天文學(xué)導(dǎo)論課件

天文學(xué)導(dǎo)論課件第一頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二主要參考資料《天文學(xué)——物理學(xué)新視野》：庫特納著，蕭耐園、胡方浩譯，湖南科技出版社。AstronomyToday(5thed.):Chaisson&McMillan,PrenticeHallFundamentalAstronomy:Karttunen,Oja,Poutanen&Donner,Springer第二頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二網(wǎng)上資源/AstronomyToday第三頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二致謝和說明：本課件中采用了許多他人的影像資料，這些資料來自網(wǎng)上、書本掃描、他人課件等。在此非常感謝這些資料的作者。由于資料比較多，而且來源復(fù)雜，這里無法將作者一一列出，特此說明。所有資料的版權(quán)均屬于原作者。本課件只用于本人的教學(xué)工作，不作其它用途。第四頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二//Astronomy/astronomy%20today/CHAISSON/NAV/FRAMESET/FRAME07/IDA07-00.HTM(AstronomyToday,4e)第五頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二第一章緒論第六頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二

世界上有兩件東西能夠深深地震撼人們的心靈，一件是我們心中崇高的道德準(zhǔn)則，另一件是我們頭頂上燦爛的星空。

——伊曼努爾·康德第七頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二§1.1天文學(xué)的研究對象和方法第八頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二一、天文學(xué)的研究對象第九頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二1、天文學(xué)的研究對象研究對象是宇宙及其中的天體和各種形態(tài)的物質(zhì)。天文學(xué)觀測和研究它們的位置、分布、運(yùn)動、形態(tài)、結(jié)構(gòu)、物理狀態(tài)、化學(xué)組成、相互關(guān)系和起源演化。天體是指太空中的一切實(shí)體，包括自然天體和人造天體；各種形態(tài)的物質(zhì)是指行星際、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。地球大氣層以內(nèi)的物體和現(xiàn)象通常并不是天文學(xué)研究的對象，除非源于太空。地球作為一個(gè)天體，也屬于天文學(xué)的研究范疇。天體的屬性第十頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二2、天文學(xué)和氣象學(xué)的區(qū)別和聯(lián)系天文學(xué)和氣象學(xué)的分界，概而言之就是大氣層，研究對象分別位于大氣層之外和之內(nèi)。大氣天文觀測（天氣、大氣折射、大氣吸收、大氣擾動）大氣地球自轉(zhuǎn)（地極移動、自轉(zhuǎn)速率）黃赤交角氣候地球自轉(zhuǎn)季風(fēng)太陽活動氣候和天氣第十一頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3、天文學(xué)與地球科學(xué)的區(qū)別和聯(lián)系地球結(jié)構(gòu)地球自轉(zhuǎn)日月潮汐天文觀測板塊運(yùn)動和地震第十二頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二二、天文學(xué)的研究方法第十三頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二天文學(xué)研究的特點(diǎn)觀測（觀察和測量）是主要的研究手段。觀測工具的改進(jìn)和觀測方法的革新會推動天文學(xué)的發(fā)展。天文學(xué)是沿著觀測——理論——觀測的途徑發(fā)展的。研究對象距離遠(yuǎn)，時(shí)標(biāo)長，物理?xiàng)l件極端復(fù)雜（密度、溫度、壓強(qiáng)、磁場）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。第十四頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二天文學(xué)的研究方法天文學(xué)的研究方法試驗(yàn)理論探討觀測隕星登月古代的純?nèi)庋塾^測光學(xué)望遠(yuǎn)鏡射電望遠(yuǎn)鏡空間探測肉眼分光測光照相CCD第十五頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二天文學(xué)的觀測工具——英國的巨石陣關(guān)于巨石陣的用途，比較一致的說法是用于對日月運(yùn)行的觀測,它代表著一年有八個(gè)節(jié)氣的歷法第十六頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二天文學(xué)的觀測工具——中國的渾儀渾儀是用來測量天體球面坐標(biāo)的一種儀器。在戰(zhàn)國時(shí)代已經(jīng)開始制造了，不過那時(shí)不一定稱為渾儀。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。渾儀在應(yīng)用過程中,不斷得到改進(jìn)，但總的思路是增多圓環(huán)結(jié)構(gòu)愈加復(fù)雜，遮擋星空的范圍增多，影響觀測。此外，要求多重圓環(huán)安裝要同心，這是十分困難的，由此導(dǎo)致渾儀產(chǎn)生偏心差。第十七頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二天文學(xué)的觀測工具——中國的簡儀郭守敬（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。第十八頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二紫金山天文臺的古觀象儀渾儀（左）和簡儀（右），明代復(fù)制第十九頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二天文學(xué)的觀測工具——光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡第二十頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二The100/135/300cmSchmidttelescopeatKvistabergisthelargestopticaltelescopeinSwedenandwasoperationalin1963.第二十一頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二HubbleSpaceTelescope

