中科大现代天文学讲义

现代天文学讲义

第一讲天文学的研究对象和内容研究对象：天文学所研究的对象涉及宇宙空间的各种星星和物体，大到月球、太阳、行星、恒星、银河系、河外星系以至整个宇宙，小到小行星、流星体以至分布在广袤宇宙空间中的大大小小尘埃粒子。天文学家把所有这些星星和物体统称为天体。从这个意义上讲，地球也应该是一个天体，不过天文学只研究地球的总体性质而一般不讨论它的细节。---地球物理人造卫星、宇宙飞船、空间站等人造飞行器的运动性质也属于天文学的研究范围，可以称之为人造天体。天文与气象？？不少人往往分不清天文和气象有什么区别，电话打到天文台问天气情况是常有的事。也许天文和气象都是研究“天上”的东西而使人产生混淆，而香港天文台经常发播台风警报更使人误认为天文台就是研究天气情况。其实，天文学研究的"天"和气象学研究的"天"是两个完全不同的概念。天文学上的“天”是指宇宙空间，气象学上的“天”是地球大气层。天文学家研究地球大气层以外各类天体的性质和天体上发生的各种现象——天象，气象学家则研究地球大气层内发生的各种现象——气象。预报日食、月食的发生和流星雨的出现是天文学家的事，而预报台风、高温、寒潮则是气象学家的职责。天文学（Astronomy=Star+Law）空间尺度：从极小到极大宇宙中的天体由近及远

分类为几个层次：太阳系天体：包括太阳、行星（其中包括地球）、行星的卫星（其中包括月球）、小行星、彗星、流星体及行星际介质等。恒星和恒星集团银河系中的各类恒星和恒星集团：包括变星、双星、聚星、星团、星云和星际介质。太阳是银河系中的一颗普通恒星。星系河外星系，简称星系，指位于我们银河系之外、与我们银河系相似的庞大的恒星系统，以及由星系组成的更大的天体集团，如双星系、多重星系、星系团、超星系团等。此外还有分布在星系与星系之间的星系际介质。天文学还从总体上探索目前我们所观测到的整个宇宙的起源、结构、演化和未来的结局，这是天文学的一门分支学科——宇宙学的研究内容。时间跨度：从过去到将来

天文学的研究特点

天文学按照研究的内容可分为天体测量学、天体力学和天体物理学三门分支学科。天体测量学天体测量学是天文学中发展最早的一个分支，它的主要内容是研究和测定各类天体的位置和运动，建立天球参考系等。利用天体测量方法取得的观测资料，不仅可以用于天体力学和天体物理研究，而且具有应用价值，比如用以确定地面点的位置。目前，天体测量的手段已从早期单一的可见光波段，发展到射电、红外等其他电磁波段，精度也不断提高，并且从地面扩展到空间，这就是空间天体测量。天体力学天体力学主要研究天体的相互作用、运动和形状，其中运动应包括天体的自转。早期的研究对象是太阳系天体，目前已扩展到恒星、星团和星系。牛顿万有引力定律和运动三定律的建立奠定了天体力学的基础，使研究工作从运动学发展到动力学。因此，实际上可以说牛顿是天体力学的创始人。今天，我们可以准确地预报日食、月食等天象，和天体力学的发展是分不开的。天体物理天体物理是天文学中最年轻的一门分支学科，它应用物理学的技术、方法和理论，来研究各类天体的形态、结构、分布、化学组成、物理状态和性质以及它们的演化规律。十八世纪赫歇尔开创恒星天文学可谓天体物理学的孕育时期。十九世纪中叶，随着天文观测技术的发展，天体物理成为天文学一个独立的分支学科，并促使天文观测和研究不断作出新发现和新成果。天体物理的研究就其研究内容来说，有太阳物理、太阳系物理、恒星物理、银河系天文、星系天文、宇宙化学、gamma天文、天体演化及宇宙学等。就其研究方法而言又可分为实测天体物理和理论天体物理。二十世纪天体物理学成就天文学与物理学相互促进天体和宇宙是物理学的巨大实验室天文学与物理学的相互促进

