1、 第三章第三章 宇观世界宇观世界-星空和星座星空和星座 3.1 3.1 天文学基本知识天文学基本知识一：天球坐标系一：天球坐标系借鉴地球的地理坐标借鉴地球的地理坐标 基本点基本点 ：北极、：北极、南极南极 基本圈基本圈 ：赤道、：赤道、纬圈，经圈、本初经圈纬圈，经圈、本初经圈 纬度、纬度、经度经度 纬度：从赤道面起算纬度：从赤道面起算 到北极到北极0 09090o o 到南极到南极0 09090o o经度：从本初经圈经度：从本初经圈起算起算 （通过格林尼治天文台）（通过格林尼治天文台）向东方向，东经向东方向，东经0 0180180o o 向西方向，西经向西方向，西经0 0180180o o 天
2、球天球1 1，用肉眼或望远镜看天体，分不清它，用肉眼或望远镜看天体，分不清它 们的远近，好象是镶嵌在无穷远处们的远近，好象是镶嵌在无穷远处 的球面上：的球面上：一个虚拟的天球！一个虚拟的天球！2 2，天球是以地球为中心天球是以地球为中心，但这仅仅，但这仅仅 是一种方法，用起来方便是一种方法，用起来方便 3 3，太阳和太阳系的行星在天球上的视运动，太阳和太阳系的行星在天球上的视运动4 4，恒星也在运动（自行），短时期不，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会明显看出恒星在天球上的相对位 置发生变化置发生变化 可以认为恒星固定在天球上可以认为恒星固定在天球上 天体位置天体
3、位置：观测者和天体的联线：观测者和天体的联线 与天球的交点与天球的交点 视运动视运动：天体在天球球面上的运动：天体在天球球面上的运动 天球坐标系天球坐标系1 1，赤道坐标系赤道坐标系 2 2，地平坐标系地平坐标系 3 3，黄道坐标系黄道坐标系 4 4，银道坐标系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 赤道坐标系赤道坐标系 基本圈：基本圈：赤道、纬圈、经圈赤道、纬圈、经圈 基本点：基本点：北天极（南天极）北天极（南天极）春分点春分点 (3(3月月2121日）日）赤纬赤纬 赤经赤经 赤道坐标系赤道坐标系子午圈子午圈春分点春分点地平圈地平圈赤道赤道天极天极赤纬赤纬时角，赤经时角，赤经赤经
4、从春分点起算，赤经从春分点起算，时角从子午圈算起时角从子午圈算起 春分点和秋分点春分点和秋分点 地球轨道面（黄道面）和赤道面的交点二：二：时间时间 所谓时间就是确立时间基准，就是在当代被人们确认为是最精确的时间尺度，长期以来，人们一直在寻求着这样的时间尺度。在远古时期，人类以太阳的东升西落作为时间尺度；公元前二世纪，人们发明了地平日晷，一天差15分钟；一千多年前的希腊和我国的北宋时期，能工巧匠们曾设计出水钟，精确到每日10分钟误差；六百多年前，机械钟问世，并将昼夜分为24小时；到了十七世纪，单摆用于机械钟，使计时精度提高近一百倍；到了20世纪的30年代，石英晶体震荡器出现，对于精密的石英钟，三
5、百年只差一秒。(1)(1)地方时、世界时地方时、世界时 平常，我们在钟表上所看到的“几点几分”，习惯上就称为“时间”，但严格说来应当称为“时刻”。某一地区具体时刻的规定，与该地区的地理纬度存在一定关系。这种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”。1879年，加拿大铁路工程师伏列明提出了“区时”的概念，这个建议在1884年的一次国际会议上得到认同，由此正式建立了统一世界计量时刻的“区时系统”。“区时系统”规定，地球上每15经度范围作为一个时区（即太阳1个小时内走过的经度）。这样，整个地球的表面就被划分为24个时区。各时区的“中央经线”规定为0（即“本初子午线”）、东
