天文学导论
天文学导论
位于小行星带的矮行星。
• 有液态水，能接受一些阳光，
有生命存在的可能
著名的彗星——哈雷彗星
• 人类首颗有记录的周期彗星 • 唯一能用肉眼直接从地球看
见的短周期彗星
• 公转周期：约76年 • 英国物理学家爱德蒙·哈雷首
先测定其轨道数据并成功预 言回归时间而得名
• 下次出现：2061年7月28日
人造天体
中子星合并
致密天体——白矮星
• 大小：约地球大小 • 密度：100-10000kg/cm3 • 实例：天狼星伴星 • 太阳的质量，地球的大小 • 天狼星是全天第一亮恒星
致密天体——中子星
• 大小：半径10-30km • 密度：1014-1015kg/cm3 • 实例：蟹状星云中的中子星
PSR 0531+21
• 以天文学家爱德温·哈勃命名 • 它在地球轨道上并且围绕地
球的太空空间望远镜，它于 1990年4月24日在成功发射。
其他类型的望远镜
• 射电望远镜 • X射线望远镜 • 红外望远镜
• 这些望远镜观测不同种类的
电磁波，获得多种多样的信 息，丰富了人类对宇宙的认 识。
世界最大射电望远镜——FAST
辨率和谱分辨率。
感谢你们的到来
语大义之方，论万物之理。受益终生
On the principle of all things. Benefit for life! To everyone who is doing it, I hope you can chase the result you want
天文学导论第1讲天体的视运动ppt
日偏食，最常见
日全食奇景：钻石环
接近日全食的時候，由於月球的邊 緣丁點的凹凸不平，部分太陽光線 會在凹位漏了出來，形成不連續的 光點。在日全食前的一刻﹐我們只 能見到太陽的極小部分﹐如下圖所 示 ﹐ 這 個 現 象 稱 為 鑽 石 環 （贝利珠）
日全食時，天昏地暗，宛如暮色朧 合四野，天上你可看見亮星和行星， 太陽表面由於被月球完全掩蓋，原 本非常暗淡的日冕這時清晰可見。 一般來說，日全食過程約維持兩分 鐘左右，接著鑽石環復現，日全食 結束
Corona 日冕
日全食奇景
Prominences 日珥
日环食
▪ 由于地球和月球的距离并不固定，所以在地球 看来，月球的角大小也会发生变化。有时，月 球虽处于能造成日“全”食的位置，但由于月 球的角大小不足以掩盖整个太阳，便出现如戒 指班的日环食
由于潮汐摩擦作用，月球正 渐渐远离地球，数万年后， 月球的视直径会变得很小， 届时地球上便再也不能看到 日全食了
面（昏星） ▪ 由于靠太阳很近，只能在日出前或黄昏后看到 ▪ 金星：天空中第三颗最亮的天体
晨星：日出前的金星 昏星：日落后的金星
金星：晨星和昏星
外行星的运动
▪ 火星、木星、土星、天王星和海王星 ▪ 绕日公转，但轨道在地球轨道之外 ▪ 在天球上相对于背景星的运动，基本上是由西
向东移动，称为顺行
▪ 由于地球公转速度较快，外行星有时被地球 “超过”，这时在地球上看来，它们在天球上 的运动完全倒转，变成自东向西，称为逆行
日食 Solar Eclipse
▪ 月球在黄道面且严格新月（初一），月球的影 子投到地球上
▪ 三类日食：
Total solar eclipses 日全食 Partial solar eclipses 日偏食 Annular solar eclipses 日环食
天文学导论第1讲 天体的视运动
?南北半球季节应相同
Close to the Sun, the planet experiences summer
Not!
Far from the Sun, the planet experiences winter
Elliptical orbit
地球自转轴不垂直黄道面
?地球的自转轴与其公转轨道面（黄道面）不垂 直，成 23.5 度夹角
?恒星日~23小时56分：恒星连续两次到达子午 线的时间
?一个恒星日比一个太阳日短约4分钟 ?
?结论： 相对于太阳日：恒星每天升起、上中天和 下落的时间都提前约 4分钟
?恒星日是地球真实的自转周期，不随其绕太阳 公转而变化，为~23小时56分
恒星日与太阳日的图示解释
天体的周年视运动（轨迹？）
?星星回归原处的周期为一年 ?一个特定星星一个月后升起的时间将提前约2
天文学导论
第1讲 天体的视运动
本讲内容
1. 星座与星图 2. 地球自转：天体的周日视运动 3. 地球公转：天体的周年视运动 4. 天体的赤道坐标系、恒星时 5. 地球自转轴进动与岁差 6. 月相 7. 日月食
教材阅读
?Chapter 2：Patterns in the Sky—Motions of Earth
?并造成一年一度四 季的更迭
?地球气候的改变滞 后于地球吸收太阳 热量的改变
4、天球坐标系
?地平坐标系
?方位角（地平面，北为 0度），地坪高度（距天顶）
?赤道坐标系 The equatorial coordinate system
?地球赤道，北极，南极 ? 天赤道为坐标平面，北 天极，南天极
?黄道坐标系
?如果地球自转轴和公转轴平行，就不会有季节!
