天体物理概论 lesson02-c

1928年，国际天文学联合会用精确的边界把天空分 为88个正式的星座，使天空每一颗恒星都属于某一 特定星座：星座不再是一群亮星的名字，而代表天 空中某一区域。 其中的48个星座，保留了古希腊传统的星座名称。
仙女座、飞马座 飞马四边形最亮星:仙女座

星座是投影在天 球上一块区域的 天体空间的总称 星座的各个恒星 之间的距离可以 差别很大，可以 不属于同一星系 星宿：非正式命 名，如北斗七 星，属于大熊座
沙罗周期是18年11天又8小时 (大约6585日)的食的周期，可以用来 预测太阳和月球的食。经过一个沙罗周期，太阳、地球和月球回 到相似的几何对应位置上，于是将发生几乎相同的食。
第四章 现代天文的起源
地心说 日心说 开普勒 伽利略 牛顿
4.1 古典天文学－地心说

古希腊天文学家：柏拉图、亚里斯多德、托勒密

地球位于宇宙中心静止不动。 每个行星都在一个称为“本轮”的小圆形轨道上匀速转动 本轮中心在称为“均轮”的大圆轨道上绕地球匀速转动， 但地球不是在均轮圆心，而是同圆心有一段距离



水星和金星的本轮中心位于地球与太阳的连线上，本轮中 心在均轮上一年转一周 火星、木星、土星到它们各自的本轮中心的直线总是与地 球-太阳连线平行，这三颗行星每年绕其本轮中心转一周 恒星都位于被称为“恒星天”的固体壳层上。 日、月、行星除上述运动外，还与“恒星天”一起，每天绕 地球转一周，于是各种天体每天都要东升西落一次。

宇宙有数十亿个星系 银河系有千亿颗恒星 人眼极限星等为6等 目视只能观测到大约 6000颗比较亮的恒星 把恒星按照空间位置 分组：星座

星座 Constellations

为认星方便，人们按空中恒星的自然分布划成的若干区域， 大小不一。每个区域叫做一个星座。 用线条连接同一星座内的亮星，形成各种图形；根据其形状 分别以近似的动物、器物或神话人物命名，如魔蝎座 古人将恒星组成星座是一个随意的过程，在不同的文明中有 由不同恒星所组成的不同星座。 仙女座、飞马座 射手座
土星 火星 狮子座星 月球
月球轨道和黄道比较接近
地球
3.4 月球运动

月球公转周期 27.321 661天 自转周期27.321 66155 天 两者相当接近， 看到的月球总是 同一面


月相

地球上看到的 月球被太阳照 明部分的称呼 月球环绕地球 旋转时，地球 、月球、太阳 之间的相对位 置不断地变化
m2 m1 5
m2 m1 2.5 logF2 F1 2.512 m2 m1
Betelgeuse mV = 0.41
Intensity Ratio 2.512 (2.512)2 = 6.31 … (2.512)5 = 100
星等差： 0.41 – 0.14 = 0.27, 强度比： (2.512)0.27 = 1.28



只在月球运行至太 阳与地球之间时发 生 日食包括日全食、 日环食、日偏食 日食一定发生在朔 ，即农历初一当日 因太阳轨道(黄道) 与月球轨道(白道) 成5°9′交角，故 并非每次朔日皆有 日食发生 。
远地点
Approximately 1 total solar eclipse per year

地球之外有9个 等距天层，由里 到外的排列次序 是：月球天、水 星天、金星天、 太阳天、火星天 、木星天、土星 天、恒星天和原 动力天，此外空 无一物。 上帝推动了恒星 天层，才带动了 所有天层的运动 人类居住的地球 ，则静静地屹立 在宇宙中心。

公元140年，托勒密在《天文学大成》中，总结并 发展了前人的学说，建立了宇宙地心体系：
恒星命名


星座名＋希腊字母(,)
星座中的恒星，按亮度大小，依次以小写希腊字母编排
Betelgeuse参宿四
Rigel参宿七
星等：恒星亮度

星等：用于描述星体在天空中的亮度单位 最早是由古希腊天文学家喜帕恰斯制定的

自编的星表中包含1022颗恒星 按照亮度划分为6个等级，1等星－6等星
夏天太阳直射点在北半 球，北半球太阳高度角 就大，获得的热量就 多；冬天相反
3.3 行星轨道

