天文學簡介講稿課件

現(xiàn)代天文學

馬文章北京師范大學天文學教授mwz@現(xiàn)代天文學

馬文章1一、《現(xiàn)代天文學》的起始時間和內涵1、天文學是一門最古老的學科天文學的產生源自于人類生活和生產實踐的需要，是最早產生的一門學科。

天文學研究對象是浩瀚的宇宙以及宇宙空間的各類天體系統(tǒng)。

2、天文學是自然科學六大基礎學科之一數(shù)學、物理學、化學、天文學、地球科學和生命科學被認為是現(xiàn)代自然科學六大基礎學科。一、《現(xiàn)代天文學》的起始時間和內涵1、天文學是一門最古23、探索宇宙是人類與生俱來的永恒的欲望

天文學研究始終處于自然科學的前沿，作為基礎學科的天文學，在自然科學的發(fā)展過程中一直起著先導性的作用。天文學也是一門實用性很強學科。天文學的研究成果直接為國防、國民經濟和人類日常生活服務。

當代天文學的研究與應用，已經成為國家科學技術發(fā)展的重要組成部分。從這個意義上說，天文學是一門即古老又充滿青春活力的學科。4、天體輻射的全波段觀測即“全波段天文學”，

“全波段天文學”是《現(xiàn)代天文學》最重要的標志。現(xiàn)代天文學起始時間，是第一顆人造衛(wèi)星上天（1957年，前蘇聯(lián)）。從此，開辟了空間天文觀測與研究。3、探索宇宙是人類與生俱來的永恒的欲望3二、《現(xiàn)代天文學》課程目標、內容與要求

1、課程目標

主要是幫助同學了解和掌握現(xiàn)代天文學知識；觀測到的宇宙空間的真實情況；了解宇宙空間最新研究成果以及未解之謎。

2、教學形式

以課堂教學為主，輔以天文多媒體視頻播放。

3、內容定位

在注意天文學科自身的科學體系的同時，突出兩點二、《現(xiàn)代天文學》課程目標、內容與要求1、課程目標4《現(xiàn)代文學》課程講授突出的兩個方面：

1）、天文學與國防、國民經濟以及人類日常生活關系密切的研究領域和研究成果

。2）、天文學最新的觀測與研究成果、宇宙空間的未解之謎。

宇宙空間的未解之謎：如：黑洞、暗物質、暗能量、UFO與外星人等。

#現(xiàn)代宇宙學是現(xiàn)代天文學下屬的一個重要分支學科。目前宇宙學研究正處在黃金時期，已獲三次諾貝爾獎。作為宇宙學的最新觀測與研究成果：重點介紹宇宙由膨脹到加速膨脹的天文觀測事實與理論解釋?！冬F(xiàn)代文學》課程講授突出的兩個方面：54、考核方式

平時和期末考核均以開卷、論文形式；平時成績（含平時考勤）占總成績的60%，期末考核成績占總成績的40%；5、主要參考資料馬文章

ftp：//tcyzam：200409@劉學富等基礎天文學高教出版社2004年；吳鑫基等現(xiàn)代天文學(十五講)北大出版社2008年；期刊雜志：天文愛好者、太空探索；4、考核方式馬文章ftp：//tc6第一章、緒論

一、天文學研究的對象、內容和方法二、天文學主要分支學科三、天文學主要觀測手段

四、研究天文學的意義

第一章、緒論一、天文學研究的對象、內容和方法一、研究的對象、內容與方法

1、研究對象：天體和浩瀚的宇宙天體：是指宇宙空間中的一切實體，如星云、恒星、行星、星系以及星際介質等。

天體：又分為自然天體和人造天體兩類

宇宙：是空間和時間的總稱。我國古代天文學就有“四方上下曰宇，古往今來曰宙”的說法。

宇宙空間：天文學研究中，通常指地球大氣以外。一、研究的對象、內容與方法1、研究對象：天體和浩瀚天體:又分為自然天體和人造天體兩類

自然天體：太陽系中的太陽、行星、彗星、流星體；銀河系中的恒星、星團、星云。無數(shù)個與銀河系類似的河外星系。宇宙空間中的射電源、紅外源、X射線源等等都是自然天體。

人造天體：各類的人造衛(wèi)星、宇宙火箭、行星際探測器、軌道天文臺等為人造天體。天體:又分為自然天體和人造天體兩類天文學簡介講稿課件獵戶座星云獵戶座星云河外星系仙女座大星云河外星系天文學簡介講稿課件天文學簡介講稿課件

