天文學(xué)概論課件

通識(shí)課天文學(xué)概論教師：馬素麗1.1.5太陽(yáng)系的物質(zhì)分布太陽(yáng)系物質(zhì)分布的六重界限天文單位是指地球到太陽(yáng)的平均距離。天文單位（英文：AstronomicalUnit，簡(jiǎn)寫AU）,一天文單位約等于1.496億千米。VI奧爾特彗星云（2萬(wàn)－20萬(wàn)AU)V日球（100AU）IV柯伊伯帶（30－50AU）III類木行星（5.2－30AU）II小行星帶(2.17－3.64AU)I類地行星（0.39－1.52AU）I類地行星水、金、地、火4顆行星，空間范圍0.39～1.52AU，

體積和質(zhì)量都比較小，密度較大，溫度較高，有堅(jiān)硬的巖石外殼，沒(méi)有光環(huán)，一共只有3顆衛(wèi)星，地球一顆，火星兩顆。

小行星帶（Asteroidbelt）是太陽(yáng)系內(nèi)介于火星和木星軌道之間的小行星密集區(qū)域。分布著幾千萬(wàn)個(gè)以巖石為主要成分的小行星。小行星帶內(nèi)最大的三顆小行星分別是智神星、婚神星和灶神星，平均直徑都超過(guò)400公里；在主帶中僅有一顆矮行星—谷神星II小行星（Asteroid）帶關(guān)于小行星的來(lái)源：

一種觀點(diǎn)認(rèn)為，火星和木星之間存在過(guò)一顆大行星，后來(lái)爆炸成小塊，形成了小行星群。

另一種觀點(diǎn)認(rèn)為，小行星起源于原始星云，原始星云在逐漸形成太陽(yáng)和太陽(yáng)系的行星的時(shí)候，有一部分星云演化不健全，形成小行星群。

最新的發(fā)現(xiàn)表明，小行星也可有衛(wèi)星，如直徑243千米的大力神星就有一顆直徑為45.6千米的衛(wèi)星，兩者相距977千米。小行星逐漸接近地球(示意圖)

矮行星或稱“侏儒行星”，體積介于行星和小行星之間，圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)，質(zhì)量足以克服固體應(yīng)力以達(dá)到流體靜力平衡（近于圓球）形狀，沒(méi)有清空所在軌道上的其他天體，同時(shí)不是衛(wèi)星。矮行星谷神星（Ceres）是太陽(yáng)系中最小的、也是唯一一顆位于小行星帶的矮行星。由意大利天文學(xué)家皮亞齊發(fā)現(xiàn)，并于1801年1月1日公布。谷神星的直徑約950千米，是小行星帶之中已知最大最重的天體，約占小行星帶總質(zhì)量的三分之一。提丟斯-波得定則

1764年德國(guó)的一位中學(xué)教師提丟斯發(fā)現(xiàn)行星的排列有一個(gè)規(guī)律：如果令土星到太陽(yáng)的距離為100個(gè)單位，那么：水星離太陽(yáng)4+0=4個(gè)單位金星離太陽(yáng)4+3=7個(gè)單位地球離太陽(yáng)4+6=10個(gè)單位火星離太陽(yáng)4+12=16個(gè)單位?離太陽(yáng)4+24=28個(gè)單位木星離太陽(yáng)4+48=52個(gè)單位土星離太陽(yáng)4+96=100個(gè)單位

當(dāng)時(shí)在離太陽(yáng)28個(gè)單位處并未發(fā)現(xiàn)有行星。柏林天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)彼得把提丟斯的想法總結(jié)成為

提丟斯－彼得定則，可寫成如下的數(shù)學(xué)公式：Rn=0.4+0.3×2n-2III類木行星木、土、天、海4顆行星，空間范圍5.2～30AU，體積和質(zhì)量都很大，密度較小，溫度較低，沒(méi)有堅(jiān)硬的巖石外殼，大區(qū)層下面是液態(tài)氫組成的海洋。都有光環(huán)和許許多多的衛(wèi)星。IV柯伊伯帶柯伊伯帶是一種理論推測(cè)認(rèn)為短周期彗星是來(lái)自離太陽(yáng)30—50天文單位的一個(gè)環(huán)帶。早在上世紀(jì)50年代，柯伊伯和埃吉沃斯（Edgeworth）就預(yù)言：在海王星軌道以外的太陽(yáng)系邊緣地帶，充滿了微小冰封的物體，它們是原始太陽(yáng)星云的殘留物，也是短周期彗星的來(lái)源地。位于太陽(yáng)系的盡頭，其名稱源于荷蘭裔美籍天文學(xué)家柯伊伯（Kuiper）。柯伊伯帶1950年，荷蘭天文學(xué)家?jiàn)W爾特（J.H.Oort)作了彗星軌道的統(tǒng)計(jì)研究，發(fā)現(xiàn)軌道半徑為3萬(wàn)至10萬(wàn)天文單位的彗星數(shù)目很多，他推算那里有個(gè)大致球?qū)訝畹腻缧莾?chǔ)庫(kù)，有上千億顆彗星。1988年鄧肯（M.Duncan）證明，柯伊伯帶是短周期彗星的主要源。日球

