第2讲 近代天文学

③太阳是恒星，处于 宇宙的中心，静止 不动。 行星在各自的圆形 轨道上围绕太阳旋 转，它们的轨道大 致处在同一平面上， 它们公转方向也是 一致的。

④对行星视运动的解释： 按照哥白尼的体系，地球和其他行星全都围绕 太阳旋转，这是他们的真实的运动，或者叫真运动。 只是有的行星比地球更接近太阳，我们把它称为内 行星，运动得更快一点。有的 离得更远一点，我们 把它称为外行星，速度更慢一点。行星在天上的绕 圈运动，是从运动的地球上去看同样是绕太阳运动 的行星而产生的一种视觉效果。这叫视运动。实际 上它们并不在绕圈。

4、天体系统

宇宙间的天体都在运动着。运动着的天体因互相吸 引和互相绕转，而形成天体系统。天体系统有不同 的级别。地球和其它行星围绕太阳公转，它们和太 阳构成高一级的天体系统。这个以太阳为中心的天 体系统，成为太阳系。太阳系又是更高一级天体系 统—银河系的极微小部分。
4.1地球和太阳系
(1)太阳系：

譬如，有两列并排行驶的火车，甲火车一直用 一个恒定的速度在走，乙火车因为出现了一些故障， 速度愈来愈慢。这时候，从乙火车的司机来看，好 象甲火车愈开愈快了（显然，当他这样看的时候， 他是用远方的目标来作比较的）。后来，乙火车排 除了故障，加快速度赶了上来，这时候，从乙火车 的司机看，又好象甲火车愈开愈慢，最后干脆“停” 了下来！当乙火车以更高的速度行驶的时候，甲火 车竟然开起“倒”车，朝后“退”了！很明显，甲 火车的这种运动只是它对乙火车的“视运动”。行 星的视运动也是类似的。
基本观点：

形成太阳系的原始物质是由气体集聚而成的缓 慢旋转着的气团，这种弥漫物质状的炽热气团叫做 星云。星云在重力作用下逐渐收缩，体积变 小，而 旋转速度则不断加快，同时离心力也随着增强，于 是星云越来越扁，最后变成了圆盘形。当星云进一 步向中间收缩时，外围的气体脱离了星云体，成为 绕着中心旋转的气体环。这种分离过程不断重演， 逐渐产生好几个气体环，最后留在中间 的星云收缩 形成一个密度大的星体，这就是太阳。分离出来的 各个气体环里质点相互吸引使气环破裂凝聚而成为 圆球体，这就是行星，并在原有气环的位置绕太阳 公转，地球就是这样的一个行星。
3、星云假说

ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
宇宙间一切事物都有它发生、发展和消亡的过程， 地球也是如此。作为太阳系的一员，地球的起源问 题实际上是太阳系的起源问题，这一问题直到科学 发展到一定程度才有了较为合理的解释，但仍只是 一些推测和假设，还没有确切的答案。 在 波兰天 文学家哥白尼提出日心说后的200多年间，有30多 种主要假说来说明太阳系的起源，其中最有代表性 的是康德—拉普拉斯的星云假说。1755年，德国哲 学家康德发表了《宇宙发展史概论》一书，认为太 阳和它的行星都是同时由一个旋转着的 星云形成的。 1796年，法国科学家拉普拉斯也发表了类似的学说。 这一学说第一次科学地解释了太阳系的形成。

⑶地球公转的标志——星系更替

黄道是太阳周年视运动的轨迹。黄道南北各8°区 域内是月球及五大行星在天球上运行的范围，所以 ， 人们把黄道南北各8°宽的带称为黄道带。从春分 点起，把黄道带分为12等分，称作黄道十二宫，每 宫占30°，并以本宫所在的星座来命名。这样视太 阳每年3月21日 在双鱼座附近穿过春分点。每季太 阳所在的星座如表2-3所示。由于太阳耀眼的光芒， 所以在白天看不到太阳所在的星座，只有在夜间才 能看到同太阳相对的星座。例如春季开始时，在夜 晚可见到室女座，而在春季中间时，可见天秤座。 依次类推，这样也能间接反映出太阳的视运动（图 3-5）。

地外行星的视运动：图2-4是从地球上看外行星木 星的运动情况。在位置“1”，地球、太阳、木星在 同一直线上，从地球上看，木星和太阳在同一位置， 天文上叫做“合”。这时候，木星是看不见的。因 为地球的运动速度比木星快，所以，合以后不久， 木星在天上由西向东移动的速度愈来愈慢。当地球 到了“2”的时候，木星不动了，天文上叫做“留”。 接着，木星开始由东向西逆行。在位置“3”时，地 球、木星、太阳又在一直线上，但位置排列和“合” 不同，这时木星和地球距离最近，称为“冲”。在 地球运动到位置“4”的时候，木星停止逆行，开始 向东顺行。到了位置“5”，地球、太阳、木星又在 一直线上，重复“1”的情景。这段时间内，木星在 恒星中间画了一条S形的曲线。
③地球在宇宙中心静止不动。 ④存在的问题： 在托勒密的地心说看来，地球处于宇宙的中心， 静止不动，这是它的致命弱点。其次，本轮是不存 在的。为了解释行星的视运动与弥合天文观测的差 距，托勒密通过本轮—均轮体系，以使地球中心体 系符合观察到的星体运动路径。再次，所有的天体 围绕地球转，日复一周，是不可能的。
⑵行星及其卫星绕太阳运动具有的共同特征:
①所有行星的轨道偏心率都很小，几乎都接近圆形 （近圆性）； ②各行星轨道面都近似地位于一个平面上（最大7度， 近面性 ）； ③所有行星都自西向东绕太阳公转，即与公转方向相 同（同向性）； ④ 绝大多数卫星的轨道都近似圆形，其轨道面与母星 赤道面也较接近； ⑤ 绝大多数卫星，包括土星环在内，公转方向均与母 星公转方向相同。
1781年赫歇耳发现天王星后，人们算出天王星 的n=6，这更加证明了波德定律的可靠性。 但在n=3的天区人们没有观测到什么天体。这个 问题激起了许多天文学家的兴趣。1801年，德国天 文学家皮阿杰（1746～1826）首先在这块天区观 测到第一颗小行星（谷神星），以后人们陆续发现 了许多小行星，到19世纪末，发现的小行星数目达 到400颗以上。
基本观点：
①宇宙有“九重天”。 至下而上，月亮天为最低的一重天，其余依次为： 水星天、金星天、太阳天、火星天、木星天、土星 天和恒星天，还有最高的第九重天，是神灵居住的 天堂，叫做“原动天”。日、月和水、金、火、木、 土五行星，都按各自的轨道绕地球旋转。