6、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。国际日期变更线国际日期变更线-当你由西向东跨越国际日期变更当你由西向东跨越国际日期变更线时，必须在你的计时系统中减去一天；反之，由东向西线时，必须在你的计时系统中减去一天；反之，由东向西跨越国际日期变更线，就必须加上一天。跨越国际日期变更线，就必须加上一天。(2)(2)国际原子时、世界协调时、国际原子时、世界协调时、授时系统授时系统 原子时是一种以原子谐振周期为标准，并对它进行连续计数的时标。同世界时相比，原子时要均匀得多。在1967年第十三届国际计量大会上把
7、秒定义为：以铯原子（133Cs）超精细能级跃迁辐射的9192631770个周期所持续的时间为一秒；时标的始点定在1958年1月1日的零时零分零秒。世界时和原子时都是独立的时标，它们各有自己的使用范围。为了同时适应两种需要，产生了所谓“协调世界时”的时标。协调世界时是通过闰秒的办法使它的时刻接近世界时。协调世界时是世界时与原子时协调的产物，自1972年1月1日起在全世界实施。对于时间频率用户说，使用协调世界时标，可以得到符合新的原子秒定义的时间间隔，从而得到尽可能均匀的时标。授时系统是确定和发播精确时刻的工作系统。三：三：历法历法 时间长河是无限的，只有确定每一日在其中的确切位置，我们才能记录历
8、史、安排生活。我们日常使用的日历，对每一天的“日期”都有极为详细的规定，这实际上就是历法在生活中最直观的表达形式。年、月、日是历法的三大要素。历法中的年、月、日，在理论上应当近似等于天然的时间单位回归年、朔望月、真太阳日，称为历日、历月、历年。在历史上，在世界各地，存在过千差万别的历法，但就其基本原理来讲，不外乎三种：即太阴历（阴历）、太阳历（阳历）和阴阳历。三种历法各自有各自的优缺点，目前世界上通行的“公历”实际上是一种太阳历。距离单位距离单位 恒星之遥远，远到无法用公里来做单位恒星之遥远，远到无法用公里来做单位 天文学家特别定义了天文学家特别定义了3 3把不同的尺子把不同的尺子1.1.天文
9、单位天文单位 太阳和地球之间的距离约太阳和地球之间的距离约1 1亿亿5 5千万公里，千万公里，称为称为 1 1个个“天文单位天文单位”2.2.光年光年,光光1 1年走的距离（大约年走的距离（大约1010万亿公里）万亿公里）3.3.秒差距秒差距(pc)(pc)1 1秒差距等于秒差距等于3.263.26光年光年 四：四：天文学单位天文学单位 时间方面时间方面用的最多的还是用的最多的还是“年年”。但，在研究宇宙学问题。但，在研究宇宙学问题时也会使用时也会使用“宇宙秒宇宙秒”。一个。一个“宇宙秒宇宙秒”等于等于160160年。年。二二.星座星座 1.1.谁发明了星座谁发明了星座 大约大约3500350
10、0年前，在今天的伊拉克有一片名叫美索年前，在今天的伊拉克有一片名叫美索不达米亚的平原，上面居住着一群巴比伦人。传不达米亚的平原，上面居住着一群巴比伦人。传说巴比伦的牧羊人在晚上把天上的星星，连起来说巴比伦的牧羊人在晚上把天上的星星，连起来想像成想像成1212种模样，它们有白羊、金牛、双子、巨种模样，它们有白羊、金牛、双子、巨蟹、狮子、室女、天秤、天蝎、人马、摩羯、宝蟹、狮子、室女、天秤、天蝎、人马、摩羯、宝瓶、双鱼，统称黄道十二星座，巴比伦人还在石瓶、双鱼，统称黄道十二星座，巴比伦人还在石碑上雕刻了黄道十二星座，而太阳每一年则都经碑上雕刻了黄道十二星座，而太阳每一年则都经过这些星座一次。过这些
