天文学基础知识

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肉眼能见的最近的河外星系： 大麦哲伦云 (距银河系169000光年）
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(5)星系集团
星系也有结团的现象，其结团的倾向比恒星更为强 烈，在已发现的数十亿个河外星系中，很少是单独 存在的。 两个互相有联系的星系成为双重星系，三五个或十 来个在一起运动的星系称为多重星系，而 10~100 个 星系组成的星系集团称为星系群。 100~1000 个星系 组成的则叫星系团。
二、天文学的研究方法和特点
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１天文学研究的特点
观测（观察和测量）是主要的研究手段。观测工具 的改进和观测方法的革新会推动天文学的发展。天 文学是沿着观测——理论——观测的途径发展的。 研究对象距离远，时标长，物理条件极端复杂（密 度、温度、压强、磁场），因此，在实验室里难以 进行模拟研究。 从“一瞬”来研究“一生”，即利用天体的空间广 延性与时间广延性相统一的特性，来研究天体和宇 10 宙的演化。
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１什么是天文学？
天文学是人类认识宇宙的一门自然科学；
它观测和研究各种天体和天体系统，研究它们的位置、
分布、运动、结构、物理状况、化学组成和起源演化 规律； 是自然科学中的基础学科之一；
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２天文学的研究对象
研究对象是宇宙空间中的天体和其他宇宙物 质。天文学观测和研究它们的位置、分布、 运动、形态、结构、物理状态、化学组成、 相互关系和起源演化。
２天文学的研究方法
天文学以对天体的观测作为基本的研究方法
天文学的研 究方法 试验
陨星
登月
理论探讨
观测
古代的纯肉 眼观测
肉眼 分光
光学望远镜
射电望远镜
空间探测
测光
照相
CCD
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天文学的观测工具
英国的巨石阵 考古家认为它是用于观测 太阳和月亮升起的位置与 时间。
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它的主轴线、通往石柱 的古道和夏至日早晨初 升的太阳，在同一条线 上
来自百度文库33
４宇宙的层次结构
天文学所研究的对象大多属于宇观世界。 天文学的研究成果表明，宇宙是有层次结构的、物 质形态多样的、不断运动发展的天体系统。 各种天体分别处于宇宙的各个层次之中。
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(1)地月系和卫星系统
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(2)太阳系、恒星和行星系统
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恒星，永恒吗？
行星系统
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天文学的发展
第二次飞跃：哥白尼提出宇宙日心体系，形成太阳 系的概念。
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天文学的发展
第三次飞跃：万有引力定律和天体力学的建立。 第四次飞跃：认识到太阳系有其产生到衰亡的演化 史。(星云假说) 第五次飞跃：建立银河系和星系概念。 第六次飞跃：天体物理学兴起。 第七次飞跃：绝对时空观到相对论时空观的革命。
两者以地球大气层为分界，研究对象分别为大气层 之外和之内。 大气对天文现象、天文学研究产生影响。
许多天文现象又会影响气候和天气。
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天文学与地球科学的区别与联系
地球本身是一个运行于宇宙空间中的天体。 它的空间运动、它与其他天体的相互作用、 它的起源与演化等属于天文学的研究范畴。 大气科学、海洋科学、地球物理学、地球化 学、地质学等，研究地球自身的属性则属于 地球科学的范畴。 地球科学的某些成果会推动并丰富天文学相 关领域的研究，而且地学与天文学的某些分 8 支学科相互交叉而形成新的边缘学科。
摄动理论 天文动 力学 天体力学 形状和自 转理论 历书天 文学 数值方法 定性理论
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天体物理学
天体物理学 太阳物理
太阳系物理学 恒星物理学
等离子体天体物理
相对论天体物理学 宇宙学
恒星天文学
星系天文学 高能天体物理学 分子天文学
天体演化学
射电天文学 空间天文学 宇宙化学
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五、研究天文学的意义
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(4)银河系和星系
星系是包含了几亿至几十亿颗恒星以及无数双星、 聚星、星团的庞大恒星系统。太阳所在的星系称为 银河系。 银河系以外的其他星系称为河外星系。 星系按形态大致分为旋涡星系、棒旋星系、椭圆星 系和不规则星系。银河系是一个旋涡星系。
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银河系
仙女星系
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由哈勃空间望远镜于 2004年9月拍摄 的一系列照片拼接而成， NGC1300 的直径大约 6900 光年（ 21Mpc ）， 位于波江座。
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天文学的观测工具
浑仪是用来测量天体球面坐标的一 种仪器。浑仪结构复杂，是由一环 套一环的同心圆环构成，好像一个 镂空的球体，这些圆环分别代表地 平圈、子午圈、赤道圈、赤经圈、 黄道圈和白道圈。东汉时的天文学 家张衡说过：“立圆为浑”，因此 称这种仪器为浑仪。
