1、 现代天文学现代天文学 （诺贝尔奖天文学奖项回顾）（诺贝尔奖天文学奖项回顾） 讲授提纲讲授提纲 第二章 天体的视运动和天球坐标系1，星座和恒星命名2，地球的自转、公转和天体的视 运动3，四季星空4，从地心说到日心说5，天球坐标1，星座和恒星命名 星座是什么？ 星座是人们为了观测研究方便 把星空的人为划分为若干区域 古人划分星空形成风格各异 的星座文化 公元前3000年左右 古巴比伦人把星空中亮星连起来 勾画成牛、羊、蝎子等形象 中国古代：分为四大区，二十八宿 我国古代神话中28个神仙 古希腊人：希腊神话中的人物或动物来为星座命名，共40多个。 星座不是有机整体 星座只是某一方向范围内 所有天体
2、的集合 银河系中的恒星、星云 河外星系、类星体 在同一个星座内的天体的距离 极其悬殊. 距离极其悬殊 月球：38.4万千米 金星：4100万千米 日地距离：15000万千米 冥王星：40倍日地距离最近的恒星是半人马座的比邻星 距离地球4.3光年牛郎星：6光年，织女星：25光年，北极星：680光年银河系中最远的恒星：8万光年 最近的星系（大、小麦哲伦星云） 16万和19万光年仙女星系：2200万光年远距离星系：几亿光年上百亿光年星座和恒星名字 古希腊人：分成48个星座， 主要是北天的恒星 1928年，国际天文学联合会 把全天分为88个星座，其中沿用 了很多希腊人起的名字 各个星座大小不同，星数差
3、别很大神话人物类：仙女座，仙王座， 武仙座，猎户座，动物类： 大熊座，小熊座， 金牛座，杜鹃座；仪器用具类：罗盘座， 时钟座，圆规座，六分仪座， 显微镜座，望远镜座（为什么有现代仪器名的星座？）千亿颗恒星如何取名 我国古代给一些亮星起的名字 天狼、北斗、大角、牛郎、织女、造父 国际命名方法：不能重名又要便于记忆 姓：星座名 名：该星座中的星以亮度排队 以希腊字母, 例如：小熊座（北极星）希腊字母24个， 故只能给2112颗星命名 在希腊字母用完后 接着再用阿拉伯 数字继续排如小熊座6星， 大熊座56星等其它命名 星云和梅西叶天体（M天体） 射电源、X射线源、射线源、 红外源、紫外源 超新星和超
4、新星遗迹 脉冲星和类星体 河外星系（星表） 最普通的命名法：名字位置如脉冲星：PSR1133162，地球的自转 和公转 地球从西往东自转 太阳东升西落 星空也东升西落 只有北极星例外 天上的群星都绕北极星 画出一个个大小不等圆圈 北极星变迁的原因 地轴进动 地球是椭球体，并斜着身子绕太阳公转 太阳和月球的引力对地球赤道隆起的部分产生一个力矩，导致地球自转轴绕黄极作缓慢的圆锥运动（黄极是地球轨道平面的法线方向） 约2.6万年绕黄极转一周北极星的变迁现在小熊座公元前3000年天龙座右枢公元14000年织女星 地球的公转 我们坐在快速行驶的火车上可以从路旁景物迅速地后退判断火车在运动。 地球在轨道上
5、运动，如果两旁有各种景物，我们也可以判断地球在运动。但地球的近处没有任何景物。只有远处的星空可以作为参照物。 恒星离我们太远，长时间观测才会发现它们位置的变化。 星空的四季变化是地球公转的最重要证据。3，四季星空发现新的天体发现新的天体 新星 超新星 彗星 流星群观测罕见的天象观测罕见的天象 天文摄影天文摄影 四季星空 在地球上只能看见背着太阳方向的天空中的恒星。 地球绕太阳的公转导致星空也随季节的变化而不同。 观测罕见的天象 天文摄影 观测有特殊意义的天体 四季星空春夜大熊追小熊，夏夜牛郎会织女，秋夜仙女拜仙后，冬夜猎户斗金牛。 春季星空 小熊座小熊座 星是北极星大熊座大熊座，大熊星座中有北
