪ 在天球上相对于背景星的运动，基本上是由西
向东移动，称为顺行
▪ 由于地球公转速度较快，外行星有时被地球 “超过”，这时在地球上看来，它们在天球上 的运动完全倒转，变成自东向西，称为逆行
日食 Solar Eclipse
▪ 月球在黄道面且严格新月（初一），月球的影 子投到地球上
▪ 三类日食：
Total solar eclipses 日全食 Partial solar eclipses 日偏食 Annular solar eclipses 日环食

§5.6二体问题——开 普勒定律的普遍形式
第五章行星和卫星 的运动
§5.7活力公式和宇宙速度 §5.8摄动问题 §5.9卫星的轨道运动、潮汐和引 力范围
08 第六章行星和卫星的性质
第六章行星 和卫星的性
质
0 1
§6.1行星的一 般性质
0 4
§6.4火星及其 卫星
0 2
§6.2水星
0 5
§6.5木星及其 卫星
202X 天文学导论（上册）
演讲人 2 0 2 X - 11 - 11
01 目录
目录
02 绪论
绪论
§0.1天文学的研究对象和意义 §0.2宇宙概观 §0.3天文学的分支 §0.4天文学简史
03
第一章地球的运动和天球坐 标系

动第 和一 天章 球地 坐球 标的 系运
01
§1.1天球
0 3
§6.3金星
0 6
§6.6土星及其 卫星和环系
第六章行 星和卫星 的性质
§6.7天王星及其卫星和环带 §6.8海王星及其卫星 §6.9冥王星及其卫星
09 第七章太阳系的小天体
第七章太阳 系的小天体
0 1
§7.1小行星
0 2
§7.2彗星
0 4
§7.4几颗著名
的彗星
0 5
§7.5流星
0 3
§7.3彗星的结 构和性质
第四章地球和月球
§4.7月球的大小、质量和距离 §4.8月球的运动 §4.9月球表面 §4.10月球的物理状况 §4.11日食和月食
07 第五章行星和卫星的运动
第章行星和卫星的运动
§5.1太阳系
§5.3行星的视运动及其 解释
§5.5万有引力定律

40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
Thank you

天文学导论-行星
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯

2、天文学研究对象与方法
行星层次：八个行星，矮行星、 太阳系小天体 恒星层次：太阳及其它恒星 星系层次：银河系、河外星系、星系群、 星系团 宇宙整体: 可观测的宇宙
36
• 天文学是研究宇宙的科学。 • 宇宙：四方上下曰宇，往古来今曰宙。 —— 《淮南子》 • 宇宙包含了所有的空间、时间、物质和能量。
6
考核方式： • 作业、小论文、课堂讨论,等等，占学期总成 绩40% • 期末考试：书面闭卷笔试, 占学期总成绩60%
7
第一章 绪论
1、天文学的发展历史 2、天文学的研究对象与方法 3、天文学和物理学的关系
8
Inscription over Kant's tomb Two things fill the mind with ever-increasing awe - the starry heavens above me and the moral law within me.
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• 北京时间2006年8月24日晚上9点20分，第26 届国际天文学联合会大会投票，部分通过新 的行星定义，冥王星被排除在行星行列之 外，太阳系行星数量将由九颗减为八颗。
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决议5A： IAU决定我们太阳系内的行星和其他天体按照下列方式划 分为3个明确的类别： (1)一颗行星1是一个天体，它满足(a)围绕太阳运转，(b) 有足够大的质量来克服固体应力以达到流体静力平衡的(近 于圆球)形状，同时(c)扫清了所在轨道上的其他天体。 (2)一颗矮行星是一个天体，它满足(a)围绕太阳运转，(b) 有足够大的质量来克服固体应力以达到流体静力平衡的(近 于圆球)形状2 ，(c)没有扫清所在轨道上的其他天体，同时 (d)不是一颗卫星。 (3)其他围绕太阳运转的天体3 ，卫星除外，统称为“太阳 系小天体”。