日球，是太陽(yáng)風(fēng)粒子能到達(dá)的區(qū)域，最遠(yuǎn)到100AU，

完全籠罩著所有大行星和柯伊伯帶，成球狀分布，太陽(yáng)在位于。在最初的一百億英里的半徑內(nèi)，太陽(yáng)風(fēng)以每小時(shí)百萬(wàn)公里的速度移動(dòng)。當(dāng)他開(kāi)始與星際物質(zhì)碰撞時(shí)至停止之前，其速度已經(jīng)降至亞音速，形成終端激波；與星際物質(zhì)達(dá)到平衡之處稱為太陽(yáng)層頂（heliopause）。日球與太陽(yáng)的距離在80到100天文單位。奧特云距離太陽(yáng)大約2萬(wàn)—20萬(wàn)天文單位。奧特云是太陽(yáng)系外圍的一圈巨大冰天體形成的球形云，這里環(huán)繞著無(wú)數(shù)彗星。公元1950年由荷蘭天文學(xué)家簡(jiǎn)·奧特首次發(fā)現(xiàn)。奧特云也被稱為原彗星云區(qū)，簡(jiǎn)·奧特教授估計(jì)該區(qū)域至少有兩百萬(wàn)顆以上的原始彗星，但其總質(zhì)量比地球質(zhì)量還要小，繞太陽(yáng)一周需幾百萬(wàn)年。奧爾特彗星云彗星（Comets）Mostlyobjectsinhighlyellipticalorbits,occasionallycomingclosetothesun.Icynucleus,whichevaporatesandgetsblownintospacebysolarwindpressure.

彗星是太陽(yáng)系里一種比較特殊的天體，當(dāng)它遠(yuǎn)離太陽(yáng)時(shí)呈現(xiàn)為一個(gè)云狀小斑點(diǎn)，接近太陽(yáng)時(shí)它會(huì)長(zhǎng)出尾巴，越靠近太陽(yáng)，尾巴越大、越長(zhǎng)。

彗星中最著名的是哈雷慧星，因?yàn)樗潜活A(yù)言回歸的周期彗星。

彗星質(zhì)量主要集中在彗核內(nèi)，彗核的大小約為數(shù)千米，彗核的密度約為1克/厘米3，而彗尾物質(zhì)極為稀薄，約為地面空氣密度的十億分之一。哈雷(Halley)彗星的核流星和隕星

夜晚，人們有時(shí)會(huì)看到一道亮光劃破夜空，這就是常見(jiàn)的流星現(xiàn)象

在太陽(yáng)系空間存在無(wú)數(shù)塵粒和小固體塊，總稱為流星體。它們都繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)時(shí)常會(huì)和流星體相遇，它們闖入地球大氣層后，摩擦生熱、燃燒、發(fā)光。流星

質(zhì)量在5千克以上的流星體在停止發(fā)光時(shí)還會(huì)有殘余的未氣化部分，假如它落到地面上就稱為隕星。

除了單個(gè)、零星的流星外，還有一類周期性流星，在每年大致相同的日子里，可以看到較多流星從天空某一點(diǎn)向外輻射狀射出，這種現(xiàn)象又叫做流星雨。獅子座流星雨1.2恒星世界恒星是由熾熱氣體組成的，是能自己發(fā)光的球狀或類球狀天體。由于恒星離我們太遠(yuǎn)，不借助于特殊工具和方法，很難發(fā)現(xiàn)它們?cè)谔焐系奈恢米兓虼斯糯税阉鼈冋J(rèn)為是固定不動(dòng)的星體。恒星都是氣體星球。晴朗無(wú)月的夜晚，且無(wú)光污染的地區(qū)，一般人用肉眼大約可以看到6000多顆恒星，借助于望遠(yuǎn)鏡，則可以看到幾十萬(wàn)乃至幾百萬(wàn)顆以上。估計(jì)銀河系中的恒星大約有1500-2000億顆。1.2.1恒星的星等星等（magnitude）是恒星亮度等級(jí)。用數(shù)字表示，記為m。星越亮，星等數(shù)越小。星等首先由古希臘天文學(xué)家喜帕恰斯（Hipparchus）提出。天文學(xué)上規(guī)定，星的明暗一律用星等來(lái)表示，星等數(shù)越小，說(shuō)明星越亮，星等數(shù)每相差1，星的亮度大約相差2.5倍。天空中有一等星21顆，二等星有46顆，三等星134顆，四等星共458顆，五等星有1476顆，六等星共4840顆，共計(jì)6974顆。（目視星等）喜帕恰斯（依巴谷）（Hipparchus）

