空间飞行器设计第讲

1、第二讲 天文学基础1 航天活动是在宇宙空间中进行的。2.1 宇宙 指空间中存在的各种天体及弥漫物质的总称。 关于宇宙的根本观点，涉及哲学问题。 辩证唯物主义宇宙观认为：宇宙是无限的，体现在时间、空间上的无限性。 我们研究的宇宙，指观测到的宇宙，是目前能观测到的现象的总和，即总星系。在这个意义上，宇宙是有限的，时间上有起源、空间上有边界。22.1.1 宇宙的起源 宇宙起源学说有多种：如“盘古开天地”；其中大爆炸理论影响最大。 宇宙大爆炸(Big Bang)理论由Gamow等人提出： 1948年俄裔美国核物理学家加莫夫(George Gamow,1904-1968)根据宇宙膨胀的现象提出了大爆炸学

2、说，即宇宙起源于1372亿年前的一次大爆炸。 3宇宙大爆炸(Big Bang)理论认为： 宇宙早期是一个具有上万亿温度、密度比水大百万亿倍的原始大火球。迅猛的大爆炸后，宇宙开始膨胀，辐射温度、物质密度急剧下降。 当T100亿度时，原来的中子、电子、质子等基本粒子结合形成各种元素； 当T100万度时，物质以等离子体状态存在； 当T4000度时，等离子体复合为气体。 此后，宇宙不断膨胀、温度降低，气体凝聚形成星系、星系团、恒星，并逐渐演化成现在的宇宙。最早由Absbe Georges Edouard Lemaitre (1894-1966)提出Gamow 4宇宙中的物质主要集中于星系。 星系，即尺

3、度巨大而结构复杂的天体，由几十亿至几千亿颗恒星及星际气体、尘埃组成，是尺度从几千光年到几十万光年的引力束缚系统。 宇宙中有几十亿个星系，它们之间的平均距离为10181020km。 1光年=9.461012km 太阳系所在的银河系，约含1000亿颗以上各类恒星。银河系外形像铁饼，直径90000光年，厚度6500光年，总质量约为太阳的1.41011倍。太阳距银河系中心约2.52.8万光年，绕行速度约250km/s。5银河系的厚度 长期以来，科学家们一直认为银河系的厚度大约在6000光年。通过分析观测获得的最新天文数据，澳大利亚科学家于2008年2月称银河系的实际厚度约为12000光年，是科学家们原

4、先预计的两倍。 银河系模型6太阳系及在银河系位置银河系72.2 太阳系的天体及其运动 太阳系的中心是太阳，为一颗中小型的恒星，质量占整个太阳系总质量的99.85%；余下的质量中包括行星与它们的卫星、行星环，还有小行星、彗星、柯伊伯带天体、外海王星天体、理论中的奥尔特云、行星间的尘埃、气体和粒子等行星际物质。整个太阳系所有天体的总表面面积约为17亿平方千米。太阳以自己强大的引力使太阳系中所有的天体绕其公转。同时，又带着太阳系的全体成员围绕银河系的中心运动。 82.2.1 太阳太阳基本物理参数半径: 696295 千米.质量: 1.9891030 千克温度: 5800 (表面) 1500.84万

5、(核心)总辐射功率: 3.831026焦耳/秒平均密度: 1.409 克/立方厘米日地平均距离: 1.496108 千米年龄: 约46亿年 太阳（The Sun）是距我们最近的一颗恒星，为太阳系的中心天体，质量占太阳系总质量的99.865%。它的物质构成是71.3%的氢、27%的氦和少量重元素。 9 太阳从中心向外可分为核反应区、辐射区和对流区、太阳大气。太阳的大气层，像地球的大气层一样，可按不同的高度和不同的性质分成各个圈层，即光球、色球和日冕三层。我们平常看到的太阳表面，是太阳大气的最底层，温度约是6000摄氏度。它是不透明的，因此我们不能直接看见太阳内部的结构。 天文学家根据物理理论和对

6、太阳表面各种现象的研究，建立了太阳内部结构和物理状态的模型。这一模型已被对于其他恒星的研究所证实，至少在大的方面，是可信的。10 太阳光球就是我们平常所看到的太阳圆面，通常所说的太阳半径也是指光球的半径。光球的表面是气态的。 “太阳黑子”是光球表面一种著名的活动现象。 光球太阳黑子11 紧贴太阳光球以上的一层大气称为色球层，平时不易被观测到，过去这一区域只是在日全食时才能被看到。色球层厚约8000km,它的化学组成与光球基本上相同，但色球层内的物质密度和压力要比光球低得多。 “耀斑”和“日珥” 是发生在色球层的太阳活动现象。色球日珥耀斑12 在日全食时的短暂瞬间，常常可以看到太阳周围除了绚丽的

