第三章天文观测与天文测量1PPT课件
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普通天文学
第三章 天文观测和天 文测量（1）
主要内容
普通天文学
• 天体的辐射 • 天文观测工具 • 天文测量 • 天体光度测量 • 天体光谱测量 • 其他测量
2020/10/31
2
普通天文学
一、天体的辐射
2020/10/31
3
来自宇宙的信息 • 电磁辐射(electromagnetic radiation) • 宇宙线(cosmic rays) • 中微子(neutrinos) • 引力波(gravitational wave)
普通天文学
3、中微子
2020/10/31
14
•一种以光速运动的基本粒子，其穿透力极强， 停止一个中微子的运动要厚达1光年的铅板。
•很少与其他物质发生相互作用，可以轻易地从 天体内部深处跑出来，带出其他媒体无法传递的 信息。
•现在虽可以探测到它的存在，但还没有很有效 的设备去了解和研究它所携带的信息。
9
普通天文学
2020/10/31
10
普通天文学
• 不同辐射波段的太阳
光学
2020/10/31
11
紫外
X射线
射电
普通天文学
2020/10/31
12
• 不同辐射波段的银河系
普通天文学
2、宇宙线
2020/10/31
13
天体发出的高能粒子流： •电子 •质子 •α粒子（氦原子核）等。 特点：
速度快、穿透力强，带有电荷
引力是一切物质都具有的属性，其大小 和物质的质量成正比。天体运动发出的引力 波，会携带天体运动状态的信息。
虽然原则上可以从四种来源搜集天体的 信息，但迄今为止最主要的来源仍是电磁辐 射。
普通天文学
二、天文观测工具
2020/10/31
20
• 天文观测仪器系统的基本结构
望远镜 —收集天体的辐射
控 制
记录和处理天体信号 仪器控制
27
英国式
马蹄式
普通天文学
地平式装置
2020/10/31
28
• 两个转轴分别是“水平轴” 和“垂直轴”
• 绕垂直轴转动可对向天体 的地平经度(方位角)
• 绕水平轴转动可对向天体 的地平纬度(高度角)
• 天体测量仪器(如经纬仪) 和人造卫星观测仪器常用 地平式
普通天文学
1、光学望远镜
(3)性能指标 • 口径 • 分辨角 • 放大率和底片比例尺 • 相对口径 • 视场 • 贯穿本领
2020/10/31
16
中微子探测器普通天文学
宇宙线
2020/10/31
17
1.6 km
C2Cl4
100,000 gal. tank
Ar
Ar
金矿
Argon Atom
普通天文学
2020/10/31
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来自超新星1987A的中微子事件
普通天文学
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4.引力波(引力辐射)
根据广义相对论，引力也可以形成辐射 作为天体ຫໍສະໝຸດ Baidu息的来源。
分辨角θ
普通天文学
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• 指望远镜刚好可分辨的两个点光源的角距
• 用于表征望远镜的分辨能力，分辨角越小，分辨 能力越高
• 高品质物镜的分辨角与物镜口径(D)和波长(λ)关
系
1.22
D
式中， θ以弧度为单位，口径和波长取相同长度单位
普通天文学
1、电磁辐射
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4
电磁辐射是由发生区域向远处传播的电磁场。 它以变化的电磁场传递能量、是具有特定波长和 强度的波（波动性） 波长范围：0.01Å ～ 30 m
1 Å = 10-10 m
(波长λ)×(频率ν) ＝ 光速c = 3×1010 cms-1
产生电磁波的方式： 能级跃迁 热辐射 电磁振荡等
控制信号 信
测 分析器
号
计算机
量
辐 射
探测器
接口
普通天文学
• 光学望远镜 • 射电望远镜 • 空间天文观测
2020/10/31
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普通天文学
1、光学望远镜
2020/10/31
22
(1) 望远镜的作用：
• 增加聚光，尽可能多地收集天体辐射的能 量
人眼瞳孔直径最大只有8mm
• 提高分辨率
人眼看不清月球表面细节，望远镜则可 以分辨出来
• 望远镜机械装置容易对准天体进行较长时 间跟踪观测
普通天文学
1、光学望远镜
(2)总体结构：
光学系统
目镜
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23
物镜
机械装置 电控设备
包括基座、转轴、刻度盘 及指标，按转轴方向不同 分为赤纬式和地平式。
用于保障观测过程中望远镜对 准天体并跟踪天体的视运动
普通天文学
物镜和目镜
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普通天文学
赤纬式装置
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• 两个转轴分别是“极轴”、 “赤纬轴”