天文学导论二
G
K
6,000
4,000
黄
红橙
重元素一次电离线，中性金 属线
中性金属线，重元素一次电 离线
M 3,000 红 中性金属线，分子带 每一种光谱型可以继续分为0-9十个次型。太阳的光谱型 为G2 。
恒星的颜色
不同光谱型恒
星的辐射能量 比较
Digital Stellar Spectra
A9-O5 main
(1) 定义 古希腊天文学家Hipparcos在公元前150年左右首先 创立了表征恒星亮度的星等系统（1星等 ~ 6星等）。 星等值越大，视亮度越低。
天文学家在此基础上建立了星等系统，定义星等相 差5等的天体亮度相差100倍，即星等每相差1等，亮 度相差 (100)1/5=100.4≈2.512倍。 星等分别为m1和m2的恒星亮度之比为 F1/F2 = 10-0.4 (m1-m2) m1－m2=－2.5log (F1/F2) 或m =－2.5log (F/F0)，其中F0为定标常数。
Oh, Be A Fine Guy (Girl), Kiss Me!
光谱型 O B A F
表面温度(K) 30,000 20,000 10,000 7,000
颜色 蓝 蓝白 白 黄白
特征谱线 强电离 He 线，重元素多次 电离线 中性He线，重元素一次电 离线，H线 H线，重元素一次电离线 重元素一次电离线， H 线和 中性金属线
0.55
0.40 0.21
0.65
1.0 1.7
6,000
4,620 3,000
Betelgeuse(参宿四) B-V=1.85，星表温度 3100K
大火(Antares,蝎子座α) B-V=1.87，主星表面温度3400K 带一个B光谱型的矮伴星
天文学导论(上册)PPT模板
第五章行星和卫星 的运动
§5.7活力公式和宇宙速度 §5.8摄动问题 §5.9卫星的轨道运动、潮汐和引 力范围
08 第六章行星和卫星的性质
第六章行星 和卫星的性
质
0 1
§6.1行星的一 般性质
0 4
§6.4火星及其 卫星
0 2
§6.2水星
0 5
§6.5木星及其 卫星
202X 天文学导论（上册）
演讲人 2 0 2 X - 11 - 11
01 目录
目录
02 绪论
绪论
§0.1天文学的研究对象和意义 §0.2宇宙概观 §0.3天文学的分支 §0.4天文学简史
03
第一章地球的运动和天球坐 标系
动第 和一 天章 球地 坐球 标的 系运
01
§1.1天球
0 3
§6.3金星
0 6
§6.6土星及其 卫星和环系
第六章行 星和卫星 的性质
§6.7天王星及其卫星和环带 §6.8海王星及其卫星 §6.9冥王星及其卫星
09 第七章太阳系的小天体
第七章太阳 系的小天体
0 1
§7.1小行星
0 2
§7.2彗星
0 4
§7.4几颗著名
的彗星
0 5
§7.5流星
0 3
§7.3彗星的结 构和性质
第四章地球和月球
§4.7月球的大小、质量和距离 §4.8月球的运动 §4.9月球表面 §4.10月球的物理状况 §4.11日食和月食
07 第五章行星和卫星的运动
第章行星和卫星的运动
§5.1太阳系
§5.3行星的视运动及其 解释
§5.5万有引力定律
天文学导论
天文学导论是一门介绍天文学基础知识的课程。
天文学是研究天体及宇宙现象的学科，它涉及的内容非常广泛，包括天体物理学、天体化学、天体生物学、天体力学等等。
天文学导论主要介绍天文学的基本概念、基础原理以及研究方法。
在天文学导论中，学生将学习到宇宙的基本构造和演化史，包括宇宙大爆炸、恒星形成和演化、星系的形成和演化等。
学生还将了解行星和卫星的形成和演化，以及它们与太阳系的关系。
此外，天文学导论还会介绍宇宙中的黑洞、暗物质、暗能量等神秘物质和现象。
在天文学导论中，学生将学习到天文学的测
量方法，包括望远镜观测、天文摄影、光度
测量、频谱分析等等。
学生还将学习到天文
计算的基本方法，包括天体力学、宇宙学、
恒星演化和星系演化等等。
通过这些学习，
学生将能够理解天文学研究的基本方法和技术，为将来的天文研究打下坚实的基础。
在天文学导论中，学生还将学习到天文学的
历史和文化背景。
天文学是人类的一项重要
文化遗产，自古以来就受到人们的关注和尊重。
学生将了解到不同文化中对天文学的理
解和解释，包括古希腊、古埃及、中国、印
度等等。
通过了解天文学的历史和文化背景，学生将更深入地了解天文学的意义和价值。
总之，天文学导论是一门非常重要的课程，它将为学生打开探索宇宙的大门，帮助他们理解宇宙和地球的关系，提高他们的科学素养和思维能力。
天文学十大经典书籍
天文学十大经典书籍# 天文学十大经典书籍天文学作为一门古老而深刻的科学，一直以来都吸引着无数探索者和学者。
从古至今，有许多经典著作为天文学的发展奠定了基础，为我们揭示了宇宙的奥秘。
以下是天文学领域中十部经典书籍，它们涵盖了广泛的主题，深入浅出地阐述了宇宙的运行规律和各种神秘现象。
## 1.《天球运动论》 - 托勒密公元2世纪的希腊天文学家托勒密创作的《天球运动论》是天文学的奠基之作。
在这部巨著中，托勒密提出了地心说，阐释了星体的运动和天空现象。
尽管后来的科学发现推翻了地心说，但这本书对于理解古代天文学的思考方式至关重要。
