天文學基本知識

天文學基本知識第一頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

2.1星座和恒星命名

星座是什么？星座是人們?yōu)榱擞^測研究方便把星空人為地劃分為若干區(qū)域古人劃分星空形成風格各異的星座文化公元前3000年左右

古巴比倫人把星空中亮星連起來勾畫成牛、羊、蝎子等形象第二頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

中國古代：分為四大區(qū)，東蒼龍，西白虎，南朱雀，北玄武。二十八宿，我國古代神話中28個神仙

古希臘人：希臘神話中的人物或動物來為星座命名，共40多個。第三頁，共九十四頁，2022年，8月28日第四頁，共九十四頁，2022年，8月28日第五頁，共九十四頁，2022年，8月28日第六頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

星座不是有機整體星座只是某一方向范圍內所有天體的集合(亮星）銀河系中的恒星、星云河外星系、類星體……

在同一個星座內的天體的距離極其懸殊.第七頁，共九十四頁，2022年，8月28日第八頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

什么是黃道十二宮？

太陽視運動經過12個星座稱十二宮，大約每個月經過一宮，（12個星座大小一同，12個宮則平均占30度）。

春

夏

秋

冬

1,雙魚宮

4,雙子宮

7,室女宮

10,人馬宮

2,白羊宮

5,巨蟹宮

8,天秤宮

11,摩羯宮

3,金牛宮

6,獅子宮

9,天蝎宮

12,寶瓶宮

黃道：太陽在天球上視運動的軌道

第九頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

天文學上的一些距離：月球：38.4萬千米(平均）日地距離：15,000萬千米(AU)金星：4,100萬千米火星：2,5576萬千米（2003年8月29日）（6萬年一次）

第十頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

最近的恒星是半人馬座的比鄰星：距離地球4.3光年牛郎星：16光年，織女星：25光年，北極星：680光年銀河系中最遠的恒星：8萬光年

第十一頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

最近的星系（大、小麥哲倫星云）

16萬和19萬光年仙女星系：220萬光年遠距離星系：幾億光年～上百億光年

第十二頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

星座和恒星名字古希臘人：分成48個星座，主要是北天的恒星

1928年，國際天文學聯(lián)合會

把全天分為88個星座，其中沿用了很多希臘人起的名字各個星座大小不同，星數(shù)差別很大

第十三頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

神話人物類：仙女座，仙王座，武仙座，獵戶座，動物類：大熊座，小熊座，金牛座，杜鵑座；儀器用具類：羅盤座，時鐘座，圓規(guī)座，六分儀座，顯微鏡座，望遠鏡座書中附錄有星座表

第十四頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

千億顆恒星如何取名

我國古代給一些亮星起的名字天狼、北斗、大角、牛郎、織女、造父

國際命名方法：不能重名又要便于記憶

姓：星座名

名：該星座中的星以亮度排隊以希臘字母α,β,γ…

例如：小熊座α（北極星）第十五頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

希臘字母24個，故只能給2112顆星命名在希臘字母用完后接著再用阿拉伯數(shù)字繼續(xù)排如小熊座6星，大熊座56星等

第十六頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

其它天體命名

星云和梅西葉天體（M天體）射電源、X射線源、γ射線源、紅外源、紫外源超新星和超新星遺跡脈沖星和類星體河外星系（星表）

最普通的命名法：名字＋位置如脈沖星：PSR1133＋16

第十七頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

2.2地球的自轉和公轉哥白尼的貢獻

究竟是太陽繞地球轉還是地球繞太陽轉？

行星運動規(guī)律的解釋，引起宇宙觀的革命

缺點：

太陽不是宇宙中心，太陽系只是銀河系的普通一員

太陽不是靜止不動，也繞銀河系中心運動

哥白尼1543年提出日心說，到1846年才被完全證實。

第十八頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

地球自轉和天體的周日視運動

地球從西往東自轉太陽東升西落星空也東升西落只有北極星例外天上的群星都繞北極星畫出一個個大小不等圓圈

第十九頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

第二十頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

北極星變遷的原因－－地軸進動地球是橢球體，并斜著身子繞太陽公轉太陽和月球的引力對地球赤道隆起的部分產生一個力矩，導致地球自轉軸繞黃極作緩慢的圓錐運動（黃極是地球軌道平面的法線方向）

約2.6萬年繞黃極轉一周

第二十一頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

北極星的變遷現(xiàn)在是小熊座α公元前3000年是天龍座右樞公元14000年將是織女星

第二十二頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

地球的公轉

我們坐在快速行駛的火車上可以從路旁景物迅速地后退判斷火車在運動。地球在軌道上運動，如果兩旁有各種景物，我們也可以判斷地球在運動。但地球的近處沒有任何景物。只有遠處的星空可以作為參照物。

