1、大學(xué)物理,第二章 天文學(xué)基礎(chǔ)知識 1. 星座和恒星命名 2. 地球的自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)和天體的視運動 3. 四季星空 4. 天球坐標 5. 天體距離及其測量方法 6. 視星等和絕對星等 7. 其它測距法,大學(xué)物理,2.1 星座和恒星命名,星座是什么？ 星座是人們?yōu)榱擞^測研究方便 把星空人為地劃分為若干區(qū)域 古人劃分星空形成風(fēng)格各異的星座文化 公元前3000年左右 古巴比倫人把星空中亮星連起來 勾畫成牛、羊、蝎子等形象,大學(xué)物理,中國古代：分為四大區(qū)，東蒼龍，西白虎， 南朱雀，北玄武。 二十八宿，我國古代神話中28個神仙 古希臘人：希臘神話中的人物 或動物來為星座命名， 共40多個。,大學(xué)物理,星座不是

2、有機整體 星座只是某一方向范圍內(nèi)所有天體 的集合(亮星） 銀河系中的恒星、星云 河外星系、類星體 在同一個星座內(nèi)的天體的距離 極其懸殊.,大學(xué)物理,什么是黃道十二宮？ 太陽視運動經(jīng)過12個星座稱十二宮，大約每個月經(jīng)過一宮，（12個星座大小一同，12個宮則平均占30度）。 春 夏 秋 冬 1, 雙魚宮 4, 雙子宮 7, 室女宮 10, 人馬宮 2, 白羊?qū)m 5, 巨蟹宮8, 天秤宮 11, 摩羯宮 3, 金牛宮 6, 獅子宮9, 天蝎宮 12, 寶瓶宮 黃道：太陽在天球上視運動的軌道,大學(xué)物理,天文學(xué)上的一些距離： 月球：38.4萬千米(平均） 日地距離：15,000萬千米 (AU) 金星：4

3、,100萬千米 火星：2,5576萬千米（2003年8月29日） （6萬年一次）,大學(xué)物理,最近的恒星是半人馬座的 比鄰星：距離地球4.3光年 牛郎星：16光年， 織女星：25光年， 北極星：680光年 銀河系中最遠的恒星：8萬光年,大學(xué)物理,最近的星系（大、小麥哲倫星云） 16萬和19萬光年 仙女星系： 220萬光年 遠距離星系：幾億光年上百億光年,大學(xué)物理,星座和恒星名字 古希臘人：分成48個星座， 主要是北天的恒星 1928年，國際天文學(xué)聯(lián)合會 把全天分為88個星座，其中沿用 了很多希臘人起的名字 各個星座大小不同，星數(shù)差別很大,大學(xué)物理,神話人物類：仙女座，仙王座， 武仙座，獵戶座，

4、動物類： 大熊座，小熊座， 金牛座，杜鵑座； 儀器用具類：羅盤座， 時鐘座，圓規(guī)座，六分儀座， 顯微鏡座，望遠鏡座 書中附錄有星座表,大學(xué)物理,千億顆恒星如何取名 我國古代給一些亮星起的名字 天狼、北斗、大角、牛郎、織女、造父 國際命名方法： 不能重名又要便于記憶 姓：星座名 名：該星座中的星以亮度排隊 以希臘字母, 例如：小熊座（北極星）,大學(xué)物理,希臘字母24個， 故只能給2112顆星命名 在希臘字母用完后 接著再用阿拉伯數(shù)字繼續(xù)排 如小熊座6星， 大熊座56星等,大學(xué)物理,其它天體命名 星云和梅西葉天體（M天體） 射電源、X射線源、射線源、 紅外源、紫外源 超新星和超新星遺跡 脈沖星和類