天文学观测的贡献

天文学的科学模型

思考题：如何理解天文与气象的关系？天文学按照研究的内容可分为哪几个分支学科？二十世纪天体物理学的成就体现在哪些方面？

第二讲宇宙学从整体角度探讨宇宙结构和演化的天文学分支学科一、中外古代的宇宙观中国古代的宇宙观中国古代三种有代表性的宇宙观

盖天说（周初）：地是平坦的，天如伞一样覆盖大地。

浑天说（战国）：天地有蛋形结构，地在中心，天在地周围。

宣夜说（战国）：天无限而空虚，星辰悬浮空虚之中。盖天说盖天说最早起源于西周。是中国最古老的讨论天地结构的体系。盖天说认为，天是圆形的，像一把张开的大伞覆盖在地上；地是方形的，像一个棋盘，日月星辰则像爬虫一样过往天空，因此这一学说又被称为“天圆地方说”。盖天说盖天说宇宙结构理论力图说明太阳运行的轨道﹐设计了一个七衡六间图。太阳在天盖上的周日运动一年中有七条道路，称为“七衡”。最内一道叫"内衡"，夏至日太阳就沿内衡走一圈；最外一圈叫“外衡”，是冬至日太阳的路径；其它节气里，太阳沿中间的五道运行。浑天说“浑天说”出现在战国时代，它认为，浑天如鸡子。天体圆如弹丸，地如鸡子黄，孤居于内，天大而地小。地球不是孤零零地悬在空中的﹐而是浮在水上﹔后来又有人认为地球浮在气中。浑天说认为全天恒星都布于一个“天球”上﹐而日月五星则附丽于“天球”上运行。因而浑天说采用球面坐标系﹐如赤道坐标系﹐来量度天体的位置﹐计量天体的运动。宣夜说国外古代的宇宙观的发展在外国，对宇宙结构也有各种各样的说法和理论。古代巴比伦人认为，大地犹如拱起的乌龟，天空乃是半球形的穹庐。古代印度人认为，大地驮在象背上，大象站在龟身上，海龟浮在海洋上。古希腊对于宇宙结构有不同的学说，有人认为地球是一个浮在水面的扁盘；有人认为地球是一个球，居于世界的中央，这大概是“地球中心说”的雏形；也有人认为，地球绕轴旋转分昼夜，绕日旋转成周岁，这大概可算是“太阳中心说”的前驱了。托勒密的地心说的主要观点是：第一，地球位于宇宙中心静止不动。第二，每颗行星都在一个称为“本轮”的小圆形轨道上匀速转动。而本轮中心在称为“均轮”的大圆轨道上绕地球匀速转动，但地球不在均轮圆心，它与圆心有一定的距离。第三，水星和金星的本轮中心位于地球与太阳的联线上，本轮中心在均轮上一年转一周，火星、木星、土星到它们各自的本轮中心的直线就是一周。第四，恒星都位于被称为“恒星天”的固体壳层上。日、月、行星除上述运动外，还与“恒星天”一起，每天绕地球转一圈。“地球中心说”托勒密的“地球中心说”在天文学的发展中起过一定的进步作用，它推动了观测天文学的发展；但是，由于日地关系被完全颠倒了，人的认识越向前发展，这个学说就越露出了破绽。现代天文学的起源---日心说在宇宙结构问题上带革命性的学说，是十六世纪波兰天文学家哥白尼提出的“太阳中心说”。他认为，太阳是宇宙的中心，地球和水星、金星、火星、木星、土星等绕太阳旋转天穹的视运动只不过是地球自旋的反映而已。它推翻了日动地静的说法，在太阳系范围内，符合实际情况。但是，它认为太阳是宇宙的中心，这显然是不正确的。在哥白尼身后，布鲁诺、伽利略等人把哥白尼的学说朝前发展，认为宇宙是无限的；天上无数个星星就是无数个世界，所以太阳并不是宇宙的中心。对无限的宇宙来讲，根本无所谓中心，或者说，处处是中心。？？哥白尼的学说第一次把宇宙学放在科学的基础上。其后，开普勒根据他的老师第谷的大量观测资料，总结出行星运动的三大定律；特别是牛顿发现了万有引力定律和总结出动力学三大定律后，经典的现代宇宙学形成了。从二十世纪爱因斯坦的广义相对论到二十一世纪霍金的黑洞理论学说，现代天文学对宇宙的起源有了新的理解和定义。天地结构，是人们认识的宇宙哥白尼时代的宇宙，实际上是指太阳系；随着观测手段的改进，人们发现银河原来是由千万颗恒星组成的，这些恒星和观测可见的其他恒星组成了银河系，太阳只不过是银河系中一颗普通的恒星，这时人们谈起的宇宙无非是银河系而已；以后观测发现银河系外还有许许多多象银河系一样的星系，现在人们认为它们组成了总星系，它们有整体结构、运动规律和演化方式，总星系就是现在人们所认识的宇宙。二、两种不同时空观牛顿的力学方程中没有宇宙中心的位置，任何时空点都是平等的，即相对于任何时空点来计算，物理规律都是一样的。这就是牛顿时空观中的相对性。牛顿对时间的认识是“绝对的、纯粹的、数学的时间，就其本身和本性来说，均匀地流逝而与任何外在的情况无关。”牛顿对空间的认识是“绝对空间，就其本性来说，与任何外在的情况无关，始终保持着相似和不变。”牛顿的空间是一个与物质无关的、存放物质的容器。奥伯斯佯谬----牛顿宇宙的问题？在牛顿之前的宇宙模型都是有限、无边的。如果用牛顿时空观去解释宇宙，就会得出宇宙是无限无边的概念，且宇宙中天体的数目也是无限的，无论我们走到哪里，周围总是布满了天体。很早就有人怀疑宇宙是无限的这个说法，最著名的是1826年奥伯斯提出的一个论证，称之为奥伯斯佯谬。奥伯斯佯谬基本观点：空间是无限的，在这无限的空间中，充满了无限多的恒星。每颗星虽然都有生有灭，但从总体看，可以认为宇宙的密度ρ保持为常数。从统计观点出发，可以假定恒星的发光强度L基本不变，光的传播规律（照度E～r-2）在宇宙中处处相同。时间是无限的，从总体来说恒星可无限期地存在也就是说白天和黑夜应该一样亮，地球不应该有白天黑夜之分。按照牛顿时空模型得到的结论却如此荒谬，这表明牛顿宇宙模型中总有些东西并非客观事实。空间和时间在狭义相对论里被想象成一个统一的四维连续体，即四维时空，时间和空间不仅和运动有关系，而且相互之间不再是独立的。运动物体收缩，运动时钟变慢。广义相对论中时空是弯曲的，而曲率的大小由此处引力场的强弱决定。广义相对论的时空不是刚性和均匀的，彻底否定了牛顿的与物质运动无关的绝对时空。爱因斯坦以广义相对论时空观为基础的建立的宇宙模型，是一个静态的、有限无边的闭合三维超球面。三、宇宙的起源大爆炸宇宙学的发展和逐步建立过程7世纪牛顿开创用力学方法研究宇宙学的途径，建立经典宇宙学。1917年爱因斯坦根据广义相对论建立了一个“静止、有限、无界”的宇宙模型，引进宇宙学原理、弯曲时空等概念，从而开创了现代宇宙学研究的时代。1922年，前苏联数学家弗里德曼研究了爱因斯坦所作的计算，认为静态宇宙仅仅是场方程的一个解，应该还有一个膨胀宇宙解。1927年比利时主教、天文学家勒梅特提出均匀各向同性膨胀宇宙学模型。1932年勒梅特提出“原始原子”爆炸形成宇宙的概念。1948年美国天文学家伽莫夫发展勒梅特思想，奠定大爆炸宇宙论的基础。宇宙的起源本世纪，有两种宇宙起源模型比较有影响。一是稳态理论，一是大爆炸理论。稳态理论托马斯.戈尔德(ThomasGold)，赫尔曼.邦迪(HermanBondi)及弗雷德.霍伊尔(FredHoyle)于40年代后期提出，物质正以恰当的速度不断创生着，这一创生速度刚好与因膨胀而使物质变稀的效果相平衡，从而使宇宙中的物质密度维持不变。这种状态从无限久远的过去一直存在至今，并将永远地继续下去。宇宙在任何时候，平均来说始终保持相同的状态。大爆炸宇宙论大爆炸理论的提出宇宙的产生为什么会想到大爆炸？二十世纪匈牙利科学家勒梅特设想：物质结构和次序的认识：物质的形成由简到繁。熵增原理：最简单就是一个原子-----原始的原子的演变到现在的宇宙想到大爆炸理论的人是爱因斯坦广义相对论理论基础宇宙红移的观测事实大爆炸理论验证20年代后期，爱德温·哈勃(EdwinHubble)发现了红移现象，说明宇宙正在膨胀。60年代中期，阿尔诺·彭齐亚斯(ArnoPenzias)和罗伯特·威尔逊(RobertWilson)发现了“宇宙微波背景辐射”。这两个发现给大爆炸理论以有力的支持。伽莫夫第一个建立了热大爆炸的观念理论1950年前后，伽莫夫（美籍俄国）第一个建立了热大爆炸的观念。伽莫夫认为，宇宙开始于高温、高密度的原始物质。最初温度超过几十亿度，很快降至十亿度，那时的宇宙中充满的是辐射和基本粒子，随后温度持续下降，宇宙开始膨胀。当膨胀持续了几百万年时，温度冷却至四千度，物质逐渐凝聚成星云，再演化成今天的各种天体。这个创生宇宙的大爆炸，事实上应该理解为整个空间同时的急剧膨胀。理论提出后中间有经过很多人的修正补充并且完善。该理论最核心的一点是：如果理论成立，那么宇宙将一边膨胀，一边降温，那么降到现在宇宙边缘的温度应该降到5度（绝对温标）左右。理论提出，等待验证。但是比较困难。“宇宙微波背景辐射”二十世纪六十年代初，美国贝尔实验室的两位工程师彭齐亚斯和R.W.威尔逊为了改进卫星通讯，建立了高灵敏度的接收通讯天线系统。1964年，他们用它测量银晕气体射电强度时，发现总有消除不掉的背景噪声，他们认为，这些来自宇宙的波长为7.35厘米的微波噪声相当于3.5K的热辐射。1965年他们又将其修正为3K，并将这一发现公布，为此获得了1978年的诺贝尔物理学奖。黑体辐射谱微波背景辐射的最重要特征是具有黑体辐射谱。从0.054厘米直到数十厘米波段的测量表明，背景辐射是温度近于2.7K的黑体辐射，习惯称为3K背景辐射。黑体谱现象表明，微波背景辐射是极大时空范围内的事件。因为只有通过辐射与物质之间的相互作用，才能形成黑体谱。由于现今宇宙空间的物质密度极低，辐射与物质的相互作用极小，所以，我们今天观测到的黑体谱必定起源于很久以前。各向同性的背景辐射微波背景辐射的另一特征是具有极高的各向同性。这具有两方面的含义：①小尺度上的各向同性：在小到几十弧分的范围内，辐射强度的起伏小于0.2-0.3%；②大尺度上的各向同性：沿天球各个不同方向，辐射强度的涨落小于0.3%。各向同性说明，在各个不同方向上，各个相距非常遥远的天区之间，应当存在过相互联系。3K背景辐射与理论相符微波背景辐射的发现被认为是二十世纪天文学的重大成就，目前的看法认为背景辐射起源于热宇宙的早期。这是对大爆炸宇宙学的强有力支持。3K背景辐射与四十年代伽莫夫、海尔曼和阿尔菲根据当时已知的氦丰度和哈勃常数等资料预言宇宙间充满具有黑体谱的残余辐射理论相符。宇宙红移的观测再次证明了大爆炸理论二十世纪30年代，哈勃工作在美国的威尔逊天文台测量其它星系相对于银河系的运动时，发现各个星系都在远离银河系。从而得出了哈勃定律。红移现象