在恒星與恒星之間、星系與星系之間還存在著彌漫氣體和塵埃，統(tǒng)稱為：星際介質，以及電磁場、引力場等，都是天文學研究的對象。

天文學一直在關注和探索宇宙空間中是否存在暗物質、暗能量以及反物質。

UFO、飛碟與外星人等問題同樣也是天文學關注和研究的重要領域。

將宇宙空間作為整體研究的宇宙學，同樣是天文學研究的領域，目前進入研究的黃金時期。

在恒星與恒星之間、星系與星系之間還存在著彌漫氣體和塵埃天文學簡介講稿課件2、研究內容

天體的位置、距離、運動、物質結構、化學組成及演化規(guī)律。

研究宇宙的誕生、演化進程和未來。2、研究內容3、天文學研究的方法

長期以來，人類主要是通過接收來自天體和宇宙的電磁輻射來認識宇宙空間。天文學是一門觀測科學。3、天文學研究的方法研究方法:觀測→理論→再觀測

天文學是遵循：通過觀測→建立理論模型→再觀測不斷去完善和修正基本定律和理論。

因此，天文觀測在天文學中占有特殊的地位。觀測方法和觀測工具的改進和創(chuàng)新，總會推動天文學的發(fā)展，甚至會引起天文學深刻的革命。反過來，由于天文觀測和研究對觀測技術的要求，又極大地推動了科學技術的發(fā)展。

研究方法:觀測→理論→再觀測中國科學院紫金山天文臺（南京）中國科學院紫金山天文臺（南京）國家天文臺興隆工作站（河北興隆）國家天文臺興隆工作站（河北興?。﹪姨煳呐_懷柔站--太陽磁場望遠鏡國家天文臺懷柔站--太陽磁場望遠鏡中國科學院上海天文臺中國科學院上海天文臺中國科學院云南天文臺(昆明)的一米光學望遠鏡中國科學院云南天文臺(昆明)的中國科學院烏魯木齊天文臺中國科學院烏魯木齊天文臺天文學理論能預言宇宙空間未來的變化

由觀測獲得的資料，以力學、物理學、化學等自然科學理論作為基礎，運用數(shù)學進行演算和分析，建立天文學基本理論體系。

再通過觀測不斷地改進和完善天文學理論，天文學的理論體系不但能解釋現(xiàn)有的觀測事實，而且還能預言未來的變化（如重要天象的出現(xiàn)）。天文學理論能預言宇宙空間未來的變化二、天文學的分支學科

天體測量學：天文學最早發(fā)展起來的一個分支學科。它的基本任務是測定天體的位置、距離和運動，建立和改進天文參考坐標系系（包括天球參考系和地球參考系）。

天體力學：17世紀，萬有引力定律發(fā)現(xiàn)以后，逐漸形成的一個分支學科。它主要是借助引力理論研究天體在受攝動情況下的運動（包括：二體問題和多體問題）。天體測量學和天體力學是天文學中實用性最強的兩個分支學科，其研究成果直接為國防和國民經濟以及人們日常生活服務。目前，在研究生教育中，天體測量與天體力學已經合并為一個學科，即天體測量與天體力學。二、天文學的分支學科天體測量學：天文學最早發(fā)展起來

天體測量與天體力學這兩個分支學科更多地借助數(shù)學和計算數(shù)學。

研究成果主要服務于：航海、航天、通訊、導航、測地、氣象、探礦、科學實驗、日地空間環(huán)境監(jiān)測、軍事等部門。

天體物理學：

產生于19世紀的中期，由于分光學、光度學和照相術等理論與技術被運用到天體的觀測中，逐漸形成了天體物理學。它主要借助現(xiàn)代物理學理論和技術，研究天體的物質結構、化學組成和演化規(guī)律。天體測量與天體力學這兩個分支學科更多地借助數(shù)學和天體物理學又分為：太陽物理學、恒星物理學、恒星天文學、星系天文學、宇宙學、高能天體物理學、宇宙化學、天體演化學、射電天文學等次級分支學科。我國高等教育單位設立天文學專業(yè)的大學不多，新中國成立以后，建立天文學專業(yè)分別是：南京大學天文學系北京師范大學天文學系北京大學天文學系中國科技大學天文學系廈門大學天文學系中山大學天文與空間科學系正在籌建天文學系還有：云南大學、從事天文研究與教育的高校：清華大學天體物理中心

所有大學本科只設一個專業(yè)即：天文學專業(yè)；研究生教育設：天體測量與天體力學、天體物理學兩個專業(yè)。天體物理學又分為：太陽物理學、恒星物理學、恒星三、天文學的觀測手段

目前，天文學觀測已進入—“全波段天文學”時代，即人類有能力觀測和研究天體、宇宙空間所有波段上的電磁輻射。全波段觀測使我們看到的天體和宇宙空間更接近真實的客觀世界。

全波段天文學是現(xiàn)代天文學的重要標志；1957年，第一顆人造衛(wèi)星上天開啟了全波段天文學時代。三、天文學的觀測手段目前，天文學觀測已進入—“全波天文學簡介講稿課件電磁波譜電磁波譜天文學簡介講稿課件天文學簡介講稿課件天文學簡介講稿課件天文學簡介講稿課件天文學簡介講稿課件四、研究天文學的意義