第二十二頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二天文學(xué)的觀測工具——射電望遠(yuǎn)鏡NRAO140Foot

Telescope,inGreenBank,WestVirginia第二十三頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二Explorer1-5，1958：1-8Pioneer3&41958:12；1959:3Apollo11wasthefirstmannedmissiontolandontheMoon.1969.7天文學(xué)的觀測工具——空間探測器第二十四頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二第二十五頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二

“神舟五號”載人飛船成功發(fā)射升空第二十六頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二三、天文學(xué)的分支學(xué)科第二十七頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二第二十八頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二天體測量學(xué)球面天文學(xué)方位天文學(xué)實(shí)用天文學(xué)天文地球動力學(xué)第二十九頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二天文動力學(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理論天體力學(xué)第三十頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二天體物理學(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)第三十一頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二四、宇宙概觀第三十二頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二1、宇宙的概念

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。現(xiàn)有的觀測表明：我們所處的宇宙是平坦的、并在做加速膨脹。四方上下曰宇，往古今來曰宙。

——《淮南子》空間時(shí)間第三十三頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二2、物質(zhì)的層次結(jié)構(gòu)（微觀、宏觀和宇觀）第三十四頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二地月系和衛(wèi)星系統(tǒng)第三十五頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二太陽系、恒星和行星系統(tǒng)根據(jù)2006年布魯塞爾召開的IAU大會決議，冥王星被降為dwarfplanet，從而被排除在經(jīng)典行星之外，現(xiàn)在只有8大經(jīng)典行星。第三十六頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二Resolution5ATheIAUthereforeresolvesthatplanetsandotherbodiesinourSolarSystembedefinedintothreedistinctcategoriesinthefollowingway:(1)Aplanet[1]isacelestialbodythat(a)isinorbitaroundtheSun,(b)hassufficientmassforitsself-gravitytoovercomerigidbodyforcessothatitassumesahydrostaticequilibrium(nearlyround)shape,and(c)hasclearedtheneighbourhoodarounditsorbit.(2)Adwarfplanetisacelestialbodythat(a)isinorbitaroundtheSun,(b)hassufficientmassforitsself-gravitytoovercomerigidbodyforcessothatitassumesahydrostaticequilibrium(nearlyround)shape[2],(c)hasnotclearedtheneighbourhoodarounditsorbit,and(d)isnotasatellite.(3)Allotherobjects[3]orbitingtheSunshallbereferredtocollectivelyas"SmallSolarSystemBodies".---------------------------------------------------------------------[1]Theeightplanetsare:Mercury,Venus,Earth,Mars,Jupiter,Saturn,Uranus,andNeptune.[2]AnIAUprocesswillbeestablishedtoassignborderlineobjectsintoeitherdwarfplanetandothercategories.[3]ThesecurrentlyincludemostoftheSolarSystemasteroids,mostTrans-NeptunianObjects(TNOs),comets,andothersmallbodies.第三十七頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二Resolution5BInserttheword"classical"beforetheword"planet"inResolution5A,Section(1),andfootnote1.Thusreading:(1)Aclassicalplanet[1]isacelestialbody...and-------------------------------[1]Theeightclassicalplanetsare:Mercury,Venus,Earth,Mars,Jupiter,Saturn,Uranus,andNeptune.