天文學(xué)第一章緒論

第一章緒論——普通天文學(xué)主要內(nèi)容:什么是天文學(xué)？宇宙概觀天文學(xué)的分支學(xué)科天文學(xué)研究的意義天文學(xué)的起源與發(fā)展中國天文學(xué)概述2023/2/3《普通天文學(xué)》-2-1、什么是天文學(xué)?天文學(xué)的定義天文學(xué)的研究對象天文學(xué)的研究特點(diǎn)天文學(xué)的研究方法天文學(xué)是人類認(rèn)識宇宙的一門自然科學(xué)；它觀測和研究各種天體和天體系統(tǒng)，研究它們的位置、分布、運(yùn)動(dòng)、結(jié)構(gòu)、物理狀況、化學(xué)組成和起源演化規(guī)律；是自然科學(xué)中的基礎(chǔ)學(xué)科之一。2023/2/3《普通天文學(xué)》-3-1、什么是天文學(xué)?天文學(xué)的定義天文學(xué)的研究對象天文學(xué)的研究特點(diǎn)天文學(xué)的研究方法研究對象是宇宙空間中的天體和其他宇宙物質(zhì)。天體：指宇宙空間(太空)中的一切實(shí)體，包括自然天體和人造天體。其他宇宙物質(zhì)：指行星際、星際和星系際的彌漫物質(zhì)和各種微粒輻射流以及作為物質(zhì)存在形式的電磁場和引力場等。2023/2/3《普通天文學(xué)》-4-地球大氣層內(nèi)的物體和現(xiàn)象通常不是天文學(xué)的研究對象，除非它們起源于太空。1、什么是天文學(xué)?天文學(xué)的定義天文學(xué)的研究對象天文學(xué)的研究特點(diǎn)天文學(xué)的研究方法觀測（觀察和測量）是主要的研究手段。在實(shí)驗(yàn)室里難以進(jìn)行模擬研究。從“一瞬”來研究“一生”，即利用天體的空間廣延性與時(shí)間廣延性相統(tǒng)一的特性，來研究天體和宇宙的演化。2023/2/3《普通天文學(xué)》-5-人類“既不能移植太陽，又不能解剖星星”1、什么是天文學(xué)?天文學(xué)的定義天文學(xué)的研究對象天文學(xué)的研究特點(diǎn)天文學(xué)的研究方法天文學(xué)以對天體的觀測作為基本的研究方法2023/2/3《普通天文學(xué)》-6-天文學(xué)的研究方法試驗(yàn)隕星登月理論探討觀測純?nèi)庋塾^測光學(xué)望遠(yuǎn)鏡肉眼分光測光照相CCD射電望遠(yuǎn)鏡空間探測天文學(xué)的觀測工具英國的巨石陣

考古家認(rèn)為它是用于觀測太陽和月亮升起的位置與時(shí)間。-7-2023/2/3《普通天文學(xué)》它的主軸線、通往石柱的古道和夏至日早晨初升的太陽，在同一條線上-8-2023/2/3《普通天文學(xué)》天文學(xué)的觀測工具中國的渾儀-9-渾儀是用來測量天體球面坐標(biāo)的一種儀器。渾儀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是由一環(huán)套一環(huán)的同心圓環(huán)構(gòu)成，好像一個(gè)鏤空的球體，這些圓環(huán)分別代表地平圈、子午圈、赤道圈、赤經(jīng)圈、黃道圈和白道圈。東漢時(shí)的天文學(xué)家張衡說過：“立圓為渾”，因此稱這種儀器為渾儀。2023/2/3《普通天文學(xué)》天文學(xué)的觀測工具中國的簡儀-10-郭守敬（1231-1316年），河北邢臺人，元代著名的天文學(xué)家。簡儀從渾儀的復(fù)雜結(jié)構(gòu)中分離出來，分解成由赤道環(huán)和赤經(jīng)環(huán)組成的赤道經(jīng)緯儀和由地平環(huán)及地平經(jīng)環(huán)組成的地平經(jīng)緯儀兩個(gè)獨(dú)立的儀器。這樣的簡儀結(jié)構(gòu)十分簡單，大大增加了觀測的視野，克服了渾儀的兩個(gè)最大缺陷，大大提高了觀測精度。赤道經(jīng)緯儀和地平經(jīng)緯儀是分裝在同一個(gè)長方形的銅基座上，總稱為簡儀。2023/2/3《普通天文學(xué)》-11-紫金山天文臺的古觀象儀渾儀（左）和簡儀（右），明代復(fù)制