從天文學研究的對象和內容看，天文學確實是一門最古老的科學。

但天文學在自然科學各學科的發(fā)展過程中，卻始終起著先導性的作用。

下面從兩個方面介紹，天文學的先導性作用：1、作為基礎學科的天文學，在自然科學發(fā)展過程中與其他學科之間的關系；

2、作為實際應用的天文學與國防、國民經濟以及人類日常生活的關系；四、研究天文學的意義從天文學研究的對象和內容看1、作為基礎學科的天文學

作為基礎學科的天文學，在認識自然、探索物質世界的客觀規(guī)律中，始終發(fā)揮著先導性的重要作用。

通過以下例證加以說明

1、作為基礎學科的天文學1)、哥白尼的日心說

1543年，哥白尼提出了日心模型的想法，該模型糾正了地球是宇宙中心的錯誤認識。

經過半個多世紀，開普勒給出了精確描述行星繞太陽運動的軌道方程，即行星運動三定律，使自然科學從神學的束縛中解放出來。

哥白尼這一發(fā)現(xiàn)徹底改變了人們的世界觀。我們人類所在的地球不在特殊，地球不是宇宙中心。

現(xiàn)代天文觀測表明:太陽、太陽系也不是宇宙中心，太陽系所在的銀河系也不是宇宙中心。1)、哥白尼的日心說1543年，哥白尼提出了日天文學簡介講稿課件2)、牛頓萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)

開普勒行星繞太陽運動的三定律是建立牛頓萬有引力定律的基礎。

1687年，牛頓發(fā)表了他的引力理論。通過天文觀測，定量驗證了牛頓萬有引力定律的正確性。

在此基礎上，才建立了經典力學體系，進而推動了力學和物理學的大發(fā)展。2)、牛頓萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)開普勒行星繞太陽運動天文學簡介講稿課件天文學簡介講稿課件3)、原子結構模型的建立

最初的原子結構模型是類比太陽系的結構提出來的，后來被實驗所證實了。

氦元素是天文學家在觀測太陽首先發(fā)現(xiàn)的！

太陽光譜的發(fā)現(xiàn)及其精確測定，使人們知道了天體的化學組成及其演化規(guī)律。

天文學的一些發(fā)現(xiàn)，往往會引起其他學科深刻的變化。3)、原子結構模型的建立最初的原子結構模型是4)、愛因斯坦廣義相對論的天文學驗證

20世紀初，愛因斯坦發(fā)表了狹義相對論（1905年）和廣義相對論(1915年)。

廣義相對論預言：

A、恒星光線經過太陽邊緣時會產生偏折，稱為光線引力偏折。光線引力偏折現(xiàn)象被1919年的日全食觀測所證實（組織者是英國劍橋大學愛丁頓）；B、水星軌道近日點進動的廣義相對論效應；

C、白矮星光譜線引力紅移的存在；

D、廣義相對論關于引力波存在的預言，也是通過對脈沖雙星軌道變化的天文觀測得到了證實。

以上四大驗證都是通過天文學觀測得到了證實。4)、愛因斯坦廣義相對論的天文學驗證20世紀初水星軌道近日點進動：觀測表明，水星近日點進動為5600″.73/每百年。經過計算,已知行星對水星軌道攝動影響只會產生5557″.62/每百年，還有43″/每百年進動值得不到合理解釋。這就是困擾多年牛頓引力理論解決不了的難題。

最初，人們是懷疑在水星軌道以內，還有一顆行星對水星引力攝動所致。天文愛好者施瓦布為此尋找了17年，當然最終是找不到本來就不存在的火神星。廣義相對論發(fā)表以后，利用四位時空測地線方程解水星軌道運動，當將測地線投影在三維空間時，發(fā)現(xiàn)水星軌道近日點就是不斷進動的橢圓軌道，進動周期剛好是每百年43?

。

解決了牛頓引力理論長期沒有解決問題。水星軌道近日點進動：天文學簡介講稿課件5)、星際有機分子的發(fā)現(xiàn)

近幾十年來，在星際介質中發(fā)現(xiàn)了有機分子。

有機分子是構成地球生命的基本元素。星際有機分子的發(fā)現(xiàn)，使人們相信在地球以外會有生命存在。

星際有機分子的發(fā)現(xiàn)居20世紀60年代，射電天文四大發(fā)現(xiàn)之首。四大發(fā)現(xiàn)還有脈沖星、宇宙微波背景輻射和類星體。

類星體通常被認為，是遙遠的河外星系處在活動狀態(tài)的星系核，稱為活動星系核。

類星體以及等高能物理現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，都向化學、生命科學和物理學等提出了新的挑戰(zhàn)。5)、星際有機分子的發(fā)現(xiàn)近幾十年來，在星際介質6)、對數(shù)學和計算方法的推動

天文觀測數(shù)據(jù)的處理和天體運動理論的研究都離不開計算方法；

反過來天文學中的問題解決，也有力的推動了數(shù)學學科的發(fā)展。歷史上，大批的天文學家同時也是卓越的數(shù)學家、物理學家。6)、對數(shù)學和計算方法的推動天文觀測數(shù)據(jù)的處理7)、對地學、氣象學的影響

天文學與大地測量學、氣象學關系更為密切。

高精度的大地測量方法和手段來都自于天文學(GPS、ＶＬＢＩ、ＳＬＲ)。如：3S(GPS、GIS、RS)