公元前2世紀(jì)，古希臘有一位天文學(xué)家叫喜帕恰斯Hipparchus)，他在愛(ài)琴海的羅得島上建起了觀星臺(tái)，他對(duì)恒星天空十分熟悉。一次，他在天蝎座中發(fā)現(xiàn)一顆陌生的星。他決定繪制一份詳細(xì)的恒星天空星圖。

公元前129年，一份標(biāo)有1000多顆恒星精確位置和亮度的恒星星圖終于在他手中誕生了。為了清楚地反應(yīng)出恒星的亮度，喜帕恰斯將恒星亮暗分成等級(jí)。他把看起來(lái)最亮的20顆恒星作為一等星，把眼睛看到最暗弱的恒星作為六等星。在這中間又分為二等星、三等星、四等星和五等星。喜帕恰斯在2100多年前奠定的“星等”概念基礎(chǔ)，一直沿用到今天。

依巴谷利用自制的觀測(cè)工具，并創(chuàng)立三角學(xué)和球面三角學(xué)，測(cè)量出地球繞太陽(yáng)一圈所花的時(shí)間約365.25-1/300天，與正確值只相差六分鐘；他更算出一個(gè)朔望月周期為29.53058天，與現(xiàn)今算出的29.53059天十分接近。恒星的命名有多種方法，最通用的是劃分星座的命名法。星座名稱大多沿用古希臘的教法，以神話中的人物多動(dòng)物命名。1.2.2恒星的命名巴耶恒星名一般有兩種寫法。第一種是全寫，如AlphaCanisMajoris（天狼星）及BetaPersei（大陵五）；另一種是簡(jiǎn)寫，即小階希臘字母加星座的三字母標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)寫，如αCMa及βPer。巴耶恒星命名法（Bayerdesignation）是由約翰·巴耶（JohannBayer）在其《測(cè)天圖》（Uranometria，1603年）中所提出的恒星系統(tǒng)命名法。根據(jù)這命名法，一顆恒星的名字由兩部份所組成：前半部為一希臘字母，后半部則是恒星所處星座的屬格。原則上一個(gè)星座之中最光的那一顆星就會(huì)被稱為α，第二光的就會(huì)是β，接著就是γ、δ……如此類推。希臘字母只有廿四個(gè)，要命名同一星座中更多的星時(shí)，巴耶就利用小階拉丁字母，然后就是大階拉丁字母。希臘字母

希臘字母是希臘語(yǔ)所使用的字母，也廣泛使用于數(shù)學(xué)、物理、生物、天文等學(xué)科。AndromedaAndromedaeAnd仙女座北天[5]

72219100AntliaAntliaeAnt唧筒座南天2396220ApusApodisAps天燕座南天[6]

2066720AquariusAquariiAqr水瓶座赤道[7]