太阳系中的行星，在绕太阳的近圆轨道上运动 行星轨道基本上都在一个平面上(在黄道附近)
内行星的视运动
水星最多偏离太阳 ‾28º，只能在日落的 西边天空或早晨的东 方短时间看见水星 金星最多偏离太阳‾ 46º。可以在日落或早 晨的一段时间内看见 金星。金星亮，比较 容易看见(启明星、太 白金星)

天高地迥、觉宇宙之无穷！王勃《滕王阁序》
几点说明

课程要求：按时到堂听课、须参加考试 课程考核：开卷考试、没有复杂的公式

考试内容都包括在课堂讲授的内容中

注意课程退选时间：第4周，3月20号之前 讲课方式：讲授约1.5小时＋放相关电影

第二章 繁星点点
恒星 星座 恒星亮度 天球 坐标
2.1 恒星
我们看到的天空取决于我们在地球上的位置
北天极处恒星的视运动
北极星是小熊星座中最 亮的恒星 即小熊座α星，处于小 熊的尾巴尖端。 北斗星围绕北极星运转 是顺时针。 根据初昏时斗柄的指向 可决定季节。 斗柄东指，天下皆春； 斗柄南指，天下皆夏； 斗柄西指，天下皆秋； 斗柄北指，天下皆冬。 古籍《鹖冠子》


柏拉图：公元前427年－前347年，是著名的古希腊哲学 家。柏拉图是苏格拉底的学生，也是亚里士多德的老师 ，他们三人被广泛认为是西方哲学的奠基者 亚里斯多德和柏拉图创立了地心说：地球是宇宙的中心

模型基于错误的“第一性原理(公认、不容质疑)”

地心宇宙：地球在宇宙的中心 (感觉不到地球的运动) 完美天空：天体形状和运动轨迹是完美，圆形、球体
角尺寸


太阳比月球大 400倍 太阳到地球的 距离是月球到 地球距离的 390倍 月亮和太阳角 尺寸相近， 0.5°
angular diameter linear diameter sin ( small angle) 206,265 distance
3.6 日食


北天极


与地球北极和南极 连线的交点定义为 天极 地球赤道面与天球 相交的大圆称为天 赤道 天体分布在天球上 ，用角度描述位置
天球赤道面
天赤道
地球绕地轴自转( 向东)，相对于地 球不动的概念， 天球上的物体每 24小时围绕着天 极旋转(向西)
天顶 北天极
南天极
天底
北、南点：地平 圈靠近北、南天 极位置 天赤道和地平圈 相交为东、西点
与天赤道平行的 小圆称为赤纬圈
经过天极的任何大圆称为赤经圈
岁差

2000年以前，喜帕恰斯比较他当时观测和200年以 前观测的一些恒星位置，发现天极在移动。 地球自转轴的空间指向并不固定，呈现为绕一条通 过地心并与黄道面垂直的轴线缓慢而连续地运动 原因：在日、 月的引力作用 下，地球自转 轴的空间指向 并不固定，而 是缓慢而连续 地运动
亚里士多德(前384—前322年)

亚里士多德把宇宙分为两部分

地上(地球,或称之为地界) 天上(天体,或称之为天界) 分别由不同的材料组成

地上的东西是由土、水、气、火这 四种“基本元素”按各种不同的比例 组成，离中心愈远者愈高贵。 天上的东西是由第五种元素—他称 之为“以太”所组成,这种元素是最精 纯最完美的,它不会消灭,没有变化, 所以是神圣的,因而天体也是永恒的 、神圣的。
黄道
天文学把太阳 在地球上的周 年视运动轨 迹，既太阳在 天空中穿行的 视路径的大 圆，称为黄道
冬至点 秋分点
北天极
夏至点
天球赤 道面
3月21日春分点 (Spring Equinox)
黄道与天赤道 有23度26分的 交角(黄赤交角)
黄道与天赤 道的两个交 点是春分点 和秋分点
赤道坐标系
作天球上一点的赤经 圈，从天赤道起沿此赤 经圈量度至该点的大圆 弧长为纬向坐标，称为 赤纬；Declination, DEC 从春分点起沿天赤道逆 时针向量到天球上一点 的赤经圈与天赤道交点 的弧长为经向坐标, 称 赤经; right ascension, RA
地球到太阳的距离为 150,000,000 km 地球直径: 12,756 km
3.2 季节变化
地球围绕太阳运 行的路径呈偏心 率很小的椭圆， 半长轴 1.496×108km； 半短轴 1.4958×108km 四季成因： 地球绕太阳公 转；天赤道和黄 道有23.5º的倾角