通常认为这种红移是由宇宙膨胀的多普勒效应引起。

哈勃定律哈勃发现，来自星系的光谱呈现某种系统性的红移。即星系正在远离我们。将星系中特定原子的光谱与地球上实验室内同种原子的光谱进行比较，可以确定光源正在以多大的速度退行。哈勃发现，离我们越远的星系退行速度越高，而且两者之间存在线性关系，即V=H×D（其中H是哈勃常数），这个关系称为哈勃定律。哈勃定律的伟大意义，不仅在于它证实了宇宙的膨胀，而且还提供了一种估计宇宙年龄的手段大学物理大学物理膨胀中宇宙的性质使人困惑从地球的角度来看，好象遥远的星系都正飞快地远离我们而去。但是，这并不意味着地球就是宇宙的中心。平均而言，宇宙不同地方的膨胀图像都是相同的。可以说每一点都是中心，又没有一点是中心。我们最好把它想象成星系间的空间在伸长或膨胀，而不是星系在空间中运动。这一点与我们日常生活中见到的源于一点的爆炸不同。空间的伸长空间可以伸长这一事实看上去似乎离奇古怪，不过这却是1915年爱因斯坦广义相对论发表以来科学家们早就熟知的概念。膨胀空间的基本概念可通过一项简单的模拟来加以理解。想象在一条松紧带上缝有一排钮扣。假定从松紧带的两端把它拉长，结果所有的钮扣都彼此远离。不论我们选择从哪个钮扣来看，它邻侧的钮扣似乎都在远离，而且这种膨胀是处处相同的，不存在特殊的中心。只要把这条带钮扣的松紧带无限加长，或环成一个圆圈，这个中心便不再存在了。从任意一个钮扣来看，离它最近的钮扣以某种速度退行，再下一个钮扣则以两倍数度退行，依此类推。在你看来，钮扣离得越远，它退行得越快。因此这种膨胀意味着退行速度与距离成正比-这是一个极为重要的关系。借助这个图像，我们现在就可想象出光波是如何在膨胀空间中或星系间传播的。当空间伸长时，光波波长也跟着变长，这就解释了宇宙学红移现象。哈勃发现，红移量与距离成正比，同这个简单的图像模拟结果完全一致。另外一个证据：元素氦丰度分布宇宙中He的分布与预期的不吻合。如果是氢的聚变热核反应得到氦，那么氦的总量不超过几%的数量级。但是测量结果发现氦的含量约占四分之一，其余70%的氢和少量的其它元素。唯一的解释：在大爆炸过程中产生大量能量，迫使的大量的氢聚变成氦，造成氦过量。大爆炸理论认为，宇宙起源于一个单独的无维度的点，即一个在空间和时间上都无尺度但却包含了宇宙全部物质的奇点。至少是在100~150亿年以前，宇宙及空间本身由这个点爆炸形成。四、宇宙的演化宇宙最初演化的三分钟年龄=0.01秒，温度大约1011K------一团混沌年龄=1.1秒，温度大约1010K------电子中子和质子形成年龄=3分钟，温度大约109K------元素氢氦产生年龄=3分45秒，宇宙基本形成引力收缩（gravitationalcontraction）按照一般的看法，太阳系、恒星、星系等都是由原始星云在自身引力作用下逐渐凝缩而成的。在原始气体弥漫物质中存在着密度的随机涨落。那些密度比周围高的区域，如果有足够大的尺度，在自身引力作用下的收缩趋势便会超过分子热运动（即压力）的弥散趋势而开始收缩，使密度进一步增大，终于形成一个密度远高于周围气体的区域。这种情况称为引力收缩。一般认为，在原始星云中，往往是先收缩成大云块，然后，由于大云块在收缩过程中密度增大，在内部触发第二次收缩，使大云块本身碎裂成为若干小云块。后者即为恒星的前身──星胚。星胚再逐渐演化成为恒星。四、宇宙可能的结局三种宇宙膨胀状态宇宙膨胀过程是引力与膨胀初速度之争，谁胜谁负取决于宇宙物质密度。宇宙可能的演化结局这看起来就象我们按照牛顿理论发射飞行器一样，如果给的初速度足够大，飞行器将摆脱地球的引力成为星际飞船，而如果初速度不够，飞行器会最终掉下来。在讨论宇宙的膨胀时有一个重要的差异。按照广义相对论，封闭式膨胀的宇宙在质量上和尺度上必定是有限的，而开放式膨胀的宇宙在质量上和尺度上必定是无限的。因此，讨论宇宙可能的演化结局与讨论宇宙的有限或无限是完全等价的！宇宙到底是有限的或无限的？这是个诗人爱遐想，哲学家爱沉思的问题。有些人认为宇宙的无限性是先验的真理，有限宇宙的观念不能为常识所接受。持这种观点者对有限宇宙提出的非议经常是：“宇宙的边缘在哪里？”“边缘之外又是什么？”等等。这是因为他们的困惑来源于错误地用平坦空间的观念来思索一个弯曲的空间。当他们能改正过来，习惯于用弯曲空间的观念来考察弯曲空间，那么他们所有莫解的疑问都会自动消失。事实上，宇宙是有限还是无限的实实在在是一个物理问题。有许多可实测的量，能对此作明确的判断。可惜的是，它们至今被测定得不够准确。但有理由相信，我们在比诗人和哲学家更可靠地逼近真理。三种判断方法根据广义相对论框架下的宇宙膨胀动力学方程，宇宙学家发展了三种判断有限还是无限也即推断其演化结局的方法：以密度为判据以膨胀的减速参量为判据以宇宙年龄为判据

艰难的判断

开宇宙（可能性比较大些）随着恒星不断从气体中诞生，气体越来越少，直至无法再形成新的恒星。1014年后，恒星全部失去光辉，宇宙变暗，星系核处黑洞不断变大。1017－1018年后，只剩下黑洞和一些零星分布的死亡了的恒星。恒星中质子开始变得不稳定。1024年后，质子开始衰变成光子和各种轻子。1032年后，衰变过程结束，宇宙中只剩下光子、轻子和大黑洞。10100年后，黑洞完全蒸发，可称为世界末日。

艰难的判断闭宇宙膨胀停止的早晚取决于宇宙物质密度的大小。假设物质密度是临界密度的2倍，这膨胀过程经过约500亿年后停止，宇宙半径比现在大一倍。一旦自引力占上风，宇宙开始收缩，收缩过程几乎正好是膨胀过程的反演，1000亿年后重新回复到大爆炸发生时的极高密度和极高温度状态。且收缩过程越来越块，最后称为"大暴缩"。到这里为止，对以上提出的三个问题，除了第一个尚需更高精度的观测外，都可作出较明确的回答：宇宙没有中心没有边，不管它是有限的还是无限的；宇宙在时间上有一个开端，有没终结则要看其密度而定。问题与讨论宇宙是从大爆炸诞生的吗？说明几个支持你的答案的理由。宇宙演化的可能结局有哪几种？并叙述其特征。什么是微波背景辐射？它的特点是什么？这几个特点又是怎样支持大爆炸理论观点的？什么是宇宙红移？哈勃定律的内容是什么？

第三讲太阳和太阳系太阳

对于人类来说，光辉的太阳无疑是宇宙中最重要的天体。万物生长靠太阳，没有太阳，地球上就不可能有姿态万千的生命现象，当然也不会孕育出作为智能生物的人类。太阳基本物理参数半径:6.96x105千米(约为地球的109倍).质量:1.989×1030千克太阳与地球质量比:日地质量比：S/E=332946.0（约为地球的3X105倍）温度:5800℃(表面)1560万℃(核心)总辐射功率:3.83×1026焦耳/秒平均密度:1.409克/立方厘米（约为地球的¼）年龄:约50亿年日地距离又称太阳距离。指的是日心到地心的直线长度。由于地球绕太阳运行的轨道是个椭圆，太阳位于一个焦点上，所以这个距离是变化的。最大值为15210万千米（地球处于远日点）；最小值为14710万千米（地球处于近日点）；平均值为14960万千米；这就是一个天文单位(AU)，1976年国际天文学联合会把它确定为149597870千米，并从1984年起用。按此距离计算，太阳光到达地球表面只需8分18秒。日地相比太阳的直径是地球直径的109倍。109的立方，约为1300000。那么，太阳的体积大约是地球体积的130万倍。太阳的结构其实，太阳只是一颗非常普通的恒星，在广袤浩瀚的繁星世界里，太阳的亮度、大小和物质密度都处于中等水平。只是因为它离地球最近，所以看上去是天空中最大最亮的天体。其它恒星离我们都非常遥远，即使是最近的恒星，也比太阳远27万倍，看上去只是一个闪烁的光点。太阳结构组成太阳的物质大多是些普通的气体，其中氢约占71％,氦约占27％,其它元素占2％。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。但是，天文学家根据物理理论和对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。这一模型也已经被对于其他恒星的研究所证实，至少在大的方面，是可信的。太阳核心光球层光球层是一层不透明的气体薄层，厚度约４００公里，它辐射出太阳能量的绝大部分。光球的能量来自不同深度，形成不同温度的表面大气。米粒组织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，其平均密度只有水的几亿分之一，但由于它的厚度达500千米，所以光球是不透明的。每颗“米粒”的大小约为1000公里，温度比周围高出约300度，寿命为几分钟。米粒组织实际上是太阳内部物质强对流运动在太阳表面的表现。光球下的物质在米粒中上升到光球上来，上升的速度在每秒500米左右，冷却后，又下沉到光球下去。光球上"米粒"的运动虽然已经这样剧烈，但比起黑子、耀斑、日珥等等真正的太阳活动现象来，还是只能算宁静的常规运动。太阳黑子光球表面另一种著名的活动现象便是太阳黑子。黑子是光球层上的巨大气流旋涡，大多呈现近椭圆形，在明亮的光球背景反衬下显得比较暗黑，但实际上它们的温度高达4000℃左右，倘若能把黑子单独取出，一个大黑子便可以发出相当于满月的光芒。日面上黑子出现的情况不断变化，这种变化反映了太阳辐射能量的变化。太阳黑子的变化存在复杂的周期现象，平均活动周期为11.2年。色球层