9801090AquilaAquilaeAql天鷹座赤道6522270AraAraeAra天壇座南天2376330AriesArietisAri白羊座赤道4413950AurigaAurigaeAur御夫座北天6572190BootesBootisBoo牧夫座赤道9071390CaelumCaeliCae雕具座南天1258110CamelopardalisCamelopardalisCam鹿豹座北天7571850CancerCancriCnc巨蟹座赤道5063160CanesVenaticiCanumVenaticorumCVn獵犬座北天4653830CanisMajorCanisMajorisCMa大犬座赤道3804380CanisMinorCanisMinorisCMi小犬座赤道1837120CapricornusCapricorniCap摩羯座赤道4144050CarinaCarinaeCar船底座南天49434110CassiopeiaCassiopeiaeCas仙后座北天5982590CentaurusCentauriCen半人馬座南天106009150CepheusCepheiCep仙王座北天5882760CetusCetiCet鯨魚座赤道123104100八十八星座之一這個(gè)雕像涉及了天鷹座和水瓶座兩個(gè)故事。傳說(shuō)伽倪墨得斯是特洛伊的王子，有一天，他替父親看羊時(shí)，宙斯在天空經(jīng)過(guò)，一見(jiàn)伽倪墨得斯即對(duì)他迷戀，宙斯變身成一只鷹擄走伽倪墨得斯到奧林匹斯山，此鷹就是天鷹座，而伽倪墨得斯從此成為宙斯身旁的倒酒僮。由于天后赫拉的妒忌，使計(jì)陷害，讓宙斯以為伽倪墨得斯要和侍女私奔，氣得要處死他。然而，就在射手奇?zhèn)惿涑瞿侵旅患膭x那，侍女海倫擋在了伽倪墨得斯的胸前!眼看奸計(jì)沒(méi)能得逞，赫拉惱羞成怒之下，將伽倪墨得斯變成了一只透明的水瓶，要他永生永世為宙斯倒水。然而，水瓶中倒出來(lái)的卻是眼淚!眾神無(wú)不為之動(dòng)容，于是宙斯便將伽倪墨得斯封在了天上，成為了水瓶座（一個(gè)憂傷的故事，赫拉一如既往的嫉妒，希臘同性戀的起源話）。ChamaeleonChamaeleonisCha蝘蜓座南天1327920CircinusCirciniCir圓規(guī)座南天938520ColumbaColumbaeCol天鴿座南天2705440ComaBerenicesComaeBerenicesCom后發(fā)座赤道3864253CoronaAustrilisCoronaeAustrilisCrA南冕座南天1288025CoronaBorealisCoronaeBorealisCrB北冕座赤道1797320CorvusCorviCrv烏鴉座赤道1847015CraterCraterisCrt巨爵座赤道2825320CruxCrucisCru南十字座南天688830CygnusCygniCyg天鵝座北天80416150DelphinusDelphiniDel海豚座赤道1896930DoradoDoradusDor箭魚座南天1797220DracoDraconisDra天龍座北天10830880EquuleusEquuleiEqu小馬座赤道728710EridanusEridaniEri波江座赤道113806100FornaxFornacisFor天爐座赤道3984135GeminiGeminorumGem雙子座赤道5143070GrusGruisGru天鶴座南天3664530HerculesHerculisHer武仙座赤道122505140HorologiumHorologiiHor時(shí)鐘座南天2495820HydraHydraeHya長(zhǎng)蛇座赤道13030120HydrusHudriHyi水蛇座南天2436120IndusIndiInd印地安座南天2944920八十八星座之二LacertaLacertaeLac蝎虎座北天2016835LeoLeonisLeo獅子座赤道9471270LeoMinorLeonisMinorisLMi小獅座赤道2326420LepusLeporisLep天兔座赤道2905140LibraLibraeLib天秤座赤道5382950LupusLupiLup豺狼座南天3344670LynxLyncisLyn天貓座北天5452860LyraLyraeLyr天琴座北天2865245MensaMensaeMen山案座南天1537515MicroseopiumMicroacopiiMic顯微鏡座南天2106620MonocerosMonocerotisMon麒麟座南天4833585MuscaMuscaeMus蒼蠅座南天1387730NormaNormaeNor矩尺座南天1657420OctansOctantisOct南極座南天2915035OphiuchusOphiuchiOph蛇夫座赤道94811100OrionOrionisOri獵戶座赤道59426120PavoPavonisPav孔雀座南天3784445PegasusPegasiPeg飛馬座赤道112107100PerseusPerseiPer英仙座北天6152490PhoenixPhoenicisPhe鳳凰座南天4693740PictorPictorisPic繪架座南天2475930PiscesPisciumPsc雙魚座赤道8891475PiscisAustrinusPiscisAustriniPsA南魚座赤道2456025八十八星座之三獵戶座（Orion）是一個(gè)非常顯著的星座，也許是夜空中最出名的一個(gè)。全世界的人都能看到它那些分布在天赤道上耀眼的星，也是各地人都認(rèn)得的星座。形如獵人俄里翁站在波江座的河岸，身旁有他的兩頭獵犬大犬座和小犬座，與他一起追逐著金牛座。一些其他的獵物如天兔座都在他的附近。奧賴溫PuppisPuppisPup船尾座赤道67320140PyxisPyxidisPyx羅盤座赤道2216525ReticulumReticuliRet網(wǎng)罟座南天1148215SagittaSagittaeSge天箭座赤道808620SagittariusSagittariiSgr人馬座赤道86715115ScorpiusScorpiiSco天蝎座赤道49733100SculptorSculptorisScl玉夫座赤道4753630ScutumScutiSct盾牌座赤道1098420SerpensSerpentisSer巨蛇座赤道6372360SextansSextantisSex六分儀座赤道3144725TaurusTauriTau金牛座赤道79717125TelescopiumTelescopiiTel望遠(yuǎn)鏡座南天2525730TriangulumTrianguliTri三角座赤道1327815TriangulumAustraleTrianguliAustralisTrA南三角座南天1108320TucanaTucanaeTuc杜鵑座南天2954825UrsaMajorUrsaeMajorisUMa大熊座北天128003125UrsaMinorUrsaeMinorisUMi小熊座北天2565620VelaVelorumVel船帆座南天50032110VirgoVirginisVir室女座赤道12940295VolansVolantisVol飛魚座南天1417620VulpeculaVulpeculaeVul狐貍座赤道2685545八十八星座之四宙斯與歐羅巴相戀的故事。被宙斯的妻子赫拉知道了，這讓赫拉非常的生氣！宙斯就趕緊去找歐羅巴，帶著歐羅芭飛越愛(ài)琴海，來(lái)到克里特島。而宙斯為紀(jì)念那表白的地方，就以公主的名字歐羅芭做為那塊土地的名字。那土地正是今天的歐洲大陸。而且當(dāng)初宙斯化身的金牛，也列入天上的群星之中，成為了金牛座。專門編制的星表編號(hào)命名BD德國(guó)波恩天圖星表;例：SD+36°2147赤緯+36°GC總星表NGC星云星團(tuán)新總星表M法國(guó)梅西葉星表……