2023/2/3《普通天文學(xué)》天文學(xué)的觀測工具光學(xué)望遠(yuǎn)鏡-12-2023/2/3《普通天文學(xué)》天文學(xué)的觀測工具-13-2023/2/3《普通天文學(xué)》天文學(xué)的觀測工具哈勃太空望遠(yuǎn)鏡-14-2023/2/3《普通天文學(xué)》天文學(xué)的觀測工具射電望遠(yuǎn)鏡-15-2023/2/3《普通天文學(xué)》天文學(xué)的觀測工具空間探測器-16-卡西尼-惠更斯號土星探測器尤里西斯號太陽探測器金星探測器伽利略號木星探測器2023/2/3《普通天文學(xué)》個(gè)人一小步，人類一大步-17-2023/2/3《普通天文學(xué)》主要內(nèi)容:什么是天文學(xué)？宇宙概觀天文學(xué)的分支學(xué)科天文學(xué)研究的意義天文學(xué)的起源與發(fā)展中國天文學(xué)概述2023/2/3《普通天文學(xué)》-18-2、宇宙概觀宇宙的概念宇宙大爆炸理論宇宙學(xué)宇宙的層次結(jié)構(gòu)-19-宇宙是有限的還是無限的？宇宙有沒有中心有沒有邊界？宇宙有沒有生老病死？有沒有年齡？2023/2/3《普通天文學(xué)》宇宙的概念（1）廣義：物質(zhì)現(xiàn)象的總和，指無限多樣、永恒發(fā)展的物質(zhì)世界。是由空間、時(shí)間、物質(zhì)和能量所構(gòu)成的統(tǒng)一體。宇宙是時(shí)間和空間的總和。哲學(xué)上，宇宙是指與精神世界相對的客觀物質(zhì)世界，是無始無終，無邊無際的。-20-四方上下曰宇古往今來曰宙2023/2/3《普通天文學(xué)》宇宙的概念（2）狹義(可觀測宇宙)：指一定時(shí)代觀測所及的最大天體系統(tǒng)，即天文學(xué)中的“總星系”。天文學(xué)所稱的宇宙，是廣漠空間以及其中存在的各種天體和各種形態(tài)的物質(zhì)的總稱。-21-2023/2/3《普通天文學(xué)》universe和cosmos前者強(qiáng)調(diào)的是物質(zhì)現(xiàn)象的總和，后者強(qiáng)調(diào)的是整體宇宙的結(jié)構(gòu)或構(gòu)造。人類認(rèn)識宇宙是一個(gè)無限深化的過程，在某一個(gè)具體的時(shí)間斷面上，人類只能認(rèn)識到由有限對象組成的具體的宇宙。目前普遍認(rèn)為：宇宙產(chǎn)生于大爆炸，宇宙是平坦的，并在做加速膨脹。-22-2023/2/3《普通天文學(xué)》宇宙大爆炸理論（theBigBangTheory）宇宙大爆炸理論是俄裔美國科學(xué)家伽莫夫在1948年提出來的。這個(gè)理論認(rèn)為，宇宙開始是個(gè)高溫致密的火球，它不斷地向各個(gè)方向迅速膨脹。當(dāng)溫度和密度降低到一定程度，這個(gè)火球發(fā)生了劇烈的核聚變反應(yīng)。隨著溫度和密度的降低，宇宙早期存在的微粒在引力作用下不斷聚集，最后逐漸形成今天宇宙中的各種天體。這一理論體系被稱為“宇宙大爆炸模型”，與DNA雙螺旋模型、地球板塊模型、夸克模型一起，被認(rèn)為是20世紀(jì)科學(xué)中最重要的四個(gè)模型。-23-2023/2/3《普通天文學(xué)》-24-

