第二章 天球和天体

1、第二章第二章 天球和天体天球和天体第一节第一节 天球天球一、天球一、天球1 1、天球的定义、天球的定义 以地心为球心，以地心为球心，以无限远为半径的假以无限远为半径的假想球体，表示天体运想球体，表示天体运动的辅助工具动的辅助工具。天球示意图天球示意图 天球的半径是任意的，所有天体，天球的半径是任意的，所有天体，不论多远，都可以在天球上有它们的投影。不论多远，都可以在天球上有它们的投影。2 2、天球的特性、天球的特性它是一个假想的球体。它是一个假想的球体。它的半径无限大。它的半径无限大。所有的天体在天球上的位置都不是它的真实位所有的天体在天球上的位置都不是它的真实位置，而是投影在天球面上的视位置

2、。置，而是投影在天球面上的视位置。用天球球面上的视位置来表示天体，便于天体用天球球面上的视位置来表示天体，便于天体定位，在天文学上有实用意义。定位，在天文学上有实用意义。3.3.天体的视位置定义天体的视位置定义：从测站中心到天体的：从测站中心到天体的连线在天球上的交点，即天体在天球面上的连线在天球上的交点，即天体在天球面上的投影点，称为天体的投影点，称为天体的视位置视位置。4.4.天体以地心为中心时，叫天体以地心为中心时，叫地心天球地心天球。以太。以太阳为中心时，叫阳为中心时，叫日心天球日心天球。一般指地心天球一般指地心天球。二、天球的视运动二、天球的视运动1 1、天球周日运动天球周日运动：对

3、于地球观测者，天球围绕我对于地球观测者，天球围绕我们以与地球自转相反的方向（向西），和相同的周们以与地球自转相反的方向（向西），和相同的周期（期（1 1日）旋转，这称为日）旋转，这称为天球周日运动天球周日运动。周日圈周日圈：天体周日运动行经的路线，天体愈近天：天体周日运动行经的路线，天体愈近天极周日圈愈小，反之亦然。极周日圈愈小，反之亦然。2 2、太阳周年运动太阳周年运动：由于地球公转，使太阳在天球：由于地球公转，使太阳在天球上形成的以一年为周期的位置移动，叫做上形成的以一年为周期的位置移动，叫做太阳周年太阳周年运动运动，方向向东方向向东。太阳周年运动太阳周年运动方向向东方向向东( (与地球公

4、转方向相同与地球公转方向相同) )，其视行路线被称为，其视行路线被称为黄道黄道。1天球的视运动天球的视运动左左：地球公转和太阳周年运动，二者都：地球公转和太阳周年运动，二者都向东向东右右：地球自转和天球周日运动，前者向东，后者：地球自转和天球周日运动，前者向东，后者向西向西由于由于地球自转地球自转而随而随同整个天球的运动，同整个天球的运动，方向向西方向向西，日转一周；，日转一周；由于由于地球公转地球公转而相而相对于恒星的运动，对于恒星的运动，方方向向东向向东，年巡天一周。，年巡天一周。太阳同时参与两种相反的运动：太阳同时参与两种相反的运动：春：中天狮子春：中天狮子 太阳太阳 飞马飞马夏：天蝎中

5、天夏：天蝎中天 太阳太阳 猎户猎户秋：飞马中天秋：飞马中天 太阳太阳 狮子狮子冬：猎户中天冬：猎户中天 太阳太阳 天蝎天蝎夜半中星随季节的变化夜半中星随季节的变化这是地球公转的反映。由夜半中星的变化这是地球公转的反映。由夜半中星的变化间接推出太阳周年运动。间接推出太阳周年运动。An Introduction to The Earth三、天球上的圆和点三、天球上的圆和点三个基本大圆：三个基本大圆：地平圈，天赤道，黄道地平圈，天赤道，黄道 地平圈地平圈：地平圈是通过地心，且垂直于当地铅垂线的平：地平圈是通过地心，且垂直于当地铅垂线的平面的无限扩大，同天球相割而成的天球大圆。它把天球分面的无限扩大，

6、同天球相割而成的天球大圆。它把天球分成可见和不可见两部分。成可见和不可见两部分。 天赤道天赤道：天赤道是地球赤道平面的无限扩大，天球相割：天赤道是地球赤道平面的无限扩大，天球相割而成的天球大圆。天赤道分天球为南北两半球；而成的天球大圆。天赤道分天球为南北两半球； 黄道黄道：黄道是地球公转的轨道平面的无限扩大，同天球：黄道是地球公转的轨道平面的无限扩大，同天球相割而成的天球大圆。它就是太阳周年运动的视行路线；相割而成的天球大圆。它就是太阳周年运动的视行路线； 大圆的极点：大圆的极点： 地平圈两极：地平圈两极： 天顶天顶(Z)和天底和天底(Z) 天赤道的两极：天北极天赤道的两极：天北极(P)和天南

7、极和天南极(P) 黄道的两极：黄北极（黄道的两极：黄北极（K）和黄南极（）和黄南极（K）大圆的交点：大圆的交点： 天赤道交地平圈：东点和西点；天赤道交地平圈：东点和西点； 黄道交天赤道：黄道交天赤道： 春分点和秋分点。春分点和秋分点。天球大圆的交点和远距点天球大圆的交点和远距点 左：左：地平圈与天赤道的交点（东、西）和远距点地平圈与天赤道的交点（东、西）和远距点( (南、北、上、下南、北、上、下) )；右：右：黄道与天赤道的交点（二分）和远距点（二至点和无名点）。黄道与天赤道的交点（二分）和远距点（二至点和无名点）。大圆的远距点：大圆的远距点：u地平圈对于天赤道：地平圈对于天赤道：南点和北点南

8、点和北点u天赤道对于地平圈：天赤道对于地平圈：上点和下点上点和下点u黄道对于天赤道：黄道对于天赤道：夏至点和冬至点夏至点和冬至点u天赤道对于黄道：天赤道对于黄道：无名点无名点四、天球坐标四、天球坐标1 1、球面坐标系概说、球面坐标系概说以基圈、始圈和终圈构以基圈、始圈和终圈构成一球面三角形；成一球面三角形；纵坐标即纬度；纵坐标即纬度；横坐标即经度。横坐标即经度。球面坐标的一般模式球面坐标的一般模式两大类天球坐标系两大类天球坐标系右旋坐标系右旋坐标系：与天球周日运动（地球自转）联系，：与天球周日运动（地球自转）联系，向西；向西；左旋坐标系左旋坐标系：与太阳周年运动（地球公转）联系，：与太阳周年运