太陽活動被認為是各種氣象的成因7)、對地學、氣象學的影響天文學與大地測量學、2、天文學研究成果直接為國防、國民經濟以及人們日常生活服務

天文學不僅是一門基礎學科，天文學的研究成果在許多方面直接為國防、國民經濟和人們日常生活服務?？梢哉f天文學與人類日常生活息息相關。

天文學其實是一門實用性很強的自然科學!通過以下例證加以說明

2、天文學研究成果直接為國防、國民經濟以及人們日常生活服務1)、測時、守時與授時（統(tǒng)稱時間工作）

高精度的時間服務是由天文學提供的！

1960年以前，時間計量的標準是世界時。1960—1967年，歷書時是時間計量標準。

1967年起，原子時(以原子內部能級躍遷頻率為依據(jù)建立起來的時間計量系統(tǒng))作為時間計量標準。

雖然時間計量的標準是原子時，但高精度的世界時測定和時間的發(fā)播（即授時）工作，目前仍然是科學研究和大地測量的重要依據(jù)。1)、測時、守時與授時（統(tǒng)稱時間工作）高精度的

世界時是以地球自轉和公轉運動為依據(jù)建立起來的時間計量系統(tǒng)；世界時是通過天文觀測和時間計量理論實現(xiàn)的。高精度的時間在航海、航空、航天、通訊、大地測量和物理實驗等許多部門有重要應用；

國家高精度時間系統(tǒng)是由天文部門保持和提供的（國家授時中心，原陜西天文臺，地點陜西渭南）。

人類日常使用的時間是協(xié)調世界時UTC以及歷法等，均是由天文部門提供的。世界時是以地球自轉和公轉運動為依據(jù)建立起來的時間計量系時間基本單位的演變1）、世界時是以地球自轉運動為依據(jù)，建立的計時系統(tǒng)，稱為：世界時（UT）。時間基本單位：日

2）、歷書時是以地球公轉運動為依據(jù)，建立的計時系統(tǒng)，稱為：歷書時（ET）。時間基本單位：回歸年

3)、原子時是以原子內部電子的能級躍遷時，輻射電磁波的振蕩頻率（物質內部的微觀），作為計量時間的依據(jù)，稱為原子時（TAI）。時間基本單位：原子時秒時間基本單位的演變1）、世界時是以地球自轉運動為依據(jù)，建立2)、天球參考系和地球參考系天球參考系和地球參考系統(tǒng)稱為天文參考系天文學通過編制天文年歷、各種天體位置歷表、測定地面臺站坐標。根據(jù)天體空間位置建立的天球參考坐標系和根據(jù)地面上臺站的精確地理坐標建立的地球參考坐標系，是航天、航海、大地和重力測量的重要依據(jù)。

人造衛(wèi)星的精密定軌，利用人造衛(wèi)星進行大地測量、衛(wèi)星通訊和導航等都離不開精確的天體位置歷表即天球參考系和地球參考系。2)、天球參考系和地球參考系天球參考系和地球參考系統(tǒng)稱3)、太陽活動的監(jiān)測與預報

太陽處在活動期時，太陽輻射就會增強。這樣大量地高能帶電粒子、紫外線和X射線到達行星際空間和地球上空，使地球磁場和電離層受到破壞，影響短波通訊和電能傳輸，威脅飛機、衛(wèi)星和飛船的飛行安全。

太陽活動也是地球大氣環(huán)流和氣候變化產生的直接原因。

太陽活動監(jiān)測與預報是由天文學科承擔的。3)、太陽活動的監(jiān)測與預報太陽處在活動期時，4)、人造衛(wèi)星和各類空間探測器的軌道設計和精密定軌

人造衛(wèi)星和各類空間探測器廣泛的應用在通訊、導航、氣象、測繪、探礦、醫(yī)藥和軍事等許多方面。

人造衛(wèi)星和空間探測器的軌道設計以及衛(wèi)星升空后的觀測，天文學都起著決定性作用。4)、人造衛(wèi)星和各類空間探測器的軌道設計和精密定軌5)、衛(wèi)星應用于定位、通訊與導航等人造衛(wèi)星沒有上天前,人們是根據(jù)觀測太陽和近距離恒星空間位置來決定地面點坐標和航行中輪船飛機位置。

全球衛(wèi)星定位導航系統(tǒng)(GPS)、我國北斗第一代和第二代定位導航系統(tǒng),均是采用人造衛(wèi)星進行定位與導航的。

氣象衛(wèi)星、通訊衛(wèi)星、測地與遙感衛(wèi)星、海洋監(jiān)測衛(wèi)星等等。5)、衛(wèi)星應用于定位、通訊與導航等人造衛(wèi)星沒有天文學簡介講稿課件6)、近地小天體的監(jiān)測