## 2.《天球的结构》 - 伽利略·伽利莱伽利略·伽利莱被誉为现代天文学之父，他的著作《天球的结构》是一部重要的经典之作。
通过望远镜的观测，伽利略发现了木星的卫星和月球的山脉，为日心说提供了有力的证据，开创了现代天文学的先河。
## 3.《天体运动新论》 - 约翰·开普勒17世纪的德国天文学家约翰·开普勒在《天体运动新论》中提出了行星运动的三大定律，为日心说和伽利略的观测结果提供了理论基础。
这部著作不仅在数学上深刻，也为后来牛顿的引力理论打下了基础。
## 4.《星云》 - 查尔斯·梅西耶19世纪的法国天文学家查尔斯·梅西耶在《星云》中详细描述了他发现的一百多个星系，被誉为梅西耶天体。
这本书为我们认识宇宙的广袤和多样性提供了深刻的见解。
## 5.《星际物理学》 - 阿瑟·爱丁顿英国物理学家阿瑟·爱丁顿的《星际物理学》深入研究了恒星的结构和演化，以及宇宙射线等现象。
这本书为理解恒星的能量产生和释放机制提供了关键的信息。
## 6.《宇宙的结构》 - 斯蒂芬·霍金斯蒂芬·霍金的《宇宙的结构》是一部通俗易懂的天文学著作，深入浅出地解释了宇宙的起源、结构和演化。
霍金以独特的思考方式为读者打开了通往宇宙深处的大门。
天文学导论智慧树知到答案章节测试2023年中国科学技术大学
第一章测试1.天文学是一门古老而又年轻的学科。
A:错B:对答案:B2.宇宙中存在各种极端物理条件，可以检验物理规律的普适性。
A:错B:对答案:B3.天文学研究已经获得很多次诺贝尔奖，将来很难有更多此类量级的重大发现。
A:对B:错答案:B4.中国天文大科学工程时期已经基本结束，因而我们预期重大发现的涌现。
A:对B:错答案:B5.不属于20世纪60年代四大射电天文发现的是（）A:白矮星B:微波背景辐射C:星际分子D:类星体答案:A6.宇宙中可以存在哪些极端物理条件（）A:强引力B:超高能C:超强磁场D:超真空答案:ABCD7.以下哪些天文发现没有获得诺贝尔物理学奖（）A:中微子振荡B:大爆炸宇宙学C:类星体的发现D:脉冲双星的发现答案:BC8.下面4个电磁波波长最短的是（）A:红外B:X射线C:紫外D:光学答案:B9.下列不是空间望远镜的是（）A:甚大望远镜B:XMM-牛顿望远镜C:阿尔法磁谱仪D:硬X射线调制望远镜答案:A10.天文学研究的用处有（）A:检验物理规律普适性B:促进物理学发展C:授时、制作日历D:满足人类好奇心答案:ABCD第二章测试1.宇宙中天体物理条件太极端，所以完全无法在实验室进行任何相关天体物理研究。
A:错B:对答案:A2.地心说是完全错误的，日心说是完全正确的。
A:错B:对答案:A3.天文学中定义的各种时间有着各自适用的范围。
A:对B:错答案:A4.开普勒行星运动定律和牛顿万有引力定律之间没有关系。
A:对B:错答案:B5.引力波观测常被比喻成天文学家的（）A:听觉B:触觉C:视觉D:味觉答案:A6.不属于开普勒行星运动规律的是（）A:椭圆定律B:周期定律C:面积定律D:密度定律答案:D7.以下距离或距离单位最大的是（）A:水星与太阳的距离B:地月距离C:天文单位D:光传播一分钟的距离答案:C8.星等值相差15等的两颗恒星的亮度差为（）倍A:1000000B:1000C:10000D:100000答案:A9.以下观测和日地距离的测量有关的是（）A:月食B:三角视差C:金星凌日D:日食答案:BC10.视星等为下列哪个值的恒星最亮（）A:18B:16C:19D:17答案:B第三章测试1.彗星通常有两个彗尾：原子彗尾和离子彗尾。
天文学导论_宇宙概观
• (μ ) micro = 0.00 000 1 = 10-6
中国特有的词冠
• 万 = 104 = 10 K (thousands) • 亿 = 108 = 100 Millions • “Billion = 109 = Giga = 10 亿” • Trillion = 1012 = Tera = 10,000 亿
长度单位Length Units :光年 light year
• 恒星和星系之间的距离是非常遥远的，所 以使用天文单位有的时候也不是很方便。 • c=300,000 km/s = 3 x105 km (in vacuum) • 测出光通过某段距离的时间，也就知道了 这个距离。
Examples: 月亮Moon: 光秒
几个概念
• Light year (ly 光年) – 光在一年里走过的距 离 (about 10 trillion (10 万亿) km) • Star 恒星–由炽热气体组成的、能自己发光 的球状或类球状天体。离地球最近的恒星 是太阳。其次是半人马座比邻星，它发出 的光到达地球需要4.22年。 • Planet 行星 – 在椭圆轨道上环绕太阳运行 的、近似球形的天体。行星本身一般不发 射可见光，而以表面反射太阳光而发亮。
光分Light minute
• A Light Year (ly) is the distance light travels in a year 1 ly = 9.4604x1015 metres (63,000 AU)
科学表示法 Scientific Notation
• 当我们在处理天文学数据的时候，如果按平时的 习惯来书写，我们会感到很tiresome ，因为有 Too many zeros… • 所以我们采用科学表示法，指数给出了零的个数。