9、动（地球公转）联系，向东。向东。2 2、地平坐标系、地平坐标系用途用途：表示天体在天空中的高度和方位及其周日变化：表示天体在天空中的高度和方位及其周日变化圆圈系统圆圈系统：地平圈，子午圈，卯酉圈：地平圈，子午圈，卯酉圈基本要点基本要点：基圈基圈：地平圈：地平圈辅圈辅圈：地平经圈：地平经圈原点原点：南点：南点始圈始圈：午圈：午圈纬度纬度：高度：高度经度经度：方位：方位 (0(0到到360360度，自南点沿地平圈向西度量）度，自南点沿地平圈向西度量）地平坐标系的圆圈系统：地平圈地平坐标系的圆圈系统：地平圈上上4 4个相距个相距9090的点：东、南、的点：东、南、西、北点；得到子午圈（过南、西、北点

10、；得到子午圈（过南、北点）和卯酉圈（过东、西点）北点）和卯酉圈（过东、西点）天体的地平坐标：高度和方位天体的地平坐标：高度和方位地平坐标系的作用：地平坐标系的作用：地平坐标系能把天体在当时当地的天空位置地平坐标系能把天体在当时当地的天空位置直观地、生动地表示出来。直观地、生动地表示出来。例如，若某人造卫星在某时刻的地平坐标值例如，若某人造卫星在某时刻的地平坐标值为：方位为：方位270270，高度，高度4545，则说明，此时该人，则说明，此时该人造卫星在正东方的天空，其仰角为造卫星在正东方的天空，其仰角为4545。 中天中天天体在周日视运动过程中，其高度和方位角都在不天体在周日视运动过程中，其高

11、度和方位角都在不断改变。当天体恰在观测者子午圈位置时，叫做天断改变。当天体恰在观测者子午圈位置时，叫做天体的体的中天；中天；每个天体每天都有两次中天，当天体高度达到最大每个天体每天都有两次中天，当天体高度达到最大时的中天，亦即距天顶较近的中天，叫做天体的时的中天，亦即距天顶较近的中天，叫做天体的上上中天中天；当天体高度达到最小时的中天，亦即距天底；当天体高度达到最小时的中天，亦即距天底较近的中天，叫做天体的较近的中天，叫做天体的下中天下中天。3、第一赤道坐标系、第一赤道坐标系(时角坐标系时角坐标系)用途用途：用于时间度量；：用于时间度量；圆圈系统圆圈系统：天赤道，子午圈和六时圈；：天赤道，子午

12、圈和六时圈；基本要点基本要点：基圈基圈：天赤道：天赤道原点原点：上点：上点始圈始圈：午圈：午圈辅辅圈圈：赤经圈（时圈）：赤经圈（时圈）纬度纬度：赤纬：赤纬经度经度：时角自上点沿天赤道向西度量：时角自上点沿天赤道向西度量An Introduction to The Earth( (上上) ) 第一赤道坐标系的圆圈第一赤道坐标系的圆圈系统。天赤道上系统。天赤道上4 4个相距个相距9090的的点：东、西、上、下点；得到点：东、西、上、下点；得到子午圈和六时圈。子午圈和六时圈。（下）（下） 天体第一赤道天体第一赤道坐标系：赤纬和时角坐标系：赤纬和时角4 4、地平坐标系与第一赤道坐标系的比较、地平坐标系

13、与第一赤道坐标系的比较相同点相同点: : 都是右旋转坐标系都是右旋转坐标系, ,经度都是向西度量；经度都是向西度量； 始圈都是午圈始圈都是午圈; ;不同点不同点: : 基圈不同，原点不同基圈不同，原点不同联系联系: : 仰极高度仰极高度 = = 天顶赤纬天顶赤纬 = = 当地纬度当地纬度仰极高度天顶赤纬当地纬度仰极高度天顶赤纬当地纬度 地平地平座标系和第一赤道坐标系；座标系和第一赤道坐标系； 始始圈相同（午圈）但基圈不同，因而高度不同于赤纬，方位不同于时角；圈相同（午圈）但基圈不同，因而高度不同于赤纬，方位不同于时角； 二者二者的具体差异与当地的纬度有关；的具体差异与当地的纬度有关； 仰极仰极

14、高度体现地平系统与第一赤道向系统的关系。高度体现地平系统与第一赤道向系统的关系。 5 5、第二赤道坐标系、第二赤道坐标系 用途用途：表示天体在天球上的位置；：表示天体在天球上的位置； 圆圈系统圆圈系统：天赤道，二分圈和二至圈；：天赤道，二分圈和二至圈； 基本要点基本要点： 基圈基圈：天赤道；：天赤道； 原点原点：春分点；：春分点； 始圈始圈：春分圈；：春分圈； 辅圈辅圈：赤经圈（时圈）；：赤经圈（时圈）； 纬度纬度：赤纬，与第一赤道坐标系相同；：赤纬，与第一赤道坐标系相同； 经度经度：赤经，自春分点沿天赤道向东度量。：赤经，自春分点沿天赤道向东度量。（下）（下） 第二赤道坐标系的圆圈第二赤道坐

15、标系的圆圈系统。天赤道上系统。天赤道上4 4个相距个相距9090的的点：二分点和二个无名点；得点：二分点和二个无名点；得到二分圈和二至圈。到二分圈和二至圈。 （上）（上） 天体第二赤道坐标系：天体第二赤道坐标系：赤纬和赤经赤纬和赤经 春分点和天球上任何一点一样也参加周春分点和天球上任何一点一样也参加周日运动。它在天球上连续两次由东向西通过日运动。它在天球上连续两次由东向西通过某地子午圈的时间间隔，叫做某地子午圈的时间间隔，叫做恒星日恒星日。恒星恒星时以春分点上中天的时刻作为起标点。时以春分点上中天的时刻作为起标点。6 6、恒星时、恒星时7 7、黄道坐标系、黄道坐标系用途用途：表示日月行星的位置