7、色球外，还有一大片白里透蓝、柔和美丽的晕光，这就是太阳大气的最外层 日冕。日冕的范围在色球之上，一直延伸到好几个太阳半径的地方。日冕里的物质更加稀薄，它还会有向外膨胀运动，并使得热电离气体粒子连续地从太阳向外流出而形成太阳风。太阳风日冕132.2.2 行星及其卫星 太阳系的八大经典行星，从离太阳最近的开始排列为：(1) 水 星(2)金 星(3)地 球(4)火 星(5)木 星(6)土 星(7)天王星(8)海王星14（1）水星（Mercury）水星是八大行星中最靠近太阳、同时也是最小的行星，中国古代称其为“辰星”。Mercury是罗马神话中专为众神传递信息的使者，而水星也不愧为信使的称号：它是太阳

8、系中运动最快的行星。水星公转平均速度为48km/s，公转周期约为88天。15水星基本参数：轨道半长径： 5791万 千米 (0.38 天文单位)公转周期： 87.70 天自转周期： 58.65 日平均轨道速度： 47.89 km/s轨道偏心率： 0.206轨道倾角： 7.0 度行星赤道半径： 2 440 km质量(地球质量1)： 0.0553密度： 5.43 g/cm3卫星数： 无赤道逃逸速度 4.25 km/s, 平均地表温度 179C 最高地表温度 427C , 最低地表温度 -173C 大气组成: 氦 42% ; 钠 42% ; 氧 15% ; 其它 1% 16 仅有“水手10”号探测器

9、于1973年3月29日、1974年9月21日和1975年3月6日三次造访水星，由于进入周期为176天的公转轨道，故仅勘测了水星表面的57，发回超过1万张图片 很不幸运，由于水星太靠近太阳，以致于哈勃望远镜无法对它进行安全的摄像。 水星上的温差是整个太阳系中最大的，温度变化的范围为90K到700K。 17（2）金星（Venus）金星，中国古代称其为“太白”。它有时是晨星，黎明前出现在东方天空，被称为“启明”；有时是昏星，黄昏后出现在西方天空，被称为“长庚”。金星是除太阳和月亮外最亮的星，古希腊人称它为阿佛洛狄忒（Aphrodite）爱与美的女神，而罗马人则称它为维纳斯（Venus）美神。 18金

10、星基本参数：公转周期： 224.701天平均轨道速度： 35.03 km/s轨道偏心率： 0.007轨道倾角： 3.4 度赤道直径： 12,103.6 km质量(地球质量1)： 0.8150密度： 5.24 g/cm3自转周期： 243.01 日卫星数量: 0 公转半径： 108,208,930 km(0.72 天文单位)表面面积 4.6亿 km2表面重力加速度 8.78 m/s2 逃逸速度 10.4 km/s表面温度 最低 平均 最高 228 K 737 K 773 K 19 金星有浓密的大气和云层。金星大气中，二氧化碳最多，占97以上。同时还有一层2030km厚的由浓流酸组成的浓云。金星表

11、面温度高达465至485度，大气压约为地球的90倍。 金星是太阳系内唯一逆向自转的大行星。另外它和水星一样，是太阳系中仅有的两个没有天然卫星的大行星。 金星的地势比较平坦。70是起伏不大的平原，20%是低洼地，还有10%左右高地。最高的山峰达10，590m，比珠穆朗玛峰还高。一条从南向北穿过赤道的长达1200km的大峡谷，是八大行星中最大的峡谷。20 金星绕太阳公转的轨道是一个很接近正圆的椭圆，且与黄道面接近重合。其公转速度约为35km/s，公转周期约为224.70天。金星公转周期约为224.7日，但其自转周期却为243日，也就是说，金星上“度日如年”。 金星的自转方向与其它行星相反，自西向东

12、。在金星上看，太阳是西升东落。自转一周要243天，但金星上的一昼夜特别长， 相当于地球上的117天， 这就是说金星上的“一年”只有“两天”，一年中只能看到两次“日出”。21（3）地球（Earth） 地球，国际名称为“盖娅” （Gaea），希腊神话中的大地之神。按离太阳由近及远的次序数是第三颗。它有一颗天然的卫星月球，二者组成一个天体系统地月系统。在中国神话中是被盘古开辟，盘古死后他的身体便变成组成地球的山、水等。22地球基本参数： 赤道半径： ae = 6378136.49 m极半径： ap = 6356755.00 m平均半径： a = 6371001.00 m赤道重力加速度： ge = 9