5、星體 河外星系（星表） 最普通的命名法：名字位置 如脈沖星：PSR113316,大學(xué)物理,2.2 地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn) 哥白尼的貢獻 究竟是太陽繞地球轉(zhuǎn)還是地球繞太陽轉(zhuǎn)？ 行星運動規(guī)律的解釋，引起宇宙觀的革命 缺點： 太陽不是宇宙中心，太陽系只是銀河系的普通一員 太陽不是靜止不動，也繞銀河系中心運動 哥白尼1543年提出日心說，到1846年才被完全證實。,大學(xué)物理,地球自轉(zhuǎn)和天體的周日視運動 地球 從西往東自轉(zhuǎn) 太陽東升西落 星空也東升西落 只有北極星例外 天上的群星都繞北極星 畫出一個個大小不等圓圈,大學(xué)物理,大學(xué)物理,北極星變遷的原因地軸進動 地球是橢球體，并斜著身子繞太陽公轉(zhuǎn) 太陽和月球的引

6、力對地球赤道隆起的部 分產(chǎn)生一個力矩，導(dǎo)致地球自轉(zhuǎn)軸繞黃極 作緩慢的圓錐運動（黃極是地球軌道平面 的法線方向） 約2.6萬年繞黃極轉(zhuǎn)一周,大學(xué)物理,北極星的變遷 現(xiàn)在是小熊座 公元前3000年是 天龍座右樞 公元14000年將是 織女星,大學(xué)物理,地球的公轉(zhuǎn) 我們坐在快速行駛的火車上可以從 路旁景物迅速地后退判斷火車在運動。 地球在軌道上運動，如果兩旁有各 種景物，我們也可以判斷地球在運動。 但地球的近處沒有任何景物。只有遠 處的星空可以作為參照物。,大學(xué)物理,恒星離我們太遠，須長時間觀測才 會發(fā)現(xiàn)它們位置的變化。 星空的四季變化是地球公轉(zhuǎn)的最 重要證據(jù)。 地球的軌道運動自轉(zhuǎn)軸與軌道平面的法線

7、成230.53。,大學(xué)物理,2.3 四季星空 在地球上只能看見背著太陽方向的天空中的恒星 地球繞太陽的公轉(zhuǎn)導(dǎo)致星空也隨季節(jié)的變化而不同,大學(xué)物理,春季星空 小熊座 星是北極星 大熊座，大熊星座中有北斗七星， 順著斗勺邊緣上兩顆星的聯(lián)線 可找到北極星 獅子座 頭部由六顆星組成, 獅子座流星雨,大學(xué)物理,獅子座流星雨 99年熱點天象（流星雨暴） 流星并非來自獅子座，是輻射點 實際上是彗星噴發(fā)或分裂的流星群物質(zhì)散布在其軌道上，每當?shù)厍虼┰藉缧擒壍罆r，就發(fā)生流星雨。 每年11月17日左右，地球穿越獅子座流星群（坦普爾塔特爾彗星軌道）就發(fā)生流星雨。 33年出現(xiàn)一次流星雨暴，原因是這個彗星的周期是33年。

8、,大學(xué)物理,大學(xué)物理,夏季星空 銀河橫跨天空 天鷹座 牛郎星 在銀河的東岸 天琴座 織女星 在銀河的西岸 天鵝座 在銀河中形如大“ 十”字 天鵝座X-1（X射線源）,大學(xué)物理,大學(xué)物理,天鵝座X-1（X射線源），是黑洞候者， 黑洞看不見，但在雙星系統(tǒng)中的黑洞可以感覺到它的存在，雙星觀測可以估計伴星質(zhì)量。 天鵝座X-1是密近雙星，質(zhì)量大于5.5太陽質(zhì)量，是黑洞的最可能候選者。,大學(xué)物理,秋季星空 仙后座 有五顆相當明亮的恒星 排列成拉丁字母 W 的形狀 W字開口的一面正對著北極星 仙女座 肉眼可見，仙女座大星云是人類認識 的第一個銀河系以外的星系,大學(xué)物理,大學(xué)物理,仙女座大星云 人類認識的第一

