天文學基本知識

1、 第三章第三章 宇觀世界宇觀世界-星空和星座星空和星座 3.1 天文學基本知識天文學基本知識一：天球坐標系一：天球坐標系借鑒地球的地理坐標借鑒地球的地理坐標 基本點基本點 ：北極、：北極、 南極南極 基本圈基本圈 ：赤道、：赤道、 緯圈，經(jīng)圈、本初經(jīng)圈緯圈，經(jīng)圈、本初經(jīng)圈 緯度、緯度、 經(jīng)度經(jīng)度 緯度：從赤道面起算緯度：從赤道面起算 到北極到北極0 09090o o 到南極到南極0 09090o o經(jīng)度：從本初經(jīng)圈經(jīng)度：從本初經(jīng)圈起算起算 （通過格林尼治天文臺）（通過格林尼治天文臺） 向東方向，東經(jīng)向東方向，東經(jīng)0 0180180o o 向西方向，西經(jīng)向西方向，西經(jīng)0 0180180o o 天

2、球天球1 1，用肉眼或望遠鏡看天體，分不清它，用肉眼或望遠鏡看天體，分不清它 們的遠近，好象是鑲嵌在無窮遠處們的遠近，好象是鑲嵌在無窮遠處 的球面上：的球面上： 一個虛擬的天球！一個虛擬的天球！2 2，天球是以地球為中心天球是以地球為中心，但這僅僅，但這僅僅 是一種方法，用起來方便是一種方法，用起來方便 3 3，太陽和太陽系的行星在天球上的視運動，太陽和太陽系的行星在天球上的視運動4 4，恒星也在運動（自行），短時期不，恒星也在運動（自行），短時期不 會明顯看出恒星在天球上的相對位會明顯看出恒星在天球上的相對位 置發(fā)生變化置發(fā)生變化 可以認為恒星固定在天球上可以認為恒星固定在天球上 天體位置天

3、體位置：觀測者和天體的聯(lián)線：觀測者和天體的聯(lián)線 與天球的交點與天球的交點 視運動視運動：天體在天球球面上的運動：天體在天球球面上的運動 天球坐標系天球坐標系1 1，赤道坐標系赤道坐標系 2 2，地平坐標系地平坐標系 3 3，黃道坐標系黃道坐標系 4 4，銀道坐標系銀道坐標系只要求掌握赤道坐標系只要求掌握赤道坐標系 赤道坐標系赤道坐標系 基本圈：基本圈： 赤道、緯圈、經(jīng)圈赤道、緯圈、經(jīng)圈 基本點：基本點： 北天極（南天極）北天極（南天極） 春分點春分點 (3(3月月2121日）日） 赤緯赤緯 赤經(jīng)赤經(jīng) 赤道坐標系赤道坐標系子午圈子午圈春分點春分點地平圈地平圈赤道赤道天極天極赤緯赤緯時角，赤經(jīng)時角

4、，赤經(jīng)赤經(jīng)從春分點起算，赤經(jīng)從春分點起算，時角從子午圈算起時角從子午圈算起 春分點和秋分點春分點和秋分點 地球軌道面（黃道面）和赤道面的交點二：二： 時間時間 所謂時間就是確立時間基準，就是在當代被人們確認為是最精確的時間尺度，長期以來，人們一直在尋求著這樣的時間尺度。 在遠古時期，人類以太陽的東升西落作為時間尺度；公元前二世紀，人們發(fā)明了地平日晷，一天差15分鐘；一千多年前的希臘和我國的北宋時期，能工巧匠們曾設(shè)計出水鐘，精確到每日10分鐘誤差；六百多年前，機械鐘問世，并將晝夜分為24小時；到了十七世紀，單擺用于機械鐘，使計時精度提高近一百倍；到了20世紀的30年代，石英晶體震蕩器出現(xiàn)，對于精