6、斗七星， 顺着斗勺边缘上两颗星的联线 可找到北极星狮子座狮子座 头部由六颗星组成 狮子座流星雨 狮子座狮子座流星雨 99年热点天象（流星雨暴）并非来自狮子座，是辐射点彗星喷发或分裂的流星群物质散布在其轨道上，每当地球穿越彗星轨道时，就发生流星雨。每年11月17日左右，地球穿越狮子座流星群（坦普尔塔特尔彗星轨道）33年出现一次流星雨暴，原因是这个彗星的周期是33年夏季星空 银河横跨天空天鹰座天鹰座 牛郎星 在银河的东岸天琴座天琴座 织女星 在银河的西岸天鹅座天鹅座 在银河中 形如大“ 十”字 天鹅座X-1（X射线源）天鹅座天鹅座X-1（X射线源） 在双星系统中找黑洞， 黑洞看不见 但可以感觉到它
7、的存在 双星观测可以估计伴星质量 天鹅座X-1是密近双星 质量大于5.5太阳质量 是黑洞的最可能候选者秋季星空 仙后座仙后座 有五颗相当明亮的恒星 排列成拉丁字母 W 的形状 W字开口的一面正对着北极星仙女座仙女座 肉眼可见 仙女座大星云是人类认识 的第一个银河系以外的星系 仙女座大星云是人类认识 的第一个银河系以外的星系1920年美国科学院“ 宇宙尺度”大辩论 银河系和旋涡星云的大小 仙女座大星云是否在银河系之外？1923年哈勃证实仙女座的距离 为90万光年，远在银河系之外 （银河系只有10万光年大小） 冬季星空 猎户座猎户座 有三颗亮星，好比猎人的腰带 主星是红超巨星大犬座大犬座 天狼星，
8、全天最亮的恒星 双星系统，伴星是第一颗白矮星金牛座金牛座 昴星团有七颗主要亮星 蟹状星云和脉冲星 1054年超新星爆发的遗迹 看星图 星图种类類繁多 星图上的南北方向和 普通地图相反 使用地图時，平放在地上 使用星图時，面向南方 把星图高舉過頭， 抬头对照星图看星空 星空图说明1，不同地理纬度所看到的星空是不同的，这里给出的四季星图是纬度为35度的情况。2，间隔15天在同一地点同一时刻看星空，同一星空向东移15度，如果提前1小时看则基本是相同的星空。 星空运转的规律1，地球自转导致整个星空从东向西围绕我们运转一周，恒星每小时自西向东运行15度，4分钟1度；2，地球绕太阳的公转，每年365天转一
9、周（360度）每天约移动1度，这导致恒星每天大约提前4分钟升出地平线，或者过中天。黄道十二宫和“ 星座文化” 黄道十二宫 太阳视运动经过12个星座 称十二宫，大约每个月经过一宫 （12个星座大小不同，12个宫则 平均占30度） 春 夏 秋 冬1, 双鱼宫 4, 双子宫 7, 室女功 10, 人马宫2, 白羊宫 5, 巨蟹宫 8, 天秤宫 11, 摩羯宫3, 金牛宫 6, 狮子宫 9, 天蝎宫 12, 宝瓶宫星座能决定人的性格和命运吗？ 星座书幸运星座年 人出生的月份对应一个星座 每个人都有一个星座 （认识12个星座）“ 星象学家”： 不同星座能够决定人的不同性格、 一生机遇和机缘。 不同星座对
10、人会产生不同 的影响吗？ 天体的辐射对地球的影响： 太阳最大， 其它恒星和星系的影响微乎其微！ （毫央斯基：1mJy=10-29瓦/米2赫兹）英国Jodrell Bank 射电天文台 展览会：桌上放一迭白纸 要求参观者拿一张纸的背面写道： “ 你付出的能量比全世界 射电望远镜在其全部历史中 所接收的能量还多”太阳系外的天体提供给地球的 能量微乎其微！引力可能产生影响 引力影响：月球最大 和距离的平方成反比！ 恒星和星系，距离我们太遥远了， 对地球的影响接近于零撞击地球 彗星、小行星、陨星等撞击地球 4，从地心说到日心说 大約公元前400年，帕拉图提出：所有天体都以圆轨道绕地球运行。地球处於宇宙