11、星座一次。到了公元前二世纪，亚力山德里亚的杰到了公元前二世纪，亚力山德里亚的杰出天文学家，托勒密把之前天文学家所出天文学家，托勒密把之前天文学家所记载的内容及另外增加的资料，整理出记载的内容及另外增加的资料，整理出四十八个星座四十八个星座 .随著大航海时代的来临，托勒密星座到随著大航海时代的来临，托勒密星座到了南半球觉得不够用了。航海家和天文了南半球觉得不够用了。航海家和天文学家增加了南天星座学家增加了南天星座 到了到了19301930年，当国际天文联合会开大会年，当国际天文联合会开大会时，决定把全天划成八十八个星座，这时，决定把全天划成八十八个星座，这便是我们现在所用的划分。便是我们现在所用
12、的划分。2.2.星座的划分星座的划分 天文学家一般将星座按照区域分为三个部天文学家一般将星座按照区域分为三个部分：北天星座、南天星座和黄道星座。分：北天星座、南天星座和黄道星座。大家最熟的应该是大家最熟的应该是(只是只是?)?)沿黄道天区的沿黄道天区的1212个星座，它们是双鱼座、白羊座、金牛座个星座，它们是双鱼座、白羊座、金牛座、双子座、巨蟹座、狮子座、室女座、天、双子座、巨蟹座、狮子座、室女座、天秤座、天蝎座、半人马座、摩羯座、宝瓶秤座、天蝎座、半人马座、摩羯座、宝瓶座。座。北天29个星座 小熊座、大熊座、天龙座、天琴座、天鹰座、天鹅座、武仙座、海豚座、天箭座、人马座、狐狸座、飞马座、蝎虎
13、座、北冕座、巨蛇座、小狮座、猎犬座、后发座、牧夫座、天猫座、御夫座、小犬座、三角座、仙王座、仙后座、仙女座、英仙座、猎户座、鹿豹座。南天有47个星座 唧筒座、天燕座、天坛座、雕具座、大犬座、船底座、半人马座、鲸鱼座、蝘蜓座、圆规座、天鸽座、南冕座、乌鸦座、巨爵座、南十字座、剑鱼座、波江座、天炉座、天鹤座、时钟座、长蛇座、水蛇座、印第安座、天兔座、豺狼座、山案座、显微镜座、麒麟座、苍蝇座、矩尺座、南极座、蛇夫座、孔雀座、凤凰座、绘架座、南鱼座、船尾座、罗盘座、网罟座、玉夫座、盾牌座、六分仪座、望远镜座、南三角座、杜鹃座、船帆座、飞鱼座。剑鱼30是大麦哲伦云内的亮星云 边界处有小麦哲伦云，是离我们
14、最近的河外星系之一。星座不是有机整体星座不是有机整体 星座只是某一方向范围内所有天体星座只是某一方向范围内所有天体 的集合的集合(亮星）亮星）银河系中的恒星、星云银河系中的恒星、星云 河外星系、类星体河外星系、类星体 在同一个星座内的天体的距离在同一个星座内的天体的距离 极其悬殊极其悬殊.星座能决定人的性格和命运吗？星座能决定人的性格和命运吗？星座书星座书幸运星座幸运星座年年 人出生的月份对应一个星座人出生的月份对应一个星座 每个人都有一个星座（认识每个人都有一个星座（认识1212个星座）个星座）“星象学家星象学家”：不同星座能够决定人的不同性格、不同星座能够决定人的不同性格、一生机遇和机缘。
15、一生机遇和机缘。不同星座对人会产生不同不同星座对人会产生不同 的影响吗？的影响吗？天体的辐射天体的辐射对地球的影响：对地球的影响：太阳最大太阳最大，其它恒星和星系的影响微乎其微！其它恒星和星系的影响微乎其微！引力可能产生影响引力可能产生影响引力影响：太阳最大，月球次之。引力影响：太阳最大，月球次之。和距离的平方成反比！和距离的平方成反比！恒星和星系，距离我们太遥远了，恒星和星系，距离我们太遥远了，对地球的影响接近于零对地球的影响接近于零撞击地球撞击地球 彗星、小行星、陨星等撞击地球（影响大）彗星、小行星、陨星等撞击地球（影响大）但很少发生。但很少发生。星座和恒星名字星座和恒星名字 192819