第二十三頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

恒星離我們太遠，須長時間觀測才會發(fā)現(xiàn)它們位置的變化。

星空的四季變化是地球公轉的最重要證據(jù)。

地球的軌道運動自轉軸與軌道平面的法線成230.53。

第二十四頁，共九十四頁，2022年，8月28日第二十五頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

2.3四季星空在地球上只能看見背著太陽方向的天空中的恒星

地球繞太陽的公轉導致星空也隨季節(jié)的變化而不同

第二十六頁，共九十四頁，2022年，8月28日第二十七頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

春季星空

小熊座

α星是北極星大熊座，大熊星座中有北斗七星，順著斗勺邊緣上兩顆星的聯(lián)線可找到北極星獅子座頭部由六顆星組成,獅子座流星雨

第二十八頁，共九十四頁，2022年，8月28日第二十九頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

獅子座流星雨

99年熱點天象（流星雨暴）

流星并非來自獅子座，是輻射點

實際上是彗星噴發(fā)或分裂的流星群物質散布在其軌道上，每當?shù)厍虼┰藉缧擒壍罆r，就發(fā)生流星雨。

每年11月17日左右，地球穿越獅子座流星群（坦普爾－塔特爾彗星軌道）就發(fā)生流星雨。

33年出現(xiàn)一次流星雨暴，原因是這個彗星的周期是33年。

第三十頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

第三十一頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

夏季星空

銀河橫跨天空

天鷹座

牛郎星

在銀河的東岸

天琴座織女星

在銀河的西岸

天鵝座在銀河中形如大“十”字天鵝座X-1（X射線源）

第三十二頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

第三十三頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

天鵝座X-1（X射線源），是黑洞候者，

黑洞看不見，但在雙星系統(tǒng)中的黑洞可以感覺到它的存在，雙星觀測可以估計伴星質量。

天鵝座X-1是密近雙星，質量大于5.5太陽質量，

是黑洞的最可能候選者。

第三十四頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

秋季星空

仙后座有五顆相當明亮的恒星排列成拉丁字母W的形狀

W字開口的一面正對著北極星仙女座肉眼可見，仙女座大星云是人類認識的第一個銀河系以外的星系

第三十五頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

第三十六頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

仙女座大星云人類認識的第一個銀河系以外的1920年美國科學院“宇宙尺度”大辨論

仙女座大星云是否在銀河系之外？沒有結論。

1923年哈勃證實仙女座的距離為90萬光年，遠在銀河系之外

確認是河外星系

第三十七頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

冬季星空

獵戶座

有三顆亮星，好比獵人的腰帶

主星α參宿四，紅超巨星

大犬座

天狼星，全天最亮的恒星

雙星系統(tǒng)，伴星是第一顆白矮星

第三十八頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

金牛座

昴星團有七顆主要亮星

蟹狀星云和它的脈沖星

1054年超新星爆發(fā)的遺跡

第三十九頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

第四十頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

看星圖

星圖種類繁多

星圖上的南北方向和普通地圖相反

使用地圖時，平放在地上，

使用星圖時，須要把星圖，高舉過頭，抬頭看星空

第四十一頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

星空運轉的規(guī)律1，地球自轉導致整個星空從東向西圍繞我們運轉一周，恒星每小時自西向東運行

15度，4分鐘1度；2，地球繞太陽的公轉，每年365天轉一周（360度）每天約移動1度，這導致恒星每天大約提前4分鐘升出地平線，或者過中天。

第四十二頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

黃道十二宮和“星座文化”

第四十三頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

星座能決定人的性格和命運嗎？

星座書《幸運星座××年》

人出生的月份對應一個星座每個人都有一個星座（認識12個星座）“星象學家”：不同星座能夠決定人的不同性格、一生機遇和機緣。

第四十四頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

第四十五頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

不同星座對人會產生不同的影響嗎？

天體的輻射對地球的影響：太陽最大，其它恒星和星系的影響微乎其微！

第四十六頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

引力可能產生影響引力影響：太陽最大，月球次之。和距離的平方成反比！恒星和星系，距離我們太遙遠了，對地球的影響接近于零撞擊地球彗星、小行星、隕星等撞擊地球（影響大）但很少發(fā)生。

第四十七頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

3.4天球坐標系借鑒地球的地理坐標基本點：北極、南極基本圈：赤道、緯圈，經圈、本初經圈緯度、經度

第四十八頁，共九十四頁，2022年，8月28日第四十九頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