16、及其运动；：表示日月行星的位置及其运动；圆圈系统圆圈系统：黄道，无名圈和二至圈；：黄道，无名圈和二至圈；基本要点：基本要点： 基圈基圈：黄道；：黄道； 原点原点：春分点；：春分点； 始圈始圈：无名圈；：无名圈； 辅圈辅圈：黄经圈；：黄经圈； 纬度纬度：黄纬；：黄纬； 经度经度：黄经，自春分点沿黄道向东度量（为使：黄经，自春分点沿黄道向东度量（为使 太阳的黄经太阳的黄经“与日俱增与日俱增”）。）。An Introduction to The Earth黄道坐标系的圆圈系统。黄道坐标系的圆圈系统。黄道上黄道上4 4个相距个相距9090的点：二分的点：二分点和二至点；得到无名圈和二点和二至点；得到无

17、名圈和二至圈。至圈。天体的黄道坐标系：天体的黄道坐标系：黄纬和黄经黄纬和黄经 相同点相同点：都是左旋坐标系；都是左旋坐标系； 原点都是春分点；原点都是春分点；不同点不同点：始圈不同；基圈不同。始圈不同；基圈不同。8. 8. 第二赤道坐标系与黄道坐标系的第二赤道坐标系与黄道坐标系的区别和联系区别和联系 第二赤道坐标系和黄道坐标系：赤经和黄经都向东度量：第二赤道坐标系和黄道坐标系：赤经和黄经都向东度量：有共同的原点（春分点）。但第一赤道坐标系以天赤道为基圈，有共同的原点（春分点）。但第一赤道坐标系以天赤道为基圈，春分圈为始圈；黄道坐标系以黄道为基圈，以无名圈为始圈。春分圈为始圈；黄道坐标系以黄道为

18、基圈，以无名圈为始圈。所以，赤纬不同于黄纬，赤经不同于黄经。所以，赤纬不同于黄纬，赤经不同于黄经。第二赤道坐标系和第二赤道坐标系和黄道坐标系黄道坐标系An Introduction to The Earth9 9、第一赤道坐标系与第二赤道坐标系、第一赤道坐标系与第二赤道坐标系 的区别和联系的区别和联系相同点相同点：基圈相同；基圈相同； 赤纬相同；赤纬相同；不同点不同点：原点不同；原点不同； 始圈不同；始圈不同； 度量方式不同；度量方式不同；An Introduction to The Earth二者通过赤经与时角联系二者通过赤经与时角联系S（恒星时）（恒星时）= tr(春分点时角春分点时角)S

19、（恒星时）（恒星时）= t(恒星的时角恒星的时角)+a （恒星的赤经）（恒星的赤经）恒星中天：恒星中天：t = 0则则S（恒星时）（恒星时）= a （恒星中天的赤经）（恒星中天的赤经） 基圈相同（天赤基圈相同（天赤道）因而有相关的纬度道）因而有相关的纬度（赤纬）但始圈不同，（赤纬）但始圈不同，因而时角不同于赤经；因而时角不同于赤经； 二者的具体差异二者的具体差异于当时的恒星时有关；于当时的恒星时有关； 恒星时即春分点恒星时即春分点的时角，或上点的赤经。的时角，或上点的赤经。天体赤经天体当时时天体赤经天体当时时角当时恒星时角当时恒星时S（恒星时）（恒星时）= tr(春分点时角春分点时角)S（恒星

20、时）（恒星时）= t*(恒星的时角恒星的时角)+a*（恒星的赤经）（恒星的赤经）恒星中天：恒星中天：t* = 0则则S（恒星时）（恒星时）= a*（恒星中天的（恒星中天的赤经）赤经）第一赤道坐标系第一赤道坐标系 和第和第二赤道坐标系二赤道坐标系第二节第二节 星座、星表和星名星座、星表和星名一、星座一、星座 星座星座：为了便于认识恒星，古代天文学把天球上的：为了便于认识恒星，古代天文学把天球上的恒星分成许多群落，叫做恒星分成许多群落，叫做星座星座。 1928年，国际天文学联合会正式公布国际通用的年，国际天文学联合会正式公布国际通用的88个星座方案。个星座方案。 同时规定以同时规定以1875年的春

21、分点和赤道为基准。根据年的春分点和赤道为基准。根据88个星座在天球上的不同位置和恒星出没的情况，又划成个星座在天球上的不同位置和恒星出没的情况，又划成五大区域，即五大区域，即北天拱极星座（北天拱极星座（5个）个）、北天星座（北天星座（4090，19个）个）、黄道十二星座黄道十二星座、赤道带星座（赤道带星座（10个）个）、南天星座（南天星座（-30-90，42个）个）。我国古代把天空分为我国古代把天空分为三垣二十八宿三垣二十八宿三三垣垣是北天极周围的是北天极周围的3 3个区域，即紫微垣、太微垣、个区域，即紫微垣、太微垣、天市垣。天市垣。 二十八宿二十八宿是在黄道和白道附近的是在黄道和白道附近的2

22、828个区域，即东方七个区域，即东方七宿，南方七宿，西方七宿，北方七宿。宿，南方七宿，西方七宿，北方七宿。 东方青龙所属七宿是东方青龙所属七宿是：角、亢、氐、房、心、尾、箕：角、亢、氐、房、心、尾、箕 南方朱雀所属七宿是南方朱雀所属七宿是：井、鬼、柳、星、张、翼、轸：井、鬼、柳、星、张、翼、轸 西方白虎所属七宿是西方白虎所属七宿是：奎、娄、胃、昴、毕、觜、参：奎、娄、胃、昴、毕、觜、参 北方玄武所属七宿是北方玄武所属七宿是：斗、牛、女、虚、危、室、壁：斗、牛、女、虚、危、室、壁二、星图和星表二、星图和星表我国：我国：我国战国时代编制的我国战国时代编制的甘甘石星经石星经，载有，载有121121颗