一些近地小行星、彗星以及人類為了探索宇宙空間發(fā)射的各種航天器，都有可能對地球和人類造成威脅。

監(jiān)測這些小天體的運動，預報它們的精確軌道，是天文學的一項使命。6)、近地小天體的監(jiān)測一些近地小行星、彗星以7)、天文地球動力學

用天文方法和天體測量資料，研究地球板塊運動、大陸漂移和地震等。7)、天文地球動力學8)、歷史和考古中的作用

利用歷史上的天象記錄考證歷史事件發(fā)生的年代，是天文學在歷史和考古學中的應用。

20世記未，完成的我國“夏商周斷代工程”項目，就是利用我國古代彗星、日月食等天象記錄，通過天體力學方法算出發(fā)生的年代，再結合考古發(fā)掘和歷史文獻，確定了一些重大歷史事件如武王伐紂等的確切年代。這一研究成果，把中國歷史記年向前延伸了1200年。這一研究成果，使夏、商、周三代才有了確切的年代標記。8)、歷史和考古中的作用利用歷史上的天9)、天文學推動科學技術的發(fā)展

歷史上，天文學觀測技術和方法的更新，確實依賴于當時科學技術的發(fā)展水平；

反過來，由于天文觀測對科學技術的要求，又推動當代科學技術的發(fā)展,事例很多。

例如：天體輻射的信號都比較弱，天文觀測上的需要，促進了檢測微弱信號技術的發(fā)展；又如觀測要求時時跟蹤，促進了計算方法和跟蹤技術的發(fā)展；又如空間天文觀測,促進了新能源和新材料等技術的發(fā)展。9)、天文學推動科學技術的發(fā)展歷史上，天文學觀3、天文學的哲學意義

天文學和哲學有兩個共同的關注點：即物質的起源與演化；生命的起源與歸屬。

1)、天文學是一門科學，科學是一種知識體系，是對客觀事務的認識。

天文學在其發(fā)生和發(fā)展過程中，在對自然界和宇宙認識的過程中,雖然充滿著辨證唯物主義的內容,但它不是哲學。更不是神學！

3、天文學的哲學意義天文學和哲學有兩

2)、哲學，它是人類最高智慧的結晶，它只有面向客觀和自然，不斷的吸收和更新，才能有發(fā)展和立足點。

正因為如此，許多科學上，特別是天文學上的一些重大的發(fā)現(xiàn)，都能從根本上影響當代的哲學。例如：關于人以及人在宇宙中的位置的見解。

下面的例子可以說明這一點

例如：17世紀的哥白尼和伽俐略、19世紀的拉普拉斯、20世紀的愛因斯坦等一批天文學家、數(shù)學和物理學家都深刻地影響了自己所在時代的哲學。

總之，天文學不等于哲學，哲學也不是天文學。例如：17世紀的哥白尼和伽俐略、現(xiàn)代天文學

馬文章北京師范大學天文學教授mwz@現(xiàn)代天文學

馬文章68一、《現(xiàn)代天文學》的起始時間和內涵1、天文學是一門最古老的學科天文學的產生源自于人類生活和生產實踐的需要，是最早產生的一門學科。

天文學研究對象是浩瀚的宇宙以及宇宙空間的各類天體系統(tǒng)。

2、天文學是自然科學六大基礎學科之一數(shù)學、物理學、化學、天文學、地球科學和生命科學被認為是現(xiàn)代自然科學六大基礎學科。一、《現(xiàn)代天文學》的起始時間和內涵1、天文學是一門最古693、探索宇宙是人類與生俱來的永恒的欲望

天文學研究始終處于自然科學的前沿，作為基礎學科的天文學，在自然科學的發(fā)展過程中一直起著先導性的作用。天文學也是一門實用性很強學科。天文學的研究成果直接為國防、國民經濟和人類日常生活服務。

當代天文學的研究與應用，已經成為國家科學技術發(fā)展的重要組成部分。從這個意義上說，天文學是一門即古老又充滿青春活力的學科。4、天體輻射的全波段觀測即“全波段天文學”，

“全波段天文學”是《現(xiàn)代天文學》最重要的標志。現(xiàn)代天文學起始時間，是第一顆人造衛(wèi)星上天（1957年，前蘇聯(lián)）。從此，開辟了空間天文觀測與研究。3、探索宇宙是人類與生俱來的永恒的欲望70二、《現(xiàn)代天文學》課程目標、內容與要求

1、課程目標

主要是幫助同學了解和掌握現(xiàn)代天文學知識；觀測到的宇宙空間的真實情況；了解宇宙空間最新研究成果以及未解之謎。

2、教學形式

以課堂教學為主，輔以天文多媒體視頻播放。

3、內容定位

在注意天文學科自身的科學體系的同時，突出兩點二、《現(xiàn)代天文學》課程目標、內容與要求1、課程目標71《現(xiàn)代文學》課程講授突出的兩個方面：

1）、天文學與國防、國民經濟以及人類日常生活關系密切的研究領域和研究成果

。2）、天文學最新的觀測與研究成果、宇宙空間的未解之謎。

宇宙空間的未解之謎：如：黑洞、暗物質、暗能量、UFO與外星人等。

#現(xiàn)代宇宙學是現(xiàn)代天文學下屬的一個重要分支學科。目前宇宙學研究正處在黃金時期，已獲三次諾貝爾獎。作為宇宙學的最新觀測與研究成果：重點介紹宇宙由膨脹到加速膨脹的天文觀測事實與理論解釋?！冬F(xiàn)代文學》課程講授突出的兩個方面：724、考核方式

