天文学复习题

200-12天文学复习题
（1）在高纬度地区发生日食，从月亮上看地球是什么样子？
答：一个亮大圆含暗小圆；小圆直径占1/4，有本影和半影。

（2）站在天狼星上看太阳和北斗七星，其中哪颗星更亮？
答：太阳
（3）在月球上看太阳和地球更经常看到哪个？
答：对着地球那面总能看见地球，背对着地球那面看不见地球，所以看见太阳多。

（4）如果太阳突然变成一个黑洞，地球轨道会发生什么变化？
答：不会有任何变化。

（5）两颗恒星与地球距离相差1000倍，他们绝对星等相等，视星等有何差别？
答：公式：m=-2.5×lgE。

M＝ m＋ 5－ 5logr
（6）我们所看到天上发亮的星都是恒星吗？
答：天上绝大部分发亮的星星是恒星，但不是全部。

因为，发亮的还有行星，人造卫星或太空站。

1.天文学的研究对象是什么？试叙述天文学研究对象的三大层次。

宇宙整体
行星层次：地球、其它八大行星，小行星、彗星、陨星
恒星层次：太阳及其它恒星
星系层次：银河系、河外星系、类星体、星系群、星系团
2.天文学包括哪三大学科？那一个是主流？
天体测量学：测量天体的位置和距离
天体力学：研究天体之间的关系
天体物理：研究天体的形态、物理状态、结构、化学组成；天体的产生和演化
天体物理学是主流
3.天文学观测的主要波段
三大观测波段：光学天文学、射电天文学、高能天文学（X射线、γ射线）
其它：紫外天文，红外天文、宇宙线天文学、引力波天文学、中微子天文学等
4．人类为什么登月和探测火星
人类要突破只能被动观测的局限，人类对宇宙奥秘的探索是无止境的！
有没有生命（或适合生命繁衍生存的条件）？
有没有值得开采的矿产？
有没有可能成为人类生活、科研的基地？（月基天文台等）
5．试叙述天体的空间尺度。

月球直径0.7×10-9光年
地球直径 1.3×10-9光年
太阳直径 1.47×10-7光年
太阳系范围 1.2×10-3光年
最近的恒星 4.3光年
银河系范围105光年（十万光年）
最近的星系106光年（百万光年）
星系团107光年（千万光年）
可测宇宙 1.5×1010光年（150亿光年）
6．天文学与物理学的相互促进，反映在那些方面？
20世纪初物理学家的预言推动着天文学发展：
光线在太阳引力场中弯曲
水星近日点的运动规律
引力场中的光谱红移
中子星的存在
宇宙微波背景辐射的存在
黑洞的存在
7．为什么说天体和宇宙是物理学的巨大实验室？
天文观测为物理学的基本理论提供了地球上实验室无法得到的物理现象和物理过程。

在宇宙中所发生的种种物理过程比地球上所能发生的多得多。

（1），极端物理条件实验室
如中子星：超高密、超强磁场、超强压力、超高温和超强辐射的空间实验室；
（2），引力实验室；
（3），等离子体实验室；
（4），超流超导实验室；
（5），高能带电粒子加速器等
8．星座是什么？
星座是人们为了观测研究方便把星空的人为划分为若干区域，古人划分星空形成风格各异的星座文化。

公元前3000年左右，古巴比伦人把星空中亮星连起来，勾画成牛、羊、蝎子等形象。

中国古代：分为四大区，二十八宿。

我国古代神话中28个神仙。

古希腊人：希腊神话中的人物或动物来为星座命名，共40多个。

9．不同星座对人会产生不同的影响吗？
对地球有影响的几种天体――太阳、月亮、彗星、小行星、陨星等，通过辐射、引力和撞击等影响地球。

恒星和星系，距离我们太遥远了，对地球的影响接近于零。

辐射影响，太阳最强；引力影响，月球最大。

都是和距离的平方成反比。

10．什么是黄道和黄道十二宫？
黄道：太阳在天球上视运动的轨道。

太阳视运动经过12个星座称十二宫，大约每个月经过一宫，（12个星座大小不同，12个宫则平均占30度）。

春夏秋冬
1, 双鱼宫4, 双子宫7, 室女宫10, 人马宫
2, 白羊宫5, 巨蟹宫8, 天秤宫11, 摩羯宫
3, 金牛宫6, 狮子宫9, 天蝎宫12, 宝瓶宫
11．星座的由来，命名的方法，记住几个主要星座的特征。