13、.780327 m/s2平均自转角速度： e = 7.292115 10-5 rad/s扁率： f = 0.003352819质量： M = 5.9742 1024 kg地心引力常数： GE = 3.986004418 1014 m3/s2平均密度： e = 5.515 g/cm3太阳与地球质量比： S/E = 332946.0太阳与地月系质量比： S/(M+E) = 328900.5公转时间： T = 365.2422 天离太阳平均距离： A = 1.49597870 1011 m23地球基本参数：公转速度： v = 11.19 km/s表面温度： t = - 30 +45表面大气压： p

14、= 1013.250 毫巴表面重力加速度(赤道)： 9.780 m/s2表面重力加速度(极地)： 9.832 m/s2自转周期： 23小时56分4.0096秒(平太阳时)公转轨道半长径： 149597870 km公转轨道偏心率： 0.0167公转周期： 1恒星年黄赤交角： 2326地球海洋面积： 361745300km2地壳厚度： 80.465 km地幔深度： 2808.229 km地核半径： 3482.525 km表面积 ： 510067866 km224 地球形成自46亿年前。大约16亿年前地球每昼夜只有9个小时，比现在自转快得多，每年约有800多天；到了6亿年前，每昼夜延长到了20个小时

15、，年缩短到440天，地球正在逐渐放慢自转速度，原因可能主要是月球的潮汐引力作用。 一般认为，地球的形成起源于太阳星云分化物。46亿年来，地球从一个均质的球体演变成现在的“圈层”结构。地壳平均厚度17km，地幔厚度约3473km，占地球体积的83.4，地幔温度为10003000 ，地核占地球体积的16.3，物质处于液体状态，内核温度高达6000 以上，与太阳表面温度差不多！25（4）火星（Mars） 火星是一颗火红色星。在地球上看，它时而顺行时而逆行，而且亮度也常有变化，最暗时视星等为+1.5，最亮时比天狼星还亮得多，达到-2.9。由于亮度经常变化，位置也不固定，中国古代称为“荧惑”。古罗马神话

16、中，把火星比喻为战神“Mars”。希腊神话中，火星是战神“Ares”。 26火星基本参数：质量 6.421e+23 kg 赤道半径 3,397.2 km 平均密度 3.94 gm/cm3 平均日距 227,940,000 km(1.52AU)黄赤交角 24.0 自转周期 24.6229 小时 公转周期 686.98 天 赤道地表重力 3.72 m/s2赤道逃逸速度 5.02 km/sec 最低地表温度 -140 平均地表温度 -63 最高地表温度 20 大气压力 0.007 bars 大气组成 二氧化碳 95.32% 氮 2.7% 氩 1.5% 氧 0.13% 一氧化碳 0.07% 水 0.0

17、3% 其他 0.000291%27 火星表面土壤中含大量氧化铁。由于火星距离太阳比较远，所接收到的太阳辐射能只有地球的43%，因而地面平均温度大约比地球低30多，昼夜温差可达上百 。在火星赤道附近，最高温度可达20左右。 火星大气主要成份:Carbon Dioxide (CO2): 95.32% ;Nitrogen(N2): 2.7%;Argon (Ar): 1.6% ;Oxygen (O2): 0.13% ;Water (H2O): 0.03%; Neon (Ne): 0.00025 % 。 火星的自转和地球十分相似，自转一周为24小时37分22.6秒。火星上的一昼夜比地球上的一昼夜稍长一点

18、。火星公转一周约为687天，火星的一年约等于地球的两年。28 有两个卫星。靠近火星的为火卫一，较远的为火卫二。由于火星在希腊神话中被看做是战神阿瑞斯(Ares) ，天文学家以阿瑞斯的两个儿子Phobos(恐惧)和Deimos(惊慌)命名这两颗卫星。 火卫一，1877年由Asaph Hall发现，1971年“水手9号(Mariner9)”首次拍得照片，1977年“海盗1号(Viking1)”、1988年的“火卫一2号”进行观测 火卫二，1877年8月10日由Hall发现， 1977年“海盗1号” 首次拍得照片。29（5）木星（Jupiter）木星是太阳系中最惹人注目的一颗行星，它在八大行星中个儿

19、最大。亮度仅次于金星。中国古代把它叫做“岁星”，用它来纪年，因为已经知道它的公转周期近于12年。 西方则称木星为“朱庇特(Jupiter)”，即罗马神话中的主神。相当于希腊神话中的王者天神宙斯(Zeus)。 30木星基本参数：公转轨道:距太阳 778,330,000 km (5.20 天文单位)行星直径:142,984 km (赤道)质量: 1.9001027 kg 木星没有固体外壳，它是一颗由液态氢组成的液态星球。 木星直径约为14.3万km，是地球直径的11.25倍，体积为地球的1316倍，而质量为所有其他行星的2.5倍。木星的平均密度相当低，仅1.33g/cm3。其绕太阳公转一周约12年