23、恒颗恒星的位置，是世界上最早星的位置，是世界上最早的星表。的星表。石刻星图石刻星图也属我过最早，也属我过最早，我国南宋黄裳所作的石刻我国南宋黄裳所作的石刻星图现保存于苏州市博物星图现保存于苏州市博物馆。馆。甘石星经甘石星经石刻星图石刻星图二、星图和星表二、星图和星表西方：西方：星云星团新总表星云星团新总表梅西耶天体梅西耶天体（Messier Objects 简称简称M）星云星团新总表星云星团新总表（NEW General Catalogue of Nebula and Clusters of Stars）是目前广泛使用是目前广泛使用的星团、星云和星系的一个基本星表，简称的星团、星云和星系的一个

24、基本星表，简称NGC，它由丹麦天文学家德雷尔根据英国天文学家赫歇它由丹麦天文学家德雷尔根据英国天文学家赫歇尔家族早期星表于尔家族早期星表于1888年编制的。星表包含约年编制的。星表包含约8000个天体个天体 ，后增至，后增至13000个天体。个天体。星星 表表梅西耶天体梅西耶天体（Messier Objects 简称简称M）它涵盖它涵盖了天区各角落之星云、星团及星系等天体共了天区各角落之星云、星团及星系等天体共110个，是法国个，是法国18世纪中期一位著名天文学家查理斯世纪中期一位著名天文学家查理斯梅西耶（梅西耶（Charles Messier），以小口径望远镜对），以小口径望远镜对天上观测到

25、的天体编排成的星表。天上观测到的天体编排成的星表。 星星 表表三、星名三、星名星名星名：每个星座内的恒星，都按其视亮度的大每个星座内的恒星，都按其视亮度的大小来排列。其名称为星座名小来排列。其名称为星座名+希腊字母。如小希腊字母。如小熊座熊座，猎户座，猎户座等。等。随着观测仪器的进步，观测到的天体越来越多，随着观测仪器的进步，观测到的天体越来越多，现代天文观测者所采用的命名法是编号法，以现代天文观测者所采用的命名法是编号法，以某种星座中星编排的号码来代替星座和星名。某种星座中星编排的号码来代替星座和星名。如如NGC、M等。等。第三节第三节 天文学的距离单位天文学的距离单位天文单位天文单位(AU

26、)(AU)：地月系质心相对于太阳的平均距离，：地月系质心相对于太阳的平均距离，通常也指日地平均距离，相当于通常也指日地平均距离，相当于1.49601.496010108 8kmkm，用来，用来表示太阳系内天体之间的距离。表示太阳系内天体之间的距离。光年光年：9.46059.460510101212km=6.324km=6.32410104 4AUAU秒差距秒差距: :天体的周年视差为天体的周年视差为11时与地球的距离，主要时与地球的距离，主要用于量度太阳系外天体的距离用于量度太阳系外天体的距离 1 1秒差距秒差距3.08573.085710101313kmkm206 265AU206 265A

27、U 3.2621y 3.2621y 第四节第四节 天体系统和结构天体系统和结构一、天体一、天体天体天体：宇宙间的物质形体。通常不把行星际空间的弥漫物：宇宙间的物质形体。通常不把行星际空间的弥漫物质以及各种微粒辐射流等称为天体。质以及各种微粒辐射流等称为天体。自然天体自然天体：用肉眼和光学望远镜能观察到的天体用肉眼和光学望远镜能观察到的天体：恒星、行星、小行恒星、行星、小行星、卫星、彗星、流星、银河星云、星团、银河系、河外星、卫星、彗星、流星、银河星云、星团、银河系、河外星系等。星系等。用射电望远镜能观察到的天体用射电望远镜能观察到的天体：白矮星、脉冲星和中子星，白矮星、脉冲星和中子星，红外源、

28、射电源、红外源、射电源、x x射线、射线、射线、类星体等。射线、类星体等。用间接方法或天体物理方法探测存在的天体用间接方法或天体物理方法探测存在的天体：黑矮星、黑黑矮星、黑洞、白洞等。洞、白洞等。人造天体人造天体：人造地球卫星、宇宙火箭及其残骸：人造地球卫星、宇宙火箭及其残骸碎片，行星际飞船和空间实验室等。碎片，行星际飞船和空间实验室等。天球内的主要天体是恒星和星云。天球内的主要天体是恒星和星云。1 1、恒星、恒星恒星恒星：一般由稠密的物一般由稠密的物质组成，主要成分是氢。质组成，主要成分是氢。具有巨大的质量，很高具有巨大的质量，很高的温度和很大的体积，的温度和很大的体积，自身能够发光和发热的

29、自身能够发光和发热的天体。天体。2.2.星云和星际物质星云和星际物质星云星云是由气体和尘埃组成的云雾状天体。是由气体和尘埃组成的云雾状天体。大麦哲伦星云大麦哲伦星云小麦哲伦星云小麦哲伦星云星云按发光表现分为两类：星云按发光表现分为两类： 暗星云暗星云 亮星云亮星云 弥漫星云弥漫星云，本身发射暗弱辐射，外形不规则；，本身发射暗弱辐射，外形不规则； 反射星云反射星云，因反射附近亮星的光而发亮；，因反射附近亮星的光而发亮； 行星状星云行星状星云，典型的形态是表面有亮度很高，典型的形态是表面有亮度很高的圆盘或圆环；的圆盘或圆环； 超新星遗迹超新星遗迹，高速，高速膨胀的气体膨胀的气体云云，是，是恒星爆恒

30、星爆发时抛射的物质。发时抛射的物质。 从地面拍到的大小麦哲伦星云从地面拍到的大小麦哲伦星云上图上图 ：礁湖星云（：礁湖星云（M8）位于人马座，是银河上位于人马座，是银河上最亮的部分之一最亮的部分之一 下图下图 ：玫瑰星云：玫瑰星云星云中的星团星云中的星团NGC2244，吹开气体，使星云看起来吹开气体，使星云看起来像一朵玫瑰花像一朵玫瑰花弥弥 漫漫 星星 云云 女巫女巫头星云头星云(IC2118)，星云，星云并不会发光并不会发光，星云中的，星云中的星际尘星际尘埃埃反射参宿七反射参宿七的的星光。参星光。参宿位宿位于星云右边一张照片宽度之外于星云右边一张照片宽度之外的远处。的远处。星云是星云是蓝色的

