天文学基本知识

大学物理,第三章宇观世界-星空和星座,大学物理,3.1天文学基本知识一：天球坐标系借鉴地球的地理坐标基本点：北极、南极基本圈：赤道、纬圈，经圈、本初经圈纬度、经度,大学物理,纬度：从赤道面起算到北极090o到南极090o经度：从本初经圈起算（通过格林尼治天文台）向东方向，东经0180o向西方向，西经0180o,大学物理,天球1，用肉眼或望远镜看天体，分不清它们的远近，好象是镶嵌在无穷远处的球面上：一个虚拟的天球！2，天球是以地球为中心，但这仅仅是一种方法，用起来方便,大学物理,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,大学物理,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,大学物理,天球坐标系1，赤道坐标系2，地平坐标系3，黄道坐标系4，银道坐标系只要求掌握赤道坐标系,大学物理,赤道坐标系基本圈：赤道、纬圈、经圈基本点：北天极（南天极）春分点(3月21日）赤纬赤经,大学物理,赤道坐标系子午圈春分点地平圈赤道天极赤纬时角，赤经赤经从春分点起算，时角从子午圈算起,大学物理,春分点和秋分点,地球轨道面（黄道面）和赤道面的交点,二：时间,所谓时间就是确立时间基准，就是在当代被人们确认为是最精确的时间尺度，长期以来，人们一直在寻求着这样的时间尺度。在远古时期，人类以太阳的东升西落作为时间尺度；公元前二世纪，人们发明了地平日晷，一天差15分钟；一千多年前的希腊和我国的北宋时期，能工巧匠们曾设计出水钟，精确到每日10分钟误差；六百多年前，机械钟问世，并将昼夜分为24小时；到了十七世纪，单摆用于机械钟，使计时精度提高近一百倍；到了20世纪的30年代，石英晶体震荡器出现，对于精密的石英钟，三百年只差一秒。,(1)地方时、世界时,平常，我们在钟表上所看到的“几点几分”，习惯上就称为“时间”，但严格说来应当称为“时刻”。某一地区具体时刻的规定，与该地区的地理纬度存在一定关系。这种在地球上某个特定地点，根据太阳的具体位置所确定的时刻，称为“地方时”。,1879年，加拿大铁路工程师伏列明提出了“区时”的概念，这个建议在1884年的一次国际会议上得到认同，由此正式建立了统一世界计量时刻的“区时系统”。“区时系统”规定，地球上每15经度范围作为一个时区（即太阳1个小时内走过的经度）。这样，整个地球的表面就被划分为24个时区。各时区的“中央经线”规定为0（即“本初子午线”）、东西经15、东西经30、东西经45直到180经线，在每条中央经线东西两侧各7.5范围内的所有地点，一律使用该中央经线的地方时作为标准时刻。,国际日期变更线-当你由西向东跨越国际日期变更线时，必须在你的计时系统中减去一天；反之，由东向西跨越国际日期变更线，就必须加上一天。,(2)国际原子时、世界协调时、授时系统,原子时是一种以原子谐振周期为标准，并对它进行连续计数的时标。同世界时相比，原子时要均匀得多。在1967年第十三届国际计量大会上把秒定义为：以铯原子（133Cs）超精细能级跃迁辐射的9192631770个周期所持续的时间为一秒；时标的始点定在1958年1月1日的零时零分零秒。,世界时和原子时都是独立的时标，它们各有自己的使用范围。为了同时适应两种需要，产生了所谓“协调世界时”的时标。协调世界时是通过闰秒的办法使它的时刻接近世界时。协调世界时是世界时与原子时协调的产物，自1972年1月1日起在全世界实施。对于时间频率用户说，使用协调世界时标，可以得到符合新的原子秒定义的时间间隔，从而得到尽可能均匀的时标。,授时系统是确定和发播精确时刻的工作系统。,三：历法,时间长河是无限的，只有确定每一日在其中的确切位置，我们才能记录历史、安排生活。我们日常使用的日历，对每一天的“日期”都有极为详细的规定，这实际上就是历法在生活中最直观的表达形式。,年、月、日是历法的三大要素。历法中的年、月、日，在理论上应当近似等于天然的时间单位回归年、朔望月、真太阳日，称为历日、历月、历年。