20、，而自转一周仅要近10小时。由于自转太快，致使星体变扁，其赤道半径与极半径相差5000km之多。31 木星内部是由铁和硅组成的固体核，称为木星核，温度高达30000。核外部绝大部分是氢，液态氢分子层与液态金属层合称为木星幔。木星幔外是木星大气层，厚度达1000km，几乎全由氢和氦构成，只有微量的甲烷、氨和水汽。木星大气中的甲烷具有吸收紫外线的作用。大气中有十分强烈和频繁的闪电现象，平均每年约有250次。木星大气浓密，有一系列与赤道平行的明暗交替的云带，亮的叫带，暗的叫带纹。其中,最引人注目的是位于木星南热带内的大红斑，它呈蛋形，长20000km，宽11000km。 32 1979年3月4日“旅

21、行者1号” 飞掠木星时发现木星有光环，其宽度6500km，厚30km，由很多黑色石块组成。 木星是除天王星和土星外拥有卫星最多的大行星，至今已发现16颗，其中最亮的4颗是伽利略第一次用望远镜分辨出来的，称伽利略卫星。我国春秋时代的甘德和石申就已发现其中的木卫二，并称之为同盟。 木星由90的氢和10的氦(原子数比,质量比为75/25)及微量的甲烷、水、氨水和石头组成，与形成整个太阳系的原始太阳系星云的组成十分相似。 3334（6）土星（Saturn） 土星古称镇星，直径119300km（为地球9.5倍），是太阳系第二大行星。它与邻居木星十分相像，表面也是液态氢和氦的海洋，上方同样覆盖着厚厚的云层

22、。 土星运动迟缓，人们将它看做掌握时间和命运的象征。罗马神话中称之为推翻父亲后登上天神宝座的第二代天神克洛诺斯(Cronus )。35赤道半径(公里) 60330 扁率 0.102 质量(地球质量=1) 95.159 密度(克/立方厘米) 0.70 赤道引力(地球=1) 1.08 逃逸速度(公里/秒) 35.6 自转周期(日) 0.426 黄赤交角(度) 26.73 反照率 0.57 最大亮度 -0.4 卫星数(已确认) 31 土星基本参数：轨道长半径(天文距离单位) 9.539 轨道长半径(千万公里) 1427.0 公转的恒星周期(日) 10759.5 公转的会合周期(日) 378 轨道偏心

23、率 0.056 轨道倾角(度) 2.5 升交点黄经(度) 113.3 近日点黄经(度) 92.3 平均轨道速度(公里) 9.64 赤道半径(公里) 60330 36 在1781年发现天王星之前，人们曾认为土星是离太阳最远的行星。土星与木星同属于巨行星，它的体积是地球的745倍，质量是地球的95.18倍。八大行星中，土星大小和质量仅次于木星，占第二位。 它像木星一样被色彩斑斓的云带所缭绕，有较多的卫星拱卫。 到1981年为止，已发现并证实的有23个。由于快速自转而呈扁球形。赤道半径约为60,000km。土星的平均密度只有0.70g/cm3，是八大行星中密度最小的。37 土星绕太阳公转周期约29.

24、5年。土星也有四季，只是每一季的时间要长达7年多，因为离太阳遥远，即使是夏季也十极其寒冷。 土星自转很快，但不同纬度自转的速度却不一样，这种差别比木星还大。赤道上自转周期是10小时14分，纬度60度处则变成10小时40分。 土星有一个直径为2万公里的岩石核心，核外就是土星大气。土星大气以氢、氦为主，并含有甲烷和其他气体，大气中飘浮着由稠密的氨晶体组成的云。 38 现已确认土星的卫星共31颗。 在这些卫星中,土卫六最引人注目,其大气主要成份是氮，占94，还有少量的乙烷、乙烯及乙炔、氦等气体。 土卫六的表面温度在-181到-208之间，液态表面下有一个直径3400km由冰幔和岩石组成的核心。 土卫

25、六能向外发射电波，也使人感到迷惑。 土卫六,泰坦（titan） 39土卫六于1655年由惠更斯观测发现。它是土星的31颗卫星中最大的，距土星公里，直径5150公里，比月球大50%，比水星还大。目前发现，它与40亿年前的地球相似。 “卡西尼惠更斯”计划（ Cassini-Huygens ） 1997年10月15日，搭载着惠更斯的卡西尼探测器离开地球，开始了漫长的土星探测之旅。2004年7月1日，在太空旅行了7年后，卡西尼探测器进入土星轨道，正式开始其为期4年的土星探测使命，将对土星及其大气、光环、卫星和磁场进行深入考察。2004年12月25日凌晨，欧洲“惠更斯”号探测器于脱离位于环土星轨道的美国