緯度：從赤道面起算到北極0～90o

到南極0～－90o經度：從本初經圈起算（通過格林尼治天文臺）向東方向，東經0～180o

向西方向，西經0～180o杭州東經120度10分,北緯30度15分

第五十頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

天球1，用肉眼或望遠鏡看天體，分不清它們的遠近，好象是鑲嵌在無窮遠處的球面上：一個虛擬的天球！2，天球是以地球為中心，但這僅僅是一種方法，用起來方便

第五十一頁，共九十四頁，2022年，8月28日第五十二頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

3，太陽和太陽系的行星在天球上的視運動4，恒星也在運動（自行），短時期不會明顯看出恒星在天球上的相對位置發(fā)生變化

可以認為恒星固定在天球上

第五十三頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

天體位置：觀測者和天體的聯(lián)線與天球的交點

視運動：天體在天球球面上的運動

第五十四頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

天球坐標系1，赤道坐標系

2，地平坐標系

3，黃道坐標系

4，銀道坐標系只要求掌握赤道坐標系

第五十五頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

赤道坐標系

基本圈：赤道、緯圈、經圈基本點：北天極（南天極）春分點(3月21日）赤緯赤經第五十六頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

赤道坐標系子午圈春分點地平圈赤道天極赤緯時角，赤經赤經從春分點起算，時角從子午圈算起

第五十七頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

春分點和秋分點

地球軌道面（黃道面）和赤道面的交點第五十八頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

赤道坐標系天體M的赤緯從天赤道起算第一赤道坐標系(時角坐標系）時角從子午圈起算，順時針時角隨觀測地不同、時間不同而變化。第二赤道坐標系(赤道坐標系)赤經從春分點起算，逆時針赤經不隨觀測地及時間而變化第五十九頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

赤經參考點：春分點

春分點在天球上的視位置和恒星一樣也作周日運動，所以與恒星的距離不變坐標值不隨時間變化，和觀測地位置無關第六十頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

優(yōu)越的赤道坐標系英國著名學者李約瑟評價：現(xiàn)代國際通用的是中國古代的赤道坐標系，而不是希臘古代的黃道坐標系。坐標值不隨時間變化，也不受觀測點地理位置的影響，可唯一確定恒星在天球上的位置。

第六十一頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

問題：在地球上某處觀測天體有沒有永遠不落的天體？有沒有永遠不升起的天體？

第六十二頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

在地球的北極：（北極星在頭頂）地平圈與天赤道平行所有天體的周日平行圈與地平圈和天赤道平行所有的北天的天體都圍繞著北極星轉圓圈不會落到地平圈之下所有的南天的天體都看不到

第六十三頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

在地球赤道地區(qū)：地平圈與天赤道垂直所有天體的周日平行圈都與地平圈垂直沒有永遠不會落到地平線以下的星也沒有永不升起的星星

南天和北天的天體都可以觀測

第六十四頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

在其它緯度地區(qū)：既有拱極星也有永不升起的星還有有升有落的星由赤緯與當?shù)氐乩砭暥葲Q定

第六十五頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

2.5

恒星距離和視差測距法

測量距離的重要性

我們肉眼只能知道恒星在天球上的投影的位置，不知道恒星的距離就不能確定恒星空間的真實分布、運動速度、輻射的真實強度。

第六十六頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

距離單位

恒星之遙遠，遠到無法用公里來做單位

天文學家特別定義了3把不同的尺子1.天文單位

太陽和地球之間的距離約1億5千萬公里，稱為1個“天文單位”2.光年,光1年走的距離（大約10萬億公里）3.秒差距(pc)

1秒差距等于3.26光年

第六十七頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

近處的恒星可以用三角測量法

第六十八頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

在地球上利用三角測量法的困難

地球上的基線太短，地球直徑1.3萬公里（1.3×10－9光年）

最近恒星4.3光年

角度太小無法測量地球軌道提供3億公里基線，情況好轉，可用測恒星周年視差的方法估計距離。

第六十九頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

周年視差

觀測某一恒星，隔半年再觀測一次，由于地球繞太陽作軌道運動，我們是在相距2倍日地距離在基線兩端觀測這顆恒星的。結果可發(fā)現(xiàn)恒星在天球上的視位置會發(fā)生變化，也就是有視差。測量其視差，便可以得到距離。（見右圖）