9、個銀河系以外的1920年美國科學(xué)院“ 宇宙尺度”大辨論 仙女座大星云是否在銀河系之外？ 沒有結(jié)論。 1923年哈勃證實仙女座的距離為90萬光年，遠在銀河系之外 確認是河外星系,大學(xué)物理,冬季星空 獵戶座 有三顆亮星，好比獵人的腰帶 主星參宿四，紅超巨星 大犬座 天狼星，全天最亮的恒星 雙星系統(tǒng)，伴星是第一顆白矮星,大學(xué)物理,金牛座 昴星團有七顆主要亮星 蟹狀星云和它的脈沖星 1054年超新星爆發(fā)的遺跡,大學(xué)物理,大學(xué)物理,看星圖 星圖種類繁多 星圖上的南北方向和普通地圖相反 使用地圖時，平放在地上， 使用星圖時，須要把星圖，高舉過頭，抬頭看星空,大學(xué)物理,星空運轉(zhuǎn)的規(guī)律 1，地球自轉(zhuǎn)導(dǎo)致整個星

10、空從東向西圍繞我們 運轉(zhuǎn)一周，恒星每小時自西向東運行 15 度，4分鐘1度； 2，地球繞太陽的公轉(zhuǎn)，每年365天 轉(zhuǎn)一周（360度）每天約移動1度， 這導(dǎo)致恒星每天大約提前4分鐘升出 地平線，或者過中天。,大學(xué)物理,黃道十二宮和 “ 星座文化”,大學(xué)物理,星座能決定人的性格和命運嗎？ 星座書幸運星座年 人出生的月份對應(yīng)一個星座 每個人都有一個星座（認識12個星座） “星象學(xué)家”： 不同星座能夠決定人的不同性格、 一生機遇和機緣。,大學(xué)物理,大學(xué)物理,不同星座對人會產(chǎn)生不同 的影響嗎？ 天體的輻射對地球的影響：太陽最大， 其它恒星和星系的影響微乎其微！,大學(xué)物理,引力可能產(chǎn)生影響 引力影響：太陽

11、最大，月球次之。 和距離的平方成反比！ 恒星和星系，距離我們太遙遠了， 對地球的影響接近于零 撞擊地球 彗星、小行星、隕星等撞擊地球（影響大） 但很少發(fā)生。,大學(xué)物理,3.4 天球坐標系 借鑒地球的地理坐標 基本點 ：北極、 南極 基本圈 ：赤道、 緯圈，經(jīng)圈、本初經(jīng)圈 緯度、 經(jīng)度,大學(xué)物理,緯度：從赤道面起算 到北極090o 到南極090o 經(jīng)度：從本初經(jīng)圈起算 （通過格林尼治天文臺） 向東方向，東經(jīng)0180o 向西方向，西經(jīng)0180o 杭州東經(jīng)120度10分,北緯30度15分,大學(xué)物理,天球 1，用肉眼或望遠鏡看天體，分不清它 們的遠近，好象是鑲嵌在無窮遠處 的球面上： 一個虛擬的天球！

12、 2，天球是以地球為中心，但這僅僅 是一種方法，用起來方便,大學(xué)物理,3，太陽和太陽系的行星在天球上的視運動 4，恒星也在運動（自行），短時期不 會明顯看出恒星在天球上的相對位 置發(fā)生變化 可以認為恒星固定在天球上,大學(xué)物理,天體位置：觀測者和天體的聯(lián)線 與天球的交點 視運動：天體在天球球面上的運動,大學(xué)物理,天球坐標系 1，赤道坐標系 2，地平坐標系 3，黃道坐標系 4，銀道坐標系 只要求掌握赤道坐標系,大學(xué)物理,赤道坐標系 基本圈： 赤道、緯圈、經(jīng)圈 基本點： 北天極（南天極） 春分點 (3月21日） 赤緯 赤經(jīng),大學(xué)物理,赤道坐標系 子午圈 春分點 地平圈 赤道 天極 赤緯 時角，赤經(jīng)