古希腊人：分成48个星座，但只是北天的恒星。

1928年，国际天文学联合会把全天分为88个星座，其中沿用了很多希腊人起的名字。

88个星座大小不同，星数差别很大，只是某一方向上的恒星，它们之间并没有确定的关系。

神话人物类：仙女座，仙王座，武仙座，猎户座，
动物类：大熊座，小熊座，金牛座，杜鹃座，大犬座，天琴座，天鹰座；
仪器用具类：罗盘座，时钟座，圆规座，六分仪座，显微镜座，望远镜座
12．地球自转和公转的观测证据是什么？
地球自转和天体的周日视运动。

地球从西往东自转、太阳东升西落、星空也东升西落、只有北极星例外，基本不变整个星空绕一条轴线（即地球的自转轴）旋转
15．天球是什么？
（1），用肉眼或望远镜看天体，分不清它们的远近，好象是镶嵌在无穷远处的球面上一个虚拟的天球。

（2），恒星在天球上的视运动。

（3），自行，但短时期不会明显看出恒星在天球上的相对位置发生变化，可以认为恒星固定在天球上。

（4），天球是一种方法，用起来方便。

14．天体的位置是怎样确定的？说明天球赤道坐标系的天赤道、北天极和春分点。

……
春分点是什么？赤道面和黄道面在天球上相交的两点为春分点和秋分点，对北半球来说，太阳在3月21日过春分点。

春分点在天球上的视位置和恒星一样也作周日运动，所以与恒星的距离不变。

坐标值（赤经、赤纬）不随时间变化，和观测地位置无关。

15．解释天体距离的单位：天文单位、光年和秒差距。

恒星之遥远，远到无法用千米做单位，天文学家特别定义了3把不同的尺子
（1），天文单位：太阳和地球之间的距离约1亿5千万公里，称为 1个“天文单位”
（2），光年：光1年走的距离（大约10万亿公里）
（3），秒差距： 1秒差距等于3.26光年
16．试说明测量天体距离的周年视差法。

周年视差
观测某一恒星，隔半年再观测
一次，由于地球绕太阳作轨道运动，
我们是在相距2倍日地距离在基线
两端观测这颗恒星的。

结果可发现
恒星在天球上的视位置会发生变化，
也就是有视差。

测量其视差，便可
以得到距离。

（见右图）
l秒差距的定义（见右下图）：
对1个天文单位的距离（日地距离）
视差为1角秒时的距离为1秒差距
l秒差距约等于3.26光年或30万亿公里
恒星距离和恒星视差成反比
恒星距离越远，它的视差越小
恒星越近，视差越大
距离（秒差距）＝ l／视差（角秒）
17．视星等和绝对星等的定义
视星等：
公元前2世纪古希腊人希帕恰斯首先用肉眼估计了星的亮度按明暗程度分成等级（6级）：眼睛看起来最为明亮：1等星，看起来比1等星稍暗一些：2等星，再暗一些的：3等星，依此类推。

眼睛刚能看到的：6等星。

星的亮度越大，星等越小，肉眼能见到的约有6000颗恒星。

视星等的科学性：
1850年，普森注意到，星等和亮度有一定的关系：
星等按等差级数增加
亮度按等比级数减小
1等星比6等星大约亮100倍
相邻2个星等的亮度差2.512倍
取零星等的亮度（E）为单位
普森公式：m=-2.5×lgE
绝对星等：视星等不是恒星真实发光能力，把恒星移到10秒差距(32.6光年)处，再比较它们的亮度（目视星等），其目视星等叫做绝对星等。