日照时间不同：夏天昼 长夜短 太阳的高度角不同：夏 天直晒
பைடு நூலகம்
两小儿辩日
孔子东游，见两小儿辩斗，问其故。 一儿曰：“我以日始出时去人近，而日 中时远也。” 一儿以日初出远，而日中时近也。 一儿曰：“日初出大如车盖，及日中则 如盘盂，此不为远者小而近者大乎 ？” 一儿曰：“日初出沧沧凉凉，及其日中 如探汤，此不为近者热而远者凉乎 ？” 孔子不能决也。 两小儿笑曰：“孰为汝多知乎？”

1850年英国天文学家普森 1等星要比6等星亮100倍 星等被量化 重新定义后的星等，每级之间亮度则相差2.512倍 但1到6级星等并不能描述所有天体的亮度，天文学 家延展本来的等级─引入负星等概念；如－21 mag
视星等：mV
F2 F1 100
Magn. Diff. 1 2 … 5
Rigel mV = 0.14


如牛郎星为0.77等，织女星为0.03等，太阳系外最亮 的恒星天狼星为-1.45等 太阳为-26.7等，满月为-12.8等,金星最亮时为-4.6等 现在地面上最大的望远镜可看到26等星，而哈勃望远 镜则可以看到30等
2.2 星空变换
七月
十一月
天球

天球：是以地球为 中心的、非常大的 假想球



第三章 斗转星移
四季变化 月相 月食 日食
3.1 太阳视运动
摩羯座:12.22-1.20
射手座:11.23-12.21
金牛座
狮子座:7.23-8.23
十二星座即黄道十二宫:描述太阳在天球上经过黄道的 十二个区域(太阳周年视运动轨迹 ) 白羊座、金牛座、双子座、巨蟹座、狮子座、处女座、 天秤座、摩蝎座、射手座、摩羯座、水瓶座、双鱼座
弦月 新月

满月

新 月：看不见 眉 月：右侧的1-49%可见，下午到黄昏之后 上弦月：右侧的50%可见，中午之后到子夜之前 盈凸月：右侧51-99%可见，午后至夜晚的大部分时间 满 月：可见整个月球，日落后至日出前

亏凸月：左侧的51-99%可见，入夜之后到清晨 下弦月：左侧的50%可见，子夜到次日中午 残 月：左侧的1-49%可见，曙光前到清晨 晦 月：看不见看不见
总结－I

宇宙的尺度：Scale of the cosmos 天文单位 ：Astronomical Units 光年 恒星 星系 星系团 ：Light year ：Star ：Galaxies ：Cluster of galaxies
总结－II

我们位于银河系中，银河系有数千亿颗恒星 银河系又是浩瀚宇宙中数十亿星系中的一员 星系空间分布成团，星系团又组成超星系团 宇宙中的大部分空间，没有星系存在(空洞) 1 AU＝1.6x108 km ；1 ly＝ 63,000 AU NOW WE MUST THINK, HOW TINY WE ARE in the vast expanse of the entire universe!
3.5 月食


当月球运行至地球的阴影部分时，在月球和地球之 间的地区会因为太阳光被地球所遮闭，就看到月球 缺了一块：月食 此时的太阳、地球、月球恰好 (或几乎) 在同一条直 线上。
月食可以分为月 偏食、月全食和 半影月食三种。 月食只可能发生 在农历十五前后 (无月环食)
月食最长可以持续1小 时40分，每年大概有1 －2次月食.
大约25800年顺时针 向(从北半球看)旋转 一周 ， 绘出一圆锥面 公元2100年，北天极 最接近北极星 ‾ 12,000以后北天极 最接近天琴(织女星) 春分点沿黄道以与太 阳周年视运动相反方 向每年西移‾50.3”
岁差：为地球自转轴进动引起春分点位移的现象
总结

古人定义的星座和现在的星座含义有无区别？ 恒星的命名？如何描述天体亮度强弱：星等？ 天球、天极、黄道、东、西、南、北的定义？ 何谓岁差？它的物理起因和岁差导致的后果？