紧贴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。当月亮遮掩了光球明亮光辉的一瞬间，人们能发现日轮边缘上有一层玫瑰红的绚丽光彩，那就是色球。耀斑太阳能量经过色球层这一区域自中心向外传递。这一层可见太阳耀斑。耀斑是太阳黑子形成前在色球层产生的灼热的氢云层。困惑？？日常生活中，离热源越远处温度越低，而太阳大气的情况却截然相反，光球顶部接近色球处的温度差不多是4300℃，到了色球顶部温度竟高达几万度，再往上，到了日冕区温度陡然升至上百万度。人们对这种反常增温现象感到疑惑不解，至今也没有找到确切的原因。“日珥”在色球上人们还能够看到许多腾起的火焰，这就是天文上所谓的“日珥”。日珥是迅速变化着的活动现象，一次完整的日珥过程一般为几十分钟。同时，日珥的形状也可说是千姿百态，有的如浮云烟雾，有的似飞瀑喷泉，有的好似一弯拱桥，也有的酷似团团草丛，真是不胜枚举。天文学家根据形态变化规模的大小和变化速度的快慢将日珥分成宁静日珥、活动日珥和爆发日珥三大类。最为壮观的要属爆发日珥，本来宁静或活动的日珥，有时会突然"怒火冲天"，把气体物质拼命往上抛射，然后回转着返回太阳表面，形成一个环状，所以又称环状日珥。日冕

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。太阳看起来很平静太阳看起来很平静，实际上无时无刻不在发生剧烈的活动。太阳表面和大气层中的活动现象，诸如太阳黑子、耀斑和日冕物质喷发等，会使太阳风大大增强，造成许多地球物理现象──例如极光增多、大气电离层和地磁的变化。太阳活动和太阳风的增强还会严重干扰地球上无线电通讯及航天设备的正常工作，使卫星上的精密电子仪器遭受损害，地面电力控制网络发生混乱，甚至可能对航天飞机和空间站中宇航员的生命构成威胁。因此，监测太阳活动和太阳风的强度，适时作出"空间气象"预报，越来越显得重要。太阳很普通在银河系内一千多亿颗恒星中，太阳只是普通的一员，它位于银河系的对称平面附近，距离银河系中心约26000光年，在银道面以北约26光年,它一方面绕着银心以每秒250公里的速度旋转，另一方面又相对于周围恒星以每秒19.7公里的速度朝着织女星附近方向运动。行星、卫星和行星环人类经过千百年的探索，到16世纪哥白尼建立日心说后才普遍认识到：地球是绕太阳公转的行星之一，而包括地球在内的九大行星则构成了一个围绕太阳旋转的行星系──太阳系的主要成员。行星本身一般不发光，以表面反射太阳光而发亮。在主要由恒星组成的天空背景上，行星有明显的相对移动。什么是行星？对于行星的定义最近才在讨论中给出答案。新的行星定义新的行星定义包括两点：行星必须是围绕恒星运转的天体；

行星的质量必须足够大，它自身的重力必须和表面力平衡使其形状呈圆球。一般来说，行星的直径必须在800公里以上，质量必须在50亿亿吨以上。一个新的次级定义——“类冥王星”

在新的行星标准之下，行星定义委员会还确定了一个新的次级定义——“类冥王星”。这是指轨道在海王星之外、围绕太阳运转周期在200年以上的行星。在符合新定义的12颗太阳系行星中，冥王星、“卡戎”和“2003UB313”都属于“类冥王星”。太阳系新“家谱”太阳系新“家谱”

一、行星包括水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。定义：围绕太阳运转，自身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状，并且能够清除其轨道附近其他物体的天体。二、矮行星包括冥王星和谷神星等。定义：与行星同样具有足够的质量，呈圆球状，但不能清除其轨道附近其他物体的天体。三、太阳系小天体。定义：围绕太阳运转但不符合行星和矮行星条件的物体。共面性、同向性和近圆性行星环绕太阳的运动称为公转，行星公转的轨道具有共面性、同向性和近圆性三大特点。共面性，是指九大行星的公转轨道面几乎在同一平面上；同向性，是指它们朝同一方向绕太阳公转；近圆性是指它们的轨道和圆相当接近。行星环在一些行星的周围，存在围绕行星运转的物质环，由大量小块物体(如岩石，冰块等)构成，因反射太阳光而发亮，称为行星环。卫星卫星是围绕行星运行的天体，月亮就是地球的卫星。卫星反射太阳光，但除了月球以外，其它卫星的反射光都非常微弱。卫星在大小和质量方面相差悬殊，它们的运动特性也很不一致。太阳系中，除了水星和金星以外，其它的行星各自都有数目不等的卫星。在火星与木星之间分布着数十万颗大小不等、形状各异的小行星，沿着椭圆轨道绕太阳运行，这个区域称之为小行星带。此外，太阳系中还有数量众多的彗星，至于飘浮在行星际空间的流星体就更是无法计数了。太阳系八大行星离太阳最近的行星是水星，以下依次是金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。从行星起源于不同形态的物质出发，可以把八大行星分为三类：类地行星(包括水、金、地、火)、巨行星(木、土)及远日行星(天王、海王)。水星水星是最靠近太阳的行星。古代中国称水星为辰星，西方人则称它为墨丘利(Mercury)。墨丘利是罗马神话中专为众神传递信息的使者，神通广大，行走如飞。水星确实象墨丘利那样，行动迅速，是太阳系中运动最快的行星。水星的密度较大，在大行星中仅次于地球。它可能有一个含铁丰富的致密内核。水星地貌酷似月球，大小不一的环形山星罗棋布，还有辐射纹、平原、裂谷、盆地等地形。水星大气非常稀薄，昼夜温差很大，阳光直射处温度高达427℃，夜晚降低到-173℃。直到20世纪60年代以前，人们一直认为,水星自转一周与公转一周的时间是相同的，从而使面对太阳的那一面恒定不变。这与月球总是以相同的半面朝向地球很相似。在1965年，借助美国阿雷西博天文台世界最大的射电望远镜，测量了水星两个边缘反射波间的频率差，成功地测量了水星的自转周期为58.65日，恰好是公转周期的2/3。维纳斯----金星

金星是天空中除了太阳和月亮外最亮的星，亮度最大时比全天最亮的恒星天狼星亮14倍，我国古代称它为"太白"，罗马人则称它为维纳斯(Venus)－爱与美的女神。金星的基本状况在地球上看金星和太阳的最大视角不超过48度，因此金星不会整夜出现在夜空中，我国民间称黎明时分的金星为启明星，傍晚时分的金星为长庚星。金星自转一周比公转一周还慢，并且是逆向自转，所以金星上的一年比一天还短，而且在金星上看到的太阳是西升东落的。

金星与地球只是一对"貌合神离"的姐妹

金星有时被誉为地球的姐妹星，在外表上看，金星与地球有不少相似之处。金星的半径只比地球小300千米，质量是地球的4/5，平均密度略小于地球。人们曾推测，金星表面的物理状况和化学成分也会与地球相似，同样具有适合生命存在的环境。然而，探测事实证明，金星表面奇热，足以使铅锡溶化，任何生命都难以生存。

金星的大气环境

金星上的大气密度是地球大气的100倍，大气中97％以上的成分是二氧化碳，大气层中还有厚达20－30千米的浓硫酸组成的浓云。二氧化碳和浓硫酸云层使得金星表面的热量不能散发到宇宙空间，被封闭起来的太阳辐射使金星表面变得越来越来热，金星表面的温度最高可达447℃。这就是所谓的温室效应。金星的大气压力为90个标准大气压（相当于地球海洋深1千米处的压力），任凭你有着钢筋铁骨，到了金星也会压得粉碎。火星在类地行星中，火星是一颗红色的行星，中国古代称之为"荧惑"，西方则把它当作古罗马神话中的战神“玛尔斯”(Mars)。火星也是一颗最具传奇色彩的行星。望远镜发明以后，由于观测到火星的多种特性与地球相近，一度被誉为“天空中的小地球”。关于"火星生命"，"火星人"等等激动人心的话题沸沸扬扬了将近一个世纪。火星

的构成成分其实，火星并不如人们想象的那样美妙，它的表面满目荒凉，表面75%是由硅酸盐,褐铁矿等铁氧化物构成的沙漠,一片橙红和棕红色的戈壁景象。火星的大气稀薄而干燥，水分极少，主要成分是二氧化碳,约占95%。赤道附近中午温度20℃左右,昼夜温差则超过100℃。所谓火星两极的“极冠”，也并不是水结成的冰，而是由二氧化碳凝固成的干冰所组成。火星的运动

