基础天文考试复习提纲

1、第二讲：望远镜与探测器望远镜性能指标：聚光能力，也就是有效口径；天体成像亮度有效镜面面积有效口径D2，也就是镜面越大越好。角分辨能力，取决于光的衍射。分辨本领=1.22/𝑫（弧度）。实用公式：=0.25”*(微米)/D(米)（默认为0.55um）。天文台址要求：天光背景暗、视宁度好、晴夜数多、干燥、风小、远离人烟又交通便利、政局稳定为何需要建空间望远镜？由于大气窗口，很多波段只能在太空观测不受大气影响，图像质量可直接达衍射极限极低的背景天光，大大提升探测灵敏度不受环境影响，如地面灯光不受天气影响，如刮风下雨第三讲：天球坐标系；时间与历法球面三角公式：cos a=cos b co

2、s c + sin b sin c cos A,四方点：天子午圈与真地平相交的两点为南北点，（靠近北天极的为北点）天赤道与真地平相交的两点为东西点。（同样，离北天极较近的为夏至点。）地球表面的冷暖差距不是日地距离差造成的，而是太阳照射角度不同造成的。天体的周日视运动： 永不下落天体：（900）永不上升天体：（900）恒星时(sidereal time： S)：定义：以春分点的周日视运动为依据建立的时间系统。时间单位：恒星日->春分点连续两次上中天的时间间隔。真太阳时(true solar time):定义：以太阳视圆面中心的周日视运动为依据建立的时间系统。时间单位：真太阳日真太阳连续两次

3、下中天的时间间隔。太阳在周日视运动的同时，又以逆时针方向做周年视运动，每日在黄道上自西向东约运行1度，因此真太阳时比恒星时约长4分钟。协调世界时（coordinated universal time, UTC）（协调原子时秒长与世界时时刻的时间计量系统）：由于世界时的秒长逐年增加,势必造成世界时落后于原子时，一年内可累计达1秒左右。为避免原子时与世界时产生太大的偏离，1972年决定采用UTC系统。调整时刻：每年首选是12月31日和6月30日或 3月31日和9月30日的最后一秒，由国际地球自转服务中心局（IERS）根据天文观测做出决定，并预先通知。儒略历：置闰：每隔三年一闰，闰年366天，加在2

4、月。平均历年长： 365.25日；回归年长：365.2422日。格里哥里历：置闰：凡是年数可被四整除的为闰年，世纪年如1600，1700，1800，要被400整除才是闰年。平均历年长：365.2425；回归年长：365.2422日。儒略日（一种不用年、月的长期纪日法）：起算点：公元前4713年儒略历1月1日世界时12点（正午）。约化儒略日（MJD，Modified Julian Date）：起算点：1858.11.17 世界时零时MJDJD 2,400,000.5 （式中.5表示把起算点从正午改为子夜）第四讲：天体运动；测距；测光当行星与太阳角距离达到最大值时，称为“大距” 。水星的大距角在1

5、8 28°之间，金星的大距则在45°48°之间。行星的会合周期(Synodic Period) ：内行星：1/S = 1/T内 1/TE； 外行星：1/S = 1/TE 1/T外行星距离的提丢斯-波德定则(Titius-Bode law)：an = 0.4+0.3×2n-2 (AU) (水星n=-, 金星n=2, 地球n=3,火星n=4,小行星n=5,木星n=6)开普勒第三定律：不同行星在轨道上公转周期 T 的平方与行星轨道半长径 a 的立方成正比 （调合定律），即地球的直径大约是月球的4倍，所以在月球轨道处、地球本影的直径仍相当于月球直径的2.5倍左右

6、，所以绝不会出现“月环食”。天文单位（A.U.）: 平均日地距离（1天文单位=1亿5千万公里= 1.496×1011米）。光年（L.Y.）：1LY = 9.46×1015米1 秒差距是周年视差为1的恒星的距离：1 秒差距 (pc) = 3.086×1016米=3.26光年 恒星距离的测定：三角视差法 (trignometric parallax) ：利用三角法测量恒星的距离；基线越长，可测量的恒星距离越远。三角视差测距法只适用于近距离（30-500 pc）的恒星。（周年视差 (annual parallax)以地球轨道半长径作为基线测量恒星的距离；周年视差是恒星相