5、密的石英鐘，三百年只差一秒。(1)地方時、世界時地方時、世界時 平常，我們在鐘表上所看到的“幾點幾分”，習慣上就稱為“時間”，但嚴格說來應(yīng)當稱為“時刻”。某一地區(qū)具體時刻的規(guī)定，與該地區(qū)的地理緯度存在一定關(guān)系。 這種在地球上某個特定地點，根據(jù)太陽的具體位置所確定的時刻，稱為“地方時”。 1879年，加拿大鐵路工程師伏列明提出了“區(qū)時”的概念，這個建議在1884年的一次國際會議上得到認同，由此正式建立了統(tǒng)一世界計量時刻的“區(qū)時系統(tǒng)”。“區(qū)時系統(tǒng)”規(guī)定，地球上每15經(jīng)度范圍作為一個時區(qū)（即太陽1個小時內(nèi)走過的經(jīng)度）。這樣，整個地球的表面就被劃分為24個時區(qū)。各時區(qū)的“中央經(jīng)線”規(guī)定為0（即“本初子

6、午線”）、東西經(jīng)15、東西經(jīng)30、東西經(jīng)45直到180經(jīng)線，在每條中央經(jīng)線東西兩側(cè)各7.5范圍內(nèi)的所有地點，一律使用該中央經(jīng)線的地方時作為標準時刻。 國際日期變更線國際日期變更線-當你由西向東跨越國際日期變更線時，當你由西向東跨越國際日期變更線時，必須在你的計時系統(tǒng)中減去一天；反之，由東向西跨越國必須在你的計時系統(tǒng)中減去一天；反之，由東向西跨越國際日期變更線，就必須加上一天。際日期變更線，就必須加上一天。 (2)國際原子時、世界協(xié)調(diào)時、授國際原子時、世界協(xié)調(diào)時、授時系統(tǒng)時系統(tǒng) 原子時是一種以原子諧振周期為標準，并對它進行連續(xù)計數(shù)的時標。同世界時相比，原子時要均勻得多。在1967年第十三屆國際計

7、量大會上把秒定義為：以銫原子（133Cs）超精細能級躍遷輻射的9192631770個周期所持續(xù)的時間為一秒；時標的始點定在1958年1月1日的零時零分零秒。 世界時和原子時都是獨立的時標，它們各有自己的使用范圍。為了同時適應(yīng)兩種需要，產(chǎn)生了所謂“協(xié)調(diào)世界時”的時標。協(xié)調(diào)世界時是通過閏秒的辦法使它的時刻接近世界時。協(xié)調(diào)世界時是世界時與原子時協(xié)調(diào)的產(chǎn)物，自1972年1月1日起在全世界實施。對于時間頻率用戶說，使用協(xié)調(diào)世界時標，可以得到符合新的原子秒定義的時間間隔，從而得到盡可能均勻的時標。 授時系統(tǒng)是確定和發(fā)播精確時刻的工作系統(tǒng)。 三：三： 歷法歷法 時間長河是無限的，只有確定每一日在其中的確切位

8、置，我們才能記錄歷史、安排生活。我們?nèi)粘Ｊ褂玫娜諝v，對每一天的“日期”都有極為詳細的規(guī)定，這實際上就是歷法在生活中最直觀的表達形式。 年、月、日是歷法的三大要素。歷法中的年、月、日，在理論上應(yīng)當近似等于天然的時間單位回歸年、朔望月、真太陽日，稱為歷日、歷月、歷年。 在歷史上，在世界各地，存在過千差萬別的歷法，但就其基本原理來講，不外乎三種：即太陰歷（陰歷）、太陽歷（陽歷）和陰陽歷。三種歷法各自有各自的優(yōu)缺點，目前世界上通行的“公歷”實際上是一種太陽歷。 距離單位距離單位 恒星之遙遠，遠到無法用公里來做單位恒星之遙遠，遠到無法用公里來做單位 天文學家特別定義了天文學家特別定義了3把不同的尺子把不

9、同的尺子1. 天文單位天文單位 太陽和地球之間的距離約太陽和地球之間的距離約1億億5千萬公里，千萬公里， 稱為稱為 1個個“ 天文單位天文單位”2. 光年光年, 光光1年走的距離（大約年走的距離（大約10萬億公里）萬億公里）3. 秒差距秒差距(pc) 1秒差距等于秒差距等于3.26光年光年 四：四： 天文學單位天文學單位 時間方面時間方面用的最多的還是用的最多的還是“年年”。但，在研究宇宙學問題。但，在研究宇宙學問題時也會使用時也會使用“宇宙秒宇宙秒”。一個。一個“宇宙秒宇宙秒”等于等于160年。年。 二二.星座星座 1. 誰發(fā)明了星座誰發(fā)明了星座 大約大約3500年前，在今天的伊拉克有一片名