火星上一天的长度几乎和地球相同;自转轴倾角也和地球差不多,因此火星上也有四季的变化。当地球和火星运行到太阳的同一侧并差不多排列在一条直线时,称为火星冲日,每隔15-17年有一次与地球特别接近的冲,称为大冲,是观测火星的最佳时刻。火星的科学探测为了探索火星的秘密，近30年来已发射了20多个探测器对火星进行科学探测。这些探测器拍摄了数以千计的照片，采集了大量火星土壤样品进行检验。至今为止的实验结果表明：火星上没有江河湖海，土壤中也没有动植物或微生物的任何痕迹，更没有"火星人"等智慧生命的存在。

火星的卫星

火星有两个小卫星，分别取名为福波斯(火卫一)和德莫斯(火卫二)。他们是战神的儿子，在天上驾驶着战车。木星木星的亮度仅次于金星，中国古代用它来定岁纪年，由此把它叫作"岁星"，西方称木星为“朱庇特”(Jupiter)，即罗马神话中的众神之王。木星的结构组成

木星没有固体外壳，在浓密的大气之下是液态氢组成的海洋。木星的内部是由铁和硅组成的固体核，称为木星核，温度高达30000℃。木星核的外部则是液态氢组成的木星幔。再向外就是木星的大气层。木星的大气厚达1000千米以上，由90％的氢和10％的氦及微量的甲烷、水、氨等组成。快速的自转木星虽然巨大无比，但它的自转速度却是太阳系中最快的。自转周期为9小时50分30秒，比地球快了近二倍半。如此快速的自转在木星表面造成了非常复杂的大气运动，各种对流、环流运动十分激烈和复杂，并出现许多层与赤道平行的云带。木星的大红斑更奇异的是木星南半球上有一个持续运动了几百年的大气旋，称为“大红斑”。它的大小足够可容纳好几个地球，在里面彩色的云团作着剧烈的运动，有些类似地球上的龙卷风。木星光环1979年，旅行者1号和2号探测器发现木星和土星一样也拥有光环。但木星光环和土星光环有很大不同，木星光环比较弥散，由亮环、暗环和晕3部分组成。亮环在暗环的外边，晕为一层极薄的尘云，将亮环和暗环整个包围起来。木星环距木星中心约12.8万千米，环宽9000余千米，厚度只有几千米左右，是由大量的尘埃及暗黑的碎石构成，肉眼很难看到。暗淡单薄的木星环套在庞大的木星身躯之上，发现它确实很不容易。木星的卫星土星土星是一颗美丽的行星，也是质量和大小仅次于木星的大行星。中国古代称土星为镇星，在西方，人们用罗马农神萨图努斯(Saturn)的名字为土星命名。土星和木星土星与木星犹如孪生兄弟，有许多十分相似的地方。土星也有岩石构成的核心，核的外围是5000千米厚的冰层和金属氢组成的壳层，再外面也象木星一样裹着一层浓厚而色彩绚丽，以氢、氦为主的大。大气中飘浮着由稠密的氨晶体组成的云带，并且也有类似木星大红斑的旋涡结构－白斑，不过规模较小而已。如果说木星大气运动诡谲多变，那么土星大气运动就显得较为平静和单纯。土星的运动和密度土星公转周期缓慢，绕太阳一周需29.5年，自转周期为10小时14分。由于自转迅速，土星实际上是一颗很扁的球体，它的赤道半径比两极大6000千多米，相差部分几乎等于地球半径。土星的光环及其探测土星的光环在望远镜中十分引人注目。这光环实际上由无数直径在7厘米～9米之间的小冰块组成，环的结构极其复杂，它们在阳光照射下显得色彩斑斓。

光环分层通常把土星光环划分为7层，距土星最近的是D环，亮度最暗，其次是C环，透明度最高，B环最亮，然后是A环，在A环与B环之间有段黑暗的宽缝，这就是有名的卡西尼环缝。A环以外有F、G、E三个环，E环处于最外层，十分稀薄和宽广。土星的卫星土星周围的卫星众多，目前已确认的有18颗。其中以土卫六最大，半径超过了水星，它又被命名为"泰坦"，即希腊神话中的女巨神。土卫六也是太阳系卫星中唯一拥有浓密大气的天体，主要成份是氮，约占98％，大气层厚度约2700千米。天王星天王星在太阳系中距太阳的位置排行第七，在西方，它被命名为希腊神话中统治整个宇宙的天神－乌拉诺斯(Uranus)。天王星的体积很大，是地球的65倍，仅次于木星和土星，在太阳系中位居第三。其半径是地球的4倍，质量约为地球的14.5倍。天王星的运转天王星的一个独特之处是它的自转方式。其它行星基本上自转轴都与公转平面接近垂直而运动，唯独天王星自转轴的倾斜度竟达到98度，几乎是以躺着的姿势绕太阳运转。天王星的主要成分天王星大气中的主要成份是氢(83％)、氦(15%)和甲烷(2％)。在厚厚的大气之下是深达8000千米的汪洋大海，但与地球上的大海相比它的温度高得惊人，将近有4000℃，比炼钢炉里的钢水温度还高。

天王星的光环和卫星天王星也拥有光环，那是在1977年的一次天王星掩食恒星的观测中发现的。天王星共有11层光环，不同的环有不同的颜色，给这颗遥远的行星增添了新的光彩。天王星已确认有20颗卫星，包括几颗新发现但暂未正式命名的卫星，是九大行星中拥有卫星最多的行星。海王星海王星是环绕太阳运行的第八颗行星，它是一颗淡蓝色的行星，人们根据传统的命名法，称其为涅普顿(Neptune)，那是罗马神话中统治大海的海神。

海王星的大气成分海王星和天王星的主要大气成份都是氢和氦，内部结构也极为相似，好似一对孪生兄弟。海王星是典型的气体行星，大气中有许多湍急紊乱的气旋和风暴在翻滚。在海王星的南半球有一个醒目的大黑斑，天文学家认为它是一个大气旋，是强烈的风暴区域。

海王星的光环和卫星海王星也有光环。在地球上只能观察到暗淡模糊和不连续的圆弧。人们对其的内部结构仍然知之甚少。天王星的反常运动

海王星是所谓从“笔尖下发现的行星”。天王星发现后不久，人们注意到天王星的运动颇为反常，总是偏离天体力学计算的轨道。于是便推测天王星轨道之外可能还存在一颗行星，它的引力作用使天王星的轨道运动受到干扰，也就是天文学上所谓的“摄动”影响。海王星的发现1845年到1846年，英国的亚当斯和法国的勒维耶这两位年轻人，根据牛顿万有引力和运动定律，分别独立进行了计算，他们反过来从天王星运动的偏差去估计摄动的大小,从而推算出未知行星的位置。依照他们的计算结果，1846年9月，柏林天文台的天文学家果然在预报位置附近发现了这颗新行星。海王星的发现，生动地证实了牛顿定律的正确性，体现出科学理论预言未知事物的无比威力。失落的冥王星冥王星冥王星是九大行星中离太阳平均距离最远，质量最小的行星。它在远离太阳59亿千米寒冷阴暗的太空中孤独地前行，人们将其比之为罗马神话中住在阴森森地下宫殿里的冥王普鲁托(Pluto)。冥王星的发现冥王星发现于1930年，在发现之初被认为是一颗海外行星，但后来事实证明并非完全如此。这是由于冥王星轨道的偏心率、轨道面对黄道面的倾角都比其他行星大。冥王星在近日点附近时比海王星离太阳还近，这时海王星就成了离太阳最远的行星。冥王星的组成成份冥王星的组成成份还不很清楚，它的表面覆盖着一些固体氮以及少量冰冻的甲烷和一氧化碳。冥王星的表面温度大致在-238℃到-228℃之间。冥王星的卫星冥王星唯一的卫星叫查龙(Charon)。冥王星是发现最晚的一颗行星，加上它又小又远，在九大行星中它的面目最为模糊不清，也是至今尚没有被航天器“涉足”的唯一的行星。寻找其它行星美国加州理工学院的科学家2005年8月宣布，他们发现了太阳系内的第十颗行星。“现在叫第十颗行星恐怕还不准确，因为目前行星定义没有确切的统一的标准。新发现更大程度上是支持冥王星不能算行星。”-------北京天文馆馆长朱进。新行星的地位？？美国科学家：新发现的行星比冥王星体积大“与太阳系里现有的9颗行星相比，这颗新被发现的行星的大小足以被归类为行星。”新行星的发现者美国加州理工学院的天文学家迈克·布朗认为。这颗名为“2003-UB313”的行星直径估计有2100英里，是冥王星（太阳系9颗行星中最小的）的1.5倍；它与太阳的距离是冥王星与太阳的距离的3倍。行星？！？中国科学家：它可能代替冥王星第九大行星的地位“目前所说的九大行星实际上准确地说应该称作大行星。这次的新发现实际上更支持了冥王星不是大行星的观点。------朱进。国际天文学联合会（IAU，InternationalAstromomicalUnion）最近呼声很高的提案，也是一个折衷的提案，一旦通过，我们的太阳系将面目全非：取消大行星、小行星的说法，改为行星和其余统一称为太阳系小天体。其中：行星１２颗，９大行星中除冥王星以外的８颗，称为经典行星，其余４个为矮行星。很多年前发现的、位于火星和木星之间的1号小行星：谷神星将晋升成为行星，不过是矮行星。问题与思考什么是日冕，日珥？简述新行星是如何定义的？简述海王星发现的意义。

