简明天文学课后答案

第一章绪论

1、简述天文学的研究对象,研究方法与特点？

答:天文学的研究对象就是天体,其研究的基本方法就是对天体的观测,包括目视观测与仪器观测。它的研究特点就是:

(1)大部分情况下人类不能主动去实验,只能被动观测。

(2)强调对天体进行全局、整体图景的综合研究。表现观测上就是全波段、全天候。在理论上依赖模型与假设。

(3)需用计算机把观测所获得的大量原始资料进行整理。使天文学研究发生重大变化的另一个技术进步就是快速互联网技术,这使得异地天文数据的交换与处理成为可能,使得观测数据具有巨大的科学产出的潜在意义。目前,虚拟天文台的提出与建设对天文研究意义深远。(4) 具有大科学的特征,需要大量投资。(5) 以哲学为指导。

2、研究天文学的意义有哪些？

答:天文学与人类关系密切,天文学对于人类生存与社会进步具有积极重要的意义,突出表现在以下几个方面:

(1) 时间服务:准确的时间不单就是人类日常生活不可缺少的,而且对许多生产与科研部门更为重要。最早的天文学就就是农业与牧业民族为了确定较准确的季节而诞生与发展起来的。现代的一些生产与科研工作更离不开精确的时间。例如,某些生产、科学研究、国防建设与宇航部门,对时间精度要求精确到千分之一秒,甚至百万分之一秒,否则就会失之毫厘,差之千里。而准确的时间就是靠对天体的观测获得并验证的。

(2) 导航服务:对地球形状大小的认识就是靠天文学知识取得的。确定地球上的位置离不开地理坐标,测定地理经度与纬度,无论就是经典方法还就是现代技术,都属于天文学的工作内容。

(3) 人造天体的成功发射及应用:目前,人类已向宇宙发射了数以千计的人造天体,其中包括人造地球卫星、人造行星、星际探测器与太空实验站等。它们已经广泛应用于国民经济、文化教育、科学研究与国防军事。仅就人造地球卫星而言,有通讯卫星、气象卫星、测地卫星、资源卫星、导航卫星等,根据不同需要又有地球同步卫星、太阳同步卫星等。所有人造天体都需要精确地设计与确定它们的轨道、轨道对赤道面的倾角、偏心率等。这些轨道要素需要进行实时跟踪,才能保持对这些人造天体的控制与联系。这一切都得借助天体力学知识。

(4) 导航服务:天文导航就是实用天文学的一个分支学科,它以天体为观测目标并参照它们来确定舰船、飞机与宇宙飞船的位置。早期的航海航空定位使用六分仪(测高、测方位)与航海钟,靠观测太阳、月亮、几颗大行星与明亮恒星,应用定位线图解方法来确定位置,其精度较低,且受天气条件限制。随着电子技术的进步,已发展了多种无线电导航技术来克服这方面的缺陷。宇宙航行开始以后,为了确定飞船在空间的位置与航向,天文导航也有相当重要的作用。目前,全球卫星定位系统(GPS)技术的应用,使卫星导航更精确。卫星导航不仅普遍用于航天、航空、航海,而且还用于陆面交通管理。

(5) 探索宇宙奥秘,揭示自然界规律:随着对宇宙认识的深入,人类从宇宙中不断获得地球上难以想象的新发现。例如,19世纪初有位西方哲学家断言,恒星的化学组成就是人类永远不可能知道的。但过了不久,由于分光学(光谱分析)的应用,很快知道了太阳的化学组成。其中的氦元素就就是首先在太阳上发现的,25年后人们才在地球上找到它。太阳何以会源源不断地发射如此巨大的能量,这就是科学家早就努力探索的课题。直到20世纪30年代有

人提出氢聚变为氦的热核反应理论,才完满地解决了太阳产能机制问题。几十年后,人类在地球上成功地实验了这种聚变反应──氢弹爆炸。20世纪60年代后天文学中的四大发现,令人大开眼界。从地心说、日心学到无心学就是人类认识宇宙的三个里程碑。(6) 研究