10、叫美索年前，在今天的伊拉克有一片名叫美索不達米亞的平原，上面居住著一群巴比倫人。傳不達米亞的平原，上面居住著一群巴比倫人。傳說巴比倫的牧羊人在晚上把天上的星星，連起來說巴比倫的牧羊人在晚上把天上的星星，連起來想像成想像成12種模樣，它們有白羊、金牛、雙子、巨種模樣，它們有白羊、金牛、雙子、巨蟹、獅子、室女、天秤、天蝎、人馬、摩羯、寶蟹、獅子、室女、天秤、天蝎、人馬、摩羯、寶瓶、雙魚，統(tǒng)稱黃道十二星座，巴比倫人還在石瓶、雙魚，統(tǒng)稱黃道十二星座，巴比倫人還在石碑上雕刻了黃道十二星座，而太陽每一年則都經(jīng)碑上雕刻了黃道十二星座，而太陽每一年則都經(jīng)過這些星座一次。過這些星座一次。 到了公元前二世紀，亞力

11、山德里亞的杰到了公元前二世紀，亞力山德里亞的杰出天文學家，托勒密把之前天文學家所出天文學家，托勒密把之前天文學家所記載的內(nèi)容及另外增加的資料，整理出記載的內(nèi)容及另外增加的資料，整理出四十八個星座四十八個星座 . 隨著大航海時代的來臨，托勒密星座到隨著大航海時代的來臨，托勒密星座到了南半球覺得不夠用了。航海家和天文了南半球覺得不夠用了。航海家和天文學家增加了南天星座學家增加了南天星座 到了到了1930年，當國際天文聯(lián)合會開大會年，當國際天文聯(lián)合會開大會時，決定把全天劃成八十八個星座，這時，決定把全天劃成八十八個星座，這便是我們現(xiàn)在所用的劃分。便是我們現(xiàn)在所用的劃分。2. 星座的劃分星座的劃分 天

12、文學家一般將星座按照區(qū)域分為三個部天文學家一般將星座按照區(qū)域分為三個部分：北天星座、南天星座和黃道星座。分：北天星座、南天星座和黃道星座。 大家最熟的應(yīng)該是大家最熟的應(yīng)該是(只是只是?)沿黃道天區(qū)的沿黃道天區(qū)的12個星座，它們是雙魚座、白羊座、金牛座個星座，它們是雙魚座、白羊座、金牛座、雙子座、巨蟹座、獅子座、室女座、天、雙子座、巨蟹座、獅子座、室女座、天秤座、天蝎座、半人馬座、摩羯座、寶瓶秤座、天蝎座、半人馬座、摩羯座、寶瓶座。座。北天29個星座 小熊座、大熊座、天龍座、天琴座、天鷹座、天鵝座、武仙座、海豚座、天箭座、人馬座、狐貍座、飛馬座、蝎虎座、北冕座、巨蛇座、小獅座、獵犬座、后發(fā)座、牧

13、夫座、天貓座、御夫座、小犬座、三角座、仙王座、仙后座、仙女座、英仙座、獵戶座、鹿豹座。南天有47個星座 唧筒座、天燕座、天壇座、雕具座、大犬座、船底座、半人馬座、鯨魚座、蝘蜓座、圓規(guī)座、天鴿座、南冕座、烏鴉座、巨爵座、南十字座、劍魚座、波江座、天爐座、天鶴座、時鐘座、長蛇座、水蛇座、印第安座、天兔座、豺狼座、山案座、顯微鏡座、麒麟座、蒼蠅座、矩尺座、南極座、蛇夫座、孔雀座、鳳凰座、繪架座、南魚座、船尾座、羅盤座、網(wǎng)罟座、玉夫座、盾牌座、六分儀座、望遠鏡座、南三角座、杜鵑座、船帆座、飛魚座。劍魚30是大麥哲倫云內(nèi)的亮星云 邊界處有小麥哲倫云，是離我們最近的河外星系之一。 星座不是有機整體星座不是