31、，这是蓝色的，这是因为参宿七因为参宿七看是看是蓝色的蓝色的，也，也是是因为星际尘埃的颗粒对蓝光的因为星际尘埃的颗粒对蓝光的散射效率比红光要好。散射效率比红光要好。反反 射射 星星 云云这是位于天兔座的行星状星这是位于天兔座的行星状星云云IC418，距地球约两千光年。，距地球约两千光年。右上角是天坛座行星状星云右上角是天坛座行星状星云针状星云，左下角是行星状针状星云，左下角是行星状星云星云IC44C6超新星超新星1987A遗迹遗迹（空间望远镜（空间望远镜1994年年2月图像）月图像） 星际物质星际物质星际物质星际物质，是指恒星际空间中存在的，是指恒星际空间中存在的各种物质，有种类繁多的原子、分子

32、和尘各种物质，有种类繁多的原子、分子和尘埃。埃。3 3、行星行星 行星是沿着一定的轨道（一般是椭圆形轨道）环绕行星是沿着一定的轨道（一般是椭圆形轨道）环绕恒星运转的天体。它本身不发光，由于反射了中心天体恒星运转的天体。它本身不发光，由于反射了中心天体的光才被观测到。的光才被观测到。4 4、小行星、小行星 在火星和木星轨道之间有数量庞大的岩石状小天体，在火星和木星轨道之间有数量庞大的岩石状小天体，被称为被称为小行星小行星。5 5、彗星、彗星彗星是一种绕太阳运行、接近太彗星是一种绕太阳运行、接近太阳时会产生弥漫的气体包层并往阳时会产生弥漫的气体包层并往往出现发光长尾的小天体。往出现发光长尾的小天体

33、。彗星本质上是在偏心率很大的轨彗星本质上是在偏心率很大的轨道上绕日运行的冰冻物质；道上绕日运行的冰冻物质；彗星的奇特外貌是它通过近日点彗星的奇特外貌是它通过近日点前后的暂时现象前后的暂时现象。彗星的结构彗星的结构（1 1）彗星）彗星的的结构结构v慧核慧核v慧发慧发v慧尾慧尾离子慧离子慧尾尾：较直、较长：较直、较长尘尘粒慧粒慧尾尾：较短，曲率较大：较短，曲率较大v氢云氢云 彗星结构彗星结构（2 2）彗星的轨道可以是椭圆、抛物线和双曲线）彗星的轨道可以是椭圆、抛物线和双曲线椭圆椭圆：周期彗星：周期彗星抛物线抛物线：非周期彗星：非周期彗星双曲线双曲线：非周期彗星：非周期彗星（3 3）彗星绕太阳公转的

34、周期长短不同）彗星绕太阳公转的周期长短不同哈雷彗星轨道示意图哈雷彗星轨道示意图 探测器拍摄到的哈雷彗星彗核探测器拍摄到的哈雷彗星彗核 哈雷彗星哈雷彗星彗星彗星百武彗星百武彗星百武彗星百武彗星海尔海尔-波谱彗星波谱彗星6 6、流星和流星体、流星和流星体 行星际空间的尘埃微粒行星际空间的尘埃微粒和固体块进入地球大气层，和固体块进入地球大气层，与大气分子发生剧烈摩擦而与大气分子发生剧烈摩擦而燃烧发光，在夜间天空中表燃烧发光，在夜间天空中表现为一条光迹，这种现象就现为一条光迹，这种现象就叫叫流星流星；造成流星现象的微；造成流星现象的微粒称为粒称为流星体流星体。下半夜的流星多而且明亮下半夜的流星多而且明

35、亮下半夜出现的流星比下半夜出现的流星比上半夜多，而且也比较明上半夜多，而且也比较明亮。原因在于下半夜的流亮。原因在于下半夜的流星是由与地球迎面相遇或星是由与地球迎面相遇或地球赶上流星，而上半夜地球赶上流星，而上半夜只是追上地球的流星。只是追上地球的流星。 流星雨流星雨在天空某一区域某在天空某一区域某一段时间内流星数目会一段时间内流星数目会显著增多，每小时几十显著增多，每小时几十条甚至更多，看上去就条甚至更多，看上去就象下雨一样，这种现象象下雨一样，这种现象称为称为流星雨流星雨。 狮子座流星雨狮子座流星雨狮子座流星雨平常年份流星数目并不多，只是每隔狮子座流星雨平常年份流星数目并不多，只是每隔33

36、年才有一次程度不等、规模较大的流星暴出现，这年才有一次程度不等、规模较大的流星暴出现，这33年就年就是母体彗星轨道运动的周期。是母体彗星轨道运动的周期。狮子座流星雨狮子座流星雨狮子座流星雨狮子座流星雨狮子座流星雨狮子座流星雨一些主要的流星群一些主要的流星群名名 称称可见日期可见日期出现率极大日期出现率极大日期有关彗星有关彗星天琴座流星群天琴座流星群4月月20日日4月月24日日4月月22日日1861宝瓶座宝瓶座流星群流星群5月月2日日5月月7日日5月月5日日哈雷哈雷天琴座天琴座流星群流星群7月月22日日8月月1日日7月月31日日无无英仙座流星群英仙座流星群7月月27日日8月月16日日8月月12日

37、日1862猎户座流星群猎户座流星群10月月17日日10月月25日日10月月21日日哈雷哈雷金牛座流星群金牛座流星群10月月25日日11月月25日日11月月8日日恩克恩克狮子座流星群狮子座流星群11月月16日日11月月19日日11月月17日日1866坦普尔塔特尔坦普尔塔特尔双子座流星群双子座流星群12月月7日日12月月15日日12月月14日日无无7、陨星陨星如果流星体如果流星体没有完全燃烧而没有完全燃烧而坠落到地表，便坠落到地表，便称之为称之为陨星陨星。8 8、星系、星系大量的恒星大量的恒星和星际物质和星际物质组成的集合体叫组成的集合体叫星系星系。太阳。太阳系所属的星系，叫系所属的星系，叫银河系