26、“卡西尼”号飞船，飞向土星最大的一颗卫星土卫六。2005年1月14日，抵达土卫六上空1270公里的目标位置，同时开启自身的降落程序，穿越土卫六的大气层，成功登陆土卫六。 40 土卫六上的“海洋”，是由液态碳氢化合物组成的，初步估算是地球上已探明石油和天然气储量的数百倍。 土卫六表面的“沙丘”也是由一种相当复杂的有机物大分子构成，这种分子是构建生命的有机分子的前身。据估计，土卫六上沿赤道分布的黑色“沙丘”的有机物总量，也是地球上已探明煤炭总储量的数百倍。 2008年3月20日，NASA宣布土卫六可能潜藏着由水和氨构成的地下“海洋”。卡西尼（Cassini）土星探测器41（7）天王星（Uranus

27、 ） 从直径来看，天王星是太阳系中第三大行星。天王星的体积比海王星大，质量却比其小。公转轨道: 距太阳2,870,990,000 km (19.218 天文单位) 行星直径: 51,118 km（赤道）质量: 8.6831025 kg42 天王星是由威廉赫歇耳通过望远镜系统地搜寻，在1781年3月13日发现的，它是现代发现的第一颗行星。事实上，它曾经被观测到许多次，只不过当时被误认为是另一颗恒星，1850年后始用现名。 只有一艘行星际探测器曾到过天王星，即1986年1月24日“旅行者2号”。 大多数行星自转轴几乎与黄道面垂直，但天王星的轴线却几乎平行于黄道面(黄赤交角:9755) 。 天王星基

28、本上是由岩石和各种各样的冰组成的，它仅含有15的氢和一些氦。 43 天王星有15颗已命名的卫星，其中“旅行者2”发现了10颗，还有2颗已发现但暂未命名。 天王星表面具有发白的蓝绿色光彩和与赤道不平行的条纹。 天王星的赤道半径约为25900公里，体积是地球的65倍。质量约为地球的14.63倍。 天王星的密度较小，平均密度1.24g/cm3。 天王星基本上是一颗气态行星，其内部有一个较小的岩石质内核。在核心的外面是一层高密度大气。天王星大气含有大约83的氢，15的氦和2的甲烷 。44（8）海王星（Neptune ） 海王星是环绕太阳运行的第八颗行星，从直径上算是太阳系中第四大天体。海王星在直径上小

29、于天王星，但质量比它大。古希腊神话：代表海神波塞冬(Poseidon)。 公转轨道:距太阳 4.504109 km (30.06 天文单位)星直径:49,532 km（赤道）质量:1.02471026 kg45 海王星绕太阳运转的轨道半径为45亿km，是地球距离太阳的30倍，公转一周需要165年。从1846年发现到今天，海王星还没走完一个全程。海王星的直径是49400km，质量比天王星略大。海王星的内部结构与天王星极为相近，堪称一对孪生兄弟。海王星表面也有厚厚的大气层包围，大气中含有氢、甲烷和氨等气体。由于海王星离太阳遥远，表面有效温度为-230，但在红外波段，海王星的辐射能量超过它所吸收的太

30、阳能量，这表明海王星可能存在内部局部能源。在海王星大气中含有高浓度的甲烷和氢硫化物。46天王星和海王星的内部结构既不像类地行星富含硅、铁，又不像巨行星那样富含氢、氦，它们基本上是由水、甲烷、氨等氢化物构成；而硅酸盐、铁、氢和氦只是次要成分。这就是说，虽然天王星和海王星也像巨行星那样是液态行星，但它们的化学成分已不是原始星云物质。 仅有“旅行者2”号于1989年8月25日造访过海王星。几乎我们所知的全部关于海王星的信息来自这次短暂的会面。47 天王星被发现后，它的轨道与根据牛顿理论所推知的并不一致。因此预测存在着另一颗遥远的行星从而影响了天王星的轨道。Galle和dArrest在1846年9月2

31、3日首次观察到海王星，它出现的地点非常靠近于亚当斯和勒威耶根据所观察到的木星、土星和天王星的位置经过计算独立预测出的地点。英法之间曾有一场关于谁先发现海王星和谁享有命名权争论（亚当斯和勒威耶个人之间并未有明显的争论）；现在海王星的发现共同归功于二人。 48（9）被降级的 冥王星（Pluto） 罗马神话中，Pluto是冥界的首领,希腊人称之为哈迪斯(Hades) 。现只有小行星序列号：134340公转轨道：离太阳平均距离 5,913,520,000km （39.5天文单位） 直径：2274km？ 质量：1.271022kg2006年8月24日国际天文学联合会大会决议：冥王星被视为太阳系的“矮行星