• 望远镜绕赤纬轴转动可对向 天体的赤纬
• 绕极轴转动可对向天体的时 角(或赤经)，跟踪天体周日 视运动
• 赤道仪
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赤纬式装置
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德国式 叉式
框架式
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赤纬式装置
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大气窗口(atmospheric window)
地球大气有选择地吸收电磁辐射 只有某些波段的电磁辐射能穿过大气层，达 到地面，这些波段称为“大气窗口”。 两个窗口： 光学窗口：波长300nm～700nm 射电窗口：波长1mm～20m
不透明度
普通天文学
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根据波长由长到短，电磁辐射可以分为射电、红外、
可见光、紫外、X射线和γ射线等波段。
可见光又可分解为七色光(红橙黄绿青蓝紫)
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• 射电(无线电波)：>1毫米 • 红外线：0.77微米～1毫米 • 可见光：390纳米～770纳米 • 紫外线：10纳米～390纳米 • Ｘ射线：0.1埃～100埃 • g射线：<0.1埃
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口径D
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• 物镜的有效通光直径，用符号D表示。 • 物镜收集星光的能力与其面积(πD2/4)成正
比
• 物镜口径越大，越容易观测到更暗的天体
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但 下此 面两 的幅 径照照 大片片 两所曝 倍用光 。望时 远间 镜相 的同 口，
美国南达科他普州通天一文废学 金矿井深处202的0/10中/31 微子探1测5 器 在 那里放置了38万升全氯乙烯纯净液体，捕捉中微子，使 氯变氩，记录中微子数量的 。
普通天文学
日本神冈中微子探 测器
这 个 50,000 吨 的巨 型 圆柱中微子探测器， 座落在日本一个矿山 的地下1,000米深处， 用来做探测中微子、 质子衰变、宇宙射线 等等研究。
第三章 天文观测和天 文测量（1）
主要内容
普通天文学
• 天体的辐射 • 天文观测工具 • 天文测量 • 天体光度测量 • 天体光谱测量 • 其他测量
2020/10/31
2
普通天文学
一、天体的辐射
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来自宇宙的信息 • 电磁辐射(electromagnetic radiation) • 宇宙线(cosmic rays) • 中微子(neutrinos) • 引力波(gravitational wave)
普通天文学
3、中微子
2020/10/31
14
•一种以光速运动的基本粒子，其穿透力极强， 停止一个中微子的运动要厚达1光年的铅板。
•很少与其他物质发生相互作用，可以轻易地从 天体内部深处跑出来，带出其他媒体无法传递的 信息。
•现在虽可以探测到它的存在，但还没有很有效 的设备去了解和研究它所携带的信息。
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普通天文学
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普通天文学
• 不同辐射波段的太阳
光学
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11
紫外
X射线
射电
普通天文学
2020/10/31
12
• 不同辐射波段的银河系
普通天文学
2、宇宙线
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13
天体发出的高能粒子流： •电子 •质子 •α粒子（氦原子核）等。 特点：
速度快、穿透力强，带有电荷
引力是一切物质都具有的属性，其大小 和物质的质量成正比。天体运动发出的引力 波，会携带天体运动状态的信息。
虽然原则上可以从四种来源搜集天体的 信息，但迄今为止最主要的来源仍是电磁辐 射。
普通天文学
二、天文观测工具
2020/10/31
20
• 天文观测仪器系统的基本结构
望远镜 —收集天体的辐射
控 制
记录和处理天体信号 仪器控制
27
英国式
马蹄式
普通天文学
地平式装置
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• 两个转轴分别是“水平轴” 和“垂直轴”
• 绕垂直轴转动可对向天体 的地平经度(方位角)