视星等和绝对星等的关系：
M＝ m＋ 5－ 5logr
m表示目视星等，M表示恒星的绝对星等，r表示恒星的距离（以秒差距）。

由 r 和 m 算出恒星的绝对星等M。

18．地球大气辐射窗口与天文学观测的关系？
地球大气有两个窗口，允许可见光和无线电两个波段通行无阻地到达地面。

天文学家把天体的无线电波段称为射电波段。

天文学家只是近几十年前才利用射电波段这个窗口。

射电天文这种新的观测手段一出现，就显示出极大的优越性。

红外、紫外、X射线和伽瑪射线被大气层所阻隔，必须把红外、紫外、X射线和伽瑪射线探测设备放入太空轨道才能发挥功用。

哈勃空间望远镜是光学望远镜，是为了克服大气抖动所造成的分辨率的限制。

可見光、紅外线、无线电波等等，全部属于电磁波。

所有电磁波在真空中皆以同一速度传播(光速﹐c = 299792450米/秒)。

在真空中﹐电磁波的传播速度(c)、波長和频率，有以下的简单关系：
(波長) ×(频率) = c
光的颜色是由光的频率所決定。

19．射电望远镜抛物面天线的主要功能。

天文观测要求：
能接收到来自天体的微弱辐射，要求有很高的灵敏度。

能看清天体的细节，要求有很高
的空间分辨率。

射电望远镜：
天线＋接收器（放大器）＋数据采集（计算机）＋纪录器
旋转抛物面
对于与主轴平行
的光，经反射后会聚
到焦点每道光的路程
都相等
ABF ＝CDF ＝
EGF ＝HKF ＝
…在焦点处
电波相位相同
抛物面天线的作用之一：收集能量
有人以为大型望远镜可以把天体放得很大。

大望远镜的作用並不是要把天体图象放得很大，而是要提供一個较亮和较清晰的影像。

（恒星只是一个亮点）
只要一個物体足夠明亮，无论距离多远都可以看到。

抛物面天线的作用之二：方向性
来自与抛物面主轴平行方向上的天体射电波经抛物面反射后会聚到焦点，凡偏离主轴方向较多的射电波都不会会聚到焦点处的“ 馈源”上，因此这类射电望远镜只能接收到来自主轴方向附近一个角度的电磁波，这个角称为分辨角。

分辨角越小，则分辨率越高。

20．天文望远镜分辨率公式
D λ
θ22.1=
分辨角（θ）和波长（λ）成正比，和望远镜的口径（D ）成反比。

分辨角越小，分辨率越高。

光学波段的波长远比射电波段的短，光学望远镜的分辨率远比射电望远镜高。

口径10厘米的光学望远镜，观测波长为5500埃（埃＝10－
8厘米）时，分辨角为1.4角分，而射电望远镜，在波长为5.5厘米观测波段上的分辨角要达到1.4角分，则要求射电望远镜天线的口径达到10千米，比光学望远镜的口径大10万倍。

而且，还要求抛物面天线的表面精度达到1/20
波长（3毫米）。

21．太阳的基本情况：距离、大小、质量、表面温度？
太阳是距离我们最近的
恒星；中等质量的壮年恒星；
日地距离约1.5亿千米；
半径比地球大109倍，体积
是地球的130万倍；质量为
1.99×1030千克，是地球的
33万倍；太阳是气体球，平
均密度为1.409克/厘米3。

太阳的质量占太阳系的99.9%以上。

22．太阳的结构：内核；辐射层；对流层
；光球；色球；日冕。

内核：热核反应，产能区；
辐射层；对流层；
光球：光亮的球层，温度6000K；
色球：温度比光球高, 波长656.28纳米的红光很强；
日冕：温度百万度；射电辐射来自日冕。