第三十八頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二IAUResolution:PlutoResolution6ATheIAUfurtherresolves:Plutoisadwarfplanetbytheabovedefinitionandisrecognizedastheprototypeofanewcategoryoftrans-Neptunianobjects.Resolution6BThefollowingsentenceisaddedtoResolution6A:Thiscategoryistobecalled"plutonianobjects."第三十九頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二恒星集團(tuán)恒星有集群的趨向。最簡單的恒星系統(tǒng)是兩顆相互繞轉(zhuǎn)的雙星，質(zhì)量大的是主星，質(zhì)量小的是伴星。兩子星之間除引力作用之外，還有更密切的物理聯(lián)系，比如物質(zhì)交換。有兩顆以上恒星組成的恒星集團(tuán)稱為聚星，也成為多合星。當(dāng)在一起繞轉(zhuǎn)的恒星超過十顆時(shí)稱為星團(tuán)。星團(tuán)成員對于周圍的場星通常有整體的運(yùn)動。星團(tuán)分為球狀星團(tuán)和疏散星團(tuán)。疏散星團(tuán)成員星比較少，在十幾到幾百顆之間，外形不規(guī)則，大多分布在銀道附近。球狀星團(tuán)是銀河系中恒星分布最密集的地方，這里恒星分布的平均密度比太陽附近恒星分布的密度約大50倍，中心密度則大到1000倍左右。球狀星團(tuán)成員星通常達(dá)幾萬到上千萬顆，形狀規(guī)則。在業(yè)已發(fā)現(xiàn)的約121個(gè)球狀星團(tuán)中，約有30個(gè)在人馬座中（銀心），其余的分布在銀河系邊緣，圍繞銀心形成形成一個(gè)近乎球狀的暈輪。球狀星團(tuán)的年齡一般要疏散星團(tuán)的年齡大得多。第四十頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二英仙座雙星團(tuán)

第四十一頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二昴星團(tuán)及其反射星云

（年輕的疏散星團(tuán)）第四十二頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二疏散星團(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）第四十三頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二疏散星團(tuán)NGC2682(M67)

最老的疏散星團(tuán)之一，年齡100億年第四十四頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二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)第四十五頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二NGC5139isalsoknownasOmegaCentauri,thelargestandbrightestglobularinourskies.第四十六頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二M3isoneofthenicestglobularclusterstogracethenorthernskies.ItislocatedintheconstellationCanesVenatici.(NGC5272，在獵犬座)第四十七頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二球狀星團(tuán)——杜鵑47，NGC104第四十八頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二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)。太陽所在的星系成為銀河系。河外星系按形態(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)漩渦星系。第四十九頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二銀河系和星系銀河系仙女星系第五十頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二這張哈勃圖像是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。第五十一頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二由哈勃空間望遠(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。第五十二頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二巨橢圓星系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。第五十三頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二TheLargeMagellanicCloud,LMCTheSmallMagellanicCloud,SMC第五十四頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二Lenticular(S0)GalaxiesMessier84Thelenticulargalaxiesarediskgalaxieswithoutanyconspicuousstructureintheirdisks.Thisisprobablybecausetheyhaveeitherusedupmostoftheirinterstellarmatter,sothattheyconsistofoldstarsonly,whichhavefoundasmoothandevendistributioninthediskbythetime,orbecausethegalaxyhasnotcloselyencounteredanyneighborinthepastfewhundredmillion(orfewbillion)years.第五十五頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二IrregularGalaxiesSpiralGalaxies(andotherdisks)Lenticular(S0)GalaxiesEllipticalGalaxies第五十六頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二星系之間的相互作用孔雀座(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