第四讲时间历法太阳历太阳历又称为阳历，是以地球绕太阳公转的运动周期为基础而制定的历法。太阳历的历年近似等于回归年，一年12个月，这个“月”，实际上与朔望月无关。阳历的月份、日期都与太阳在黄道上的位置较好地符合，根据阳历的日期，在一年中可以明显看出四季寒暖变化的情况；但在每个月份中，看不出月亮的朔、望、两弦。朔望月---朔当月亮处于太阳和地球之间时，它的黑暗半球对着我们，我们根本无法看到月亮的任何一点形象，这就是“朔”，朔在天文上是指月亮黄经和太阳黄经相同的时刻。逢朔日，月亮和太阳同时从东方升起，即使地球把太阳光反射到月亮，然后再由月亮反射回来的那部分光，也完全淹没在强烈的太阳光辉中。朔望月---望而当地球处于月亮与太阳之间时，虽然三个星球也是处于一条线上，但这时，月亮被太阳照亮的半球朝向地球，柔和的月光整夜洒在大地上，这就是满月，也就是“望”。这时月亮黄经和太阳黄经相差180度。因为月亮与地球的距离相对于日地距离来说太短了，在天球上，月亮东移的速度比太阳大很多，每天月亮由西往东前进13度多点，而太阳却只前进1度。上弦月因此，朔之后，月亮很快地跑到了太阳的东边，一两天后，太阳一落下去，西边的天空就可见到一弯新月，两个尖角指向东方。此后，月亮升起的时间越来越迟，月亮也逐渐丰满起来。约在朔后七天，月亮的黄经刚好超过太阳90度，我们看到的月亮是圆弧朝西的半圆，这就是上弦月。以后月亮继续向东，更加丰满，升起的也更迟了，直到望。从朔到望，月亮离开太阳的距离越来越大。下弦月过了望后，月亮逐渐向太阳移近，月面逐渐消瘦下去。当月亮黄经超过太阳黄经270度时，它又变成了半圆形，但圆弧朝东，这就是下弦月。这时候，当太阳从东方升起时，月亮正高悬在正南的天空上，自然，我们的肉眼这时是看不见月亮的。下弦以后，月亮要到后半夜才从东方出来，它的半个圆面逐渐消蚀下去，变成狭窄的镰刀形，尖角向西。从望到朔，月亮与太阳靠得越来越近，以至再次与太阳黄经相同，消失在晨曦中。月相变化---朔望月月相变化的周期，也就是从朔到望或从望到朔的时间，叫做朔望月。观测结果表明，朔望月的长度并不是固定的，有时长达29天19小时多，有时仅为29天6小时多，它的平均长度为29天12小时44分3秒。阳历如今世界通行的公历就是一种阳历，平年365天，闰年366天，每四年一闰，每满百年少闰一次，到第四百年再闰，即每四百年中有97个闰年。公历的历年平均长度与回归年只有26秒之差，要累积3300年才差一日。现行公历的产生、变化和发展目前通行世界的公历，是我们大家最熟悉的一种阳历。这部历法浸透了人类几千年间所创造的文明，是古罗马人向埃及人学得，并随着罗马帝国的扩张和基督教的兴起而传播于世界各地。公历最早的源头，可以追溯到古埃及的太阳历。尼罗河是埃及的命根子，正是由于计算尼罗河泛滥周期的需要，产生了古埃及的天文学和太阳历。世界上第一个太阳历七千年前，他们观察到，天狼星第一次和太阳同时升起的那一天之后，再过五、六十天，尼罗河就开始泛滥，于是他们就以这一天作为一年的开始，推算起来，这一天是7月19日。最初一年定为360天，后来改为365天。这就是世界上第一个太阳历。后来他们又根据尼罗河泛滥和农业生产的情况，把一年分为三季，叫做洪水季、冬季和夏季。每季4个月，每月30天，每月里10天一大周，五天一小周。全年12个月，另加5天在年尾，为年终祭祀日。天狼星年这种以365天为一年的历年，是由于观测天狼星定出来的，叫天狼星年。它和回归年相差约0.25天，因而在日历上每年的开始时间越来越早，经过1461个历年，各个日期再次与原来的季节吻合，以后又逐渐脱离。天狼星年好象在回归年周期左右徘徊，因而又叫它为徘徊年、游移年，1461年的循环周期被称为天狼周期。欧吉德皇帝校正历法的缺陷后来，埃及人通过天文观测，发现年的真正周期是365.25日，但僧侣们为了使埃及的节日能与祭神会同时举行，以维护宗教的“神圣”地位，宁愿保持游移年。后来出土了一块石碑，上面有用埃及文和希腊文所写的碑文，记载了欧吉德皇帝在公元前238年发布的一道命令：每经过四年，在第四年的年末五天祭祀日之后、下一年元旦之前，再加一天，并在这天举行欧吉德皇帝的节日庆祝会，以便让大家记住。欧吉德皇帝校正了以前历法的缺陷，这增加一天的年叫定年，其它年叫不定年。罗马纪元古罗马人使用的历法经历了从太阴历到阴阳历、阳历的发展过程。罗马古时是意大利的一个小村，罗马人先是统一了意大利，而后又成为地跨欧、亚、非三洲的大帝国。最早，古罗马历全年10个月，有的历月30天，有的历月29天（这十分类似太阴历），还有70几天是年末休息日。罗马城第一个国王罗慕洛时期，各月有了名称，还排了次序。全年10个月，有的月30天，有的月31天，共304天，另外60几天是年末休息日。以罗马城建立的那一年，即公元前753年作为元年，这就是罗马纪元。某些欧洲历史学家直到17世纪末还使用这个纪年来记载历史事件。一月Januarius名字来自古罗马神话的神雅努斯。二月Februarius名字来自古罗马的节日Februa。三月Martius名字来自古罗马神话的战神玛尔斯。四月Aprilis名字来自古罗马的词aperire，意思为“开始”，意味着春天开始。五月Maius名字来自古罗马神话的花神玛亚。六月Junius名字来自古罗马共和国的创始人Junius。七月原名Quintilis，后改Julius。古罗马历只有10个月，这是第五月，原名是“第五”的意思，因为恺撒是这月出生的，经元老院一致通过，将此月改为恺撒的名字“儒略”。八月原名Sextilis后改Augustus。原名是“第六”的意思，因为后来独裁者屋大维是生于此月，元老院将此月改为他的称号“奥古斯都”，原来应排为小月，从二月中抽出一天补上，变为大月，将后面的月份重新排大小月。九月September拉丁语“第七”的意思。十月October拉丁语“第八”的意思。十一月Novembris拉丁语“第九”的意思。十二月December拉丁语“第十”的意思。罗马日历的变更第二个国王努马，参照希腊历法进行了改革，增加了第十一月和第十二月，同时调整各月的天数，改为1、3、5、8四个月每月31天，2、4、6、7、9、10、11七个月每月29天，12月最短，只有28天。根据那时罗马的习惯，双数不吉祥，于是就在这个月里处决一年中所有的死刑犯。这样，历年为355天，比回归年少10多天。为了纠正日期与季节逐年脱离的偏差，就在每四年中增加两个补充月，第一个补充月22天，加在第二年里，另一个23天加在第四年里，所增加的天数放在第十二月的24日与25日之间。阴阳历的雏形这实际上就是阴阳历了，历年平均长度为366.25天，同时用增加或减少补充月的办法来补救历法与天时不和的缺点。但这样却更增加了混乱：月份随意流转。比如，掌管历法的大祭司长在自己的朋友执政的年份，就硬插进一个月，而当是仇人执政，就减少补充月，来缩短其任期。民间契约的执行也受到影响，祭祀节与斋戒日都在逐渐移动，本该夏天的收获节竟跑到了冬天举行。儒略历当儒略·凯撒第三次任执政官时，指定以埃及天文学家索西琴尼为首的一批天文学家制定新历，这就是儒略历。主要内容是：每隔三年设一闰年，平年365天，闰年366天，历年平均长度为365.25日。以原先的第十一月1日为一年的开始，这样，罗马执政官上任时就恰值元旦。儒略历儒略历每年分12个月，第1、3、5、7、9、11月是大月，大月每月31天。第4、6、8、10、12月为小月，小月每月30天。第二月（即原先的第十二月）在平年是29天，闰年30天，虽然月序不同于改历前，可是仍然保留着原来的特点，是一年中最短的月份。儒略历从罗马纪元709年，即公元前45年1月1日开始实行。“乱年”这一年，为了弥补罗马历与太阳年的年差，除了355天的历年和一个23天的附加月外，又插进两个月，其中一个月为33天，另一个月为34天。这样，这一年就有355＋23＋33＋34＝445天。这就是历史上所称的“乱年”西方历法走上正轨西方历法从儒略历实施开始，终于走上正轨。滑稽的是，那些颁发历书的祭司们，却把改历命令中的“每隔三年设一闰年”误解为“每三年设一闰年”。这个错误直到公元前9年才由奥古斯都下令改正过来。奥古斯都月当奥古斯都准备改正闰年错误时，已经多闰了三次，于是他下令从公元前8年到公元4年停止闰年，即公元前5年、公元前1年和公元4年仍是平年，以后又恢复为每四年一闰了。为了纪念他的这一功绩，罗马元老院通过决议，把儒略历的第八月改称为“Augustus”，即奥古斯都月，因为他在这个月里曾取得过巨大的军事胜利。可怜的二月但这个月是小月，未免有点逊色，何况罗马人以单数为吉，而30天却是个双数，于是就从2月份拿出一天，加到奥古斯都月里，8月就31天了，可怜的2月在平年只有28天，碰上四年一次的闰年也不过29天。7、8、9月连续三个月都是大月，看起来很不顺眼，使用也不方便，就把9月改为30天，10月为31天，11月为30天，12月为31天。这样，大小月相间的规律破坏了，一直到两千年后的今天还受到影响。基督教的起源和发展与历法的关系奥古斯都修改过的历法格式与现行公历一模一样了，但它的纪元，即计算年代的起算点还不是公元元年，它的闰年方法与现行公历还不完全一致。这两点差别与基督教的起源和发展有密切的关系。基督教产生于公元一世纪的巴勒斯坦，“基督”一词是古希腊语的译音，意为“救世主”。传说基督教的创始人是耶稣，他作为救世主，许诺穷人死后升入天堂，而富人要进入天堂比骆驼穿过针眼还难。耶稣由于拨动了社会下层人民的心弦，基督教逐渐传播开来，引起罗马统治者不安，在提庇留皇帝时代，罗马派驻犹太的总督，将耶稣钉死在十字架上。但是第三天，耶稣从坟墓中复活过来，并升了天，他将来还要对所有的死人、活人施行末日审判。后来，基督教徒把这些传说和耶稣言行记录下来，编写了《新约圣经》。早期的基督教早期的基督教，因为打破了罗马帝国的神权统治，而多次遭到镇压。后来，罗马帝国日渐衰落，奴隶制日趋瓦解，原来的社会上层分子在彷徨中纷纷加入基督教，并逐步控制了它，努力寻求统治者对教会的支持。统治者对教会转而采取怀柔政策，到四世纪末，罗马帝国终于宣布基督教为其国教。儒略历并非最精确的历法公历的纪元，就是从“耶稣降生”的那年算起的。这与基督教的兴盛密切相关。此后，儒略历被认为是准确无误的历法，于是人们把3月21日固定为春分日，却带来了未曾料想到的麻烦。随着时间的推移，人们发觉，真正的春分不再与当时的日历一致，这个昼夜相等的日期越来越早，到16世纪末已提前到3月11日了。春分逐渐提前，是由于儒略历并非最精确的历法，它的历年平均长度等于365.25日，还是比回归年长了11分14秒，这个差数虽然不大，但累积下去，128年就差一天，400年就差三天多。改革历法为了不违背宗教会议的规定，满足教会对历法的要求，罗马教皇格里高利十三世设立了改革历法的专门委员会，比较了各种方案后，决定采用意大利医生利里奥的方案，在400年中去掉儒略历多出的三个闰年。格里高利颁发了改历命令1582年3月1日，格里高利颁发了改历命令，主要内容是：1582年10月4日后的一天是10月15日，而不是10月5日，但星期序号仍然连续计算，10月4日是星期四，第二天10月15日是星期五。这样，就把从公元325年以来积累的老账一笔勾销了。为避免以后再发生春分飘离的现象，改闰年方法为：凡公元年数能被4整除的是闰年，但当公元年数后边是带两个“0”的“世纪年”时，必须能被400整除的年才是闰年。格里高利历格里高利历的历年平均长度为365日5时49分12秒，比回归年长26秒。虽然照此计算，过3000年左右仍存在1天的误差，但这样的精确度已经相当了不起了。由于格里高利历的内容比较简洁，便于记忆，而且精度较高，与天时符合较好，因此它逐步为各国政府所采用。我国是在辛亥革命后根据临时政府通电，从1912年1月1日正式使用格里高利历的。时间与历法之阴阳历阴阳历阴阳历是兼顾月亮绕地球的运动周期和地球绕太阳的运动周期而制定的历法。阴阳历历月的平均长度接近朔望月，历年的平均长度接近回归年，是一种“阴月阳年”式的历法。它既能使每个年份基本符合季节变化，又使每一月份的日期与月相对应。它的缺点是历年长度相差过大，制历复杂，不利于记忆。我国的农历就是一种典型的阴阳历。我国的历法在几千年的过程中，不断改进、充实、完善，逐渐演变为现在所用的农历。农历实质上就是一种阴阳历，以月亮运动周期为主，同时兼顾地球绕太阳运动的周期。二十四节气节气就实质而言是属于阳历范畴，从天文学意义来讲，二十四节气是根据地球绕太阳运行的轨道（黄道）360度，以春分点为0点，分为二十四等分点，两等分点相隔15度，每个等分点设有专名，含有气候变化、物候特点、农作物生长情况等意义。二十四节气即立春、雨水、惊蜇、春分、清明、谷雨、立夏、小满、芒种、夏至、小暑、大暑、立秋、处暑、白露、秋分、寒露、霜降、立冬、小雪、大雪、冬至、小寒、大寒。以上依次顺属，逢单的均为“节气”，通常简称为“节”，逢双的则为“中气”，简称为“气”，合称为“节气”。现在一般统称为二十四节气。二十四节气在我国二十四节气在我国是逐渐确立完善起来的。我国周朝和春秋时代是用“土圭”测日影的方法来定夏至、冬至、春分、秋分。土圭测影，就是利用直立的杆子在正午时测量日影的长短。秦朝《吕氏春秋》的《十二纪》中所记载的节气已增加为八个，即立春、春分、立夏、夏至、立秋、秋分、立冬、冬至等。还有一些记载是有关惊蜇、雨水、小暑、白露、霜降等节气的萌芽：一月“蛰虫始振”，二月“始雨水”，五月“小暑至”，七月“白露降”，九月“霜始降”。到了汉朝《淮南子·天文训》中已有完整的二十四节气记载，与今天的完全一样农历的历月农历的历月长度是以朔望月为准的，大月30天，小月29天，大月和小月相互弥补，使历月的平均长度接近朔望月。农历固定地把朔的时刻所在日子作为月的第一天——初一日。至于定农历日历中月份名称的根据，则是由“中气”来决定的。即编制农历农历的历年长度是以回归年为准的，但一个回归年比12个朔望月的日数多，而比13个朔望月短。古代天文学家在编制农历时，为使一个月中任何一天都含有月相的意义，即初一是无月的夜晚，十五左右都是圆月，就以朔望月为主，同时兼顾季节时令，采用十九年七闰的方法：在农历十九年中，有十二个平年，为一平年十二个月；有七个闰年，每一闰年十三个月。为什么采取“十九年七闰”的方法呢一个朔望月平均是29.5306日，一个回归年有12.368个朔望月，0.368小数部分的渐进分数是1/2、1/3、3/8、4/11、7/19、46/125，即每二年加一个闰月，或每三年加一个闰月，或每八年加三个闰月……经过推算，十九年加七个闰月比较合适。因为十九个回归年＝6939.6018日，而十九个农历年（加七个闰月后）共有235个朔望月，等于6939.6910日，这样二者就差不多了。闰月的安插七个闰月安插到十九年当中，其安插方法可是有讲究的。农历闰月的安插，自古以来完全是人为的规定，历代对闰月的安插也不尽相同。秦代以前，曾把闰月放在一年的末尾，叫做“十三月”。汉初把闰月放在九月之后，叫做“后九月”。到了汉武帝太初元年，又把闰月分插在一年中的各月。以后又规定“不包含中气的月份作为前一个月的闰月”，直到现在仍沿用这个规定。为什么有的月份会没有中气呢节气与节气或中气与中气相隔时间平均是30.4368日（即一回归年365.2422日平分12等分），而一个朔望月平均是29.5306日，所以节气或中气在农历的月份中的日期逐月推移迟，到一定时候，中气不在月中，而移到月末，下一个中气移到另一个月的月初，这样中间这个月就没有中气，而只剩一个节气了。闰月上面讲过，古人在编制农历时，以十二个中气作为十二个月的标志，即雨水是正月的标志，春分是二月的标志，谷雨是三月的标志……把没有中气的月份作为闰月就使得历月名称与中气一一对应起来，从而保持了原有中气的标志。从十九年七闰来说，在十九个回归年中有228个节气和228个中气，而农历十九年有235个朔望月，显然有七个月没有节气和七个月没有中气，这样把没有中气的月份定为闰月，也就很自然了。农历的特点农历月的大小很不规则，有时连续两个、三个、四个大月或连续两个三个小月，历年的长短也不一样，而且差距很大。节气和中气，在农历里的分布日期很不稳定，而且日期变动的范围很大。农历还是有一定循环规律的：由于十九个回归年的日数与十九个农历年的日数差不多相等，就使农历每隔十九年差不多是相同的。每隔十九年，农历相同月份的每月初一日的阳历日一般相同或者相差一、二天。每隔十九年，节气和中气日期大体上是重复的，个别的相差一、两天。相隔十九年闰月的月份重复或者相差一个月。干支纪法干支就字面意义来说，就相当于树干和枝叶。我国古代以天为主，以地为从，天和干相连叫天干，地和支相连叫地支，合起来叫天干地支，简称干支。天干有十个，就是甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸，地支有十二个，依次是子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥。干支纪法我国古人用这六十对干支来表示年、月、日、时的序号，周而复始，不断循环，这就是干支纪法。传说黄帝时代的大臣大挠“深五行之情，占年纲所建，于是作甲乙以名日，谓之干；作子丑以名日，谓之枝，干支相配以成六旬。”这只是一个传说，干支到底是谁最先创立的，现在还没有证实，不过在殷墟出土的甲骨文中，已有表示干支的象形文字，说明早在殷代已经使用干支纪法了。时间历法之星期的由来星期的由来星期制的老祖宗，是在古巴比伦和古犹太国一带，犹太人把它传到古埃及，又由古埃及传到罗马，公元三世纪以后，就广泛地传播到欧洲各国。明朝末年，基督教传入我国的时候，星期制也随之传入。星期中各天的排列在欧洲一些国家的语言中，一星期中的各天并不是按数字顺序，而是有着特定的名字，是以“七曜”来分别命名的。七曜指太阳、月亮和水星、金星、火星、木星、土星这五个最亮的大行星。其中，土曜日是星期六，日曜日是星期天，月曜日是星期一，火曜日是星期二，水曜日是星期三，木曜日是星期四，金曜日是星期五。星期的开始时间在不同地区，由于宗教信仰的不同，一星期的开始时间并不完全一致。埃及人的一星期是从土曜日开始的，犹太教以日曜日开始，而伊斯兰教则把金曜日排在首位。在我国，起初也是以七曜命名一星期中的各天，到清末才逐渐为星期日、星期一……星期六所代替，习惯上认为星期一是开始时间（某些地区也有把星期日作为一周开始的观念）。问题与思考名词解释：太阳历，儒略历，阴阳历我国的农历是属于哪种历法？