38、银河系。河外星系河外星系：银河系以外的星系统称：银河系以外的星系统称河外星系河外星系；星系群星系群：相互邻近的星系结合成星系群；银河系所：相互邻近的星系结合成星系群；银河系所属的星系群，叫属的星系群，叫本星系群本星系群；星系团星系团：比星系群更加庞大的天体系统。一个星系：比星系群更加庞大的天体系统。一个星系团包含几百甚至几千个星系；团包含几百甚至几千个星系；总星系总星系：比星系团更高一级的天空世界为总星系。：比星系团更高一级的天空世界为总星系。包括现有观测工具所能涉及的全部宇宙空间和已被包括现有观测工具所能涉及的全部宇宙空间和已被察觉的察觉的1010亿个星系。亿个星系。旋涡星系旋涡星系草帽星系

39、草帽星系网状星系网状星系M51是位于猎犬座的一个典型的旋涡星系，距离约是位于猎犬座的一个典型的旋涡星系，距离约2千千3百百万光年。直径约万光年。直径约6万万5千光年，是最明亮也最美丽的星系之千光年，是最明亮也最美丽的星系之一。旁边是另一个小些的星系一。旁边是另一个小些的星系.位于仙女座的位于仙女座的M31，是距离我们银河系最近的主要星系。它被，是距离我们银河系最近的主要星系。它被认为是一个与银河系相似的星系，估计有认为是一个与银河系相似的星系，估计有10亿颗恒星。亿颗恒星。M31距距离我们约离我们约2百万光年，目前我们对它的大部情况还不清楚。百万光年，目前我们对它的大部情况还不清楚。 哲学宇宙

40、哲学宇宙 宇宙无限；宇宙无限； 空间无限：无边无际（无边界，形状和中心）；空间无限：无边无际（无边界，形状和中心）； 时间无尽：无始无终（无起源，年龄和寿命）。时间无尽：无始无终（无起源，年龄和寿命）。 科学宇宙科学宇宙：指总星系：指总星系 时间上有起源、空间上有边界；时间上有起源、空间上有边界；二、宇宙二、宇宙大爆炸大爆炸宇宙学宇宙学（Big-bang cosmology，1929）在宇宙膨胀理论的基础上发展起来。在宇宙膨胀理论的基础上发展起来。主要观点主要观点：宇宙有一段由热到冷的演化史。在宇宙有一段由热到冷的演化史。在这个时期里，宇宙体系并不是静止的。而是在这个时期里，宇宙体系并不是静止

41、的。而是在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化。，不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化。，这一从热到冷，从密到稀的过程如同一次规模这一从热到冷，从密到稀的过程如同一次规模巨大的爆发。巨大的爆发。大爆炸宇宙学模型大爆炸宇宙学模型大爆炸模型描述的宇宙的诞生、演化（1 1）大爆炸）大爆炸 宇宙开始于一个初始奇点。宇宙开始于一个初始奇点。（2 2）宇宙爆涨）宇宙爆涨 根据现有的粒子物理理论，可推根据现有的粒子物理理论，可推知大爆炸后知大爆炸后1010-43-43秒的情况。秒的情况。（3 3）4 4秒钟以后秒钟以后 温度降至温度降至109K109K以下。以下。（4 4）3 3分钟之后分钟之后 温度降到温

42、度降到108K108K。（5 5）随后的）随后的100100万年万年 （6 6）今日宇宙大约已有）今日宇宙大约已有100100多亿年了多亿年了大爆炸的整个过程：大爆炸的整个过程：v 大爆炸模型能统一地解释以下几个观测大爆炸模型能统一地解释以下几个观测事实事实：所有所有恒星都是在温度下降后产生的，因而任何天体恒星都是在温度下降后产生的，因而任何天体的年龄都应比温度下降至今天这一段时间为短，即的年龄都应比温度下降至今天这一段时间为短，即应小于应小于 200 200 亿年。各种天体年龄的测量证明了这一亿年。各种天体年龄的测量证明了这一点。点。观测到河外天体有系统性的谱线位移，而且红移与观测到河外天体

43、有系统性的谱线位移，而且红移与距离大体呈正比。如果用多普勒效应来解释、那么距离大体呈正比。如果用多普勒效应来解释、那么红移就是宇宙膨胀的反映。红移就是宇宙膨胀的反映。在各种不同天体上，氦丰度相当大，而且大都在各种不同天体上，氦丰度相当大，而且大都是是 30%30%。用恒星核反应机制不足以说明为什么。用恒星核反应机制不足以说明为什么有如此多的氦。而根据大爆炸理论，早期温度有如此多的氦。而根据大爆炸理论，早期温度产生很高，产生氦的效率也很高，则可以说明产生很高，产生氦的效率也很高，则可以说明这一事实。这一事实。根据宇宙膨胀速度，以及氦丰度等，可以具体根据宇宙膨胀速度，以及氦丰度等，可以具体计算宇宙

44、每一具体历史时期的温度。大爆炸理计算宇宙每一具体历史时期的温度。大爆炸理论的创始人之一的伽莫夫曾预言，今天的宇宙论的创始人之一的伽莫夫曾预言，今天的宇宙已经很冷，只有绝对温度几度。已经很冷，只有绝对温度几度。19651965年，在微年，在微波波段上，果然探测到具有热辐射谱的微波背波波段上，果然探测到具有热辐射谱的微波背景辐射，温度约景辐射，温度约3K3K。 上述观测事实无论在定性上还是在定量上都同上述观测事实无论在定性上还是在定量上都同大爆炸理论的预言相符。但是，在星系的起源和各大爆炸理论的预言相符。但是，在星系的起源和各向同性分布等方面，大爆炸宇宙学还存在着一些未向同性分布等方面，大爆炸宇宙

45、学还存在着一些未解决的困难问题。解决的困难问题。第五节 恒 星 由内部能源产生辐由内部能源产生辐射而发光的大质量球状射而发光的大质量球状天体。太阳就是一颗典天体。太阳就是一颗典型的恒星。型的恒星。恒星的空间速度及其两个分量：视向速度恒星的空间速度及其两个分量：视向速度和切向速度（自行）。和切向速度（自行）。一一. . 恒星及其自行恒星及其自行恒星空间速度的恒星空间速度的两个分量：两个分量：视向速度视向速度和和切向速度切向速度。 恒星自行恒星自行：恒星的切：恒星的切向速度在天球上表现向速度在天球上表现的位移叫的位移叫自行自行. . 北斗七星的自行及形状变化恒星的自行恒星的自行 ，没有统，没有统一