16、28年，年，国际天文学联合会国际天文学联合会 把全天分为把全天分为8888个星座个星座，其中沿用，其中沿用 了很多希腊人起的名字了很多希腊人起的名字 各个星座大小不同，星数差别很大各个星座大小不同，星数差别很大 神话人物类：仙女座，仙王座，神话人物类：仙女座，仙王座，武仙座，猎户座，武仙座，猎户座，动物类：动物类：大熊座，小熊座，大熊座，小熊座，金牛座，杜鹃座；金牛座，杜鹃座；仪器用具类：罗盘座，仪器用具类：罗盘座，时钟座，圆规座，六分仪座，时钟座，圆规座，六分仪座，显微镜座，望远镜座显微镜座，望远镜座 千亿颗恒星如何取名千亿颗恒星如何取名 我国古代给一些亮星起的名字我国古代给一些亮星起的名字
17、 天狼、北斗、大角、牛郎、织女、造父天狼、北斗、大角、牛郎、织女、造父 国际命名方法国际命名方法：不能重名又要便于记忆不能重名又要便于记忆 姓姓：星座名：星座名 名名：该星座中的星以亮度排队：该星座中的星以亮度排队 以希腊字母以希腊字母,例如：小熊座例如：小熊座（北极星）北极星）希腊字母希腊字母2424个，个，故只能给故只能给21122112颗星命名颗星命名 在希腊字母用完后在希腊字母用完后 接着再用阿拉伯数字继续排接着再用阿拉伯数字继续排如小熊座如小熊座6 6星，星，大熊座大熊座5656星等星等 其它天体命名其它天体命名 星云星云和和梅西叶梅西叶天体（天体（M M天体）天体）射电源、射电源、
18、X X射线源、射线源、射线源、射线源、红外源、紫外源红外源、紫外源 超新星和超新星遗迹超新星和超新星遗迹 脉冲星和类星体脉冲星和类星体 河外星系（星表）河外星系（星表）最普通的命名法最普通的命名法：名字位置：名字位置 如脉冲星：如脉冲星：PSRPSR113311331616 3.3 3.3 四季星空四季星空 在地球上只能看见背着太阳方向的天空中在地球上只能看见背着太阳方向的天空中的恒星的恒星 地球绕太阳的公转导致星空也随季节的地球绕太阳的公转导致星空也随季节的变化而不同变化而不同 春季星空春季星空 小熊座小熊座 星是北极星星是北极星大熊座大熊座，大熊星座中有北斗七星，大熊星座中有北斗七星，顺着
19、斗勺边缘上两颗星的联线顺着斗勺边缘上两颗星的联线 可找到北极星可找到北极星狮子座狮子座 头部由六颗星组成头部由六颗星组成,狮子座流星雨狮子座流星雨 狮子座流星雨狮子座流星雨 9999年热点天象（流星雨暴）年热点天象（流星雨暴）流星并非来自狮子座，是辐射点流星并非来自狮子座，是辐射点 实际上是彗星喷发或分裂的流星群物质散布在其实际上是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。轨道上，每当地球穿越彗星轨道时，就发生流星雨。每年每年1111月月1717日左右，地球穿越狮子座流星群（日左右，地球穿越狮子座流星群（坦坦普尔塔特尔彗星普尔塔特尔彗星轨道）就发生流星雨。
20、轨道）就发生流星雨。3333年出现一次流星雨暴，原因是这个彗星的周期年出现一次流星雨暴，原因是这个彗星的周期是是3333年。年。夏季星空夏季星空 银河横跨天空银河横跨天空 天鹰座天鹰座 牛郎星牛郎星 在银河的东岸在银河的东岸 天琴座天琴座 织女星织女星 在银河的西岸在银河的西岸 天鹅座天鹅座 在银河中形如大在银河中形如大“十十”字字 天鹅座天鹅座X-1X-1（X X射线源）射线源）秋季星空秋季星空 仙后座仙后座 有五颗相当明亮的恒星有五颗相当明亮的恒星 排列成拉丁字母排列成拉丁字母 W W 的形状的形状 W W字开口的一面正对着北极星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