②行星在本轮上 匀速运行；而本 轮中心在均轮上 非匀速的运行。 正圆 运动是天体 最完美的运动。
表2-3不同季节太阳所在的星座
4.3太阳和银河系 （1）太阳概况：
近代天文学
课件制作:白思胜 授课人：白思胜
第2讲、 近代天文学
1、哥白尼的日心说 2、开普勒三定律和波德定则 3、星云假说 4、天体系统
1、哥白尼的日心说
⑴托勒密的“地心说”
托勒密（约85～168）是生活在罗马人统治 下的亚历山大城的科学家。他是古希腊天文学的 继承者和集大成者。他在喜帕克地心说的“本轮 ——均轮”宇宙模型基础上增加圆形轨道，构建 了一个共有80个本轮和均轮的复杂的模型。托勒 密的这个体系中的神学观点被宗教界利用，因而 被西方天文学界采用了一千多年，直到近代哥白 尼提出“日心说”，它才被取代；托勒密一生写 了一部十三卷的巨著《天文学大成》，系统地阐 述了《地心说》的观点。

⑶意义
哥白尼日心说的发表，引起了一场重大的宇宙 观革命。日心学说证明了地球只不过是绕太阳运转 的普通的行星，改变了它作为上帝安排在宇宙中心 的特殊地位。日心说的发表是近代科学革命的首要 标志，它推翻了一千多年来占统治地位的、在中世 纪被基督教神学教条化了的托勒密地心说宇宙观， 描绘了一幅关于太阳系的科学图景，为近代天文学 奠定了基础。尤其重要的是，这一学说宣告了神学 宇宙观的破产，开始了自然科学从神学中解放出来 的运动。
140.7 867.7 7056
140.8 867.9 7529
⑷波德定则
1772年，德国天文学家波德（1747～1826） 发现太阳系各行星距太阳的平均距离服从：0.4, 0.4+0.3, 0.4+0.3×2，0.4+0.3×22, 0.4+0.3×23 等，即 An=0.4+0.3×2n天文单位 （1天文单位等于太阳与地球之间的平均距离） 这样一种数学关系， 其中水星、金星、地球、 火星、木星、土星距太阳的平均距离，在上式中 的n分别取为：-∞，0，l，2，4，5。这条定则 被称为波德定则。
轨道 长径 0.387 0.723 1.000 1.524 2.8
周期 平方 0.058 0.378 1.000 3.54
半径 立方 0.058 0.376 1.000 3.54
水星 金星 地球 火星 小行星 木星 土星 天王星
11.862 29.458 84.013
5.203 9.539 19.182

太阳系包括8个大行星，68个卫星，和至少50万个 小行星，还有少数彗星。8个大行星中，距太阳最 远的海王星，约为30个天文单位。如果以海王星轨 道作为太阳系的边界，则太阳系直径为 60个天文单 位，即约 90× 108 km。如果把彗星轨道计算在内， 则太阳系直径将达到 6～8 × 104个天文单位，即 9 × 1012～12 × 1012km。8个大行星按其物理性质 可以分为两组。水星、金星、地球（1）和火星 （2），体积小而平均密度大，自转速度慢，卫星 数少，称为地组行星：木星（17）、土星（23）、 天王星（15）、海王星（10），体积大，平均密度 小，自转速度快，卫星数多，叫做木组行星。
2、开普勒三定律和波德定则
⑴轨道定律：
行星的运动轨 道不是传统认为 的正圆形，是椭 圆形；而太阳处 于椭圆焦点之一 的位置上(图1）。

以地球为例，地球轨道是一个椭圆，太阳位于椭圆 的两焦点之一。地球公转的周期为回归年。长度是 365.2422日。太阳与地球的平均距离是1.49亿千米。 由于地球运行轨道是个椭圆，所以地球在最接近太 阳时的位置，称近日点。二者的距离约为1.47亿千 米；地球在最远离太阳时的位置，称远日点，其距 离约为 1.52千米。地球的平均角速度为每日59′8″， 线速度为29.8千米每秒；地球公转在近日点的速度 最大，分别是1°l′11″或30.3千米每秒,快于平均速 度；在远日点的公转速度最小,相应为57′11″或29.3 千米每秒，慢于平均速度。一年间地球公转速度的 快慢不同，使春分到 秋分的夏半年有186天多，从 秋分到春分的冬半年约179天。二者相差约一周。