天文学导论复习
•体积膨胀表面温度降低，但光度增加
2.红巨星支
He核体积持续缩小电子开始简并(压)
红巨星结构：非燃烧简并He核+燃烧H壳层+非燃烧H包层
（恒星沿RGB是加速向上攀升的）
3.氦闪
由于简并，He核温度上升但不膨胀
氦闪后，电子简并解除
恒星进入一个新的稳定态：He在正常的非简并的核内燃烧成为C，H在壳层内燃烧成为He
3.牛顿的万有引力定律
牛顿万有引力定律适用于弱引力场，例如太阳系（水星除外）
4.爱因斯坦的相对论
长度、时间和质量是相对的，依赖观测者相对于所选定的参考系的运动
三．辐射与天文望远镜
1.电磁（波）辐射
2.黑体辐射
物件加热：低温红外线，温度升高红光黄光白光蓝光
黑体谱的形状只与物体(恒星)的表面温度有关
维恩位移定律：温度降低，黑体谱的峰值向长波方向移动
6.太阳系的形成
六．系外行星
1.引言：系外行星存在的证据
尘埃盘(Dust Disks)暗示行星的存在
2.方法：探测系外行星的5大技术
直接成像法
天体测量学法
视向速度法—多普勒效应
凌星法
微引力透镜法
时间测量法
3.历史：不该有行星的脉冲星
4.特征：系外行星与太阳系大不同
5.方向：寻找类地行星的宏伟计划
6.目的：搜寻地外生命与智慧生命
2.类地行星
一般特征：像地球，靠近太阳，铁（镍）核心和岩石外壳，没有或极少卫星，体积小，质量不大，致密，密度= 4-5 g/cm3，大气稀薄
水星
几乎没有大气，水星表面昼夜温差极大
金星
天文学导论课件,北师大版
2、天文学研究对象与方法
行星层次：八个行星，矮行星、 太阳系小天体 恒星层次：太阳及其它恒星 星系层次：银河系、河外星系、星系群、 星系团 宇宙整体: 可观测的宇宙
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• 天文学是研究宇宙的科学。 • 宇宙：四方上下曰宇，往古来今曰宙。 —— 《淮南子》 • 宇宙包含了所有的空间、时间、物质和能量。
6
考核方式： • 作业、小论文、课堂讨论,等等，占学期总成 绩40% • 期末考试：书面闭卷笔试, 占学期总成绩60%
7
第一章 绪论
1、天文学的发展历史 2、天文学的研究对象与方法 3、天文学和物理学的关系
8
Inscription over Kant's tomb Two things fill the mind with ever-increasing awe - the starry heavens above me and the moral law within me.
45
• 北京时间2006年8月24日晚上9点20分，第26 届国际天文学联合会大会投票，部分通过新 的行星定义，冥王星被排除在行星行列之 外，太阳系行星数量将由九颗减为八颗。
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决议5A： IAU决定我们太阳系内的行星和其他天体按照下列方式划 分为3个明确的类别： (1)一颗行星1是一个天体，它满足(a)围绕太阳运转，(b) 有足够大的质量来克服固体应力以达到流体静力平衡的(近 于圆球)形状，同时(c)扫清了所在轨道上的其他天体。 (2)一颗矮行星是一个天体，它满足(a)围绕太阳运转，(b) 有足够大的质量来克服固体应力以达到流体静力平衡的(近 于圆球)形状2 ，(c)没有扫清所在轨道上的其他天体，同时 (d)不是一颗卫星。 (3)其他围绕太阳运转的天体3 ，卫星除外，统称为“太阳 系小天体”。
天文学导论课件北师大
54
太阳中微子问题
• 中微子是一种不带电、质量极小的亚原子粒 子，它几乎不与任何物质发生相互作用；
• 太阳内部H核聚变释放能量的5%被中微子携带 向外传输，每秒大约有1015个中微子穿过我们 的身体 ；
• 目前接收到的太阳的辐射（光子）实际上产生 于~105-107年前的太阳内部，而中微子则是在
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质子-质子链与碳氮氧循环核反应率的比较
T17 T4
48
恒星如何维持稳定的核燃烧？
• 恒星内部的核反应速率对 温度十分敏感， ε∝T4 (PP), T17 (CNO)
• 恒星是稳定的气体球，其 内部任意一点必须维持流 体静力学平衡。 （向内的）重力 ó（向 外的）压力差 T ↑→ε ↑→ P ↑→R↑ →T↓
15
太阳元素 的发现
• 1868年8月18日，法国天文学家詹逊观测 日全食时，发现日珥的一条橙黄色明线 （D3），不能和已知的地球上任何元素 的谱线相对应。命名为氦，曾称“ 太阳 元素”。
27年后，一位名叫雷姆塞的英国化学家终 于在地球上也找到了氦。
16
核心区 辐射区 对流区 光球 色球 过渡区 日冕
太阳常数： 单位时间垂直射入地球大气外单位面积上
的能量。 地面测量归算出大气外的值为: 1.95cal/(cm2·min)。
7
• 近40年来，卫星测定太阳总辐照及其变化，以 太阳(总)辐照取代太阳常数。 太阳总辐照：太阳垂直照射在离它1AU处每平方 米面积上的总辐射流。 平均值:1365～1369W/m2
第六章：离我们最近的恒星—太阳