21、是人类认识肉眼可见，仙女座大星云是人类认识 的第一个银河系以外的星系的第一个银河系以外的星系 仙女座大星云仙女座大星云人类认识的第一个银河系以外的人类认识的第一个银河系以外的19201920年年美国科学院美国科学院“宇宙尺度宇宙尺度”大辨论大辨论 仙女座大星云是否在银河系之外？仙女座大星云是否在银河系之外？没有结论。没有结论。19231923年年哈勃哈勃证实仙女座的距离为证实仙女座的距离为9090万万光年，远在银河系之外光年，远在银河系之外 确认是河外星系确认是河外星系 冬季星空冬季星空 猎户座猎户座 有三颗亮星，好比猎人的腰带有三颗亮星，好比猎人的腰带 主星主星参宿四，红超巨星参宿四，红超巨
22、星 大犬座大犬座 天狼星，全天最亮的恒星天狼星，全天最亮的恒星 双星系统，伴星是第一颗白矮星双星系统，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昴星团有七颗主要亮星 蟹状星云和它的脉冲星蟹状星云和它的脉冲星 10541054年超新星爆发的遗迹年超新星爆发的遗迹 看星图看星图 星图种类繁多星图种类繁多 星图上的南北方向和普通地图相反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，使用地图時，平放在地上，使用星图時，須要把星图，高举过头，抬使用星图時，須要把星图，高举过头，抬头看星空头看星空 星空运转的规律星空运转的规律1 1，地球自转地球自转导致整个星空从东向西围绕我们导致整
23、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运转一周，恒星每小时自西向东运行 15 15 度，度，4 4分钟分钟1 1度；度；2 2，地球绕太阳的公转地球绕太阳的公转，每年，每年365365天天 转一周（转一周（360360度）每天约移动度）每天约移动1 1度，度，这导致恒星每天大约提前这导致恒星每天大约提前4 4分钟升出分钟升出 地平线，或者过中天。地平线，或者过中天。2.7 2.7 其它测距法其它测距法 分光视差法分光视差法 造父变星法造父变星法 红移法红移法 H HR R图法图法 超新星法超新星法 1 1 分光视差法测距离分光视差法测距离 19021902年，丹麦天文学家发现
24、恒星光谱中电离锶谱年，丹麦天文学家发现恒星光谱中电离锶谱线的强度和恒星的绝对星等有关系。线的强度和恒星的绝对星等有关系。19141914年，年，美国天文学家建立起利用光谱谱线强度确定恒星视美国天文学家建立起利用光谱谱线强度确定恒星视差的方法。差的方法。测定出未知距离的恒星的特征谱线强度比率后就测定出未知距离的恒星的特征谱线强度比率后就可求出绝对星等可求出绝对星等。再利用视星等、绝对星等和距离。再利用视星等、绝对星等和距离的关系式，求出恒星的距离。的关系式，求出恒星的距离。非常暗弱的恒星不可能获得光谱资料，分光视差法非常暗弱的恒星不可能获得光谱资料，分光视差法失灵。失灵。2 2 造父变星法造父变
25、星法 17841784年，发现仙王座年，发现仙王座星是变星，我国星是变星，我国叫做叫做“造父一造父一”。造父一最亮时是。造父一最亮时是3.63.6等，等，最暗时是最暗时是4.34.3等，周期性变化（等，周期性变化（5.375.37天）。天）。后来发现的造父变星越来越多，成为一种类型后来发现的造父变星越来越多，成为一种类型造父型变星。造父型变星。造父变星的光变曲线：变化周期几天至造父变星的光变曲线：变化周期几天至几月几月。造父变星的周光关系造父变星的周光关系 勒维特是美国一位两耳勒维特是美国一位两耳失聪的女天文学家，研究小失聪的女天文学家，研究小麦哲伦星云中麦哲伦星云中17771777颗变星，颗