第七十頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

第七十一頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

1秒差距的定義

（見右圖）：對1個天文單位的距離（日地距離）視差為1角秒時的距離為1秒差距（pc）

第七十二頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

1秒差距約等于3.26光年或30萬億公里

恒星距離和恒星視差成反比

恒星距離越遠，它的視差越小

恒星越近，視差越大

距離（秒差距）＝l／視差（角秒）

恒星距離非常遙遠，視差極為微小，

第七十三頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

哥白尼在創(chuàng)立日心學說時曾嘗試測量恒星視差，以證明地球圍繞太陽運轉，但未成功。

哥白尼之后經過了三百來年的努力，1838年才測量出第1顆恒星的視差：天鵝座61的視差為0.31角秒，它相當于從12公里處看一個1分硬幣所成的張角。

第七十四頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

周年視差的局限性

利用三角視差法測定了大約7千顆較近的恒星的距離，絕大多數(shù)恒星距離太遙遠，它們的視差位移小于0.001角秒，根本測量不出這樣的小角度。

第七十五頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

2.6恒星的星等和光度

視星等

公元前2世紀古希臘希帕恰斯首先用肉眼估計了星的亮度，按明暗程度分成6等級：

眼睛看起來最為明亮：1等星

看起來比1等星稍暗一些：2等星

再暗一些的：3等星，依此類推

眼睛剛能看到的：6等星

星的亮度越大，星等越小

肉眼能見到的約有6000顆恒星

第七十六頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

視星等的科學性

1850年，普森注意到，星等和亮度有一定的關系：

星等按等差級數(shù)增加

亮度按等比級數(shù)減小

1等星比6等星大約亮100倍

相鄰2個星等的亮度差2.512倍

取零星等的亮度（E）為單位

普森公式：m=－2.5×lgE

第七十七頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

絕對星等

視星等不是恒星真實發(fā)光能力，有的星發(fā)光強度大，可看起來暗(距離遠），可有的星發(fā)光強度不大，但看起來亮（距離近）。把恒星移到10秒差距(32.6光年）處

，再比較它們的亮度（目視星等），其目視星等叫做絕對星等。（相等的距離）

第七十八頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

視星等和絕對星等的關系

M＝m＋5－5logDm表示目視星等，M表示恒星的絕對星等，D表示恒星的距離（以秒差距為單位）。由D和m算出恒星的絕對星等M。

天狼星的視星等是-1.45等，距離為2.7秒差距，絕對星等＋1.5等。太陽離我們最近，看起來光輝奪目，它的目視星等達到-26.7等，絕對星等才只有＋4.83等。

第七十九頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

恒星的光度和亮度

光度L(luminosity)：天體在單位時間內輻射的總能量，是恒星的固有量。

亮度F(brightness)：在地球上單位時間單位面積接收到的天體的輻射量。

亮度的大小取決于三個因素：天體的光度、距離和星際物質對輻射的吸收和散射。

第八十頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

光度單位：爾格/秒

適用于光學，紅外、紫外、射電、Χ及γ射線波段。恒星之間的光度差別非常大。超巨星“天津四”的光度比太陽約強五萬倍，天狼星的伴星是一顆白矮星，其光度不到太陽的萬分之一。

第八十一頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

光度和體積、溫度的關系

恒星的光度由其溫度和表面積決定，溫度愈高光度愈大。表面積愈大光度也愈大。光度大的恒星叫做巨星，光度比巨星更強的叫超巨星，光度小的稱為矮星。

光度大的巨星，體積也大。光度小的矮星，體積也小。

第八十二頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

2.7其它測距法

分光視差法造父變星法紅移法

H－R圖法超新星法

第八十三頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

1分光視差法測距離

1902年，丹麥天文學家發(fā)現(xiàn)恒星光譜中電離鍶譜線的強度和恒星的絕對星等有關系。1914年，美國天文學家建立起利用光譜譜線強度確定恒星視差的方法。

測定出未知距離的恒星的特征譜線強度比率后就可求出絕對星等。再利用視星等、絕對星等和距離的關系式，求出恒星的距離。

非常暗弱的恒星不可能獲得光譜資料，分光視差法失靈。

第八十四頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

2造父變星法

1784年，發(fā)現(xiàn)仙王座δ星是變星，我國叫做“造父一”。造父一最亮時是3.6等，最暗時是4.3等，周期性變化（5.37天）。后來發(fā)現(xiàn)的造父變星越來越多，成為一種類型－－造父型變星。

造父變星的光變曲線：變化周期幾天至幾月。

第八十五頁，共九十四頁，2022年，8月28日大學物理

造父變星的周光關系

勒維特是美國一位兩耳失聰?shù)呐煳膶W家，研究小麥哲倫星云中1777顆變星，其中