1. 太阳的概况 2. 太阳的观测 3. 太阳的内部结构与能源 4. 太阳活动 5. 太阳和其他恒星的关系及日地关系 6. 太阳系起源与演化
天文学导论7
11
• 单线（单谱）分光双星(仅可观测到主星 光谱）
12
（3）食双星（eclipsing binaries）
• 两子星相互交食造成亮度变化的双星 食变星 • 按光变曲线的形状： 大陵型，渐台型和大熊W型。 椭球双星（椭球变星）： 不出现掩食，亮度有周期变化。 食双星和椭球双星又统称为测光双星。
13
37
Jets from SS 433
Soft X-ray imag仙座第二颗亮星
34
X射线双星
X射线双星 (X-ray binaries) • 由致密星（中子星或黑洞） 与正常恒星组成的双星系统。 • 致密星通过吸积伴星物质产 生X射线辐射。
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• 奇异天体SS433:X射线爆
36
SS 433
• • • • • 吸积产生喷流 轨道周期：13 days 喷流速度：0.26 c 喷流进动周期：164days 致密星： 中子星？黑洞？
15
对于三类双星，都可以由观测数据推算出 轨道要素： • 目视双星←伴星对主星的相对位置； • 分光双星←视向速度曲线； • 食双星←光变曲线。
16
3.万有引力定理和恒星质量的测定
• 利用Kepler第三定律和Newton万有引力定律：
a G = 2 (M1 + M 2 ) 2 P 4π
其中：a, P 为双星的轨道半长径和周期。 以太阳-地球系统为参照 P：回归年 a : 天文单位 M: M⊙ 忽略地球质量
10
（2）分光双星（spectroscopic binaries）
• 通过子星轨道运动引起的谱线的Doppler位移确 定其双星性质 双线（双谱）、单线（单谱）分光双星 光谱双星：观测不到谱线位移（由于两子星间距 远，速度小，或双星轨道面法线与视线的交角很 小），但观测到的光谱明显地由两个光谱组成。
天文学导论 教学大纲
教学大纲：“天文学入门”（天文学导论Ⅰ）：40学时；第一章天球坐标系第二章时间计量系统第三章天文望远镜简介第四章第四章太阳系概述实验题目：1、天球仪的使用及认星2、天文望远镜的使用3、行星、月球的目视观测4、参观国家天文台兴隆观测站5、参观国家天文台怀柔观测站6、参观北京天文馆7、参观航天城 8、参观国家天文台密云观测站“近代天文学前沿”：20学时；宇宙的膨胀与哈勃定律；热大爆炸宇宙模型；20世纪的重大天文发现；天体物理学中的疑难问题；空间天文学的发展；人类开拓太空。
“天文学导论”：60学时；第一章绪论第二章恒星的基本概念第三章恒星光谱和化学组成第四章恒星的颜色和光谱能量分布第五章天文观测方法第六章离我们最近的恒星─太阳第七章双星第八章变星第九章致密天体第十章赫罗图和恒星的演化第十一章星云和恒星的形成第十二章银河系第十三章河外星系第十四章活动星系第十五章宇宙学“天文学导论实验”：40学时实验一：天文年历、星表、星图的使用实验二：流星和流星雨的观测实验三: 天文望远镜的使用与光学性能的测定实验四：太阳黑子的投影观测及数据处理实验五：太阳光球光谱的拍摄与证认实验六：恒星光谱分类实验七：目视双星的目视观测实验八：目视双星的CCD观测实验九: 星系星云的CCD成像观测实验十: 星系的哈勃分类实验十一：河外星系红移的测定实验十二：CCD的性能指标的测试实验十三：星系星云的CCD观测彩色图像的合成及资料处理实验十四：用周光关系测定造父变星的距离一、课程目的和任务本课程重点要求掌握天文学基本概念，主要是介绍天文学的基础知识，从学习中领会科学的思考和解决问题的方式，注重学生科学素质的培养。
通过天文学研究的新成就与新动态使学生了解天文学科在社会发展中的重大作用；注重课堂讲授与观测相结合，重点在于启迪学生的思路，拓宽学生的视野，培养学生发现问题，分析问题和解决问题的能力，使学生对天文学专业具有基本的了解，树立专业思想，热爱天文学专业。
【天文学导论课件@北师大】3
三、行星的环带
1、光环的组成：由无数大小不等 的冰块、岩石块、尘埃颗粒组成。 2、光环的运动：为保持稳定，沿行星本身的赤道面 高速旋转，否则会被行星的巨大引力拉过去。 3、共性：1、洛希极限内；2、赤道面附近；3、总质量远小于 行星及大卫星的质量；4、由分离的质点组成。 木星：既薄又暗、由尘埃及大小不等的石块组成。 土星： 成千上万条像密纹唱片一样，由碎冰块、 石块、尘埃颗粒组成。 天王星：有11条光环、间隔很大、由石块、尘埃、 冰块组成。 海王星：有5条光环、有的完整、有的残缺。
偏心率 倾角 公转周期 会合周期 轨道运动 (日) (日) 平均速度（km/s） 0.2056 7°.0 87.97 115.88 47.87 0.0068 3°.4 224.70 583.92 35.02 0.0167 0° 365.27 29.79 0.0934 1°.9 686.98 779.93 24.13 0.0483 1°.3 4332.71 398.88 13.06 0.0560 2°.5 10759.50 378.09 9.66 0.0461 0°.8 30685.00 369.66 6.80 0.0097 1°.8 60190.00 367.49 5.44 0.2482 17°.1 90800.00 366.73 4.74