11、的中心，這是古老的地球中心說。 但是早期的地心說解釋不了行星逆行的現象。托密勒的宇宙觀：地球中心说 行星有两个轨道运动，一个轨道是“ 均轮”，而均轮中心在“ 本轮”的圆轨道绕地球旋转。 这个理论所预测的行星位置，和实际位置的誤差在几度之內。当时的测量精度差，只能认为与观测相符。结果托密勒地心說主宰了西方世界約一千五百年。 哥白尼太阳中心说 波兰天文学家哥白尼(1473-1543) 提出日心說 ，认为太阳是宇宙的中心，而地球只不过是围绕太阳运动的一顆行星，成功解釋行星的逆行現象。 但是，这一模型对天体运动的预测也不太准（行星轨道是圆形）。 太阳中心论的推论太阳中心论的推论1，周年视差现象2，光行
12、差现象 但是当时的观测精度很差，测量不出，而遇到困难。 第谷和开普勒 第谷： 测量行星的位置及变化，积累了大量的观测资料开普勒：第谷的助手和继承人，利用第谷的观测资料，总结出行星运动三大定律。 开普勒第一定律 ： 所有行星皆以椭圆形轨道环绕太阳运行，而太阳则处在椭圆的一个焦点上。开普勒第二定律 ： 假若在行星和太阳之间画一条直线，无论行星在什么位置，在同等时间之下，这条直线所扫过的面积皆会相等。行星越接近太阳，运行速度越高。开普勒第三定律： 行星公转周期的平方与太阳平均距离的立方成正比 (公转周期)2=(常数)(平均距离)3 开普勒只是从行星运动的观测数据中总结出三大定律，属于经验规律，非常正
13、确，但不知是什么原因。牛顿 牛顿提出万有引力定律：萬物皆會互相吸引 F = G M1 M2 / r2 G為引力常數，太小！ （6.6711011米3千克1秒2） 地球上的物體的質量太小， 它們之间的引力便微不足道！ 牛顿从万有引力理论出发推导出开普勒三大定律。 由天体运行总结出物理规律，成为天体物理的里程碑。 万有引力定律只能在研究天体运动中发现和加以证实。 太阳系演化 几十种太阳系起源的学说可分为两类。一类认为太阳系是由同一块星云物质凝聚而成的，另一类则认为太阳系是一次突然的灾变中产生的。20世纪的研究，星云说占上风。 1942年以后阿尔文发表了一系列的论文，并在1954年和1976年出版专
14、著太阳系的起源和太阳系的进化，成为影响较大、比较成熟的一种。 太阳系形成的拉普拉斯星云说 一团炽热的球形星云由于冷却收缩和自转离心力的作用分离出一个个气体环。收缩使自转加快，形状变扁。 引力和离心力相等时停止收缩，离心力超过引力时便分离出一个圆环，最后形成行星。5，天球坐标系 借鉴地球的地理坐标借鉴地球的地理坐标 基本点 ：北极、 南极 基本圈：赤道、 纬圈 经圈、本初经圈 纬度 、经度纬度：从赤道面起算 到北极090o 到南极090o 经度：从本初经圈起算 （通过格林尼治天文台） 向东方向，东经0180o 向西方向，西经0180o北京东经116度22分 北纬39度58分 天球天球1，用肉眼或
15、望远镜看天体，分不清它们的远近，好象是镶嵌在无穷远处的球面上： 一个虚拟的天球！2，天球是以地球为中心，但这仅仅 是一种方法，用起来方便3，太阳和太阳系的行星在天球上的视 运动4，恒星也在运动（自行），短时期不 会明显看出恒星在天球上的相对位置发生变化 可以认为恒星固定在天球上 天体位置：观测者和 天体的联线 与天球的交点视运动：天体在天球 球面上的运动天球坐标系1，赤道坐标系赤道坐标系 2，地平坐标系 3，黄道坐标系 4，银道坐标系只要求掌握赤道坐标系只要求掌握赤道坐标系 赤道坐标系基本圈： 赤道、纬圈、经圈基本点： 北天极（南天极）春分点赤纬赤经 地平圈：地平圈：通过地心并垂直于观测者垂线