13、赤經(jīng)從春分點起算， 時角從子午圈算起,大學(xué)物理,春分點和秋分點,地球軌道面（黃道面）和赤道面的交點,大學(xué)物理,赤道坐標系 天體M的赤緯從天赤道起算 第一赤道坐標系(時角坐標系） 時角從子午圈起算，順時針 時角隨觀測地不同、時間不同而變化。 第二赤道坐標系(赤道坐標系) 赤經(jīng)從春分點起算，逆時針 赤經(jīng)不隨觀測地及時間而變化,大學(xué)物理,赤經(jīng)參考點：春分點 春分點在天球上的視位置 和恒星一樣也作周日運動， 所以與恒星的距離不變 坐標值不隨時間變化 ，和觀測 地位置無關(guān),大學(xué)物理,優(yōu)越的赤道坐標系 英國著名學(xué)者李約瑟評價： 現(xiàn)代國際通用的是中國古代的赤道 坐標系，而不是希臘古代的黃道坐標系。 坐標值不

14、隨時間變化，也不受觀測 點地理位置的影響，可唯一確定恒星 在天球上的位置。,大學(xué)物理,問題： 在地球上某處觀測天體 有沒有永遠不落的天體？ 有沒有永遠不升起的天體？,大學(xué)物理,在地球的北極：（北極星在頭頂） 地平圈與天赤道平行 所有天體的周日平行圈 與地平圈和天赤道平行 所有的北天的天體 都圍繞著北極星轉(zhuǎn)圓圈 不會落到地平圈之下 所有的南天的天體都看不到,大學(xué)物理,在地球赤道地區(qū)： 地平圈與天赤道垂直 所有天體的周日平行圈都與地平圈垂直 沒有永遠不會落到地平線以下的星 也沒有永不升起的星星 南天和北天的天體都可以觀測,大學(xué)物理,在其它緯度地區(qū)： 既有拱極星 也有永不升起的星 還有有升有落的星

15、由赤緯與當?shù)氐乩砭暥葲Q定,大學(xué)物理,2.5 恒星距離和視差測距法 測量距離的重要性 我們?nèi)庋壑荒苤篮阈窃谔烨蛏系耐队暗奈恢?，不知道恒星的距離就不能確定恒星空 間的真實分布、運動速度、輻射的真實強度。,大學(xué)物理,距離單位 恒星之遙遠，遠到無法用公里來做單位 天文學(xué)家特別定義了3把不同的尺子 1. 天文單位 太陽和地球之間的距離約1億5千萬公里， 稱為 1個“ 天文單位” 2. 光年, 光1年走的距離（大約10萬億公里） 3. 秒差距(pc) 1秒差距等于3.26光年,大學(xué)物理,近處的恒星可以用三角測量法,大學(xué)物理,在地球上利用三角測量法的困難 地球上的基線太短，地球直徑1.3萬公里（1.310

16、9光年） 最近恒星4.3光年 角度太小無法測量 地球軌道提供3億公里基線，情況好轉(zhuǎn)， 可用測恒星周年視差的方法估計距離。,大學(xué)物理,周年視差 觀測某一恒星，隔半年 再觀測一次，由于地球繞 太陽作軌道運動，我們是 在相距2倍日地距離在基線 兩端觀測這顆恒星的。結(jié) 果可發(fā)現(xiàn)恒星在天球上的視 位置會發(fā)生變化，也就是有 視差。測量其視差，便可 以得到距離。（見右圖）,大學(xué)物理,大學(xué)物理,1秒差距的定義 （見右圖）： 對1個天文單位 的距離（日地 距離）視差為 1角秒時的距離 為1秒差距（pc）,大學(xué)物理,1秒差距約等于3.26光年或30萬億公里 恒星距離和恒星視差成反比 恒星距離越遠，它的視差越小 恒

17、星越近，視差越大 距離（秒差距） l視差（角秒） 恒星距離非常遙遠，視差極為微小，,大學(xué)物理,哥白尼在創(chuàng)立日心學(xué)說時曾嘗試測量 恒星視差，以證明地球圍繞太陽運轉(zhuǎn)， 但未成功。 哥白尼之后經(jīng)過了三百來年的努力，1838年才測量出第1顆恒星的視差： 天鵝座61的視差為 0.31角秒，它相當于 從12公里處看一個1分硬幣所成的張角。,大學(xué)物理,周年視差的局限性 利用三角視差法測定了大約7千顆較近 的恒星的距離，絕大多數(shù)恒星距離太遙遠， 它們的視差位移小于0.001角秒，根本測量 不出這樣的小角度。,大學(xué)物理,2.6 恒星的星等和光度 視星等 公元前2世紀古希臘希帕恰斯首先用肉眼估計了星的亮度，按明暗