满足三判据的天体 定义为“行星” 一、绕日运行 二、近似球体 三、轨道清空
满足三判据之二 定义为 “矮行星”
一、绕日运行 二、近似球体
仅满足三判据之一 即 绕日运行 的天体 均分类为 “太阳系小天体”
§3.2 、 行 星
一、分类： 类地行星 石质行星 ：水 金 地 火 体积小、密度大、中心有铁镍核、 金属含量高、自转慢、卫星少。 巨行星 气态巨星：木 土 天 海 体积大、密度小、主要由H 、He组 成、无固体表面的流体行星、自转快、 卫星多。
天文学导论复习资料
天文学导论复习资料第一讲天文学导论●古希腊天文学：毕达哥拉斯，亚里斯多德（地球中心学说），托勒密的地球中心学说天文学的发展期：哥白尼、第谷、开普勒和伽利略牛顿的万有引力定律爱因斯坦的相对论●开普勒第一定律：（轨道形状）所有行星皆以椭圆轨道环绕太阳运行，而太阳位于椭圆的一个焦点上●开普勒第二定律：（行星速度）行星和太阳的（假想）连线在相同的时间内扫过相等的面积。
行星越接近太阳则运行速度越快近日点，运动最快远日点，运动最慢●开普勒第三定律：（轨道周期）行星公转周期的平方和其到太阳的平均距离的立方成正比(公转周期)2 = (常数) x (平均距离)3第二讲天体的视运动●月相与食无关天体的视运动月全食时月亮变为黄铜色或血红色，这是由于地球大气中的尘埃颗粒折射阳光中的红光并到达月球所致●内行星：水星，金星外行星：火星、木星、土星、天王星和海王星●头顶的星空取决于你在地球表面上的位置和当地时间●北京时间正午12点（东经120度）时，北京地方时（东经116.5度）即太阳时为11点46分，所以此时北京的太阳在子午线以东约3.5度，再过约14分钟北京“真”正午●南北天极：不变的参考点北天极：北极星南天极：南十字座●天赤道：不变的参考点所有恒星沿与天赤道平行的路径由东向西运动（圆弧轨迹在地球两极，天赤道=地平线●天顶、地平线和子午线：本地参考系天顶和子午线的位置不随观测者的地平线移动相对于星星来讲，天顶和子午线的位置在变天体的运行（圆弧）轨迹与地平面的夹角为：90 度-观测者所在地理位置的纬度（=天赤道与地面夹角）●在北极：所有星星沿与地平面平行的圆轨迹运行，从不下落赤道上：所有星垂直于地平面升起和下落“可见所有星”●太阳在天球上的视运动轨迹称为黄道●太阳日=24小时：太阳连续两次到达子午线的时间恒星日=23小时56分：恒星连续两次到达子午线的时间恒星日是地球真实的自转周期，不随其绕太阳公转而变化，均为23小时56分●月球回到原处（相对于恒星）的周期约为27.323 天，此为恒星周期●两个天体之间的距离常用它们与观测者之间的夹角表示，即角距●北京：东经116度22分；北纬39度58分本初子午线：格林尼治天文台●把地球的经度、纬度投影到天球上便成为天球的赤道坐标系赤纬：从天赤道开始至两极Dec [–90，90] 度赤经：用小时、分和秒的时间单位来表示，并由西向东由0增加到24小时赤经的计算起点为春分点，在天赤道上由西向东分为24小时地球“24小时”自转一周360度赤经1小时对应地球自转15度对于赤经相差1小时的两颗恒星，例如，RA2-RA1= +1小时：恒星1比恒星2早1小时通过你的子午线（上中天）如果不是拱极星，恒星1比恒星2早1小时从东方升起●某地某时刻的恒星时等于此时此刻位于子午线上的恒星的赤经（天球上与子午线重合的赤经）赤经小于地方恒星时的恒星位于子午线以西赤经大于地方恒星时的恒星位于子午线以东●一颗恒星的时角τ、赤经α和当地的恒星时θ之间的关系为τ= θ?ατ< 0, 在子午线以东（α>θ）τ> 0, 在子午线以西（α<θ）第三讲辐射与天文望远镜●黑体谱：连续谱的形状只与物体(恒星)的表面温度有关其峰值波长（颜色）由其表面温度决定温度降低，黑体谱的峰值向长波方向移动冷物体产生长波（低频）辐射热物体产生短波（高频）辐射●辐射的平方反比定律：强度x 距离2 = 常数（恒星辐射能力）●关于天文望远镜的常见误解(wrong) 放大作用:大型望远镜把天体放得更大(Right) 聚光作用：使（暗弱）天体的图像更亮更清晰(wrong) 望远镜究竟可以看到多远的天体？只要一个物体足够亮，无论多远都可以看到(right) 望远镜可以看到多暗的天体？或望远镜可以看到几等星?只要一个物体足够暗，无论多近都看●光学望远镜的类型：折射式望远镜反射式望远镜第四讲太阳系(1) 行星●行星是一个具有如下性质的天体：（a）位于围绕太阳的轨道上，（b）有足够大的质量来克服固体应力以达到流体静力平衡的形状(近于球形)，以及（c）已经清空了其轨道附近的区域。
天文学导论习题答案
(50)
该行星的密度与木星的密度比为：
ρp = Mp · ρJ MJ
Dp DJ
−3
= 0.69 ×
2.1 × 105 1.42 × 105
−3
= 0.21
(51)
11
12
第五章 望远镜的基本原理
1. 暗7个星等需要的放大倍数为：
A = 2.5127 = 631
(52)
由A = (D/d)2，其中D为望远镜的口径，d为人眼在夜间瞳孔的直径，
Npp
=
F ∗A ∆mc2
=
1300 × 1 4.6 × 10−29 × (3 × 108)2
=