23．太阳黑子活动规律：黑子面积11年周期变化；蝴蝶图；22年极性变化。

24．名词解释：连续谱；发射线；吸收线；
太阳光谱（连续谱、发射线和吸收线）可给出太阳大气的结构、物理状态、化学成分以及太阳活动的性质等。

太阳光经过棱镜后被分为七色光，波长从400nm---700nm(毫微米），这是太阳的连续谱。

吸收线：在太阳连续光谱的上面有许多的粗细不等、分布不均的暗黑线，共有2万多条。

发射线：在连续光谱上还有成千上万条明亮的谱线。

黑体辐射谱
是连续谱，其强度、分布和峰值由温度决定。

太阳的观测曲线和5800K
的黑体辐射谱很相似，所以认为太阳光球的温度约为6000K。

25．赫罗图是指什么关系的图？与恒星质量、光度的关系如何？
恒星演化和赫罗图：恒星的光度和光谱型（温度）的关系
（1），光度高而温度低的巨星和超巨星在右上角；
（2），光度低而温度高的白矮星在左下角
（3），90％的恒星在左下自左上到右下的斜线左右，称左下主序星。

26．原恒星和主序星的差别是什么？
原恒星和主序星的差别：
发生热核反应之前的恒星为原恒星，开始热核反应后至热核反应停止的阶段为主序星。

如果一个星体的质量小于0.08个太阳质量，其核心的温度不可能达到1000万K，也就永远引发不了热核反应。

就像太阳系中的木星一样。

如果星体的质量超过100个太阳质量，不稳定，要分解。

主序星的形成
当中心温度达到1000万度时，氢核聚变为氦核的反应就持续不断的发生，产生巨大的辐射能使恒星内部的压力增强到足以和引力相抗衡，不再收缩，形成稳定的恒星。

以氢核聚变提供能量的恒星均在主序星阶段，因为恒星中氢占大多数，可以维持很长时间。

太阳就是一颗主序星。

27．为什么说天狼星的伴星是白矮星？
1862年观测发现在天狼星附近有一个很小的光点，最后确认它就是天狼星的伴星，称为天狼星B，而天狼星则改称天狼星A。

天狼星B是一颗暗星，其亮度比天狼星A差10个星等，光度相差1万倍。

表面温度比太阳的还要高，达到8000K。

天狼星B为什么这样暗？
天狼星B很暗，但温度并不低，质量也少。

什么原因使它如此之暗？光度是和恒星的表面积成正比的，天狼星B如此之暗的原因只能归之为它的表面积特别小，归算出的直径只比地球的大一点。

因此密度大得不可思议！真有这样的恒星吗？
天狼星B是什么？
1924年爱丁顿最早提出白矮星的看法。

他认为天狼星B内部的温度非常高，原子都被电
离成电子和原子核，这些粒子的体积比原子小得多。

因此恒星的直径变得比行星天王星要小，密度却非常高。

表面积太小，往外辐射的总能量也少。

他称这样的恒星为“白矮星”。

这个看法未能得到当时的天文学家的认可。

28．白矮星质量上限；1.4个太阳的质量，称为钱德拉极限。

3个太阳的质量，称为？极限。

29．关于行星状星云．
行星状星云的名字有误
1798年英国天文学家赫歇尔用48cm望远镜发现天琴座环状星云。

望远镜太差，看不清楚。

只是看出一个边缘比较清晰的小圆面，和天王星比较像，因此就叫它为行星状星云。

行星状星云和行星根本没有关系，由大望远镜观测的图像看，行星状星云和行星没有任何相象的地方。

行星状星云的观测特性
比较暗，在星云中心大都有一颗温度高的恒星（白矮星）
大多呈绕中心星对称的圆环状或圆盘状
是气体星云，由中心星的紫外线激发发光
都在不断膨胀，速度约为10～50千米/秒
内部物质稀薄，边缘稠密
行星状星云红外辐射强，和红巨星类似
行星状星云复杂结构的形成
红巨星的大气逃离速度10千米/秒，经过几百万年把红巨星的大部分大气带走，使中心星裸露出来。