第五节宇宙线物理交叉于多种学科天文学和高能天体物理粒子物理与核物理空间物理大气环境等宇宙线的发现美国物理学家密立根认为宇宙线是由不带电的光子组成。密立根认为，在宇宙中，16个氢原子聚合成了个氧原子时，生成光子，产生宇宙射线。他还把宇宙线叫做原子“诞生时的哭叫”。另一位美国物理学家康普顿认为宇宙线是由带电粒子组成。康普顿等人发现宇宙线存在“纬度效应”，宇宙线强度随地球的纬度不同而不同，这一结论是由康普顿亲自走访了6个国家和60多位科学家分别进行观测而获得的。1932年，康普顿亲自走访了五大洲，行程约为八万公里，南到新西兰的杜恩庭，北到北极圈；上至高山顶峰，下至海平面进行测量。同年9月，康普顿在北极圈内宣告宇宙线确实存在“纬度效应”，并肯定了它是由带电粒子组成。宇宙线是什么？宇宙线是自动送上门来的宇宙空间的高能粒子流。宇宙线主要是由质子、氦核、铁核等裸原子核组成的高能粒子流；也含有少量中性的珈玛射线和能穿过地球的中微子流。（不同能段成分的构成比例不相同）产生于太阳系的宇宙线，称为太阳宇宙线；与之相对应还有银河宇宙线和河外宇宙线。研究宇宙线物理意义长途跋涉的空间旅行，带来空间的许多信息是人类研究空间环境的参照来自遥远的的银河系或者以外，是我们目前了解太阳系以外的唯一物质参考宇宙线活动的强弱直接影响到人类赖以生存的空间环境对于人类的航天事业的发展有重大的影响二十世纪30至50年代，作为当时唯一可利用的高能粒子源，在宇宙线中相继发现了一系列基本粒子，推动了早期粒子物理学和高能加速器的发展。30年代50年代