3.14 × 1014
(30)
每个质子-质子链产生两个电子型的中微子，因此单位面积上照射的中微
子数目为：
Nν = 2Npp = 6.28 × 1014
(31)
7
在 北 纬620处 ， 中 午 太 阳 照 射 的 角 度 与 地 面 的 法 线 方 向 的 夹 角 为θ = 620 − 23.50 = 38.50， 因此，照射到A = 1m2上的中微子数目为：
rperi = a(1 − e) = 3.844 × 108 × (1 − 0.056) = 3.629 × 108m
(25)
远地点为：
rap = a(1 + e) = 3.844 × 108 × (1 + 0.056) = 4.059 × 108m (26)
在地球上看来太阳的角直径为：
θ
d =
= 1.39 × 109 = 0.927 × 10−2
40其中5710278k4110如果t278100000773au4230101712142010181043转动周期p为121018102110066years44第第第四四四章章章太太太阳阳阳系系系外外外行行行星星星38101145由恒星的视向速度v3012610601046根据质心的定义得到行星的质量m6010381011157101au6010272010331510113010451048太阳的视向速度v为
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谢谢大家
• 包括宇宙飞行器（卫星、宇
宙飞船等）和空间垃圾等。
• 1957年10月4日原苏联发射第
一颗人造地球卫星，开始了 人类历史的航天时代。
• 1957年以来，世界各国向宇
宙空间的发射已达三千多次， 被送上空间运行轨道的人造 天体也已有一万多个。
人造天体
• 重要参数：
• 运行周期 • 轨道高度，高度决定周期
• 约是地球的1/11
• 和太阳距离：2.28亿公里
• 1.53天文单位
• 自转周期：24.6h • 公转周期：687日 • 卫星：两颗
气态巨行星——木星
• 半径：7.15万km，约是地球11倍 • 质量：1.90×10²⁷kg
• 约是地球的320倍，主要是氢和氦
• 和太阳距离：5.2天文单位 • 自转周期：9.84h • 公转周期：11.86年 • 卫星：68颗（有4颗最先发现）
最暗星等：30m
著名恒星——北极星（勾陈一/小犬座α星）
• 三合星 • 质量：主星约4倍太阳质量 • 总亮度：1.97等 • 和地球距离：434光年 • 天空中的位置：北天极附近
• 赤纬89度15分 • 北极星是会变的，12000年后的北极星
是织女星（0等星）
著名恒星——南门二/半人马座α星
• 三合星，其中的丙星为距太
中子星合并
致密天体——白矮星
• 大小：约地球大小 • 密度：100-10000kg/cm3 • 实例：天狼星伴星 • 太阳的质量，地球的大小 • 天狼星是全天第一亮恒星
致密天体——中子星
• 大小：半径10-30km • 密度：1014-1015kg/cm3 • 实例：蟹状星云中的中子星
PSR 0531+21
星际介质
• 空旷的宇宙空间：恒星、行
星等星体只占极小的一部分。
其余部分被星际介质充满。
• 星际气体：星际介质并不均
匀，比较密集的地方称为星
际气体。
• 0.1原子/cm3
• 作用：这里是恒星诞生的地
方。星际气体在引力作用下
收缩成恒星。
人类对太空的观测
及天文望远镜的介绍
光学天文望远镜介绍
• 通过光学成像的方法使人看
• 质量：1.99 x 1030 kg
• 相当于 3.3 x 105 个地球
• 估计太阳的寿命还有50亿年
太阳的结构
• 太阳由内而外可以分成三层： • 核心区、对流区、太阳大气 • 核心区是太阳光和热的来源： • 核聚变发生的地方
太阳的结构
• 太阳大气又可以分成三层： • 光球层、色球层、日冕层 • 我们看到的太阳光来自于光球层 • 日冕层只有日全食时才能看到
• 约是地球的14.5倍
• 和太阳距离：19.2天文单位 • 自转周期：17.24h，躺着自转 • 公转周期：84.32年 • 卫星：27颗
冰态巨行星——海王星
• 半径：2.48万km，约是地球4倍 • 质量：1.0247×10²⁶kg
• 约是地球的17倍
• 和太阳距离：30.06天文单位 • 自转周期：15.93h • 公转周期：164.8年 • 卫星：14颗
• 很多中子星会发出脉冲信号，
故又称脉冲星。
致密天体——黑洞
• 大小：
• 恒星级黑洞：约10太阳质量 • 星系中央的超大质量黑洞：
约106 – 109 太阳质量
• 密度：无穷大，光也无法逃脱 • 实例：天鹅座X-1
银河系中央黑洞
星系
• 含义：包含恒星、星际介质
等，并且受到引力束缚的大 质量系统
• 星系的数量：千亿以上
气态巨行星——土星
• 半径：6.03万km，约是地球9.5倍 • 质量：5.688×10² 和太阳距离：9.5天文单位 • 自转周期：10.55h • 公转周期：29.53年 • 卫星：62颗
冰态巨行星——天王星
• 半径：2.56万km，约是地球4倍 • 质量：8.6810 ×10²⁵kg
的小行星密集区域
• 和太阳距离：2.17-3.64AU • 有50万颗以上小行星 • 成因：它们本应形成一颗行