中国的浑仪
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天文学的观测工具
天文学的起源
各种天文现象(太阳东升西落、四季更迭)直接影响人 类的生活，引起人类的注意
农牧业发展需要掌握时间、季节变化规律
人类的好奇心和求知欲
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古代天文学
古埃及
古巴比伦
古印度 古希腊
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天文学的发展
第一次飞跃：认识到地球是球形的，日月星辰远近 不同，它们的运动有规律可寻，从天象观测来编制 历法和星表。
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科学意义
实际意义
哲学意义
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１科学意义——基础学科之一
天文学与物理学相互促进、并肩发展 天文学有力推进了数学的发展 天文学的发现对化学的发展也有推动作用 一些天文因素与气象现象直接相关
天文学与地学相互渗透
有助于探索生命起源问题
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思考：
天文学与你所学的专业有何联系？
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２实际意义——为生活、生产服 务
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紫金山天文台的古观象仪浑仪（左）和简仪（右），明代复制
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天文学的观测工具
光学望远镜
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哈勃太空望远镜
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射电望远镜
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空间探测器 Explorer 1-5 ，
1958：1-8
Pioneer 3 & 4 1958:12； 1959:3
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个人一小步，人类一大步
这张哈勃图像是 2005 年 8,9 月拍摄 的。 NGC1309 位于距离我们地球１ 亿光年远的地方。它是波江座中200 颗星系中的一颗。
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椭圆星系呈圆球型或椭球型。中心区最亮，亮度向边缘递减。
巨椭圆星系M87。澳大利亚的英 －澳天文台(Anglo-Australian Observatory)拍摄 M87，呈圆 球型或椭球型。
郭守敬（1231-1316 年），河北邢台人， 元代著名的天文学家。
中国的简仪
简仪从浑仪的复杂结构中分离出来，分解成 由赤道环和赤经环组成的赤道经纬仪和由地 平环及地平经环组成的地平经纬仪两个独立 的仪器。这样的简仪结构十分简单，大大增 加了观测的视野，克服了浑仪的两个最大缺 陷，大大提高了观测精度。赤道经纬仪和地 平经纬仪是分装在同一个长方形的铜基座上， 总称为简仪。
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神舟飞船
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三、宇宙概观

宇宙的概念 宇宙大爆炸理论 宇宙学 宇宙的层次结构
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１宇宙的概念
广义： 物质现象的总和，指无限多样、永恒发 展的物质世界。是由空间、时间、物质和 能量所构成的统一体。 宇宙是时间和空间的总和。 哲学上，宇宙是指与精神世界相对的客观 物质世界，是无始无终，无边无际的。
空
间
时间
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３宇宙学
Cosmology 从整体角度探讨宇宙结构和演化的天文学 分支学科。
现代宇宙学包括密切联系的两个方面，即 观测宇宙学和理论宇宙学。前者侧重于发 现大尺度的观测特征，后者侧重于研究宇 32 宙的运动学和动力学以及建立宇宙模型。
４宇宙的层次结构
物质世界可分为微观世 界、宏观世界和宇观世 界。
(3)恒星集团

恒星有集群的趋势 多颗恒星聚集形成恒星系统 双星 聚星(多合星) 星团(疏散星团、球状星团)
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双星
最简单的恒星系 统是两个互相绕 转的双星 两颗子星除了引 力作用外，还有 密切的物理联系， 比如物质交换 质量大的是主星， 质量小的为伴星
英仙座双星团
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星团
当在一起绕转的恒星超过十颗时称为星团
昴星团及其反射星云 （年轻的疏散星团） 位于金牛座
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疏散星团NGC3293 （星团中的橙色亮星 正在迅速变老，很可 能是星团中下一个超 新星）
疏散星团比较稀疏， 成员星较少， 外形不太规则
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疏散星团 NGC2682(M67) 最老的疏散星团之 一，年龄100亿年
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１宇宙的概念
狭义(可观测宇宙) ： 指一定时代观测所及的 最大天体系统，即天文 学中的“总星系”。 天文学所称的宇宙，是 广漠空间以及其中存在 的各种天体和各种形态 的物质的总称。
