天文学简介讲稿

天体物理学又分为：太阳物理学、恒星物理学、恒星天文 学、星系天文学、宇宙学、高能天体物理学、宇宙化学、 天体演化学、射电天文学等次级分支学科。
我国高等教育单位设立天文学专业的大学不多，新中国成 立以后，建立天文学专业分别是：
南京大学天文学系 北京师范大学天文学系 北京大学天文学系 中国科技大学天文学系 厦门大学天文学系 中山大学天文与空间科学系 正在筹建天文学系还有：云南大学、 从事天文研究与教育的高校：清华大学天体物理中心
哥白尼这一发现彻底改变了人们的世界观。我们人 类所在的地球不在特殊，地球不是宇宙中心。
现代天文观测表明:太阳、太阳系也不是宇宙中心， 太阳系所在的银河系也不是宇宙中心。
2 )、牛顿万有引力定律的发现
开普勒行星绕太阳运动的三定律是建立牛 顿万有引力定律的基础。
1687年，牛顿发表了他的引力理论。 通过天文观测，定量验证了牛顿万有引力 定律的正确性。
2、教学形式
以课堂教学为主，辅以天文多媒体视频播放。
3、内容定位
在注意天文学科自身的科学体系的同时，突出两点
《现代文学》课程讲授突出的两个方面：
1 ）、天文学与国防、国民经济以及人类日常生活关 系密切的研究领域和研究成果 。
2 ）、天文学最新的观测与研究成果、宇宙空间的未 解之谜。
宇宙空间的未解之谜： 如：黑洞、暗物质、暗能量、UFO与外星人等。
所有大学本科只设一个专业即：天文学专业； 研究生教育设：天体测量与天体力学、天体物理学两个专业。
三、天文学的观测手段
目前，天文学观测已进入—“全波段天文学” 时代，即人类有能力观测和研究天体、宇宙 空间所有波段上的电磁辐射。
全波段观测使我们看到的天体和宇宙空间 更接近真实的客观世界。
全波段天文学是现代天文学的重要标志； 1957年，第一颗人造卫星上天开启了全波段 天文学时代。
3、探索宇宙是人类与生俱来的永恒的欲望
天文学研究始终处于自然科学的前沿，作为基础学 科的天文学，在自然科学的发展过程中一直起着先导 性的作用。
天文学也是一门实用性很强学科。天文学的研究成 果直接为国防、国民经济和人类日常生活服务。
当代天文学的研究与应用，已经成为国家科学技术 发展的重要组成部分。
从这个意义上说，天文学是一门即古老又充满青春 活力的学科。
的一个分支学科。它主要是借助引力理论研究天体在受摄动 情况下的运动（包括：二体问题和多体问题）。
天体测量学和天体力学是天文学中实用性最强的 两个分支学科，其研究成果直接为国防和国民经济 以及人们日常生活服务。
目前，在研究生教育中，天体测量与天体力学已经合并为 一个学科，即天体测量与天体力学。
天体测量与天体力学这两个分支学科更多地借助数 学和计算数学。
天文学是一门观 测科学。
研究方法:观测→理论→再观测
天文学是遵循：通过观测→建立理论模型→再
观测不断去完善和修正基本定律和理论。
因此，天文观测在天文学中占有特殊的地位。 观测方法和观测工具的改进和创新，总会推动 天文学的发展，甚至会引起天文学深刻的革命。
反过来，由于天文观测和研究对观测技术的要 求，又极大地推动了科学技术的发展。
自然天体：太阳系中的太阳、行星、彗星、 流星体；银河系中的恒星、星团、星云。
无数个与银河系类似的河外星系。 宇宙空间中的射电源、红外源、X射线源等 等都是自然天体。
人造天体：各类的人造卫星、宇宙火箭、行 星际探测器、轨道天文台等为人造天体。
太阳系
恒星世界
银河系
宇宙岛——河外星系
猎户座星云
河外星系 仙女座大星云
4、天体辐射的全波段观测即“全波段天文学”，
“全波段天文学”是《现代天文学》最重要的标志。 现代天文学起始时间，是第一颗人造卫星上天（1957 年，前苏联）。从此，开辟了空间天文观测与研究。
二、《现代天文学》课程目标、内容与要求
1、课程目标
主要是帮助同学了解和掌握现代天文学知识； 观测到的宇宙空间的真实情况； 了解宇宙空间最新研究成果以及未解之谜。