7、对于地球轨道半长径所张的夹角。）造父变星的周光关系测量法。（最远距离：20 Mpc）标准烛光法（Standard candle）: L=4D2F。L=constant -> from apparent brightness F can determine Distance D红移法：1929年Hubble等发现由星系谱线红移（z=/0-1）得到的星系退行速度V与星系的距离D成正比，称为哈勃定律 VH0×D。其中哈勃常数H070 km*s-1/Mpc。视星等m并不反映天体的真实亮度(因距离可不同)，人们将天体置于10pc(32.6ly)距离处的视星等,可实际反映天体的光度。天体在

8、此距离的视星等叫绝对星等(M)。M=m+5-5 log10 d(pc)绝对星等M与光度L的关系：M1-M2 =-2.5 log (L1/L2)大气透射率与波长和天顶距z有关，z<60o时，大气质量m(z)=1/cos z。消光后星等mz与大气外星等m0关系：mz-m0=km(z),k为大气消光系数。观测一颗星在一系列天顶距的星等mz和相应的大气质量m(z)，画mz - m(z)直线(布格直线)，求截距（m(z)=0时）可得与大气外星等m0，求斜率可得大气消光系数k。谱分辨本领(spectral resolution power)：分辨最小波长差的能力，R=/ (R越大，能分辨越小)。棱镜

9、的分辨率一般为465-147左右。第五讲：太阳系太阳系成员：1、太阳2、环绕太阳的天体a、八大行星b、矮行星c、太阳系小天体：小行星、彗星、流星、陨石。3、行星际物质和太阳风。类地行星：石质行星，水星、金星、地球、火星。特征：体积、质量小、密度大、有坚硬的岩石外壳、中心有铁镍核、金属含量高、自转慢、卫星少、没有环。(地球主要含Fe, O, Si, Mg等)巨行星：木星、土星、天王星、海王星特征：体积大、密度小、无固体表面的流体行星、自转快、卫星多，有环带。木星、土星：主要由H 、He组成；天王星、海王星：主要成分是水、甲烷和氨。火星：火星的大气远比地球大气稀薄，气压仅为地球大气压的0.5 0.

10、8 。其主要成份是二氧化碳，占95;氮占3，水汽仅占0.01。火星云层的主要成分是干冰。由于火星大气稀薄而干燥，使火星表面的昼夜温差变化很大，白天赤道附近最高可达20，晚上最低温度降到-80。矮行星：和行星一样围绕太阳运动，达到流体静力学平衡，形态近球体，唯一的区别在于矮行星未能清楚轨道内的其他小行星，彗星等天体。目前海王星外区域发现的矮行星包括2006年列出的冥王星（Pluto）、齐娜(阋神星)（Eris）、以及2008年归入此类的妊神星（Haumea）、鸟神星（Makemake）。其中最著名的冥王星（Pluto），2006年前一直被视为第九大行星。由于其总质量仅为轨道内天体总质量的7%，即

11、未能清除轨道内其他天体，因此被归类为矮行星。太阳系小天体：太阳系内除行星、矮行星、自然卫星外的天体，包括所有的彗星，除已定义为矮行星的所有小行星，特洛伊天体，半人马小行星（轨道半长轴介于木星和海王星之间，轨道穿过一个或者多个巨行星）。探测系外行星的主要方法：Indirect methods(commonly used):Radial Velocity(Doppler technique)(视向速度)Transit（掩食）Microlensing(微引力透镜)Kepler卫星：Precisely measures the light variations from thousands of di

12、stant stars, looking for planetary transits.第六讲：太阳太阳的物理性质：太阳半径：695,500公里，是地球半径的109倍质量：1.989×1030千克,是地球的33万倍太阳光度：3.854×1026瓦（3.854×1033 erg/s）太阳的化学组成：氢（73.5%）、氦（24.8%）、氧（0.788%）。太阳与恒星的能源：热核聚变反应：核子1 + 核子2 -> 核子3 + 能量太阳中微子失踪案: 实际测量到的太阳中微子数目只有理论计算值的约1/3。2001年，SNO的观测结果证实中微子事实上没有失踪，只是在离开

13、太阳后转化成中微子和中微子，躲过了此前的探测，同时间接证明中微子具有质量。太阳内部：太阳大气有三组成部分：光球、色球、日冕。太阳活动：太阳黑子、日珥、耀斑（色球爆发）。太阳黑子原理：第七讲：恒星演化典型恒星：光度范围：10-5至106L；质量在0.1M(褐矮星)到120 M(超巨星)之间；恒星半径范围：从小于0.01R到大于100R。光谱型：（口诀：Oh, Be A Fine Girl, Kiss Me!）赫罗图：典型恒星的演化通常要经历: 核心氢燃烧的主序星阶段(Main Sequence ) 核心氢燃烧枯竭后的红巨星阶段(Red Giant Branch ) 进入核心氦燃烧的水平支阶段(H