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universe和cosmos 前者强调的是物质现象的总和，后者强调的是整体 宇宙的结构或构造。 人类认识宇宙是一个无限深化的过程，在某一个具 体的时间断面上，人类只能认识到由有限对象组成 的具体的宇宙。 目前普遍认为：宇宙产生于大爆炸，宇宙是平坦的， 并在做加速膨胀。
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玫瑰星云和疏散星 团 NGC2244( 玫瑰星 云看起来像玫瑰花， 一百万年前疏散星 团 NGC2244 在 其 间 形成，并使星云明 亮可见)
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球状星团M3 (NGC5272，在猎犬座)
球状星团的成员星常 达几万甚至上千万颗， 形状比较规则， 分布比较均匀
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球状星团——杜鹃47， NGC104
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七、中国天文学
中国古代天文学
－精确完善的历法研究 －完整系统的天象记录 －灵巧精密的天文仪器 －宇宙本源问题的精辟见解
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圭表
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日晷
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浑仪
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简仪
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天象仪
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北京观象台
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登封观星台
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漏壶
“午时三刻”？ 中国古人将1昼夜分为12个 时辰，子时、丑时、寅时、 卯时、辰时、巳时、午时、 未时、申时、酉时、戌时、 亥时；如子时从现在的23 点到1点 但是时辰的刻度太大，不 便于精确计时，所以又将 一昼夜分为100刻，而刻度 的单位源于漏壶中的刻度
椭圆星系半人马A射电源(Centaurus A)。此星系大约是在10亿年前，由两个 星系面对面碰撞后形成的。HST拍摄。
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长蛇座(Hydra)中两个相互作用 的旋涡星系。Subaru望远镜拍 摄。
孔雀座(Pavo)中距离为75万光年的棒旋 星系NGC6872与它北面邻居星系 IC4970(NGC6872中心上方)相互作用。 欧洲南方天文台(European Southern Observatory)的甚大望远镜(Very Large Telescope，VLT)拍摄。
地球大气层内的物体和现象通常不是天文学的研究对象， 除非它们起源于太空。
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天体和宇宙物质
天体：
指宇宙空间 ( 太空 ) 中的一切实体，包括自 然天体和人造天体。
其他宇宙物质：
指行星际、星际和星系际的弥漫物质和各 种微粒辐射流以及作为物质存在形式的电磁 场和引力场等。
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天文学与气象学的区别与联系
时间服务(授时与编历) 天文大地测量与天文导航 历史年代考证 太阳活动预报 人造卫星和航天 近地小行星监测
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３哲学意义——科学的宇宙观
正确认识人类在自然界中的地位和人类与自然的关 系
树立了事物运动和发展的观点
天文学的研究对象涵盖了许多具体的哲学范畴，揭 示了自然界固有的辩证法
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六、天文学的起源和发展
天文学基础知识
内容
天文学的基本概念 天文学的研究方法和特点 宇宙概观 天文学的分支学科 天文学研究的意义 天文学的起源和发展 中国天文学
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一、天文学的基本概念

什么是天文学？ 天文学的研究对象 天体 天文学与气象学的区别与联系 天文学与地球科学的区别与联系
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２宇宙大爆炸理论
宇宙大爆炸理论是俄裔美国科学家伽莫夫在 1948 年提出来的。这个理论认为，宇宙开始 是个高温致密的火球，它不断地向各个方向 迅速膨胀。当温度和密度降低到一定程度， 这个火球发生了剧烈的核聚变反应。随着温 度和密度的降低，宇宙早期存在的微粒在引 力作用下不断聚集，最后逐渐形成今天宇宙 中的各种天体。 30 这一理论体系被称为“宇宙大爆炸模型”，
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武仙座星系团 星系群NGC3190
星系群NGC5985
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宇宙的层次结构
地月系和卫 星系统 太阳系、恒星 和行星系统 恒星集团 银河系和星系 星系集团
注意区别：星团、星系、星系团
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四、天文学的分支学科
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天体测量学
天体测量学 球面天文学 方位天文学 实用天文学 天文地球动力学
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天体力学