中心星是致密星－－白矮星，其星风速度很快，可达2000千米/秒。

很快就赶上红巨星以前跑掉的物质。

两种星风相互作用就形成行星状星云的气壳和复杂的结构。

30．脉冲星的主要特点是什么？
脉冲星是高速自转的磁中子星。

中子星的光度特别小。

光度是和恒星的表面积成正比，天狼星伴星的光度比天狼星小1万倍，其表面积比天狼星小1万倍，半径约为7000千米。

中子星的半径10千米，按照同样的道理，如果天狼星B 是中子星，它的光度要比天狼星小多少倍？
答案是几十亿倍。

31．蟹状星云能源之谜（不考）
蟹状星云：射电、光学、X和γ射线辐射。

把蟹状星云所有频率上的辐射加起来，相当于十万个太阳的辐射。

一团稀薄的气体，其能量来自何方？
光学观测发现蟹状星云在膨胀，每年大约0.2角秒左右，而且膨胀速度在加快。

星云膨胀加速度的能量由谁来提供？
同步辐射：高能带电粒子在磁场中运动产生的辐射，高能电子来自何方？磁场是怎样形成的？
蟹状星云中的一颗中子星，每秒自转多次，具有很强的磁场，提供蟹状星云所需的能量。

32．地外文明社会知多少？（不考）
太阳系的地球是生命的摇篮，在宇宙空间有多少像太阳一样的单个恒星的行星系统？有多少像地球一样，有水，空气和适当的温度的行星？
天文学家曾给出多个可能存在的文明社会的数学公式。

阿西莫夫公式：
N=A×B×C×D×E×F×G×H×L×M
N：可能存在的文明社会的数目
A：银河系中的恒星数 A＝3×1011个
B：拥有行星系统的恒星百分比
C：和太阳差不多的恒星百分比
D：适合生物生存条件的恒星的百分比
E：有类似地球的行星的百分比
F：出现生命的百分比 100％
G：已有智慧文明的行星的百分比 10－6
H: 达到先进文明的百分比
L：可居住的天体中具有46亿年的历史
M：高科技文明社会的寿命 10％
计算结果：
银河系中拥有文明社会的数目为53万个，平均100万个恒星中不到 2个。

简单计算：初F项，均按10％计算：(1/10)8=1亿，所以只有3000个。

约1万立方光年
有2个。

绿岸公式：美Derick 在1991年的佛吉尼亚州绿岸镇提出的：
L f f f f Rn N e i l p e
式中
N 代表银河系中可能检测到的技术文明星球数；
R 代表银河系中类似太阳的单星形成率；
N e 代表可携带行星的恒星数；
f p 代表有可能生物存在行星数,即“好太阳”数，满足生命的演化条件；
f l 已出现生命的行星在可能存在生命的行星中所占的份额；
f i 表示有“智慧生命”的行星数；
f e 在演化到“智慧生命”的行星中，已经到达先进文明的高智慧生命的行星所占的阿份额；
L 高技术文明世界的平均寿命（延续时间），因为只有持续发展很长时间的文明才有可能做星际访问。

乐观估计 悲观估计
取 R 50％ 50％
n e 100％ 10％
f p 10％ 10％
f l 100％ 100％
f i 100％ 10－6
f e 100％ 10％
L 100％ 10％
5% 5×10－11 分别乘以 4×1011
全银河系 1/20个 20个
奥兹玛计划：
60年代执行Derick 负责。

选取21cm 氢微波（会被任何高科技文明所研究的最透的微波），（60年 4月11日启动）。

72年－15年进行奥兹玛二期计划，对附近650个星球进行观测。

85年美哈佛大学的保罗.霍洛维茨用“太空多通道分析”计划（META）；通过800多个不同频率、高强度自动化探测外星文明，工作量大。

普查一次需要200－400天。

除美国，话有俄国、澳、加、德、法、荷兰等国参加。

遗憾的是，以上所有的努力都没有结果。