平時和期末考核均以開卷、論文形式；平時成績（含平時考勤）占總成績的60%，期末考核成績占總成績的40%；5、主要參考資料馬文章

ftp：//tcyzam：200409@劉學富等基礎天文學高教出版社2004年；吳鑫基等現(xiàn)代天文學(十五講)北大出版社2008年；期刊雜志：天文愛好者、太空探索；4、考核方式馬文章ftp：//tc73第一章、緒論

一、天文學研究的對象、內容和方法二、天文學主要分支學科三、天文學主要觀測手段

四、研究天文學的意義

第一章、緒論一、天文學研究的對象、內容和方法一、研究的對象、內容與方法

1、研究對象：天體和浩瀚的宇宙天體：是指宇宙空間中的一切實體，如星云、恒星、行星、星系以及星際介質等。

天體：又分為自然天體和人造天體兩類

宇宙：是空間和時間的總稱。我國古代天文學就有“四方上下曰宇，古往今來曰宙”的說法。

宇宙空間：天文學研究中，通常指地球大氣以外。一、研究的對象、內容與方法1、研究對象：天體和浩瀚天體:又分為自然天體和人造天體兩類

自然天體：太陽系中的太陽、行星、彗星、流星體；銀河系中的恒星、星團、星云。無數(shù)個與銀河系類似的河外星系。宇宙空間中的射電源、紅外源、X射線源等等都是自然天體。

人造天體：各類的人造衛(wèi)星、宇宙火箭、行星際探測器、軌道天文臺等為人造天體。天體:又分為自然天體和人造天體兩類天文學簡介講稿課件獵戶座星云獵戶座星云河外星系仙女座大星云河外星系天文學簡介講稿課件天文學簡介講稿課件

在恒星與恒星之間、星系與星系之間還存在著彌漫氣體和塵埃，統(tǒng)稱為：星際介質，以及電磁場、引力場等，都是天文學研究的對象。

天文學一直在關注和探索宇宙空間中是否存在暗物質、暗能量以及反物質。

UFO、飛碟與外星人等問題同樣也是天文學關注和研究的重要領域。

將宇宙空間作為整體研究的宇宙學，同樣是天文學研究的領域，目前進入研究的黃金時期。

在恒星與恒星之間、星系與星系之間還存在著彌漫氣體和塵埃天文學簡介講稿課件2、研究內容

天體的位置、距離、運動、物質結構、化學組成及演化規(guī)律。

研究宇宙的誕生、演化進程和未來。2、研究內容3、天文學研究的方法

長期以來，人類主要是通過接收來自天體和宇宙的電磁輻射來認識宇宙空間。天文學是一門觀測科學。3、天文學研究的方法研究方法:觀測→理論→再觀測

天文學是遵循：通過觀測→建立理論模型→再觀測不斷去完善和修正基本定律和理論。

因此，天文觀測在天文學中占有特殊的地位。觀測方法和觀測工具的改進和創(chuàng)新，總會推動天文學的發(fā)展，甚至會引起天文學深刻的革命。反過來，由于天文觀測和研究對觀測技術的要求，又極大地推動了科學技術的發(fā)展。

研究方法:觀測→理論→再觀測中國科學院紫金山天文臺（南京）中國科學院紫金山天文臺（南京）國家天文臺興隆工作站（河北興隆）國家天文臺興隆工作站（河北興?。﹪姨煳呐_懷柔站--太陽磁場望遠鏡國家天文臺懷柔站--太陽磁場望遠鏡中國科學院上海天文臺中國科學院上海天文臺中國科學院云南天文臺(昆明)的一米光學望遠鏡中國科學院云南天文臺(昆明)的中國科學院烏魯木齊天文臺中國科學院烏魯木齊天文臺天文學理論能預言宇宙空間未來的變化

由觀測獲得的資料，以力學、物理學、化學等自然科學理論作為基礎，運用數(shù)學進行演算和分析，建立天文學基本理論體系。

再通過觀測不斷地改進和完善天文學理論，天文學的理論體系不但能解釋現(xiàn)有的觀測事實，而且還能預言未來的變化（如重要天象的出現(xiàn)）。天文學理論能預言宇宙空間未來的變化二、天文學的分支學科

天體測量學：天文學最早發(fā)展起來的一個分支學科。它的基本任務是測定天體的位置、距離和運動，建立和改進天文參考坐標系系（包括天球參考系和地球參考系）。

天體力學：17世紀，萬有引力定律發(fā)現(xiàn)以后，逐漸形成的一個分支學科。它主要是借助引力理論研究天體在受攝動情況下的運動（包括：二體問題和多體問題）。天體測量學和天體力學是天文學中實用性最強的兩個分支學科，其研究成果直接為國防和國民經濟以及人們日常生活服務。目前，在研究生教育中，天體測量與天體力學已經合并為一個學科，即天體測量與天體力學。二、天文學的分支學科天體測量學：天文學最早發(fā)展起來