32、”(dwarf planet ) 49 “冥王星”于1930年，被美国Lowell天文台的Clyde W. Tombaugh发现。 冥王星是唯一没有空间飞行器访问过的行星。哈勃太空望远镜只能观察到它表面的大致容貌。Hubble太空望远镜及它观察到的Pluto50？ Pluto目前疑问很多： (1)总质量：Pluto和Charon质量比在0.084到0.157间 (2)半径：11378 km（JPL数据） (3)表面温度：大概在(3545)K，(-238-228) (4) 成份：从密度（大约2g/cm3）分析：可能像海卫一一样由70岩石和30冰水混合而成。表面光亮的部分可能覆盖着固体氮及少量固体

33、甲烷和一氧化碳，表面黑暗部分的组成不清楚，可能是一些基本的有机物质或由宇宙射线引发的光化学反应。 (5)大气：极其稀薄，可能主要由氮和少量的一氧化碳及甲烷组成。表面压强几微帕。大气可能只在冥王星靠近近日点时为气体；在其余时间里，大气层的气体凝结成固体。 51 2006年1月发射的“新地平线”号,预计2015年到达冥王星进行观测。 它将先飞掠木星，进行观测。借助木星引力获得足够的加速度。52 1978年7月，美国海军天文台的Jim Christy发现了冥王星的卫星，命名为卡戎(Charon)。在希腊神话中卡戎是普鲁托的一个役卒，专在冥海上渡亡灵。Charon的公转周期与Pluto自转周期相同，都

34、是6.39日。有人认为这是一个双子系统。 现已发现卡戎(Charon)、尼克斯(Nix)和许德拉(Hydra) 3颗卫星，称“134340 ,”。53 2005年7月9日，新发现一颗的海王星外天体“2003 UB313”昵称:齐娜(Xena)，2006年9月13日被IAU宣布正式命名为厄里斯（Eris），希腊神话中的不和女神。根据亮度和反照率推断，它要比冥王星略大。这是1846年发现海王星之后太阳系中所发现的最大天体。 发现者和媒体起初称之为“第十大行星”。 现“厄里斯”已认定为矮行星，其卫星也正式命名为：戴丝诺米娅(Dysnomia)。源于Eris女神的女儿违约女神。 54 国际天文学联合会

35、2006年8月24日通过决议，行星（planet）天体应符合三个主要条件： （1）天体须位于围绕太阳的轨道上 （2）天体须有足够大质量来克服固体应力以达到流体静力平衡（hydrostatic equilibrium）的形状（近于球形） （3）天体须已经清空了其轨道附近的区域国际天文学联合会（IAU）决议 开除冥王星行星“星籍”55 矮行星是一个天体，它满足：(a)围绕太阳运转，(b)有足够大的质量来克服固体应力以达到流体静 力平衡的(近于圆球)形状 ，(c)所在轨道范围的邻里关系不清楚，同时(d)不是一颗卫星。 Eris是最大的矮行星。 其他围绕太阳运转的天体统称为“太阳系小天体”。 562.

36、2.3 小行星（asteroid）在太阳系中，除了八大行星以外，在红色的火星和巨大的木星轨道之间，还有成千上万颗肉眼看不见的小天体，沿着椭圆轨道不停地围绕太阳公转。与八大行星相比，它们好像微不足道的碎石头。统称太阳系中的小行星。57 小行星是一些围绕太阳运转但因太小而称不上行星的天体。 小行星可大至如直径约1000公里的Ceres 小行星，小至与鹅卵石一般。有16颗小行星的直径超过 240公里。它们位于地球轨道以内到土星的轨道以外的空间中。而大多数小行星集中在火星与木星轨道之间的小行星带里。有些小行星的轨道与地球轨道相交，有些小行星还曾与地球相撞。 小行星是太阳系形成后的剩余物质。有人推测它们

37、是一颗在很久以前一次巨大碰撞中被毁的行星的遗留物。然而这些小行星更像是些从未组成过单一行星的物质。58 小行星的发现同提丢斯- 波得(Titius-Bode)定则的提出有密切联系。从1801年元旦Giuseppe Piazzi发现谷神星(1Ceres)起，随后几年中同其轨道相近的智神星(2 Pallas) 、婚神星(3Juno)、灶神星(4Vesta)相继被发现。如今，已发现和正式编号的有10,0000多颗。 小行星的命名权属于发现者。早期喜欢用女神的名字，后来改用人名、地名、花名乃至机构名的首字母缩写词来命名。 第一颗在中国土地上发现的小行星：193 瑞华星（发现者J.C. Watson）