人们把这种宇宙线粒子加速器无偿提供的高能粒子流作为“粒子炮弹“去轰开基本粒子世界的大门，促成了粒子物理学和高能人工加速器的发展。相继在宇宙线中发现了：宇宙线物理是实验的科学宇宙线物理以实验为基础，而又基于实验和理论密切结合发展的。宇宙线能谱特点宇宙线能量与宇宙线的流量费米加速机制1949年Fermi提出宇宙线粒子在与星际磁场的碰撞过程中能够获得能量，得到加速。Fermi加速机制对于宇宙线能谱给出很好的解释。宇宙线研究的几大热门源、暴 中微子物理（2002年诺贝尔奖）反物质与暗物质“膝区物理” 极高能物理Openquestions:宇宙射线是怎样产生的？它的产生机制是什么？什么过程把它们加速到如此高的能量的？超新星爆发？高速旋转的中子星？活动星系核？为什么宇宙线能谱拐折？膝区踝区趾区？GZK截断？实验的主要目的寻找宇宙线源带电粒子（主要是质子、核子和电子）受到星际介质、行星际磁场，太阳风磁场，地球磁层的调制和偏转，失去了产生地的方向信息。以中性稳定粒子流（,中微子）为探针，是我们研究宇宙线起源，加速机制和传播过程的主要手段。宇宙射线伽玛天文对光子全波段范围的观测对于全面了解星体演化和宇宙线的起源有重要意义。不同能区的光子对应不同的物理过程，而且有不同的观测手段。空间实验直接探测天文的EGRET时代美国宇航局NASA发射CGRO卫星1991年4月5日发射升空，标志着人类对天文的研究揭开了新的一页。（1991-1999）EGRET主要贡献2、给出宇宙线银河起源的证据3、给出第一张弥散伽玛射线的辐射天图反映了宇宙线与星际介质和光子背景的相互作用4、证认了BLAZARS是一种能够产生大量射线的活动星系核（AGN）5、做出了宇宙线各向同性的比较准确的测量GLAST的挑战未来GLAST对天文贡献的期待2007年发射目标：寻找河外Blazer，证认EGRET不明源，高能暴的探测，寻找暗物质等空间实验的优势探测高能宇宙线对实验仪器的要求探测器有效面积大张角大（openangle）收集时间长地面宇宙线实验观测面积不受限制收集时间不受限制张角接近2立体角广延大气簇射（EAS）ExtensiveAirShower地面实验对高能宇宙线间接测量。高能宇宙线粒子进入大气层，与大气层中的空气中的原子核发生多次核作用，形成级联簇射，从而产生大量次级粒子的过程。级联：电磁级联，强子级联和混合级联广延大气簇射的纵向发展宇宙线进入大气层，与空气核相互作用产生大量次级粒子地面探测器通过探测次级粒子的效应来推断原初宇宙线的特性次级粒子数目与原初能量相关次级粒子到达的时间反映原初粒子的方向簇射中子的比率与原初粒子的类型（质子、核子、光子）相关广延大气簇射横向分布横向分布EAS（广延大气簇射）阵列实验AGASA、MILAGRO、TIBETAS、ARGO-YBJ，CASA-MIA，HEGRA，。。。IACT(大气Cherenkov成像望远镜）实验WHIPPLE，CANGROO，MAGIC，VERITAS，CAT，HESS，。。。AGASAAGASAcoversanareaofabout100km2andconsistsof111detectorsonthegroundMilagroCANGROO实验CANGAROOCollaborationofAustraliaandNippon(Japan)foraGAmmaRayObservatoryintheOutback,国际合作，利用成像Cherenkov望远镜阵列研究VHE（甚高能）GAMMA天文的位置在Woomera,Australia.HESS实验介绍大气契仑柯夫成像望远镜实验位于纳米比亚多国合作（德、法、英、捷克、波兰、爱尔兰、纳米比亚、亚米尼亚、南非等）Hess成果（截至到2