14、orizontal Branch ) 核心氦燃烧枯竭后的渐进巨星支阶段(Asymptotic Giant Branch, AGB) 小质量恒星形成行星状星云(PN)和白矮星(WD)/大质量恒星经过超新星爆发形成中子星或黑洞质光关系: 对主序星，指数在3.5到4.0之间：L/L=(M/M)4.0±0.02 for 0.4M<M<10ML/L=(M/M)3.6±0.1 for 5MM40M 恒星半径：第八讲：双星与变星双星的类型：目视双星、分光双星、食变双星（子星相互交食造成亮度变化的双星）内临界等势面:同时包络两颗子星并且相接于其间一点(L1)的等势面；在L1(内

15、拉格朗日点),两颗子星对物质产生的作用力正好相等,Roche势达极大值洛希瓣:由临界等势面包围的空间根据双星中的一颗或两颗子星是否充满洛希瓣,可以将双星分为:不相接双星（两颗子星均未充满洛希瓣）、半相接双星（颗子星充满洛希瓣,如天琴）、相接双星（两颗子星均充满洛希瓣,有共同对流包层，如大熊W）大陵佯谬:质量小的恒星（0.8 M）已是亚巨星，而质量大的仍为主序星，为何质量小的反而演化得快？根据恒星演化理论，质量越大的恒星主序寿命越短，应越早进入巨星阶段。解释：亚巨星子星的前身星是此双星系统中质量较大的主序星,它先演化充满洛希瓣，物质传输使得两子星的质量发生逆转。变星（光变）通常分为三类: 脉动变

16、星（pulsating）、爆发变星（eruptive）、食变（eclipsing variables）脉动变星分类：经典造父变星（I型）：银道面附近，星族I，光度大室女W造父变星（II型）：远离银道面，星族II，年龄大天琴RR 型星：周期短（<1天），光度小（造父变星的光变主要来自表面温度的变化，且与半径变化反位相）爆发变星包括激变变星和超新星。激变变星：包含一颗白矮星的半相接双星。分类：新星(novae)、再发新星(recurrent novae)、类新星变星(nova-like variables)、矮新星(dwarf novae)、磁激变变星（magnetic white dwar

17、f binaries）超新星：大质量恒星死亡前的爆炸过程（或白矮星吸积超过1.4 M后的爆炸过程（Ia）。爆发规模远大于新星，爆发时释放总能量1044-1048J, 亮度突然增加一百亿倍，变幅超过17等，比一般星系总光度还亮。分类：根据光谱谱线的差异，分成I型超新星和II型超新星。I型：光谱中没有氢线；II型：有氢线。II型超新星在峰值后光度的变化会有一个平台。（如超新星1987A）第九讲：致密天体白矮星基本特征：质量M 0.2-1.2 M(平均0.6 M) ；半径R 5×108-109cm ；白矮星质量上限(Chandrasekhar极限质量)：对He白矮星,Mch1.44 M/对

18、CO白矮星,Mch1.4 M。中子星：特征质量M1.4 M, 半径R10 km。脉冲星的斜转子模型：倾斜自转的磁中子星；脉冲周期= 自转周期；辐射能源:中子星转动能；辐射机制：磁偶极辐射 B 108-1013G。灯塔效应：强磁场 辐射呈束状；倾斜转子 辐射周期性扫过观测者产生脉冲信号。根据无毛定理，黑洞可分为按黑洞的质量来划分：原初(Primordial )黑洞：宇宙大爆炸产生,其中一些(1015g)正在死亡；恒星级(Stellar Mass)黑洞( 10M)：大质量恒星死亡的产物；中等质量(Intermediate Mass)黑洞( 103M)：星团内部大质量恒星死亡的产物？超大质量(Sup

19、ermassive )的黑洞( 106-109M)：存在于许多星系的中心。伽玛暴(Gamma-Ray Bursts)是来自宇宙空间的伽玛射线在短时间内突然增强的现象。The isotropic distribution（各向同性分布）means that the bursts must originate at cosmological distances, far beyond our Milky Way galaxy.第十讲：星团、星系介质疏散星团 球状星团星际介质主要包括星际气体和星际尘埃。星际气体主要由H构成（90%按数密度），其次为He（9%），以及少量金属元素；按不同环境下H的存在