在历史上，在世界各地，存在过千差万别的历法，但就其基本原理来讲，不外乎三种：即太阴历（阴历）、太阳历（阳历）和阴阳历。三种历法各自有各自的优缺点，目前世界上通行的“公历”实际上是一种太阳历。,大学物理,距离单位恒星之遥远，远到无法用公里来做单位天文学家特别定义了3把不同的尺子1.天文单位太阳和地球之间的距离约1亿5千万公里，称为1个“天文单位”2.光年,光1年走的距离（大约10万亿公里）3.秒差距(pc)1秒差距等于3.26光年,四：天文学单位,时间方面用的最多的还是“年”。但，在研究宇宙学问题时也会使用“宇宙秒”。一个“宇宙秒”等于160年。,二.星座,1.谁发明了星座大约3500年前，在今天的伊拉克有一片名叫美索不达米亚的平原，上面居住着一群巴比伦人。传说巴比伦的牧羊人在晚上把天上的星星，连起来想像成12种模样，它们有白羊、金牛、双子、巨蟹、狮子、室女、天秤、天蝎、人马、摩羯、宝瓶、双鱼，统称黄道十二星座，巴比伦人还在石碑上雕刻了黄道十二星座，而太阳每一年则都经过这些星座一次。,到了公元前二世纪，亚力山德里亚的杰出天文学家，托勒密把之前天文学家所记载的内容及另外增加的资料，整理出四十八个星座.随著大航海时代的来临，托勒密星座到了南半球觉得不够用了。航海家和天文学家增加了南天星座到了1930年，当国际天文联合会开大会时，决定把全天划成八十八个星座，这便是我们现在所用的划分。,2.星座的划分,天文学家一般将星座按照区域分为三个部分：北天星座、南天星座和黄道星座。大家最熟的应该是(只是?)沿黄道天区的12个星座，它们是双鱼座、白羊座、金牛座、双子座、巨蟹座、狮子座、室女座、天秤座、天蝎座、半人马座、摩羯座、宝瓶座。,北天29个星座,小熊座、大熊座、天龙座、天琴座、天鹰座、天鹅座、武仙座、海豚座、天箭座、人马座、狐狸座、飞马座、蝎虎座、北冕座、巨蛇座、小狮座、猎犬座、后发座、牧夫座、天猫座、御夫座、小犬座、三角座、仙王座、仙后座、仙女座、英仙座、猎户座、鹿豹座。,南天有47个星座,唧筒座、天燕座、天坛座、雕具座、大犬座、船底座、半人马座、鲸鱼座、蝘蜓座、圆规座、天鸽座、南冕座、乌鸦座、巨爵座、南十字座、剑鱼座、波江座、天炉座、天鹤座、时钟座、长蛇座、水蛇座、印第安座、天兔座、豺狼座、山案座、显微镜座、麒麟座、苍蝇座、矩尺座、南极座、蛇夫座、孔雀座、凤凰座、绘架座、南鱼座、船尾座、罗盘座、网罟座、玉夫座、盾牌座、六分仪座、望远镜座、南三角座、杜鹃座、船帆座、飞鱼座。,大学物理,星座不是有机整体星座只是某一方向范围内所有天体的集合(亮星）银河系中的恒星、星云河外星系、类星体在同一个星座内的天体的距离极其悬殊.,大学物理,星座能决定人的性格和命运吗？星座书幸运星座年人出生的月份对应一个星座每个人都有一个星座（认识12个星座）“星象学家”：不同星座能够决定人的不同性格、一生机遇和机缘。,大学物理,大学物理,不同星座对人会产生不同的影响吗？天体的辐射对地球的影响：太阳最大，其它恒星和星系的影响微乎其微！,大学物理,引力可能产生影响引力影响：太阳最大，月球次之。和距离的平方成反比！恒星和星系，距离我们太遥远了，对地球的影响接近于零撞击地球彗星、小行星、陨星等撞击地球（影响大）但很少发生。,大学物理,星座和恒星名字1928年，国际天文学联合会把全天分为88个星座，其中沿用了很多希腊人起的名字各个星座大小不同，星数差别很大,大学物理,神话人物类：仙女座，仙王座，武仙座，猎户座，动物类：大熊座，小熊座，金牛座，杜鹃座；仪器用具类：罗盘座，时钟座，圆规座，六分仪座，显微镜座，望远镜座,大学物理,千亿颗恒星如何取名我国古代给一些亮星起的名字天狼、北斗、大角、牛郎、织女、造父国际命名方法：不能重名又要便于记忆姓：星座名名：该星座中的星以亮度排队以希腊字母,例如：小熊座（北极星）,大学物理,希腊字母24个，故只能给2112颗星命名在希腊字母用完后接着再用阿拉伯数字继续排如小熊座6星，大熊座56星等,大学物理,其它天体命名星云和梅西叶天体（M天体）射电源、X射线源、射线源、红外源、紫外源超新星和超新星遗迹脉冲星和类星体河外星系（星表）最普通的命名法：名字位置如脉冲星：PSR113316,大学物理,3.3四季星空在地球上只能看见背着太阳方向的天空中的恒星地球绕太阳的公转导致星空也随季节的变化而不同,大学物理,春季星空小熊座星是北极星大熊座，大熊星座中有北斗七星，顺着斗勺边缘上两颗星的联线可找到北极星狮子座头部由六颗星组成,狮子座流星雨,大学物理,狮子座流星雨99年热点天象（流星雨暴）流星并非来自狮子座，是辐射点实际上是彗星喷发或分裂的流星群物质散布在其轨道上，每当地球穿越彗星轨道时，就发生流星雨。