14、有機整體 星座只是某一方向范圍內(nèi)所有天體星座只是某一方向范圍內(nèi)所有天體 的集合的集合( (亮星）亮星） 銀河系中的恒星、星云銀河系中的恒星、星云 河外星系、類星體河外星系、類星體 在同一個星座內(nèi)的天體的距離在同一個星座內(nèi)的天體的距離 極其懸殊極其懸殊. . 星座能決定人的性格和命運嗎？星座能決定人的性格和命運嗎？ 星座書星座書幸運星座幸運星座年年 人出生的月份對應(yīng)一個星座人出生的月份對應(yīng)一個星座 每個人都有一個星座（認識每個人都有一個星座（認識1212個星座）個星座）“星象學家星象學家”： 不同星座能夠決定人的不同性格、不同星座能夠決定人的不同性格、 一生機遇和機緣。一生機遇和機緣。 不同星座

15、對人會產(chǎn)生不同不同星座對人會產(chǎn)生不同 的影響嗎？的影響嗎？ 天體的輻射天體的輻射對地球的影響：對地球的影響：太陽最大太陽最大， 其它恒星和星系的影響微乎其微！其它恒星和星系的影響微乎其微！ 引力可能產(chǎn)生影響引力可能產(chǎn)生影響引力影響：太陽最大，月球次之。引力影響：太陽最大，月球次之。 和距離的平方成反比！和距離的平方成反比！ 恒星和星系，距離我們太遙遠了，恒星和星系，距離我們太遙遠了， 對地球的影響接近于零對地球的影響接近于零撞擊地球撞擊地球 彗星、小行星、隕星等撞擊地球（影響大）彗星、小行星、隕星等撞擊地球（影響大）但很少發(fā)生。但很少發(fā)生。 星座和恒星名字星座和恒星名字 19281928年，年

16、，國際天文學聯(lián)合會國際天文學聯(lián)合會 把全天分為把全天分為8888個星座個星座，其中沿用，其中沿用 了很多希臘人起的名字了很多希臘人起的名字 各個星座大小不同，星數(shù)差別很大各個星座大小不同，星數(shù)差別很大 神話人物類：仙女座，仙王座，神話人物類：仙女座，仙王座， 武仙座，獵戶座，武仙座，獵戶座，動物類：動物類： 大熊座，小熊座，大熊座，小熊座， 金牛座，杜鵑座；金牛座，杜鵑座；儀器用具類：羅盤座，儀器用具類：羅盤座， 時鐘座，圓規(guī)座，六分儀座，時鐘座，圓規(guī)座，六分儀座， 顯微鏡座，望遠鏡座顯微鏡座，望遠鏡座 千億顆恒星如何取名千億顆恒星如何取名 我國古代給一些亮星起的名字我國古代給一些亮星起的名字

17、 天狼、北斗、大角、牛郎、織女、造父天狼、北斗、大角、牛郎、織女、造父 國際命名方法國際命名方法： 不能重名又要便于記憶不能重名又要便于記憶 姓姓：星座名：星座名 名名：該星座中的星以亮度排隊：該星座中的星以亮度排隊 以希臘字母以希臘字母, 例如：小熊座例如：小熊座（北極星）北極星） 希臘字母希臘字母2424個，個， 故只能給故只能給21122112顆星命名顆星命名 在希臘字母用完后在希臘字母用完后 接著再用阿拉伯數(shù)字繼續(xù)排接著再用阿拉伯數(shù)字繼續(xù)排如小熊座如小熊座6 6星，星， 大熊座大熊座5656星等星等 其它天體命名其它天體命名 星云星云和和梅西葉梅西葉天體（天體（M M天體）天體） 射電

18、源、射電源、X X射線源、射線源、射線源、射線源、 紅外源、紫外源紅外源、紫外源 超新星和超新星遺跡超新星和超新星遺跡 脈沖星和類星體脈沖星和類星體 河外星系（星表）河外星系（星表） 最普通的命名法最普通的命名法：名字位置：名字位置 如脈沖星：如脈沖星：PSRPSR113311331616 3.3 3.3 四季星空四季星空 在地球上只能看見背著太陽方向的天空中在地球上只能看見背著太陽方向的天空中的恒星的恒星 地球繞太陽的公轉(zhuǎn)導致星空也隨季節(jié)的地球繞太陽的公轉(zhuǎn)導致星空也隨季節(jié)的變化而不同變化而不同 春季星空春季星空 小熊座小熊座 星是北極星星是北極星大熊座大熊座，大熊星座中有北斗七星，大熊星座中