18、程度分成6等級： 眼睛看起來最為明亮：1等星 看起來比1等星稍暗一些：2等星 再暗一些的：3等星，依此類推 眼睛剛能看到的：6等星 星的亮度越大，星等越小 肉眼能見到的約有6000顆恒星,大學(xué)物理,視星等的科學(xué)性 1850年，普森注意到，星等和亮度有一定的關(guān)系： 星等按等差級數(shù)增加 亮度按等比級數(shù)減小 1等星比6等星大約亮100倍 相鄰2個星等的亮度差2.512倍 取零星等的亮度（E）為單位 普森公式：m=2.5lgE,大學(xué)物理,絕對星等 視星等不是恒星真實發(fā)光能力，有的星發(fā)光強度大，可看起來暗(距離遠），可有的星發(fā)光強度不大，但看起來亮（距離近）。 把恒星移到10秒差距(32.6光年）處，再

19、比較它們的亮度（目視星等），其目視星等叫做絕對星等。（相等的距離）,大學(xué)物理,視星等和絕對星等的關(guān)系 M m 5 5log D m表示目視星等，M表示恒星的絕對星等， D表示恒星的距離（以秒差距為單位）。由 D 和 m 算出恒星的絕對星等M。 天狼星的視星等是-1.45等，距離為2.7秒差距，絕對星等1.5等。太陽離我們最近，看起來光輝奪目，它的目視星等達到-26.7等，絕對星等才只有4.83等。,大學(xué)物理,恒星的光度和亮度 光度L (luminosity)：天體在單位時間內(nèi)輻射的 總能量，是恒星的固有量。 亮度F (brightness)：在地球上單位時間單位面 積接收到的天體的輻射量。 亮

20、度的大小取決于三個因素：天體的光度、距離和 星際物質(zhì)對輻射的吸收和散射。,大學(xué)物理,光度單位：爾格/秒 適用于光學(xué)，紅外、紫外、射電、及射線波段。 恒星之間的光度差別非常大。超巨星“ 天津四”的光度比太陽約強五萬倍，天狼星的伴星是一顆白矮星，其光度不到太陽的萬分之一。,大學(xué)物理,光度和體積、溫度的關(guān)系 恒星的光度由其溫度和表面積決定，溫度愈高光度愈大。表面積愈大光度也愈大。 光度大的恒星叫做巨星， 光度比巨星更強的叫超巨星， 光度小的稱為矮星。 光度大的巨星，體積也大。光度小的矮星，體積也小。,大學(xué)物理,2.7 其它測距法 分光視差法 造父變星法 紅移法 HR圖法 超新星法,大學(xué)物理,1 分光

21、視差法測距離 1902年，丹麥天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)恒星光譜中電離鍶譜線的強度和恒星的絕對星等有關(guān)系。 1914年，美國天文學(xué)家建立起利用光譜譜線強度確定恒星視差的方法。 測定出未知距離的恒星的特征譜線強度比率后就可求出絕對星等。再利用視星等、絕對星等和距離的關(guān)系式，求出恒星的距離。 非常暗弱的恒星不可能獲得光譜資料，分光視差法失靈。,大學(xué)物理,2 造父變星法 1784年，發(fā)現(xiàn)仙王座星是變星，我國叫做“ 造父一”。造父一最亮?xí)r是3.6等， 最暗時是4.3等，周期性變化（5.37天）。 后來發(fā)現(xiàn)的造父變星越來越多，成為一種類型造父型變星。 造父變星的光變曲線：變化周期幾天至幾月。,大學(xué)物理,造父變星的周光關(guān)系 勒維特是美國一位兩耳 失聰?shù)呐煳膶W(xué)家，研究小 麥哲倫星云中1777顆變星， 其中25顆造父變星,測到視星 等（從12.5等到15.5等） 光變周期（從2天到120天）， 發(fā)現(xiàn)了造父變星的 周光