恒星的命名（2）中國(guó)古代取得了大量天體測(cè)量成果，為后人留下了很多珍貴的星圖、星表。星表是把測(cè)量出的恒星的坐標(biāo)加以匯編而成的。大約在公元前四世紀(jì)的戰(zhàn)國(guó)時(shí)代，魏人石申編寫了《天文》一書共8卷，后人稱之為《石氏星經(jīng)》。雖然它到宋代以后失傳了…我國(guó)古代把星空分為若干區(qū)域，稱為星官或星宿，類似于現(xiàn)在的星座。隋代，我國(guó)對(duì)于星空的區(qū)域劃分已經(jīng)基本上固定下來(lái)，并且一直沿用到近代。這就是著名的三垣四象二十八宿。三垣是將北極周圍的天空星象分為紫微垣，太微垣和天市垣三個(gè)區(qū)域。四象是指東方蒼龍、西方白虎、南方朱雀和北方玄武。其中玄武是龜?shù)囊馑?。在四象的基礎(chǔ)上，把每一象分為七段，第一段叫做"宿"，一共二十八宿，環(huán)天一周。二十八宿的位置正好是月球運(yùn)行經(jīng)過(guò)的地方，月球繞地公轉(zhuǎn)的周期是27天多，一天約經(jīng)過(guò)一宿。所以二十八宿就不僅僅是星空區(qū)劃了，它還成為制訂歷法的根據(jù)。1.2.3恒星的運(yùn)動(dòng)距離恒星葉同行星一樣有自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)。銀河系恒星的公轉(zhuǎn)是繞銀河系核心的運(yùn)動(dòng)。太陽(yáng)系帶著它的家庭成員繞銀河系核心公轉(zhuǎn)，速度緯250千米／秒，比地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的速度快8倍。恒星之間也有很大的相當(dāng)運(yùn)動(dòng)，但比起遙遠(yuǎn)的距離來(lái)說(shuō)是微不足道的。恒星的距離恒星的距離用光年計(jì)算——光一年走過(guò)的路程。恒星距離的測(cè)定：

恒星視差最常使用周年視差來(lái)測(cè)量，定義是從地球和太陽(yáng)看見(jiàn)的恒星位置在角度上的差異，也就是一顆恒星在地球繞太陽(yáng)軌道平均半徑對(duì)角上的差別。1秒差距(3.26光年)的定義是周年視差為1角秒的距離。周年視差一般是觀察在一年的不同時(shí)間里，通過(guò)地球在軌道上移動(dòng)測(cè)量的恒星位置。周年視差的測(cè)量是第一個(gè)可靠的測(cè)量最接近的恒星距離的方法。第一次成功測(cè)量出的恒星視差是白塞耳在1838年使用量日儀測(cè)出的天鵝座61。視差法：視差通常是由地球在軌道上不同的位置，導(dǎo)致觀察