天體測量與天體力學這兩個分支學科更多地借助數(shù)學和計算數(shù)學。

研究成果主要服務于：航海、航天、通訊、導航、測地、氣象、探礦、科學實驗、日地空間環(huán)境監(jiān)測、軍事等部門。

天體物理學：

產生于19世紀的中期，由于分光學、光度學和照相術等理論與技術被運用到天體的觀測中，逐漸形成了天體物理學。它主要借助現(xiàn)代物理學理論和技術，研究天體的物質結構、化學組成和演化規(guī)律。天體測量與天體力學這兩個分支學科更多地借助數(shù)學和天體物理學又分為：太陽物理學、恒星物理學、恒星天文學、星系天文學、宇宙學、高能天體物理學、宇宙化學、天體演化學、射電天文學等次級分支學科。我國高等教育單位設立天文學專業(yè)的大學不多，新中國成立以后，建立天文學專業(yè)分別是：南京大學天文學系北京師范大學天文學系北京大學天文學系中國科技大學天文學系廈門大學天文學系中山大學天文與空間科學系正在籌建天文學系還有：云南大學、從事天文研究與教育的高校：清華大學天體物理中心

所有大學本科只設一個專業(yè)即：天文學專業(yè)；研究生教育設：天體測量與天體力學、天體物理學兩個專業(yè)。天體物理學又分為：太陽物理學、恒星物理學、恒星三、天文學的觀測手段

目前，天文學觀測已進入—“全波段天文學”時代，即人類有能力觀測和研究天體、宇宙空間所有波段上的電磁輻射。全波段觀測使我們看到的天體和宇宙空間更接近真實的客觀世界。

全波段天文學是現(xiàn)代天文學的重要標志；1957年，第一顆人造衛(wèi)星上天開啟了全波段天文學時代。三、天文學的觀測手段目前，天文學觀測已進入—“全波天文學簡介講稿課件電磁波譜電磁波譜天文學簡介講稿課件天文學簡介講稿課件天文學簡介講稿課件天文學簡介講稿課件天文學簡介講稿課件四、研究天文學的意義

從天文學研究的對象和內容看，天文學確實是一門最古老的科學。

但天文學在自然科學各學科的發(fā)展過程中，卻始終起著先導性的作用。

下面從兩個方面介紹，天文學的先導性作用：1、作為基礎學科的天文學，在自然科學發(fā)展過程中與其他學科之間的關系；

2、作為實際應用的天文學與國防、國民經濟以及人類日常生活的關系；四、研究天文學的意義從天文學研究的對象和內容看1、作為基礎學科的天文學

作為基礎學科的天文學，在認識自然、探索物質世界的客觀規(guī)律中，始終發(fā)揮著先導性的重要作用。

通過以下例證加以說明

1、作為基礎學科的天文學1)、哥白尼的日心說

1543年，哥白尼提出了日心模型的想法，該模型糾正了地球是宇宙中心的錯誤認識。

經過半個多世紀，開普勒給出了精確描述行星繞太陽運動的軌道方程，即行星運動三定律，使自然科學從神學的束縛中解放出來。

哥白尼這一發(fā)現(xiàn)徹底改變了人們的世界觀。我們人類所在的地球不在特殊，地球不是宇宙中心。

現(xiàn)代天文觀測表明:太陽、太陽系也不是宇宙中心，太陽系所在的銀河系也不是宇宙中心。1)、哥白尼的日心說1543年，哥白尼提出了日天文學簡介講稿課件2)、牛頓萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)

開普勒行星繞太陽運動的三定律是建立牛頓萬有引力定律的基礎。

1687年，牛頓發(fā)表了他的引力理論。通過天文觀測，定量驗證了牛頓萬有引力定律的正確性。

在此基礎上，才建立了經典力學體系，進而推動了力學和物理學的大發(fā)展。2)、牛頓萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)開普勒行星繞太陽運動天文學簡介講稿課件天文學簡介講稿課件3)、原子結構模型的建立

最初的原子結構模型是類比太陽系的結構提出來的，后來被實驗所證實了。

氦元素是天文學家在觀測太陽首先發(fā)現(xiàn)的！

太陽光譜的發(fā)現(xiàn)及其精確測定，使人們知道了天體的化學組成及其演化規(guī)律。

天文學的一些發(fā)現(xiàn)，往往會引起其他學科深刻的變化。3)、原子結構模型的建立最初的原子結構模型是4)、愛因斯坦廣義相對論的天文學驗證

20世紀初，愛因斯坦發(fā)表了狹義相對論（1905年）和廣義相對論(1915年)。

廣義相對論預言：

A、恒星光線經過太陽邊緣時會產生偏折，稱為光線引力偏折。光線引力偏折現(xiàn)象被1919年的日全食觀測所證實（組織者是英國劍橋大學愛丁頓）；B、水星軌道近日點進動的廣義相對論效應；

C、白矮星光譜線引力紅移的存在；

D、廣義相對論關于引力波存在的預言，也是通過對脈沖雙星軌道變化的天文觀測得到了證實。

以上四大驗證都是通過天文學觀測得到了證實。4)、愛因斯坦廣義相對論的天文學驗證20世紀初水星軌道近日點進動：觀測表明，水星近日點進動為5600″.73/每百年。經過計算,已知行星對水星軌道攝動影響只會產生5557″.62/每百年，還有43″/每百年進動值得不到合理解釋。這就是困擾多年牛頓引力理論解決不了的難題。

最初，人們是懷疑在水星軌道以內，還有一顆行星對水星引力攝動所致。天文愛好者施瓦布為此尋找了17年，當然最終是找不到本來就不存在的火神星。廣義相對論發(fā)表以后，利用四位時空測地線方程解水星軌道運動，當將測地線投影在三維空間時，發(fā)現(xiàn)水星軌道近日點就是不斷進動的橢圓軌道，進動周期剛好是每百年43?