38、第一颗由中国人发现的小行星：1125 中华 （发现者张钰哲） 第一颗以中国人名命名的小行星：1802 张衡 第一颗以中国地名命名的小行星: 2045 北京 第一颗以中国航天器命名的小行星: 8256 神舟(Shenzhou)（紫金山天文台） 592.2.4 流星体和彗星（1）流星体 在行星际空间有大量尘埃微粒和微小固体块绕着太阳运动。在接近地球时由于地球引力作用使其轨道改变，可能穿过地球大气层。或当地球穿越它们的轨道时进入地球大气层。 这些微粒相对运动速度很高(1172km/s），与大气分子剧烈摩擦而燃烧发光，在夜间天空中表现为一条光迹，这种现象就叫流星(Meteor)，一般发生在距地面高度为

39、80120公里的高空中。 60陨石狮子座流星雨 通常认为流星雨的出现与彗星有关。 61（1）流星体(contd.) 流星体质量一般很小，如产生5等亮度流星的流星体直径约0.5cm，质量0.06毫克。肉眼可见的流星体直径在0.1-1cm之间。 大部分流星体进入大气层后都气化殆尽，少数大而结构坚实的流星体因燃烧未尽而有剩余固体物质落到地面，称为陨星。 流星雨是一大群流星体闯入地球大气的结果，这种成群结队的流星体称为流星群。特别大的流星雨又称流星暴。1833年狮子座流星雨出现时每小时竟多达35000条 。62(2)彗星 彗星是太阳系大家庭里的一族特殊成员，它们的轨道通常是很扁的椭圆。有些彗星的轨道甚

40、至是抛物线或双曲线，它们或许原本就不是太阳系的成员，而只是宇宙中的匆匆过客，在途经太阳附近之后，便远遁深空，一去不复返。而那些运行在椭圆轨道上的彗星，则每隔一段时间定期回到太阳身边，称之为周期彗星。 63 彗星 彗星在远离太阳时集中为彗核，在接近太阳时体积变得巨大，彗尾最长可达2亿多km，但质量极小，大彗星的质量一般为地球质量的几十万分之一。彗星的质量主要集中于彗核，彗发和彗尾的质量只占彗星全部质量的1%到5%。 人们推断彗核是由凝结成冰的水、干冰(CO2)、氨和尘埃微粒混杂而成。64Halleys comet 哈雷彗星知名度最高，是第一颗被算出轨道并按预言准时回归，回归周期为76年左右。从春

41、秋战国到清末的2000多年间,每次回归我国史书中都有记载。春秋鲁文公14年(公元前613年) “秋七月，有星孛入于北斗”的记载，是世界上关于哈雷彗星的最早记录。 1910年5月，当它从太阳和地球之间通过时，离地球只有2400km，2亿km长的彗尾扫过地球。最近一次回归于1985年底。65Shoemaker-Levy 9,（ SL9, D/1993 F2 ） 苏梅克-列维彗星1994年7月17日至24日撞击木星事件。 彗星碎片以约60km/s的高速陆续撞上木星，其时木星上空霹雳轰鸣，出现剧烈的爆炸和闪光。撞击还在木星大气中留下了醒目的黑斑。 662.3 天球2.3.1天球及其运动 (1)天球 广

42、袤无垠的天空，看起来像一个庞大的圆球，全部日月星辰好像都分布在这个球面上。天文学上就将以地球为中心，以无限大为半径，内表面分布着各种各样天体的球面称为天球(Celestial Sphere)。根据所选取的天球中心不同，有站心天球、日心天球、地心天球等，各个天体同地球上的观测者的距离都不相同。 67(2)天球的旋转周日视运动 地球每天自西向东自转一周，造成了太阳每天的东升西落现象。这种现象是地球自转造成的人的视觉效果，天文学上把天体的这种运动叫做周日视运动(apparent motion of celestial bodies) 。 在月亮的周日视运动中，月亮每天升起的时间变化比较大，平均每天比

43、前一天晚升起50分钟。 68周年视运动 由于地球每恒星年绕太阳公转一圈，观察者通常感觉不到地球的运动，正如坐在行驶的车辆中的人感觉周围的物体向后运动一样，看到的只是太阳在恒星组成的星空背景上向后运动，每年转一圈。 早期人们认为这是太阳的真实运动，称太阳周年运动；随着地心说的崩溃，人们认识到这是一种看上去的运动，故称太阳周年视运动。 太阳周年视运动是古代人制订历法的依据，古埃及历法中以太阳与天狼星同时升起的日期为新年。随着科学的发展，人们以回归年作为制订历法的依据。 天球的旋转69(3)天球的基本点、线、面天轴天极天球赤道（天赤道）周日平行圈（赤纬线）天顶、天底真地平天子午圈、卯酉圈黄道、黄极二