空間

時(shí)間2023/2/3《普通天文學(xué)》宇宙學(xué)Cosmology從整體角度探討宇宙結(jié)構(gòu)和演化的天文學(xué)分支學(xué)科?，F(xiàn)代宇宙學(xué)包括密切聯(lián)系的兩個(gè)方面，即觀測宇宙學(xué)和理論宇宙學(xué)。前者側(cè)重于發(fā)現(xiàn)大尺度的觀測特征，后者側(cè)重于研究宇宙的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)以及建立宇宙模型。-25-2023/2/3《普通天文學(xué)》宇宙的層次結(jié)構(gòu)物質(zhì)世界可分為微觀世界、宏觀世界和宇觀世界。-26-2023/2/3《普通天文學(xué)》宇宙的層次結(jié)構(gòu)天文學(xué)所研究的對象大多屬于宇觀世界。天文學(xué)的研究成果表明，宇宙是有層次結(jié)構(gòu)的、物質(zhì)形態(tài)多樣的、不斷運(yùn)動(dòng)發(fā)展的天體系統(tǒng)。各種天體分別處于宇宙的各個(gè)層次之中。-27-2023/2/3《普通天文學(xué)》(1)地月系和衛(wèi)星系統(tǒng)-28-2023/2/3《普通天文學(xué)》-29-2023/2/3《普通天文學(xué)》(2)太陽系、恒星和行星系統(tǒng)30恒星，永恒嗎？

—能夠長時(shí)間發(fā)出大量光和熱的等離子氣體球—恒星的化學(xué)組成大致相似，平均來說，氫約70％，氦約30％

—變星

—新星

—超新星行星系統(tǒng)-31-2023/2/3《普通天文學(xué)》2023/2/3《普通天文學(xué)》-32-(3)恒星集團(tuán)恒星有集群的趨勢多顆恒星聚集形成恒星系統(tǒng)雙星聚星(多合星)星團(tuán)(疏散星團(tuán)、球狀星團(tuán))2023/2/3《普通天文學(xué)》-33-雙星最簡單的恒星系統(tǒng)是兩個(gè)互相繞轉(zhuǎn)的雙星兩顆子星除了引力作用外，還有密切的物理聯(lián)系，比如物質(zhì)交換質(zhì)量大的是主星，質(zhì)量小的為伴星英仙座雙星團(tuán)2023/2/3《普通天文學(xué)》-34-星團(tuán)當(dāng)在一起繞轉(zhuǎn)的恒星超過十顆時(shí)稱為星團(tuán)昴星團(tuán)及其反射星云

（年輕的疏散星團(tuán)）位于金牛座-35-疏散星團(tuán)NGC3293

（星團(tuán)中的橙色亮星正在迅速變老，很可能是星團(tuán)中下一個(gè)超新星）

疏散星團(tuán)比較稀疏，成員星較少，外形不太規(guī)則2023/2/3《普通天文學(xué)》2023/2/3《普通天文學(xué)》-36-疏散星團(tuán)NGC2682(M67)