26、变星，其中其中2525颗造父变星颗造父变星,测到视星测到视星等（从等（从12.512.5等到等到15.515.5等）等）光变周期（从光变周期（从2 2天到天到120120天），天），发现了造父变星的发现了造父变星的周光关系周光关系.造父变星越亮光变周期越长造父变星越亮光变周期越长 测出一批知道距离的造父变星得到变光测出一批知道距离的造父变星得到变光周期和绝对星等，得到造父变星的光变周周期和绝对星等，得到造父变星的光变周期和绝对星等的关系曲线。期和绝对星等的关系曲线。利用这个关系就可以根据造父变星的光利用这个关系就可以根据造父变星的光变周期，由关系式变周期，由关系式M M m m 5 5 5 l
27、g5 lg r r，算出造父变星的距离，算出造父变星的距离。3 3 红移测距法方法红移测距法方法 多普勒效应多普勒效应：恒星远离我们而去，使谱线：恒星远离我们而去，使谱线产生红移。星系和类星体都能测出其红移量。产生红移。星系和类星体都能测出其红移量。红移量（观测波长真正波长）红移量（观测波长真正波长）/真正波真正波长长v/cv/c 可以求出视向速度可以求出视向速度V Vr r，再有，再有HubbleHubble定律定律 哈勃定律哈勃定律 哈勃于哈勃于19281928年测定年测定4040多个星系的红移和距多个星系的红移和距离，发现：离，发现：视向速度（公里视向速度（公里/秒）和距离（兆秒）和距离
28、（兆秒差距）成正比秒差距）成正比 V Vr r =H r=H rH H是哈勃常数：是哈勃常数：5050100100公里公里/(/(秒秒兆秒差距）兆秒差距）由由Z Z可以求出距离可以求出距离r r 4 4 还有还有HRHR图法，和超新星法。图法，和超新星法。超新星法认为某类超新星爆发时的超新星法认为某类超新星爆发时的光度是常值。例如最近根据光度是常值。例如最近根据IaIa超新星爆超新星爆发测量遥远星系的距离，得到了宇宙加发测量遥远星系的距离，得到了宇宙加速膨胀的迹象。速膨胀的迹象。1.1.在某地观测星空，不同的日期能否看到在某地观测星空，不同的日期能否看到 相同的星空？如今天晚上相同的星空？如今
29、天晚上1010时看到的空，时看到的空，在在1515天以后什么时间还能看到？天以后什么时间还能看到？2.2.什么是春分点？春分点的赤经和赤纬是多少？什么是春分点？春分点的赤经和赤纬是多少？3.3.名词解释：天赤道、子午圈、地平圈、黄道名词解释：天赤道、子午圈、地平圈、黄道.4.4.说明测量天体距离的困难和一种测量距离的方法。说明测量天体距离的困难和一种测量距离的方法。5.5.试说明视星等和绝对星等定义及它们之间的关系。试说明视星等和绝对星等定义及它们之间的关系。第二章习题第二章习题 地平圈：地平圈：通过地心并垂直于观测者垂线的通过地心并垂直于观测者垂线的 平面与天球相交的大圆。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沿观测者所指的方向作铅直 线上下延伸与天球的交点，线上下延伸与天球的交点，Z Z为为 天顶天顶，ZZ为为天底天底 子午线：子午线：通过天顶和北天极的大圆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。北天极近的为北点，靠南天极近的是南点。