研究成果主要服务于：航海、航天、通讯、导航、 测地、气象、探矿、科学实验、日地空间环境监测、 军事等部门。
天体物理学： 产生于19世纪的中期，由于分光学、
光度学和照相术等理论与技术被运用到天体的观测 中，逐渐形成了天体物理学。 它主要借助现代物理学理论和技术，研究天体的物 质结构、化学组成和演化规律。
4 )、爱因斯坦广义相对论的天文学验证
20世纪初，爱因斯坦发表了狭义相对论（1905年） 和广义相对论(1915年)。 广义相对论预言： A、恒星光线经过太阳边缘时会产生偏折，称为光 线引力偏折。光线引力偏折现象被1919年的日全 食观测所证实（组织者是英国剑桥大学爱丁顿）； B、水星轨道近日点进动的广义相对论效应； C、白矮星光谱线引力红移的存在； D、广义相对论关于引力波存在的预言，也是通过 对脉冲双星轨道变化的天文观测得到了证实。 以上四大验证都是通过天文学观测得到了证实。
刚好是每百年43˝ 。
解决了牛顿引力理论长期没有解决问题。
5 )、星际有机分子的发现
近几十年来，在星际介质中发现了有机分子。 有机分子是构成地球生命的基本元素。星际有机分 子的发现，使人们相信在地球以外会有生命存在。
星际有机分子的发现居20世纪60年代，射电天文 四大发现之首。四大发现还有脉冲星、宇宙微波背 景辐射和类星体。
1、作为基础学科的天文学
作为基础学科的天文学，在认识自 然、探索物质世界的客观规律中，始 终发挥着先导性的重要作用。
通过以下例证加以说明
1 )、哥白尼的日心说
1543年，哥白尼提出了日心模型的想法，该模型 纠正了地球是宇宙中心的错误认识。
经过半个多世纪，开普勒给出了精确描述行星绕太 阳运动的轨道方程，即行星运动三定律，使自然科 学从神学的束缚中解放出来。
电磁波谱
光学波段的银河系
射电波段的银河系
红外波段的银河系
X射线波段的银河系
γ射线波段的银河系
四学确实是一 门最古老的科学。
但天文学在自然科学各学科的发展过程中，却始 终起着先导性的作用。
下面从两个方面介绍，天文学的先导性作用 ： 1、作为基础学科的天文学，在自然科学发展过程 中与其他学科之间的关系； 2、作为实际应用的天文学与国防、国民经济以及 人类日常生活的关系；
类星体通常被认为，是遥远的河外星系处在活动 状态的星系核，称为活动星系核。
类星体以及等高能物理现象的发现，都向化学、 生命科学和物理学等提出了新的挑战。
6 )、对数学和计算方法的推动
天文观测数据的处理和天体运动理论的研究都 离不开计算方法；
反过来天文学中的问题解决，也有力的推动了 数学学科的发展。
• 暗星云 (dark nebulae)
大量的尘埃阻挡了星云内 部或后面恒星的星光。
鹰云
马头星云
2、 研究内容
天体的位置、距离、运动、物质结 构、化学组成及演化规律。
研究宇宙的诞生、演化进程和未来。
3、天文学研究的方法
长期以来，人 类主要是通过接 收来自天体和宇 宙的电磁辐射来 认识宇宙空间。
一、《现代天文学》的起始时间和内涵
1、天文学是一门最古老的学科
天文学的产生源自于人类生活和生产实践的需要， 是最早产生的一门学科。
天文学研究对象是浩瀚的宇宙以及宇宙空间的各类 天体系统。
2、天文学是自然科学六大基础学科之一
数学、物理学、化学、天文学、地球科学和生命科 学被认为是现代自然科学六大基础学科。
5、主要参考资料
马文章 f t p ：// tcyzam ：200409@
刘学富等 基础天文学 高教出版社 2004年；
吴鑫基等 现代天文学(十五讲) 北大出版社 2008年； 期刊杂志：天文爱好者、太空探索；
第一章、绪论
一、天文学研究的对象、内容和方法 二、天文学主要分支学科 三、天文学主要观测手段 四、研究天文学的意义
天文学不仅是一门基础学科，天文学的研究 成果在许多方面直接为国防、国民经济和人 们日常生活服务。 可以说天文学与人类日常生活息息相关。
天文学其实是一门实用性很强的自然科学!