天文与地学的关系:地球作为一颗普通的行星,运行于宇宙空间亿万颗星体之间,地球的形成、演化及重大地质历史事件无不与其宇宙环境有关。事实表明,地球本身记录了在地质历史时期所经历的天文过程的丰富信息。例如,地球自转变慢,就就是通过古代珊瑚化石的研究证实的。珊瑚也象树木年轮那样具有"年带"。珊瑚每天周期性地分泌碳酸钙,在身上形成一条条日纹。3、2亿年前的珊瑚化石,每个年带含有400条日纹,表明那时地球一年自转400圈,说明那时地球自转比现在快得多。这与理论推算的结果十分一致。人们很早就注意到地质现象普通存在着周期性,而天体星系的运行及演化也无一不按自己的规律进行,并且地质周期同天文周期存在着某些对应关系。太阳绕银河系中心运动的周期大约就是2、5亿年,这叫做太阳的银河年。在一个银河年中, 太阳处于银河系不同位置,由于宇宙环境的变化,会给太阳与地球带来影响。

(7) 探索地外生命与地外文明:人类在探索宇宙奥秘过程中,对地外生命与地外文明的寻求就是最令人神往的。我们认为宇宙就是一个与谐的整体,它不会偏爱地球。像地球这样一个充满生机的星球,在宇宙中应该就是不少的。人类怀着极大的好奇心希望在太阳系以内或以外找到生命,更盼望能觅到自己的知音。近几十年来,世界各地常有不明飞行物(简称UFO)的报道。虽然至今仍没有确切证据确认外星人曾拜访过我们地球,但就是人类还就是在继续努力地寻找地外文明。

3、了解天文学的科学分支。

答:传统的天文学分为天体测量学、天体力学与天体物理学。二级分支如下:

(1)天体测量学:又可球面天文学、方位天文学、空间天文学与天文地球动力学。

(2)天体力学:又可分摄动理论、天体力学定性理论、天体力学数值方法、历书天文学、天体的形状与自转理论与天体动力学。

(3)天体物理学:分为太阳物理学、太阳系物理学、恒星物理学、星系天文学、高能天体物理学、恒星天文学、天体演化学、射电天文学与空间天文学。

目前,著名天文学家王绶琯院士又提出新的学科分类,包括理性工具分类、观测工具分类与研究目标分类(参见教材)。

4、简述古代天文学的起源与发展。

答:天文学就是与人类文明同时发端的一门古老的学科。人类在有文字记载之前,由于农牧业生产与实际生活的需要,就开始注意某些显著的天象。自从有了文字以后,天文学便在人类文明的发祥地萌芽并诞生了。这便就是古代天文学的起源。在世界文明古国,早期天文学都得到发展。

(1)古埃及天文学发展情况。该时期埃及人已经掌握了一定天文知识。注意天狼偕日的现象,认识太阳在恒星间一年移动一周,并制定历法规定一年长度为365天一年12个月,每月30天,年末再加5个附加日。

(2)巴比伦与亚述古代天文学发展情况。该时期巴比伦与亚述人制定了接近科学实际的阴阳历,规定了大小月,还认识了12个月与五星的运行规律,她们还认识到黄道与白道,月食一定发生在望,并且只有当以月亮靠近黄白交点时才能发生食。

(3)古印度代天文学发展情况。此阶段印度人创立了阴阳历,把黄道天区划分为27个相等的部分,与恒星月周期相等。

(4)古希腊天文学发展情况。希腊人继承了巴比伦与亚述人的文化遗产,在天文学方面做

出了重要的贡献,并出现了四大学派,即:爱奥尼亚学派,毕达哥拉斯学派,柏拉图学派与亚历山大学派。特别就是托勒玫集古希腊天文学的成就提出“地心宇宙体系”对后期天文学发展影响很大。

(5)中国古代天文学发展情况。该阶段中国人已懂得天文定向知识,观象授时、天象记录、编制历法,并有24节气的全部名称,还提出朴素的宇宙观。