• 绕水平轴转动可对向天体 的地平纬度(高度角)
• 天体测量仪器(如经纬仪) 和人造卫星观测仪器常用 地平式
普通天文学
1、光学望远镜
(3)性能指标 • 口径 • 分辨角 • 放大率和底片比例尺 • 相对口径 • 视场 • 贯穿本领
2020/10/31
16
中微子探测器普通天文学
宇宙线
2020/10/31
17
1.6 km
C2Cl4
100,000 gal. tank
Ar
Ar
金矿
Argon Atom
普通天文学
2020/10/31
18
来自超新星1987A的中微子事件
普通天文学
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4.引力波(引力辐射)
根据广义相对论，引力也可以形成辐射 作为天体ຫໍສະໝຸດ Baidu息的来源。
分辨角θ
普通天文学
2020/10/31
32
• 指望远镜刚好可分辨的两个点光源的角距
• 用于表征望远镜的分辨能力，分辨角越小，分辨 能力越高
• 高品质物镜的分辨角与物镜口径(D)和波长(λ)关
系
1.22
D
式中， θ以弧度为单位，口径和波长取相同长度单位
普通天文学
1、电磁辐射
2020/10/31
4
电磁辐射是由发生区域向远处传播的电磁场。 它以变化的电磁场传递能量、是具有特定波长和 强度的波（波动性） 波长范围：0.01Å ～ 30 m
1 Å = 10-10 m
(波长λ)×(频率ν) ＝ 光速c = 3×1010 cms-1
产生电磁波的方式： 能级跃迁 热辐射 电磁振荡等
控制信号 信
测 分析器
号
计算机
量
辐 射
探测器
接口
普通天文学
• 光学望远镜 • 射电望远镜 • 空间天文观测
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普通天文学
1、光学望远镜
2020/10/31
22
(1) 望远镜的作用：
• 增加聚光，尽可能多地收集天体辐射的能 量
人眼瞳孔直径最大只有8mm
• 提高分辨率
人眼看不清月球表面细节，望远镜则可 以分辨出来
• 望远镜机械装置容易对准天体进行较长时 间跟踪观测
普通天文学
1、光学望远镜
(2)总体结构：
光学系统
目镜
2020/10/31
23
物镜
机械装置 电控设备
包括基座、转轴、刻度盘 及指标，按转轴方向不同 分为赤纬式和地平式。
用于保障观测过程中望远镜对 准天体并跟踪天体的视运动
普通天文学
物镜和目镜
2020/10/31
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普通天文学
赤纬式装置
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• 两个转轴分别是“极轴”、 “赤纬轴”
• 望远镜绕赤纬轴转动可对向 天体的赤纬
• 绕极轴转动可对向天体的时 角(或赤经)，跟踪天体周日 视运动
• 赤道仪
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赤纬式装置
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德国式 叉式
框架式
普通天文学
赤纬式装置
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大气窗口(atmospheric window)
地球大气有选择地吸收电磁辐射 只有某些波段的电磁辐射能穿过大气层，达 到地面，这些波段称为“大气窗口”。 两个窗口： 光学窗口：波长300nm～700nm 射电窗口：波长1mm～20m
不透明度
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根据波长由长到短，电磁辐射可以分为射电、红外、
可见光、紫外、X射线和γ射线等波段。
可见光又可分解为七色光(红橙黄绿青蓝紫)
普通天文学
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普通天文学
2020/10/31
7
• 射电(无线电波)：>1毫米 • 红外线：0.77微米～1毫米 • 可见光：390纳米～770纳米 • 紫外线：10纳米～390纳米 • Ｘ射线：0.1埃～100埃 • g射线：<0.1埃
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口径D
普通天文学
2020/10/31
30
• 物镜的有效通光直径，用符号D表示。 • 物镜收集星光的能力与其面积(πD2/4)成正
比
• 物镜口径越大，越容易观测到更暗的天体
普通天文学
2020/10/31
31
但 下此 面两 的幅 径照照 大片片 两所曝 倍用光 。望时 远间 镜相 的同 口，
美国南达科他普州通天一文废学 金矿井深处202的0/10中/31 微子探1测5 器 在 那里放置了38万升全氯乙烯纯净液体，捕捉中微子，使 氯变氩，记录中微子数量的 。
普通天文学
日本神冈中微子探 测器
这 个 50,000 吨 的巨 型 圆柱中微子探测器， 座落在日本一个矿山 的地下1,000米深处， 用来做探测中微子、 质子衰变、宇宙射线 等等研究。