▪ 巨行星（和地球）困住高能带电粒子形成巨大 的磁层。木星磁层最大，其半径达木星半径的 100倍之多
▪ 太阳风压力压缩磁层，改变磁层的大小与形状
行星磁场偏折 太阳风，产生 瞬现余迹
木星磁层是太 阳系最大的永 恒“天体”
▪ 被行星磁场捕获的带电粒子集中于辐射带。木 星有很强的辐射带
▪ 巨行星的磁层不仅有来自太阳风的质子和电子 ，也有来自行星大气及其卫星的钠、硫、氧、 氮和碳等元素，成为辐射带的一部分
▪ 氢和氦的总量~1-2地球质量，大部分位于表层 大气
▪ 基于密度，称天王星和海王星为冰态巨行星比 气态巨行星更贴切。构成它们主体的水可能以 深海形பைடு நூலகம்存在
5、巨行星的强磁场
▪ 行星磁场源自其内部导电液体的运动
▪ 导电液体： • 木星和土星：金属氢 • 天王星和海王星：卤水海洋
木星磁轴相对自转轴倾 斜10度，偏离中心~1/10 木星半径。总磁场~地球 的20,000倍，但云顶磁 场仅是地球表面的15倍 ，~4.3高斯
3、巨行星的云
▪ 木星多姿多彩，大约有12条不同颜色的平行云 带。暗的叫带，亮的叫区。许多不同颜色、不 同形状的云遍布其中
▪ 木星最显著的一个特征是位于木星南半球的大 红斑，卵形，长25000千米，宽12000千米
▪ 自从300多年前被发现以来，大红斑的大小、 形状、颜色和运动在不可预期地变化
▪ 许多小云被卷入大红斑的涡旋（或被弹出）
▪ Chapter 11 Planetary Adornments—Moons and Rings
1、巨行星（类木行星）
▪ 木星、土星、天王星和海王星被称为巨行星， 与类地行星很不相同
▪ 它们的体积庞大，密度很低，主要由氢、氦和 水组成，而不是由岩石和金属构成

• 研究表明太阳在约50亿年前到达主 序，现仍处于主序阶段。
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太阳中微子问题
• 中微子是一种不带电、质量极小的亚原子粒 子，它几乎不与任何物质发生相互作用；
• 太阳内部H核聚变释放能量的5%被中微子携带 向外传输，每秒大约有1015个中微子穿过我们 的身体 ；
• 目前接收到的太阳的辐射（光子）实际上产生 于~105-107年前的太阳内部，而中微子则是在
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质子-质子链与碳氮氧循环核反应率的比较
T17 T4
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恒星如何维持稳定的核燃烧？
• 恒星内部的核反应速率对 温度十分敏感， ε∝T4 (PP), T17 (CNO)
• 恒星是稳定的气体球，其 内部任意一点必须维持流 体静力学平衡。 （向内的）重力 ó（向 外的）压力差 T ↑→ε ↑→ P ↑→R↑ →T↓
15
太阳元素 的发现
• 1868年8月18日，法国天文学家詹逊观测 日全食时，发现日珥的一条橙黄色明线 （D3），不能和已知的地球上任何元素 的谱线相对应。命名为氦，曾称“ 太阳 元素”。
27年后，一位名叫雷姆塞的英国化学家终 于在地球上也找到了氦。
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核心区 辐射区 对流区 光球 色球 过渡区 日冕
太阳常数： 单位时间垂直射入地球大气外单位面积上
的能量。 地面测量归算出大气外的值为: 1.95cal/(cm2·min)。
7
• 近40年来，卫星测定太阳总辐照及其变化，以 太阳(总)辐照取代太阳常数。 太阳总辐照：太阳垂直照射在离它1AU处每平方 米面积上的总辐射流。 平均值:1365～1369W/m2
第六章：离我们最近的恒星—太阳
1. 太阳的概况 2. 太阳的观测 3. 太阳的内部结构与能源 4. 太阳活动 5. 太阳和其他恒星的关系及日地关系 6. 太阳系起源与演化

一场辩论
• 何丙郁：Vitas of Astronomy “客星出天关之东南可数寸，嘉祐元年三年及没” “客星晨出东方，守天关，至是没” 彗星？客星？ 守－徘徊，寸－距离，非长度 位置－？观测方向 苏州石刻星图
又一个诺贝尔奖金
• 1993年 Taylar，Hulse 脉冲双星 • 1974年 Arcebo 300米天线 40 Pulsar timing PSR1913＋16 天鹰座
两个中子星 >1.4M⊙ 没有光学对应体 一个Pulsar，一个？ 公转8小时 有引力辐射 证明了广义相对论
T ~ 0 .5 %
从神秘的脉冲星谈起
北京师范大学天文系 何香涛
一. 理论家的预言 二. 意外的发现 三. 脉冲星是快速旋转的中子星 四. 最重要的一颗脉冲星─蟹状星云脉冲星 五. 从蟹状星云追溯到天关客星 六. 一场辩论 七. 又一个诺贝尔奖金
理论家的预言
• 1932年，Cavendish实验室发现中子 • 朗道预言存在中子星 • 哥本哈根学派 N.波尔，海森堡，泡利……
意外的发现－Pulsar
• 研究太阳风的闪烁现象 1967年7月投入工作 8月发现 11月重复观测 ～5000米记录 1968.2.24 Nature 1颗 4.14 Nature 4颗 PSR 1919＋21 T＝1.33730119227 秒 ～10－11秒
脉冲星是快速旋转的中子星
• 光变的原因： 双星绕转 1 脉动 T 自转 白矮星 ～106 g/cm3 中子星 ～1014 g/cm3 灯塔模型
最重要的一颗脉冲星 —蟹状星云脉冲星
• 恒星的演化
星云
洞
星云
蟹状星云 Pulsar PSR0531＋21 T＝0.03309756505419 秒（～10－4秒） 射电，光学，X，