最老的疏散星團(tuán)之一，年齡100億年

2023/2/3《普通天文學(xué)》-37-玫瑰星云和疏散星團(tuán)NGC2244(玫瑰星云看起來像玫瑰花，一百萬年前疏散星團(tuán)NGC2244在其間形成，并使星云明亮可見)2023/2/3《普通天文學(xué)》-38-球狀星團(tuán)M3(NGC5272，在獵犬座)球狀星團(tuán)的成員星常達(dá)幾萬甚至上千萬顆，形狀比較規(guī)則，分布比較均勻2023/2/3《普通天文學(xué)》-39-球狀星團(tuán)——杜鵑47，NGC1042023/2/3《普通天文學(xué)》-40-(4)銀河系和星系星系是包含了幾億至幾十億顆恒星以及無數(shù)雙星、聚星、星團(tuán)的龐大恒星系統(tǒng)。太陽所在的星系稱為銀河系。銀河系以外的其他星系稱為河外星系。星系按形態(tài)大致分為旋渦星系、棒旋星系、橢圓星系和不規(guī)則星系。銀河系是一個(gè)旋渦星系。2023/2/3《普通天文學(xué)》-41-銀河系仙女星系-42-這張哈勃圖像是2005年8,9月拍攝的。NGC1309位于距離我們地球１億光年遠(yuǎn)的地方。它是波江座中200顆星系中的一顆。由哈勃空間望遠(yuǎn)鏡于2004年9月拍攝的一系列照片拼接而成，NGC1300的直徑大約6900光年（21Mpc），位于波江座。2023/2/3《普通天文學(xué)》2023/2/3《普通天文學(xué)》-43-巨橢圓星系M87。澳大利亞的英－澳天文臺(Anglo-AustralianObservatory)拍攝M87，呈圓球型或橢球型。橢圓星系呈圓球型或橢球型。中心區(qū)最亮，亮度向邊緣遞減。橢圓星系半人馬A射電源(CentaurusA)。此星系大約是在10億年前，由兩個(gè)星系面對面碰撞后形成的。HST拍攝。2023/2/3《普通天文學(xué)》-44-孔雀座(Pavo)中距離為75萬光年的棒旋星系NGC6872與它北面鄰居星系IC4970(NGC6872中心上方)相互作用。歐洲南方天文臺(EuropeanSouthernObservatory)的甚大望遠(yuǎn)鏡(VeryLargeTelescope，VLT)拍攝。長蛇座(Hydra)中兩個(gè)相互作用的旋渦星系。Subaru望遠(yuǎn)鏡拍攝。2023/2/3《普通天文學(xué)》-45-肉眼能見的最近的河外星系：大麥哲倫云(距銀河系169000光年）2023/2/3《普通天文學(xué)》-46-(5)星系集團(tuán)星系也有結(jié)團(tuán)的現(xiàn)象，其結(jié)團(tuán)的傾向比恒星更為強(qiáng)烈，在已發(fā)現(xiàn)的數(shù)十億個(gè)河外星系中，很少是單獨(dú)存在的。兩個(gè)互相有聯(lián)系的星系成為雙重星系，三五個(gè)或十來個(gè)在一起運(yùn)動(dòng)的星系稱為多重星系，而10~100個(gè)星系組成的星系集團(tuán)稱為星系群。100~1000個(gè)星系組成的則叫星系團(tuán)。2023/2/3《普通天文學(xué)》-47-星系群NGC3190星系群NGC5985武仙座星系團(tuán)2023/2/3《普通天文學(xué)》-48-宇宙的層次結(jié)構(gòu)地月系和衛(wèi)星系統(tǒng)太陽系、恒星和行星系統(tǒng)恒星集團(tuán)銀河系和星系星系集團(tuán)注意區(qū)別：星團(tuán)、星系、星系團(tuán)主要內(nèi)容:什么是天文學(xué)？宇宙概觀天文學(xué)的分支學(xué)科天文學(xué)研究的意義天文學(xué)的起源與發(fā)展中國天文學(xué)概述2023/2/3《普通天文學(xué)》-49-3、天文學(xué)的分支學(xué)科2023/2/3《普通天文學(xué)》-50-2023/2/3《普通天文學(xué)》-51-