16、的平面与天球相交的大圆。 天顶和天底：天顶和天底：沿观测者所指的方向作铅直线上下延伸与天球的交点，Z为天顶天顶Z为天底天底 子午线：子午线：通过天顶和北天极的大圆 四方点：四方点：子午圈与地平圈相交的两点，靠北天极近的为北点，靠南天极近的是南点。 春分点和秋分点春分点和秋分点 地球轨道面（黄道面）和赤道面的交点赤道赤道坐标系坐标系子午圈春分点地平圈赤道天极赤纬时角，赤经春分点赤经从春分点起算，时角从子午圈算起 赤道坐标系 天体M的赤纬从天赤道起算第一赤道坐标系第一赤道坐标系 时角从子午圈起算，顺时针 时角随观测地不同而变化第二赤道坐标系第二赤道坐标系 赤经从春分点起算，逆时针 赤经不随观测地不
17、同而变化90hh240hh240 赤经参考点：春分点 春分点在天球上的视位置 和恒星一样 也作周日运动， 所以与恒星的距离不变 坐标值不随时间变化 ，和观测 地位置无关 优越的赤道坐标系英国著名学者李约瑟评价： 现代国际通用的是中国古代的赤道坐标系，而不是希腊古代的黄道坐标系。 坐标值不随时间变化，也不受观测点地理位置的影响，可唯一确定恒星在天球上的位置。在地球上某处观测天体有没有永远不落 的天体？有没有永远不升起 的天体？ 在地球的北极： 地平圈与天赤道平行 所有天体的周日平行圈 与地平圈和天赤道平行 所有的北天的天体 都围绕着北极星转圆圈 不会落到地平圈之下 所有的南天的天体都看不到在地球
18、赤道地区： 地平圈与天赤道垂直 所有天体的周日平行圈 都与地平圈垂直 没有永远不会落到 地平线以下的星 也没有永不升起的星星 南天和北天的天体都可以观测在其它纬度地区： 既有拱极星 也有永不升起的星 还有有升有落的星 由赤纬与 当地地理纬度决定 本章要求本章要求1，星座的由来，记住4个星座的特征。2，地球自转和公转的观测证据是什 么？3，天球是什么？4，天球赤道坐标系。思考讨论1，星座能决定人的性格和命运吗？ 作业11，在某地观测星空，不同的日期能否看到相同的星空？如今天晚上10时看到的星空，在15天以后什么时间还能看到？2，太阳日和恒星日差多少？为什么？3，什么是春分点？春分点的赤经和赤纬是
19、多少？4，名词解释：天赤道、天轴、子午线、地平圈、 黄道作业作业2（期末前（期末前3周交）周交）观测题：观星报告（自己确定题目，但要说明时间、地点、情况和体会） 现代天文学课有关通知现代天文学课有关通知1，目前约有300名同学选修，希同学自己上网查找，是否选上，或退课是否已退掉。第5周起不再受理选课和退课事宜。2，本课的讲授提纲将及时上北大BBS网天文版，由于每个附件的容量要小于1兆，故将图删除。3，新讲义已由教材科印好。新讲义增加了天文基础知识部分和图，已购买旧讲义的同学，可以不买新讲义。4，第4周课，放天文学知识VCD。 考试方式1，平时（听课习题）50 2，期末 笔试 50 （留学生选其中60的题） 期末考试（ 闭卷）1，填空题2，简答题3，议论题（有字数要求） 考试重点：1，天文基础知识2，诺贝尔奖获得者的治学方法和态度评论3，对诺贝尔奖项的科学内容有提要式的了解 参考书 1，现代天文学与诺贝尔物理学奖（讲义） 吴鑫基 著 （教材科） 2，宇宙佳音诺贝尔奖百年鉴 天体物理学卷 吴鑫基 温学诗 3，90年代天体物理学 李启斌等编 4，简明天文学（周体健著） 5，天文学新概论（苏宜著）或其它 天文学教程6，天文学进展期刊7，天文爱好者期刊 8，VCD天文百科大全和VCD 系列必读：讲义