冥王星： 6.3867天 248年
三、行星的环带
1、光环的组成：由无数大小不等 的冰块、岩石块、尘埃颗粒组成。 2、光环的运动：为保持稳定，沿行星本身的赤道面 高速旋转，否则会被行星的巨大引力拉过去。 3、共性：1、洛希极限内；2、赤道面附近；3、总质量远小于 行星及大卫星的质量；4、由分离的质点组成。 木星：既薄又暗、由尘埃及大小不等的石块组成。 土星： 成千上万条像密纹唱片一样，由碎冰块、 石块、尘埃颗粒组成。 天王星：有11条光环、间隔很大、由石块、尘埃、 冰块组成。 海王星：有5条光环、有的完整、有的残缺。
偏心率 倾角 公转周期 会合周期 轨道运动 (日) (日) 平均速度（km/s） 0.2056 7°.0 87.97 115.88 47.87 0.0068 3°.4 224.70 583.92 35.02 0.0167 0° 365.27 29.79 0.0934 1°.9 686.98 779.93 24.13 0.0483 1°.3 4332.71 398.88 13.06 0.0560 2°.5 10759.50 378.09 9.66 0.0461 0°.8 30685.00 369.66 6.80 0.0097 1°.8 60190.00 367.49 5.44 0.2482 17°.1 90800.00 366.73 4.74
满足三判据的天体 定义为“行星” 一、绕日运行 二、近似球体 三、轨道清空
满足三判据之二 定义为 “矮行星”
一、绕日运行 二、近似球体
仅满足三判据之一 即 绕日运行 的天体 均分类为 “太阳系小天体”
§3.2 、 行 星
一、分类： 类地行星 石质行星 ：水 金 地 火 体积小、密度大、中心有铁镍核、 金属含量高、自转慢、卫星少。 巨行星 气态巨星：木 土 天 海 体积大、密度小、主要由H 、He组 成、无固体表面的流体行星、自转快、 卫星多。

仙女座大星云是否在银河系之外？ 没有结论。
1923年哈勃证实仙女座的距离为90 万光年，远在银河系之外
确认是河外星系
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冬季星空 猎户座
有三颗亮星，好比猎人的腰带 主星α参宿四，红超巨星 大犬座 天狼星，全天最亮的恒星 双星系统，伴星是第一颗白矮星
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金牛座 昴星团有七颗主要亮星
蟹状星云和它的脉冲星 1054年超新星爆发的遗迹
2，天球是以地球为中心，但这仅仅 是一种方法，用起来方便
.
51
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52
3，太阳和太阳系的行星在天球上的视运动
4，恒星也在运动（自行），短时期不 会明显看出恒星在天球上的相对位 置发生变化
可以认为恒星固定在天球上
.
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• 天体位置：观测者和天体的联线 与天球的交点
• 视运动：天体在天球球面上的运动
• 地平圈与天赤道垂直 所有天体的周日平行圈都与地平圈垂直
• 没有永远不会落到地平线以下的星 也没有永不升起的星星
• 南天和北天的天体都可以观测
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64
在其它纬度地区：
既有拱极星 也有永不升起的星 还有有升有落的星
由赤纬与当地地理纬度决定
.
65
2.5 恒星距离和视差测距法
测量距离的重要性
我们肉眼只能知道恒星在天球上的投影的 位置，不知道恒星的距离就不能确定恒星空 间的真实分布、运动速度、辐射的真实强度。
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39
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40
看星图
星图种类繁多 星图上的南北方向和普通地图相反
使用地图時，平放在地上， 使用星图時，須要把星图，高举过头，抬头 看星空
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星空运转的规律
1，地球自转导致整个星空从东向西围绕我们 运转一周，恒星每小时自西向东运行 15 度，4分钟1度；