天體測量學(xué)球面天文學(xué)方位天文學(xué)實(shí)用天文學(xué)天文地球動(dòng)力學(xué)2023/2/3《普通天文學(xué)》-52-天文動(dòng)力學(xué)形狀和自轉(zhuǎn)理論歷書天文學(xué)數(shù)值方法定性理論攝動(dòng)理論天體力學(xué)2023/2/3《普通天文學(xué)》-53-天體物理學(xué)太陽物理等離子體天體物理太陽系物理學(xué)相對論天體物理學(xué)恒星物理學(xué)宇宙學(xué)恒星天文學(xué)天體演化學(xué)星系天文學(xué)射電天文學(xué)高能天體物理學(xué)空間天文學(xué)分子天文學(xué)宇宙化學(xué)主要內(nèi)容:什么是天文學(xué)？宇宙概觀天文學(xué)的分支學(xué)科天文學(xué)研究的意義天文學(xué)的起源與發(fā)展中國天文學(xué)概述2023/2/3《普通天文學(xué)》-54-4、天文學(xué)研究的意義科學(xué)意義實(shí)際意義哲學(xué)意義2023/2/3《普通天文學(xué)》-55-科學(xué)意義——基礎(chǔ)學(xué)科之一天文學(xué)與物理學(xué)相互促進(jìn)、并肩發(fā)展天文學(xué)有力推進(jìn)了數(shù)學(xué)的發(fā)展天文學(xué)的發(fā)現(xiàn)對化學(xué)的發(fā)展也有推動(dòng)作用一些天文因素與氣象現(xiàn)象直接相關(guān)天文學(xué)與地學(xué)相互滲透有助于探索生命起源問題2023/2/3《普通天文學(xué)》-56-2023/2/3《普通天文學(xué)》-57-實(shí)際意義——為生活、生產(chǎn)服務(wù)時(shí)間服務(wù)(授時(shí)與編歷)天文大地測量與天文導(dǎo)航歷史年代考證太陽活動(dòng)預(yù)報(bào)人造衛(wèi)星和航天近地小行星監(jiān)測哲學(xué)意義——科學(xué)的宇宙觀正確認(rèn)識人類在自然界中的地位和人類與自然的關(guān)系樹立了事物運(yùn)動(dòng)和發(fā)展的觀點(diǎn)天文學(xué)的研究對象涵蓋了許多具體的哲學(xué)范疇，揭示了自然界固有的辯證法2023/2/3《普通天文學(xué)》-58-宏觀與微觀有限與無限空間與時(shí)間主要內(nèi)容:什么是天文學(xué)？宇宙概觀天文學(xué)的分支學(xué)科天文學(xué)研究的意義天文學(xué)的起源與發(fā)展中國天文學(xué)概述2023/2/3《普通天文學(xué)》-59-5、天文學(xué)的起源與發(fā)展天文學(xué)的起源各種天文現(xiàn)象(太陽東升西落、四季更迭)直接影響人類的生活，引起人類的注意農(nóng)牧業(yè)發(fā)展需要掌握時(shí)間、季節(jié)變化規(guī)律人類的好奇心和求知欲2023/2/3《普通天文學(xué)》-60-古代天文學(xué)2023/2/3《普通天文學(xué)》-61-古埃及古巴比倫古印度古希臘2023/2/3《普通天文學(xué)》-62-天文學(xué)的發(fā)展第一次飛躍：認(rèn)識到地球是球形的，日月星辰遠(yuǎn)近不同，它們的運(yùn)動(dòng)有規(guī)律可尋，從天象觀測來編制歷法和星表。2023/2/3《普通天文學(xué)》-63-天文學(xué)的發(fā)展第二次飛躍：哥白尼提出宇宙日心體系，形成太陽系的概念。2023/2/3《普通天文學(xué)》-64-天文學(xué)的發(fā)展第三次飛躍：萬有引力定律和天體力學(xué)的建立。2023/2/3《普通天文學(xué)》-65-天文學(xué)的發(fā)展第四次飛躍：認(rèn)識到太陽系有其產(chǎn)生到衰亡的演化史。(星云假說)2023/2/3《普通天文學(xué)》-66-康德天文學(xué)的發(fā)展第五次飛躍：建立銀河系和星系概念，開創(chuàng)了天文學(xué)的一門分支學(xué)科——恒星天文學(xué)。2023/2/3《普通天文學(xué)》-67-威廉·赫歇爾天文學(xué)的發(fā)展第六次飛躍：天體物理學(xué)興起。2023/2/3《普通天文學(xué)》-68-天文學(xué)的發(fā)展第七次飛躍：絕對時(shí)空觀到相對論時(shí)空觀的革命。2023/2/3《普通天文學(xué)》-69-主要內(nèi)容:什么是天文學(xué)？宇宙概觀天文學(xué)的分支學(xué)科天文學(xué)研究的意義天文學(xué)的起源與發(fā)展中國天文學(xué)概述2023/2/3《普通天文學(xué)》-70-6、中國天文學(xué)概述2023/2/3《普通天文學(xué)》-71-中國古代天文學(xué)－精確完善的歷法研究－完整系統(tǒng)的天象記錄－靈巧精密的天文儀器－宇宙本源問題的精辟見解||顧炎武《日知錄》三代以上，人人皆知天文古代宇宙模型蓋天說1出現(xiàn)于殷末周初主要觀點(diǎn)：天在上，地在下，天為一個(gè)半球形的罩子天圓地方：“天圓如張蓋，地方如棋局”古代宇宙模型蓋天說2—方形大地改為拱形大地，為以后球形大地的認(rèn)識奠定了基礎(chǔ)蓋天說的缺點(diǎn)：