19、有北斗七星， 順著斗勺邊緣上兩顆星的聯(lián)線順著斗勺邊緣上兩顆星的聯(lián)線 可找到北極星可找到北極星獅子座獅子座 頭部由六顆星組成頭部由六顆星組成, , 獅子座流星雨獅子座流星雨 獅子座流星雨獅子座流星雨 9999年熱點天象（流星雨暴）年熱點天象（流星雨暴） 流星并非來自獅子座，是輻射點流星并非來自獅子座，是輻射點 實際上是彗星噴發(fā)或分裂的流星群物質(zhì)散布在其實際上是彗星噴發(fā)或分裂的流星群物質(zhì)散布在其軌道上，每當?shù)厍虼┰藉缧擒壍罆r，就發(fā)生流星雨。軌道上，每當?shù)厍虼┰藉缧擒壍罆r，就發(fā)生流星雨。 每年每年1111月月1717日左右，地球穿越獅子座流星群（日左右，地球穿越獅子座流星群（坦坦普爾塔特爾彗星普爾塔

20、特爾彗星軌道）就發(fā)生流星雨。軌道）就發(fā)生流星雨。 3333年出現(xiàn)一次流星雨暴，原因是這個彗星的周期年出現(xiàn)一次流星雨暴，原因是這個彗星的周期是是3333年。年。 夏季星空夏季星空 銀河橫跨天空銀河橫跨天空 天鷹座天鷹座 牛郎星牛郎星 在銀河的東岸在銀河的東岸 天琴座天琴座 織女星織女星 在銀河的西岸在銀河的西岸 天鵝座天鵝座 在銀河中形如大在銀河中形如大“ 十十”字字 天鵝座天鵝座X-1X-1（X X射線源）射線源） 秋季星空秋季星空 仙后座仙后座 有五顆相當明亮的恒星有五顆相當明亮的恒星 排列成拉丁字母排列成拉丁字母 W W 的形狀的形狀 W W字開口的一面正對著北極星字開口的一面正對著北極星

21、仙女座仙女座 肉眼可見，仙女座大星云是人類認識肉眼可見，仙女座大星云是人類認識 的第一個銀河系以外的星系的第一個銀河系以外的星系 仙女座大星云仙女座大星云人類認識的第一個銀河系以外的人類認識的第一個銀河系以外的19201920年年美國科學院美國科學院“ 宇宙尺度宇宙尺度”大辨論大辨論 仙女座大星云是否在銀河系之外？仙女座大星云是否在銀河系之外？沒有結(jié)論。沒有結(jié)論。 19231923年年哈勃哈勃證實仙女座的距離為證實仙女座的距離為9090萬萬光年，遠在銀河系之外光年，遠在銀河系之外 確認是河外星系確認是河外星系 冬季星空冬季星空 獵戶座獵戶座 有三顆亮星，好比獵人的腰帶有三顆亮星，好比獵人的腰帶

22、 主星主星參宿四，紅超巨星參宿四，紅超巨星 大犬座大犬座 天狼星，全天最亮的恒星天狼星，全天最亮的恒星 雙星系統(tǒng)，伴星是第一顆白矮星雙星系統(tǒng)，伴星是第一顆白矮星 金牛座金牛座 昴星團有七顆主要亮星昴星團有七顆主要亮星 蟹狀星云和它的脈沖星蟹狀星云和它的脈沖星 10541054年超新星爆發(fā)的遺跡年超新星爆發(fā)的遺跡 看星圖看星圖 星圖種類繁多星圖種類繁多 星圖上的南北方向和普通地圖相反星圖上的南北方向和普通地圖相反 使用地圖時，平放在地上，使用地圖時，平放在地上， 使用星圖時，須要把星圖，高舉過頭，抬使用星圖時，須要把星圖，高舉過頭，抬頭看星空頭看星空 星空運轉(zhuǎn)的規(guī)律星空運轉(zhuǎn)的規(guī)律1 1，地球自轉(zhuǎn)