通过以下例证加以说明
1 )、测时、守时与授时（统称时间工作）
高精度的时间服务是由天文学提供的！ 1960年以前，时间计量的标准是世界时。 1960—1967年，历书时是时间计量标准。 1967年起，原子时(以原子内部能级跃迁频率为依据 建立起来的时间计量系统)作为时间计量标准。
水星轨道近日点进动：
观测表明，水星近日点进动为5600″.73/每百年。 经过计算,已知行星对水星轨道摄动影响只会产生 5557″.62/每百年，还有43″/每百年进动值得不到合 理解释。
这就是困扰多年牛顿引力理论解决不了的难题。 最初，人们是怀疑在水星轨道以内，还有一颗行星对 水星引力摄动所致。天文爱好者施瓦布为此寻找了17 年，当然最终是找不到本来就不存在的火神星。 广义相对论发表以后，利用四位时空测地线方程解 水星轨道运动，当将测地线投影在三维空间时，发现 水星轨道近日点就是不断进动的椭圆轨道，进动周期
在此基础上，才建立了经典力学体系，进 而推动了力学和物理学的大发展。
3 )、原子结构模型的建立
最初的原子结构模型是类比太阳系的结构提 出来的，后来被实验所证实了。
氦元素是天文学家在观测太阳首先发现的！
太阳光谱的发现及其精确测定，使人们知道 了天体的化学组成及其演化规律。
天文学的一些发现，往往会引起其他学科深 刻的变化。
再通过观测不断地改进和完善天文学理论，天 文学的理论体系不但能解释现有的观测事实，而 且还能预言未来的变化（如重要天象的出现）。
二、天文学的分支学科
天体测量学：天文学最早发展起来的一个分支学科。它
的基本任务是测定天体的位置、距离和运动，建立和改进天 文参考坐标系系（包括天球参考系和地球参考系）。
天体力学： 17世纪，万有引力定律发现以后，逐渐形成
历史上，大批的天文学家同时也是卓越的数学家、 物理学家。
7 )、对地学、气象学的影响
天文学与大地测量学、气象学关系更为密 切。
高精度的大地测量方法和手段来都自于天文 学( G P S、ＶＬＢＩ、ＳＬＲ)。 如：3S(GPS、GIS、RS)
太阳活动被认为是各种气象的成因
2、天文学研究成果直接为国防、国 民经济以及人们日常生活服务
虽然时间计量的标准是原子时，但高精度的世界 时测定和时间的发播（即授时）工作，目前仍然是 科学研究和大地测量的重要依据。
世界时是以地球自转和公转运动为依据建立起来的 时间计量系统；世界时是通过天文观测和时间计量理 论实现的。
在恒星与恒星之间、星系与星系之间还存在 着弥漫气体和尘埃，统称为：星际介质，以及 电磁场、引力场等，都是天文学研究的对象。
天文学一直在关注和探索宇宙空间中是否存 在暗物质、暗能量以及反物质。
UFO、飞碟与外星人等问题同样也是天文学 关注和研究的重要领域。
将宇宙空间作为整体研究的宇宙学，同样是 天文学研究的领域，目前进入研究的黄金时期。
中国科学院紫金山天文台（南京）
国家天文台兴隆工作站（河北兴隆）
国家天文台怀柔站--太阳磁场望远镜
中国科学院上海天文台
中国科学院云南 天文台(昆明)的 一米光学望远镜
中国科学院乌鲁木齐天文台
天文学理论能预言宇宙空间未来的变化
由观测获得的资料，以力学、物理学、化学等 自然科学理论作为基础，运用数学进行演算和分 析，建立天文学基本理论体系。
一、研究的对象、内容与方法
1、研究对象 ：天体和浩瀚的宇宙 天体：是指宇宙空间中的一切实体，如星云、恒星、
行星、星系以及星际介质等。
天体：又分为自然天体和人造天体两类
宇宙：是空间和时间的总称。
我国古代天文学就有“四方上下曰宇，古往今来曰 宙”的说法。
宇宙空间：天文学研究中，通常指地球大气以外。
天体: 又分为自然天体和人造天体两类
# 现代宇宙学是现代天文学下属的一个重要分支学科。 目前宇宙学研究正处在黄金时期，已获三次诺贝尔奖。
作为宇宙学的最新观测与研究成果：重点介绍宇宙 由膨胀到加速膨胀的天文观测事实与理论解释。
4、考核方式
平时和期末考核均以开卷、论文形式； 平时成绩（含平时考勤）占总成绩的60%， 期末考核成绩占总成绩的40%；
中国科学院紫金山天文台南京国家天文台兴隆工作站河北兴隆国家天文台怀柔站太阳磁场望远镜中国科学院上海天文台中国科学院云南天文台昆明的一米光学望远镜中国科学院乌鲁木齐天文台由观测获得的资料以力学物理学化学等自然科学理论作为基础运用数学进行演算和分析建立天文学基本理论体系
现代天文学
马文章 北京师范大学 天文学教授 mwz@