不能解釋天體的運(yùn)行兩種蓋天說古代宇宙模型渾天說“渾天如雞子，天體圓如彈丸，地如雞子中黃，孤居于天內(nèi)，天大而地小。天表里有水，天之包地，猶殼之裹黃。天地各乘氣而立，載水而浮。天轉(zhuǎn)如車轂之運(yùn)也，周旋無端。其形渾渾，故曰渾天?！惫糯钪婺Ｐ托拐f天沒有固定的天穹，而是無邊無際的氣體日月星辰在氣體中漂浮游動(dòng)日月星辰是會(huì)發(fā)光的氣體杞人憂天杞國有人,憂天地崩墜,身無所寄,廢寢食者.又有憂彼之所憂者,因往曉之,曰：“天,積氣耳,無處無氣.若屈伸呼吸,終日在天中行止,奈何憂崩墜乎?”其人曰：“天果積氣?日月星宿,不當(dāng)墜邪?”曉之者曰：“日月星宿,亦積氣中之有光耀者,只使墜,亦不能有所中傷.”其人曰：“奈地壞何?”曉者曰：“地,積塊耳,充塞四虛,亡處亡塊.若躇步跐蹈?終日在地上行止,奈何憂其壞?”其人舍然大喜,曉之者亦舍然大喜.-76-圭表2023/2/3《普通天文學(xué)》-77-日晷2023/2/3《普通天文學(xué)》-78-2023/2/3《普通天文學(xué)》渾儀-79-2023/2/3《普通天文學(xué)》簡儀-80-2023/2/3《普通天文學(xué)》天象儀-81-2023/2/3《普通天文學(xué)》-82-北京觀象臺2023/2/3《普通天文學(xué)》北京觀象臺-83-登封觀星臺2023/2/3《普通天文學(xué)》-84-

漏壺“午時(shí)三刻”？中國古人將1晝夜分為12個(gè)時(shí)辰，子時(shí)、丑時(shí)、寅時(shí)、卯時(shí)、辰時(shí)、巳時(shí)、午時(shí)、未時(shí)、申時(shí)、酉時(shí)、戌時(shí)、亥時(shí)；如子時(shí)從現(xiàn)在的23點(diǎn)到1點(diǎn)但是時(shí)辰的刻度太大，不便于精確計(jì)時(shí)，所以又將一晝夜分為100刻，而刻度的單位源于漏壺中的刻度2023/2/3《普通天文學(xué)》-85-2023/2/3《普通天文學(xué)》國內(nèi)天文臺站介紹國家天文臺：于2001年4月成立

在原北京天文臺（1958年建）基礎(chǔ)上建立

下屬單位有：云南天文臺、南京天文光學(xué)技術(shù)研究所、烏魯木齊天文站和長春人造衛(wèi)星觀測站。紫金山天文臺：建成于1934年9月的紫金山天文臺是我國自己建立的第一個(gè)現(xiàn)代天文學(xué)研究機(jī)構(gòu)，前身是成立于1928年2月的國立中央研究院天文研究所。上海天文臺：中國科學(xué)院上海天文臺成立于1962年，它的前身是法國天主教耶穌會(huì)1872年建立的徐家匯觀象臺和1900年建立的佘山觀象臺

由于歷史悠久，并在國際上有較大的影響，繼續(xù)保留中國科學(xué)院直屬事業(yè)單位的法人資格，學(xué)術(shù)上受國家天文臺的宏觀協(xié)調(diào)和指導(dǎo)。國家授時(shí)中心：原陜西天文臺2023/2/3《普通天文學(xué)》