。

解決了牛頓引力理論長期沒有解決問題。水星軌道近日點進動：天文學簡介講稿課件5)、星際有機分子的發(fā)現(xiàn)

近幾十年來，在星際介質中發(fā)現(xiàn)了有機分子。

有機分子是構成地球生命的基本元素。星際有機分子的發(fā)現(xiàn)，使人們相信在地球以外會有生命存在。

星際有機分子的發(fā)現(xiàn)居20世紀60年代，射電天文四大發(fā)現(xiàn)之首。四大發(fā)現(xiàn)還有脈沖星、宇宙微波背景輻射和類星體。

類星體通常被認為，是遙遠的河外星系處在活動狀態(tài)的星系核，稱為活動星系核。

類星體以及等高能物理現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，都向化學、生命科學和物理學等提出了新的挑戰(zhàn)。5)、星際有機分子的發(fā)現(xiàn)近幾十年來，在星際介質6)、對數(shù)學和計算方法的推動

天文觀測數(shù)據(jù)的處理和天體運動理論的研究都離不開計算方法；

反過來天文學中的問題解決，也有力的推動了數(shù)學學科的發(fā)展。歷史上，大批的天文學家同時也是卓越的數(shù)學家、物理學家。6)、對數(shù)學和計算方法的推動天文觀測數(shù)據(jù)的處理7)、對地學、氣象學的影響

天文學與大地測量學、氣象學關系更為密切。

高精度的大地測量方法和手段來都自于天文學(GPS、ＶＬＢＩ、ＳＬＲ)。如：3S(GPS、GIS、RS)

太陽活動被認為是各種氣象的成因7)、對地學、氣象學的影響天文學與大地測量學、2、天文學研究成果直接為國防、國民經濟以及人們日常生活服務

天文學不僅是一門基礎學科，天文學的研究成果在許多方面直接為國防、國民經濟和人們日常生活服務?？梢哉f天文學與人類日常生活息息相關。

天文學其實是一門實用性很強的自然科學!通過以下例證加以說明

2、天文學研究成果直接為國防、國民經濟以及人們日常生活服務1)、測時、守時與授時（統(tǒng)稱時間工作）

高精度的時間服務是由天文學提供的！

1960年以前，時間計量的標準是世界時。1960—1967年，歷書時是時間計量標準。

1967年起，原子時(以原子內部能級躍遷頻率為依據(jù)建立起來的時間計量系統(tǒng))作為時間計量標準。

雖然時間計量的標準是原子時，但高精度的世界時測定和時間的發(fā)播（即授時）工作，目前仍然是科學研究和大地測量的重要依據(jù)。1)、測時、守時與授時（統(tǒng)稱時間工作）高精度的

世界時是以地球自轉和公轉運動為依據(jù)建立起來的時間計量系統(tǒng)；世界時是通過天文觀測和時間計量理論實現(xiàn)的。高精度的時間在航海、航空、航天、通訊、大地測量和物理實驗等許多部門有重要應用；

國家高精度時間系統(tǒng)是由天文部門保持和提供的（國家授時中心，原陜西天文臺，地點陜西渭南）。

人類日常使用的時間是協(xié)調世界時UTC以及歷法等，均是由天文部門提供的。世界時是以地球自轉和公轉運動為依據(jù)建立起來的時間計量系時間基本單位的演變1）、世界時是以地球自轉運動為依據(jù)，建立的計時系統(tǒng)，稱為：世界時（UT）。時間基本單位：日

2）、歷書時是以地球公轉運動為依據(jù)，建立的計時系統(tǒng)，稱為：歷書時（ET）。時間基本單位：回歸年

3)、原子時是以原子內部電子的能級躍遷時，輻射電磁波的振蕩頻率（物質內部的微觀），作為計量時間的依據(jù)，稱為原子時（TAI）。時間基本單位：原子時秒時間基本單位的演變1）、世界時是以地球自轉運動為依據(jù)，建立2)、天球參考系和地球參考系天球參考系和地球參考系統(tǒng)稱為天文參考系天文學通過編制天文年歷、各種天體位置歷表、測定地面臺站坐標。根據(jù)天體空間位置建立的天球參考坐標系和根據(jù)地面上臺站的精確地理坐標建立的地球參考坐標系，是航天、航海、大地和重力測量的重要依據(jù)。

人造衛(wèi)星的精密定軌，利用人造衛(wèi)星進行大地測量、衛(wèi)星通訊和導航等都離不開精確的