44、分（春、秋分）点二至（夏、冬至）点70(3)天球的基本点、线、面(contd.1)天轴天极天球赤道（天赤道）周日平行圈（赤纬线）天顶、天底天顶距 天顶（zenith）是观察者沿铅垂线向上延伸与天球的交点;沿垂线向下而与天球的另一交点称天底(nadir),即天球的最底点。天体与天顶的角距离称为天体的天顶距。天体的高度就等于它的天顶距余角。71(3)天球的基本点、线、面(contd.2)真地平 天顶和天底所确定的基本圈称真地平，天体的高度相当于纬度，从真地平起量。真地平一般不与实际地平线重合。天子午圈、卯酉圈通过天球极轴和铅垂线的平面在天球上截出的大圆，也可以说是通过天极和天顶的大圆。天子午圈（m

45、eridian）决定了正南正北的方向原点，是量度方位的基准。72(3)天球的基本点、线、面(contd.3)天子午圈、卯酉圈 卯酉圈（prime vertical）指地平坐标系中与子午圈相垂直的地平经圈 ，它与地平圈相交于东点和西点。黄道、黄极在任一瞬间，只考虑长期运动的轨道平面称为瞬时平均轨道平面，这一平面与天球相交的大圆称为黄道。二分（春、秋分）点二至（夏、冬至）点732.3.2 天球坐标系 常用的有：地平坐标系：以真地平为基本圈，天子午圈为主圈、 南（北）点为主点的球面系；随观测点而异。时角坐标系：以天赤道为基本圈，天子午圈为主圈，二者 交点为主点的球面系；随观测点而异。赤道坐标系：以天

46、赤道为基本圈，过春分点的赤经圈为主 圈，春分点为主点的球面系；与观测点无关。黄道坐标系：以黄道为基本圈，过春分点的黄经圈为主 圈，春分点为主点的球面系；与观测点无关。空间直角坐标系和球坐标系：原点天球中心；OX主点所在方向；OZ天球坐标系极点方向；742.3.3 春分点的移动 主要原因有：地球质量分布不对称：导致日、月引力引起地球自转轴的进动和章动。即赤道平面的方位与天极指向均在变动。现在的北极星是小熊座a附近，公元15000年左右，将移到天琴座a（织女星）附近。地球与其他行星间的相互吸引：导致黄道平面方位的变化恒星并非在无穷远处：天球上某些恒星也呈现某些固有的运动。 由于以上原因，春分点以0

47、.8/年的速度在天球上向西运动；黄赤交角减少量约为0.5”/年。752.4 时间和历法2.4.1太阳时 时间计量的是短时间, 有两层含意：一是给出某一瞬间在时间流程中的位置(时刻的确定)，二是给出两个瞬间之间的时间长度(时间间隔)。 历法计量的长时间，称历日制度，即根据天体运行周期安排年月日的法则。 以太阳日为标准所计算的时间。以真太阳日为标准所计算的称真太阳时如日晷所表示的时间即是。以平太阳日为标准所计算的称平太阳时如钟表所表示的时间即是。 762.4.2 恒星时 选春分点为参考点，用它的周日运动周期所确定的时间计量系统，称为恒星时系统。恒星时(Sidereal hour)简称恒时。春分点连

48、续两次通过观测点上中天所经历的时间段，称为一个恒星日。恒星日是恒星时的基本单位。 1恒星日=24恒星小时。以春分点上中天瞬间为观测点恒星日的开始，即恒星时0点0分0秒。 1恒星日=（0.9972695664）平太阳日 =（23h56m4s.09053）平太阳时间间隔 772.4.3 地方时 区时 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”。所以，真太阳时又叫做“地方真太阳时”（地方真时），平太阳时又叫做“地方平太阳时”（地方平时）。地方真时和地方平时都属于地方时。 “区时系统”规定，地球上每15经度范围作为一个时区，整个地球表面分为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。以Greenwich时为世界标准时782.4.4 原子时ATI（international atomic time） 原子时计量的基本单位是原子时秒。定义为：铯-133原子基态的两个超精细能级间在零磁场下跃迁辐射9,192,631,770周所持续的时间。1967年第13届国际计量大会决定，把在海平面实现的上述原子时秒，规定为国际单位制中的时间单位。原子时起点定