20、方式不同，可以分为电离气体、中性原子气体和分子气体。（后两种在银河系占比最多。）星际尘埃成分：硅（silicate）或石墨（graphite）微粒, 外面被冰或二氧化碳包裹。星际消光：星际尘埃对星光的吸收和散射造成星光强度的减弱。星际红化：星际尘埃对星光的散射随波长的变化而不同,对蓝光散射较多而对红光散射较少,因而造成星光颜色偏红。星际尘埃可以有效地吸收光学和紫外光子，在红外波段产生辐射。第十一讲：银河系银河系主要成分：银盘（disk）、核球（bulge）、银晕（halo）。银河系是一个具有旋涡结构的盘状星系。质量1012M，直径105ly (>30 kpc)星族I恒星：年轻的、富金属恒

21、星（金属丰度为太阳值的0.1-2.5倍）主要位于银盘中，绕银心作圆轨道运动；如疏散星团星族II恒星：年老的、贫金属恒星（金属丰度为太阳值的0.001-0.03倍），主要位于银晕和核球中，以银心作为中心球对称分布绕银心作无规则的椭圆轨道运动；如球状星团。由银心附近恒星的运动推测在银心集中了4×106 M的质量；人马座(Sagittarius)A的尺度<10AU -> 超大质量的黑洞银河系的起源：初始状态：约100-140亿年前，原初气体云（只由H和He构成，没有重元素）(100 kpc) 在引力作用下坍缩；有可能由几块较小的云并和成一块大的；在坍缩过程中形成致密的核心和云块

22、；云块在坍缩过程中不断碎裂成为更小的团块银晕形成：约100亿年前，团块形成第一代（星族II）恒星（球状星团）；球状星团保持坍缩气体云的特征：球对称分布，以无规则轨道绕银心旋转。第一代恒星中的超新星爆发使气体云中重元素丰度逐渐增大，迄今球状星团中的恒星只剩下低质量恒星。银盘形成：气体收缩的同时旋转加快，形状变扁，银盘出现；银盘密度不断增加，第一代星族I恒星形成，恒星以圆轨道绕银心转动；随着恒星的演化和超新星爆发，新生恒星金属元素丰度逐渐增加银河系外晕可能形成于银河系和其他小星系间的相互作用。第十二讲：河外星系1924年，哈勃分解出“仙女座大星云”(M31) 中的造父变星。证实“仙女座大星云”确实

23、是恒星系统。由造父变星周光关系估计“仙女座大星云”的距离150 kpc（实际距离800kpc）> 银河系最远的球状星团的距离(100 kpc)。->因此“仙女座大星云”必定是河外星系!根据星系形态的不同，哈勃首先提出星系可以分为椭圆星系(E)、透镜状星系(S0/SB0)、旋涡星系(S)、棒旋星系(SB)和不规则星系(Irr)5种类型，称为哈勃分类。银河系可能是一个SBb或SBc型星系。自下而上模型（bottom-up）:较小的（106M)、不规则星系首先形成；星系合并形成较大的（109-1011M）星系；在引力的作用下聚集成星系团和超星系团，产生星系团间的巨洞。观测证据：Hubbl

24、e空间望远镜的深场观测发现位于2000 Mpc距离之外存在大量的不规则的小星系（超过同类星系在近距离星系中的比例）。本星系群(the Local Group)：银河系所处的星系群，大小约1Mpc。由银河系、仙女星系（M 31）等附近约30个星系组成。包含3个旋涡星系（银河系、M 31、M 33），4个不规则星系（大、小麦哲伦云等），和20多个椭圆星系。不规则星系团形态松散，主要由旋涡星系组成规则星系团结构致密、球对称分布，主要由椭圆星系和透镜状星系组成活动星系（表现出强烈的活动性）：射电星系（radio galaxies）、赛弗特星系(Seyfertgalaxies)、蝎虎（BL Lac）天体、类星体(quasars)星系的活动源于核心区域（活动星系核）超大质量（106-1010 M）的黑洞，黑洞的物质吸积提供了活动星系的能源。黑洞吸积盘周围区域的结构(1)宽发射线区，大小约几光月，其中电离气体具有较高的（104km/s）运动速度；(2)窄发射线区，大小约10-104光年，其中电离气体具有较低的（103km/s）运动速度。(3)尘埃环，在宽线区和窄线区之间，大小约10-103光年。第十三讲：宇宙学宇宙学原理：在大尺度上宇宙是均匀的；在大尺度上宇宙是各项