46、的方向和速率；一的方向和速率；自行最快的恒星是蛇自行最快的恒星是蛇夫座的巴纳得星它的夫座的巴纳得星它的切向速度每年切向速度每年10.31。二、恒星的发光和光谱二、恒星的发光和光谱1 1、恒星的发光、恒星的发光 要有巨大的质量；要有巨大的质量； 恒星演化史上某个阶段的现象。恒星演化史上某个阶段的现象。2、恒星的光谱恒星的光谱 “如果由产生连续谱的光源发出的光穿过比较冷如果由产生连续谱的光源发出的光穿过比较冷的气体（或蒸气），那么气体就从光谱的全部光线的气体（或蒸气），那么气体就从光谱的全部光线中只吸收那些它自己在炽热状态下发射的光中只吸收那些它自己在炽热状态下发射的光线线” 克希霍夫克希霍夫 在

47、多数恒星的内部，温度高且发出连续光谱；在多数恒星的内部，温度高且发出连续光谱；恒星外层大气的温度较低，其中的物质就对内部来恒星外层大气的温度较低，其中的物质就对内部来的连续谱辐射进行了的连续谱辐射进行了“选择吸收选择吸收”，于是就在连续，于是就在连续谱上形成了外层大气物质的谱上形成了外层大气物质的吸收线吸收线。2、恒星的光谱恒星的光谱 通过对恒星光谱的观测和分析研究，我们了通过对恒星光谱的观测和分析研究，我们了解到恒星表面大气层的温度、压力、密度、化学解到恒星表面大气层的温度、压力、密度、化学元素的成分、质量、体积、自转运动、距离和空元素的成分、质量、体积、自转运动、距离和空间运动等一系列物理

48、化学性质。间运动等一系列物理化学性质。 光谱中的吸收线和发射线反映恒星化学组成光谱中的吸收线和发射线反映恒星化学组成( (化学组成大同小异，主要成分是氢化学组成大同小异，主要成分是氢) )； 恒星的光谱反映恒星温度的高低。恒星的光谱反映恒星温度的高低。恒星光谱类型表1恒星光谱的分类光谱型光谱型 恒星表面温度恒星表面温度 恒星颜色恒星颜色光谱型主要特点光谱型主要特点O4000025000K蓝色蓝色有电离的谱线，氢线减弱有电离的谱线，氢线减弱 B2500012000K蓝白色蓝白色中性氦谱线，氢线增强中性氦谱线，氢线增强A115007700K白色白色氢线特强，并有电离钙的谱线氢线特强，并有电离钙的谱

49、线F76006100K黄白色黄白色电离钙及金属线强，氢线减弱电离钙及金属线强，氢线减弱G60005000K黄色黄色电离钙及金属线强，氢线弱电离钙及金属线强，氢线弱K49003700K红橙色红橙色电离钙及金属线强，电离钙及金属线强，有部分有部分CH和和CN吸收带吸收带M36002600K红色红色氧化钛分子带很强，金属线很强氧化钛分子带很强，金属线很强三、多普勒效应三、多普勒效应红移红移：天体光天体光谱如果发生了红移（波的频率降低，谱如果发生了红移（波的频率降低，波长变长），表明该天体正在退行；波长变长），表明该天体正在退行；紫移紫移：若谱线发生紫移（波的频率升高，波长变：若谱线发生紫移（波的频率

50、升高，波长变短），该天体就在向我们接近。短），该天体就在向我们接近。四、恒星亮度和光度四、恒星亮度和光度亮度亮度：恒星的明暗程度；：恒星的明暗程度；光度光度：恒星本身的发光强度：恒星本身的发光强度 ；星等星等：视星等：视星等m m和绝对星等和绝对星等M M；视星等视星等: :亮度等级；亮度等级；绝对星等绝对星等: :光度等级；光度等级； 星等越小，亮度越大。星等越小，亮度越大。 若相邻两星等的亮度比率若相邻两星等的亮度比率(级数的公比级数的公比)为为R，则，则 R5 =100 5lgR=2 lgR = 0.4 R=2.512 星等相差星等相差1等，恒星的亮度相差等，恒星的亮度相差2.512倍倍

51、 ； 星等以等差级数增大，亮度以等比级数递减；星等以等差级数增大，亮度以等比级数递减； 太阳的亮度是一等星亮度的太阳的亮度是一等星亮度的(2.512)27.74=1300亿倍。亿倍。假设有两个恒星，其亮度为假设有两个恒星，其亮度为E和和E0，星等为，星等为m和和m0。则：。则： E0/E=2.512m-m0两边取对数，且有两边取对数，且有 lg2.512=0.4，得：，得： lgE0-lgE=0.4(m-m0 ) m-m0=2.5(lgE0- lgE) 如果取零等星如果取零等星(m0=0)的亮度的亮度E0=1，则，则 m=-2.5lgE普森公式普森公式，只要是明确的零星等和它的标准亮度只要是明

52、确的零星等和它的标准亮度即平均亮度，就可以根据恒星的亮度即平均亮度，就可以根据恒星的亮度E推算视星等推算视星等m恒星的亮度与其距离远近有关。恒星的亮度与其距离远近有关。光源的视亮度光源的视亮度与其距离的平方成反比与其距离的平方成反比;为了比较不同恒星的光度，必须移到同一为了比较不同恒星的光度，必须移到同一 距离距离上，这个标准距离为上，这个标准距离为10秒差距秒差距，合，合32.6光年；光年；标准距离标准距离10秒差距下的恒星亮度称秒差距下的恒星亮度称绝对亮度绝对亮度，其星等称其星等称绝对星等。绝对星等。 设设EM表示绝对亮度，表示绝对亮度， M 表示表示绝对星等，绝对星等，Em表示视亮度，表