每年11月17日左右，地球穿越狮子座流星群（坦普尔塔特尔彗星轨道）就发生流星雨。33年出现一次流星雨暴，原因是这个彗星的周期是33年。,大学物理,大学物理,夏季星空银河横跨天空天鹰座牛郎星在银河的东岸天琴座织女星在银河的西岸天鹅座在银河中形如大“十”字天鹅座X-1（X射线源）,大学物理,大学物理,秋季星空仙后座有五颗相当明亮的恒星排列成拉丁字母W的形状W字开口的一面正对着北极星仙女座肉眼可见，仙女座大星云是人类认识的第一个银河系以外的星系,大学物理,大学物理,仙女座大星云人类认识的第一个银河系以外的1920年美国科学院“宇宙尺度”大辨论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,大学物理,冬季星空猎户座有三颗亮星，好比猎人的腰带主星参宿四，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,大学物理,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,大学物理,大学物理,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,大学物理,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；2，地球绕太阳的公转，每年365天转一周（360度）每天约移动1度，这导致恒星每天大约提前4分钟升出地平线，或者过中天。,大学物理,2.7其它测距法分光视差法造父变星法红移法HR图法超新星法,大学物理,1分光视差法测距离1902年，丹麦天文学家发现恒星光谱中电离锶谱线的强度和恒星的绝对星等有关系。1914年，美国天文学家建立起利用光谱谱线强度确定恒星视差的方法。测定出未知距离的恒星的特征谱线强度比率后就可求出绝对星等。再利用视星等、绝对星等和距离的关系式，求出恒星的距离。非常暗弱的恒星不可能获得光谱资料，分光视差法失灵。,大学物理,2造父变星法1784年，发现仙王座星是变星，我国叫做“造父一”。造父一最亮时是3.6等，最暗时是4.3等，周期性变化（5.37天）。后来发现的造父变星越来越多，成为一种类型造父型变星。造父变星的光变曲线：变化周期几天至几月。,大学物理,造父变星的周光关系勒维特是美国一位两耳失聪的女天文学家，研究小麦哲伦星云中1777颗变星，其中25颗造父变星,测到视星等（从12.5等到15.5等）光变周期（从2天到120天），发现了造父变星的周光关系.,大学物理,造父变星越亮光变周期越长测出一批知道距离的造父变星得到变光周期和绝对星等，得到造父变星的光变周期和绝对星等的关系曲线。利用这个关系就可以根据造父变星的光变周期，由关系式Mm55lgr，算出造父变星的距离。,大学物理,3红移测距法方法多普勒效应：恒星远离我们而去，使谱线产生红移。星系和类星体都能测出其红移量。红移量（观测波长真正波长）/真正波长v/c可以求出视向速度Vr，再有Hubble定律,大学物理,哈勃定律哈勃于1928年测定40多个星系的红移和距离，发现：视向速度（公里/秒）和距离（兆秒差距）成正比Vr=HrH是哈勃常数：50100公里/(秒兆秒差距）由Z可以求出距离r,大学物理,4还有HR图法，和超新星法。超新星法认为某类超新星爆发时的光度是常值。例如最近根据Ia超新星爆发测量遥远星系的距离，得到了宇宙加速膨胀的迹象。,大学物理,大学物理,1.在某地观测星空，不同的日期