星，但木星的巨大引力阻止 了它们合并
矮行星——谷神星
• 半径：950km • 和太阳距离：2.8AU • 太阳系中最小的、也是唯一
位于小行星带的矮行星。
• 有液态水，能接受一些阳光，
有生命存在的可能
• 按轨道可分为：
• 低轨道卫星（LEO）、中轨道卫星
（MEO），高轨道卫星、地球同步轨道 卫星、地球静止轨道卫星（GEO）、太 阳同步轨道卫星（SSO）和极轨道卫星
著名的人造天体——国际空间站
• International Space Station • 高度约400km，周期90分钟 • 16个国家参与研制，中国因美国
天文学导论
清华大学 马福崑
我们来看一段视频
• 这一段视频是由NASA（美国国家航空航天局）制作的， • 视频展现了从我们所在的地球不断扩展视野直到宇宙边缘的场景。 • 这段视频中展现的浩瀚星空都是天文学研究的范围。
什么是天文学？
• 天文学(Astronomy)是研究宇宙空间天体、宇宙
的结构和发展的学科。
阳最近的恒星，称比邻星
• 质量：1.1/0.9/0.12太阳质量 • 总亮度：-0.27等 • 和地球距离：甲乙4.35光年
丙4.22光年
• 天空中的位置：仅南半球可见
• 赤纬-60度50分
致密天体
• 特征：极高的密度，但是不
亮，利用其引力观测
• 分类：
• 白矮星、中子星、黑洞
• 来源：
• 白矮星：小质量恒星死亡 • 中子星：大质量恒星死亡 • 黑洞：超大质量恒星死亡、
• FAST是世界在建的最大射电
望远镜，借助天然圆形溶岩 坑建造。
• 反射面总面积25万平方米
（相当于30个足球场）
• 看到更清晰的宇宙。
钱德拉X射线天文台 Chandra X-ray Observatory
• 是美国宇航局于1999年发射
的一颗X射线天文卫星目的 是观测天体的X射线辐射。
• 其特点是兼具极高的空间分
类地行星——金星
• 半径：6050km，约和地球相同 • 质量：4.869×10²⁴kg
• 约是地球的4/5
• 和太阳距离：1.08亿km
• 0.72天文单位
• 自转周期：243.01日 • 公转周期：224.70日 • 卫星：无
类地行星——火星
• 半径：3397km，约是地球一半 • 质量：6.4219×10²³kg
到远处的物体，并且显得大 而近的一种仪器。
• 有折射式和反射式两种
世界各地的光学天文望远镜
凯
克
望
远
镜
，
夏
威
Hale （黑尔）望远镜 (5m) (1947)
夷
帕洛玛天文台（Palomar observatory）
哈勃空间望远镜（HST）
• 哈勃空间望远镜（Hubble
Space Telescope；HST）
著名的彗星——哈雷彗星
• 人类首颗有记录的周期彗星 • 唯一能用肉眼直接从地球看
见的短周期彗星
• 公转周期：约76年 • 英国物理学家爱德蒙·哈雷首
先测定其轨道数据并成功预 言回归时间而得名
• 下次出现：2061年7月28日
人造天体
• 由人工研制，发射到宇宙空
间的飞行体。运行规律与自 然天体基本相同。
喜帕恰斯提出并规定
• 数值越小星星越亮，越大则
星星越暗
• 规定：1等星的亮度是6等星
的100倍
• 两个星等间，亮度差2.512倍
常见天体的视星等
• 太阳：-26.7m • 满月：-12.6m • 金星最亮：-4.4m • 天狼星：-1.46m • 最大地面望远镜可观测最暗星等：
25m
• 哈勃空间望远镜（HST）可观测
的反对未能参与
• 1994年开始准备，1998年第一个
组件发射，2011年组装完成
• 最亮时可在地面用肉眼看到。
太阳系外天体介绍
向远处说去
太阳系外天体
• 恒星 • 致密天体（白矮星、中子星、黑洞） • 星系（银河系、河外星系） • 星际介质
恒星
• 恒星的特征参数：
• 质量、光度、亮度、寿命 • 和地球距离、天空中的位置
什么是宇宙？
• “宇”指无限空间，“宙”指无限时间。 • 宇宙是时间和空间的统一体，是一切物质及其存在形式的总称。 • 换句话说，宇宙就是世间一切的总和。 • 在生活中，我们所说的“宇宙”更多的是指地球之外的部分。
什么是天体？
• 天体是指宇宙空间的物质形体。 • 具体来说，太阳、月亮、“星星” 等都是天体。
• 星系的组成：几十亿至几千
亿颗恒星和之间的星际物质
• 星系的分类：
• 椭圆星系 • 旋涡星系 • 棒旋星系 • 不规则星系
• 椭圆星系： • 旋涡星系：
不同的星系 • 棒旋星系： • 不规则星系：
银河系
• 类型：棒旋星系 • 半径：6万光年 • 中心厚度：1.2万光年 • 质量：7500亿倍太阳质量 • 结构：银心、银核、银盘、
八大行星
小行星带 气态巨行星
类地行星
冰态巨行星
地球
• 半径：6371km • 质量：5.965×1024kg • 和太阳距离：1.5亿km
• 1天文单位（1 AU）
• 自转周期：1天 • 公转周期：1年
地球的卫星——月球
• 直径：3476km，约是地球的3/11 • 质量：7.35×10²²kg
太阳系内天体介绍
从近处说起
太阳系内天体
• 太阳（恒星） • 八大行星（水、金、地、火、木、土、天王、海王） • 及其卫星（月球等） • 矮行星、小行星和彗星 • 人造天体