53、示视亮度， m表示视星等，表示视星等，d表示实际距离，表示实际距离，则则 EM/Em=2.512(m-M) 恒星恒星亮度与距离平方成反比，亮度与距离平方成反比， 设设10秒差距时秒差距时的亮度为的亮度为EM，如以秒差距为单位，则：如以秒差距为单位，则：EM/Em= d2/102 d2/102 =2.512(m-M)d2/102 =2.512(m-M)两边取对数，且有两边取对数，且有lg2.512=0.4，则：，则：2lgd-2=0.4(m-M ) m-M =5lgd-5M=m+5-5lgd只要测定恒星的绝对星等，便可求知该星的距离。只要测定恒星的绝对星等，便可求知该星的距离。请计算太阳的绝对星

54、等请计算太阳的绝对星等太阳的绝对星等太阳的绝对星等M=-26.74+5-5lg(4.8481310(-6) =-26.78+5-5*(-5.31)=4.73 太阳的绝对星等为太阳的绝对星等为4.73等。等。 赫罗图赫罗图(Hertzsprung-Russel diagram，简写为简写为H-R diagram)是是丹麦丹麦天文学家天文学家赫茨普龙赫茨普龙及由及由美国美国天文学家天文学家罗素罗素分分别于别于1911年和年和1913年各自独立提出的。年各自独立提出的。横坐标横坐标恒星的恒星的光谱型光谱型，因恒星的光谱型与表面温度有关，因恒星的光谱型与表面温度有关 ，因此横坐标也表示恒星的因此横坐标

55、也表示恒星的表面温度表面温度。纵坐标纵坐标恒星的恒星的绝对星等绝对星等，因绝对星等是光度的一种量度，因绝对星等是光度的一种量度 , , 因此纵坐标也表示恒星的因此纵坐标也表示恒星的光度光度。 五、赫罗图五、赫罗图光谱光谱- -光度图通常也光度图通常也叫赫罗图。它以恒星叫赫罗图。它以恒星的光谱型（或温度）的光谱型（或温度）为横坐标，以它的光为横坐标，以它的光度（或绝对星等）为度（或绝对星等）为纵坐标，每颗恒星按纵坐标，每颗恒星按照各自的光谱型和光照各自的光谱型和光度，在图上占有一定度，在图上占有一定的位置。太阳位于主的位置。太阳位于主星序的中部，可见它星序的中部，可见它是一颗很典型的恒星是一颗很

56、典型的恒星。光谱光谱- -光度图光度图恒星演化机制模型：恒星演化机制模型： 白矮星白矮星诞生诞生 主序星主序星 红巨星红巨星 中子星中子星 黑黑 洞洞赫罗图的应用求主序星的距离求主序星的距离：只需知道恒星的光谱型，便：只需知道恒星的光谱型，便可从它在赫罗图主星序的相应位置，直接得知可从它在赫罗图主星序的相应位置，直接得知其光度，再根据恒星的视亮度，就能按平方反其光度，再根据恒星的视亮度，就能按平方反比定律求知其距离比定律求知其距离 反映恒星的演化过程反映恒星的演化过程1 1、单星，双星，星团、单星，双星，星团2 2、变星，新星，超新星、变星，新星，超新星3 3、巨星，超巨星，白矮星、巨星，超巨

57、星，白矮星4 4、脉冲星，中子星、脉冲星，中子星六、恒星的多样性六、恒星的多样性 英仙座英仙座中一个黯淡的双星系统，中一个黯淡的双星系统，距离地球距离地球2525光年，编号为光年，编号为Gliese623Gliese623。 19941994年年6 6月哈勃太空望远镜的暗星体月哈勃太空望远镜的暗星体照相机记录了这一张可分辨照相机记录了这一张可分辨Gliese623Gliese623双星系统中单独恒星的照双星系统中单独恒星的照片。这两颗恒星相距片。这两颗恒星相距2 2亿哩，这个距亿哩，这个距离大约是地球与太阳距离的两倍。离大约是地球与太阳距离的两倍。 双星双星双星双星（光学双星、物理双星）（光学

58、双星、物理双星）1 1、单星，双星，星团、单星，双星，星团疏散星团：昴星团疏散星团：昴星团 、毕星团、毕星团星团星团（疏散星团、球状星团）（疏散星团、球状星团）1 1、单星，双星，星团、单星，双星，星团昴星团昴星团: :昴星团由大约昴星团由大约10001000多颗恒星组成，眼睛直接看到多颗恒星组成，眼睛直接看到的只有六七颗，它离我们约的只有六七颗，它离我们约417417光年。光年。 疏散星团疏散星团1 1、单星，双星，星团、单星，双星，星团球状星团球状星团半人马座内的半人马座内的星团星团南天肉眼可见。在南天肉眼可见。在5050光年直径的范围内有一百万颗以上的恒星。光年直径的范围内有一百万颗以上

59、的恒星。 武仙座中的球状星团武仙座中的球状星团 2、变星，新星，超新星、变星，新星，超新星(1)变星变星亮度会随时间变化的恒星，称为亮度会随时间变化的恒星，称为变星变星。外因变星外因变星：双星的两颗子星相互掩食，称为：双星的两颗子星相互掩食，称为食变食变星星（食双星）；（食双星）；内因变星内因变星：脉动变星脉动变星和和新星新星、超新星超新星脉动变星：脉动变星：星体发生有节奏的大规模运动的恒星星体发生有节奏的大规模运动的恒星动画为连续拍摄的动画为连续拍摄的变星图像处理而成，变星图像处理而成，中间偏下为中间偏下为变星变星。 2、变星，新星，超新星、变星，新星，超新星1975年天鹅年天鹅座新星爆发前

60、座新星爆发前1975年天鹅年天鹅座新星爆发后座新星爆发后新星：新星：亮度在短时间亮度在短时间内（几小时至几天）内（几小时至几天）突然剧增，然后缓慢突然剧增，然后缓慢减弱的一类变星，星减弱的一类变星，星等增加的幅度多数在等增加的幅度多数在9 9等到等到1414等之间。等之间。2、变星，新星，超新星、变星，新星，超新星超新星超新星1987A爆发前后的图片爆发前后的图片2、变星，新星，超新星、变星，新星，超新星超新星超新星：爆发规模：爆发规模更大的变星，亮度更大的变星，亮度的增幅为新星的数的增幅为新星的数百至数千倍（相当百至数千倍（相当于再增加于再增加6 6至至9 9个星个星等）。等）。 发现于发现