清华大学天文学导论笔记

天文学史

开普勒三定律（椭圆轨道、运行速度、轨道与周期）

引力摄动：另一颗行星的引力导致某行星绕太阳的运动不符合两体假设非牛顿引力摄动：水星、金星近日点进动验证了爱因斯坦广义相对论

钟慢效应：μ介子寿命为×10-6s，以光速运动也仅能行进600m，而宇宙射线在大气外层产生的近光速μ介子却可以以到达地球表面。

引力透镜：由于质量对光的吸引，若被观测的星体与观测者连线上有大质量星系（透镜星系），观测者可能观察到多个像（爱因斯坦十字、双爱因斯坦环）

天体视运动

天体的周日视运动：由于地球自转导致的天体视运动

太阳：东升西落，与当地正午通过天子午线达到最高点，两次通过子午线间的时间为一太阳日（24h）

北京东经度，东八区标准东经120度，北京时间正午12时时北京的太阳时为11点46分

赤道参考系：

把天空幻想为大球，北极指向北天极，南极指向南天极，赤道扩展为天赤道。北天极对地面的高度等于北半球该地的纬度。天赤道与天极的弧距离总是90度，与地平面相交于正东正西方向，且恰好看到一半。天球自东向西旋转，每小时旋转15度，所有星体的视运动轨迹都平行于天赤道。

地平参考系：

以正头顶为天顶，子午线从正南到正北穿过南天极、天顶和北天极平分天球。本地参考系中天体位置在始终改变。

赤道上，一切星体都垂直于地平面升起和落下，所有星体都可见且在地平面上方12个小时

周年视运动：天球坐标系上恒星的坐标固定，由于地球公转导致太阳在天球上向东运动。这也导致了每天同一时间天空状况不同（因为太阳时制）太阳：太阳在天球上的位置始终自西向东移动，每年环绕天球一周，其在天球上的轨迹称为黄道。太阳绕天球一周的时间是天。

太阳日：24h，太阳连续两次到达子午线的时间。

恒星日：23h56min，恒星连续两次到达子午线的时间。恒星日表明了地球自转的真实周期。

由于太阳一直向东运动，所以恒星比太阳运动的快一点。由于我们使用太阳时，恒星每天升起、穿过子午线、下落的时间都要提前约4分钟，经过一个太阳年后回到原地。

4min/day=360degrees

365.24days

24×60min

360degrees

月球视运动：月球也在天球上向东漂移，天后回到原处。月球的盈亏周期称为交合周期，为天

黄道与节气：黄道与天赤道夹角为度，且相交于春分点和秋分点。按顺序距这两点最远的点是夏至点和冬至点。

天球坐标系

把地球的经纬网络透射到天球上构成了赤道坐标系，在赤道坐标系中恒星的赤道坐标固定不变

赤纬(Dec, declination)：用δ表示，天赤道0度，北天极+90度，南天极-90度

赤经(RA, right ascension)：用α表示，从春分点算起，在天赤道上由西向东分为24小时。

例子：

Polaris: RA=2h31min, Dec=89?15’Sirius: RA=6h45min, Dec=-16?43’

若A星比B星的RA大1h，则通过子午线、地平线时，B比A早1h

恒星时：某地某时刻的恒星时等于此时此刻与子午线重合的赤经。恒星日比太阳日短，所以恒星时比太阳时快。

时角τ=θ –α，τ <0表明恒星在子午线以东。-6<τ<6时天体可见。地轴进动：北天极在不断运动，带动天赤道移动，春分点向西移动，每20年约移动1min

辐射与望远镜

光源相对于观测者的运动会导致观察到的辐射频率改变，称为多普勒效应。

Δλλ0=v v

因此，吸收光谱中一些特征谱线（如氢的Balmer线系）会发生移动望远镜的功能：

1.聚光

I telescope =(v vvvvvvvvv v 0

)2v 0 2.减小衍射，提高角分辨率

δ=1.22λD telescope

大气窗口：地球大气层对可见光、小部分近红外线和部分无线电波透明，其他波段的光会被完全吸收（水蒸气阻止红外辐射2~10km ，臭氧阻止紫外辐射20~40km ，原子和分子阻止高能射线）

空间望远镜：可以接受更广的波段（红外观测深空），不受天气和大气扰动的影响

太阳系

太阳系内绝大部分质量（%）集中在太阳。除太阳外太阳系绝大部分质量集中在气态巨行星（木星、土星、天王星、海王星）

所有行星围绕太阳公转的方向都一致，且和太阳的自转方向一致。而且大部分行星的自转和公转同向。

类地行星

1.靠近太阳

2.铁（镍）核心和岩石外壳

3.没有或极少卫星

4.体积小，质量不大而密度大

5.大气稀薄

水星

铁质，0卫星，地面阳光亮度极大无法观察，布满陨石坑，稀薄大气，主要是气态钠和氦气，表面昼夜温差极大

金星

距地球最近的行星，等，云层反射率极高。自转轴方向与公转方向相反，也和其他行星相反，自转轴几乎与公转平面垂直，没有四季之分。

自转周期243天。气压为地球的90倍，90%二氧化碳、3%氮气、少量二氧化硫，温室效应严重，表面各处温差很小且没有昼夜温差，是太阳系最热的行星。表面被硫酸云覆盖，因此陨石坑很少

地球

平均比重，是密度最大的行星，1卫星。最深处为铁镍的地核，内核固态外核液态，天然放射性物质维持地热。地心旋转导致了地球磁场，磁轴不通过地球中心。地磁场俘获太阳风中的带电粒子并导向两磁极，导致了极光。月球和太阳导致了潮汐

月球

月球内部活动已经停止，有简单和复杂环形山，引力太小不能舒服大气，温度从-100摄氏度到130摄氏度，平均表面温度-42摄氏度。月球成因

火星

质量仅为地球的1/10，大气压为地球的1%，大气主要为二氧化碳，平均气温极低，温差极大，气候剧烈变化，多风多沙尘暴。可能有水。

没有活火山但有火山活动痕迹，有极深的峡谷。2卫星，已潮汐锁定类木行星