23、地球自轉(zhuǎn)導致整個星空從東向西圍繞我們導致整個星空從東向西圍繞我們 運轉(zhuǎn)一周，恒星每小時自西向東運行運轉(zhuǎn)一周，恒星每小時自西向東運行 15 15 度，度，4 4分鐘分鐘1 1度；度；2 2，地球繞太陽的公轉(zhuǎn)地球繞太陽的公轉(zhuǎn)，每年，每年365365天天 轉(zhuǎn)一周（轉(zhuǎn)一周（360360度）每天約移動度）每天約移動1 1度，度， 這導致恒星每天大約提前這導致恒星每天大約提前4 4分鐘升出分鐘升出 地平線，或者過中天。地平線，或者過中天。 2.7 其它測距法其它測距法 分光視差法分光視差法 造父變星法造父變星法 紅移法紅移法 HR圖法圖法 超新星法超新星法 1 分光視差法測距離分光視差法測距離 1902年

24、，丹麥天文學家發(fā)現(xiàn)恒星光譜中電離鍶譜年，丹麥天文學家發(fā)現(xiàn)恒星光譜中電離鍶譜線的強度和恒星的絕對星等有關(guān)系。線的強度和恒星的絕對星等有關(guān)系。 1914年，美年，美國天文學家建立起利用光譜譜線強度確定恒星視差國天文學家建立起利用光譜譜線強度確定恒星視差的方法。的方法。 測定出未知距離的恒星的特征譜線強度比率后就可測定出未知距離的恒星的特征譜線強度比率后就可求出絕對星等求出絕對星等。再利用視星等、絕對星等和距離的。再利用視星等、絕對星等和距離的關(guān)系式，求出恒星的距離。關(guān)系式，求出恒星的距離。 非常暗弱的恒星不可能獲得光譜資料，分光視差法非常暗弱的恒星不可能獲得光譜資料，分光視差法失靈。失靈。 2 造

25、父變星法造父變星法 1784年，發(fā)現(xiàn)仙王座年，發(fā)現(xiàn)仙王座星是變星，我國叫星是變星，我國叫做做“ 造父一造父一”。造父一最亮時是。造父一最亮時是3.6等，等，最暗時是最暗時是4.3等，周期性變化（等，周期性變化（5.37天）。天）。后來發(fā)現(xiàn)的造父變星越來越多，成為一種類型后來發(fā)現(xiàn)的造父變星越來越多，成為一種類型造父型變星。造父型變星。 造父變星的光變曲線：變化周期幾天至造父變星的光變曲線：變化周期幾天至幾月幾月。 造父變星的周光關(guān)系造父變星的周光關(guān)系 勒維特是美國一位兩耳勒維特是美國一位兩耳失聰?shù)呐煳膶W家，研究小失聰?shù)呐煳膶W家，研究小麥哲倫星云中麥哲倫星云中1777顆變星，顆變星，其中其中2

26、5顆造父變星顆造父變星,測到視星測到視星等（從等（從12.5等到等到15.5等）等） 光變周期（從光變周期（從2天到天到120天），天）， 發(fā)現(xiàn)了造父變星的發(fā)現(xiàn)了造父變星的周光關(guān)系周光關(guān)系. 造父變星越亮光變周期越長造父變星越亮光變周期越長 測出一批知道距離的造父變星得到變光測出一批知道距離的造父變星得到變光周期和絕對星等，得到造父變星的光變周周期和絕對星等，得到造父變星的光變周期和絕對星等的關(guān)系曲線。期和絕對星等的關(guān)系曲線。 利用這個關(guān)系就可以根據(jù)造父變星的光利用這個關(guān)系就可以根據(jù)造父變星的光變周期，由關(guān)系式變周期，由關(guān)系式M m 5 5 lg r，算出造父變星的距離，算出造父變星的距離。 3 紅移測距法方法紅移測距法方法 多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)：恒星遠離我們而去，使譜線：恒星遠離我們而去，使譜線產(chǎn)生紅移。星系和類星體都能測出其紅移量。產(chǎn)生紅移。星系和類星體都能測出其紅移量。 紅移量（觀測波長真正波長）紅移量（觀測波長真正波長）/真正波真正波長長v/c 可以求出視向速度可