现代天文学 (诺贝尔奖天文学奖项回顾)讲授提纲.ppt

现代天文学 诺贝尔奖天文学奖项回顾 讲授提纲 第二章天体的视运动和天球坐标系1 星座和恒星命名2 地球的自转 公转和天体的视运动3 四季星空4 从地心说到日心说5 天球坐标 1 星座和恒星命名 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 星座不是有机整体星座只是某一方向范围内所有天体的集合银河系中的恒星 星云河外星系 类星体 在同一个星座内的天体的距离极其悬殊 距离极其悬殊月球 38 4万千米金星 4100万千米日地距离 15000万千米冥王星 40倍日地距离 最近的恒星是半人马座的比邻星距离地球4 3光年牛郎星 6光年 织女星 25光年 北极星 680光年银河系中最远的恒星 8万光年 最近的星系 大 小麦哲伦星云 16万和19万光年仙女星系 2200万光年远距离星系 几亿光年 上百亿光年 星座和恒星名字古希腊人 分成48个星座 主要是北天的恒星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各个星座大小不同 星数差别很大 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 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 为什么有现代仪器名的星座 千亿颗恒星如何取名我国古代给一些亮星起的名字天狼 北斗 大角 牛郎 织女 造父国际命名方法 不能重名又要便于记忆姓 星座名名 该星座中的星以亮度排队以希腊字母 例如 小熊座 北极星 希腊字母24个 故只能给2112颗星命名在希腊字母用完后接着再用阿拉伯数字继续排 如小熊座6星 大熊座56星等 其它命名星云和梅西叶天体 M天体 射电源 X射线源 射线源 红外源 紫外源超新星和超新星遗迹脉冲星和类星体河外星系 星表 最普通的命名法 名字 位置如脉冲星 PSR1133 16 2 地球的自转和公转 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天上的群星都绕北极星画出一个个大小不等圆圈 北极星变迁的原因 地轴进动地球是椭球体 并斜着身子绕太阳公转太阳和月球的引力对地球赤道隆起的部分产生一个力矩 导致地球自转轴绕黄极作缓慢的圆锥运动 黄极是地球轨道平面的法线方向 约2 6万年绕黄极转一周 北极星的变迁现在小熊座 公元前3000年天龙座右枢公元14000年织女星 地球的公转我们坐在快速行驶的火车上可以从路旁景物迅速地后退判断火车在运动 地球在轨道上运动 如果两旁有各种景物 我们也可以判断地球在运动 但地球的近处没有任何景物 只有远处的星空可以作为参照物 恒星离我们太远 长时间观测才会发现它们位置的变化 星空的四季变化是地球公转的最重要证据 3 四季星空 发现新的天体新星超新星彗星流星群观测罕见的天象天文摄影 四季星空在地球上只能看见背着太阳方向的天空中的恒星 地球绕太阳的公转导致星空也随季节的变化而不同 观测罕见的天象天文摄影观测有特殊意义的天体 四季星空春夜大熊追小熊 夏夜牛郎会织女 秋夜仙女拜仙后 冬夜猎户斗金牛 春季星空小熊座 星是北极星大熊座 大熊星座中有北斗七星 顺着斗勺边缘上两颗星的联线可找到北极星狮子座头部由六颗星组成狮子座流星雨 狮子座流星雨99年热点天象 流星雨暴 并非来自狮子座 是辐射点彗星喷发或分裂的流星群物质散布在其轨道上 每当地球穿越彗星轨道时 就发生流星雨 每年11月17日左右 地球穿越狮子座流星群 坦普尔 塔特尔彗星轨道 33年出现一次流星雨暴 原因是这个彗星的周期是33年 夏季星空银河横跨天空天鹰座牛郎星在银河的东岸天琴座织女星在银河的西岸天鹅座在银河中形如大 十 字天鹅座X 1 X射线源 天鹅座X 1 X射线源 在双星系统中找黑洞 黑洞看不见但可以感觉到它的存在双星观测可以估计伴星质量天鹅座X 1是密近双星质量大于5 5太阳质量是黑洞的最可能候选者 秋季星空仙后座有五颗相当明亮的恒星排列成拉丁字母W的形状W字开口的一面正对着北极星仙女座肉眼可见仙女座大星云是人类认识的第一个银河系以外的星系 仙女座大星云是人类认识的第一个银河系以外的星系1920年美国科学院 宇宙尺度 大辩论银河系和旋涡星云的大小仙女座大星云是否在银河系之外 1923年哈勃证实仙女座的距离为90万光年 远在银河系之外 银河系只有10万光年大小 冬季星空猎户座有三颗亮星 好比猎人的腰带主星 是红超巨星大犬座天狼星 全天最亮的恒星双星系统 伴星是第一颗白矮星金牛座昴星团有七颗主要亮星蟹状星云和脉冲星1054年超新星爆发的遗迹 看星图星图种类類繁多星图上的南北方向和普通地图相反使用地图時 平放在地上使用星图時 面向南方把星图高舉過頭 抬头对照星图看星空 星空图说明1 不同地理纬度所看到的星空是不同的 这里给出的四季星图是纬度为35度的情况 2 间隔15天在同一地点同一时刻看星空 同一星空向东移15度 如果提前1小时看则基本是相同的星空 星空运转的规律1 地球自转导致整个星空从东向西围绕我们运转一周 恒星每小时自西向东运行15度 4分钟1度 2 地球绕太阳的公转 每年365天转一周 360度 每天约移动1度 这导致恒星每天大约提前4分钟升出地平线 或者过中天 黄道十二宫和 星座文化 黄道十二宫太阳视运动经过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 室女功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 星座能决定人的性格和命运吗 星座书 幸运星座 年 人出生的月份对应一个星座每个人都有一个星座 认识12个星座 星象学家 不同星座能够决定人的不同性格 一生机遇和机缘 不同星座对人会产生不同的影响吗 天体的辐射对地球的影响 太阳最大 其它恒星和星系的影响微乎其微 毫央斯基 1mJy 10 29瓦 米2赫兹 英国JodrellBank射电天文台展览会 桌上放一迭白纸要求参观者拿一张纸的背面写道 你付出的能量比全世界射电望远镜在其全部历史中所接收的能量还多 太阳系外的天体提供给地球的能量微乎其微 引力可能产生影响引力影响 月球最大和距离的平方成反比 恒星和星系 距离我们太遥远了 对地球的影响接近于零撞击地球彗星 小行星 陨星等撞击地球 4 从地心说到日心说大約公元前400年 帕拉图提出 所有天体都以圆轨道绕地球运行 地球处於宇宙的中心 這是古老的地球中心說 但是早期的地心說解釋不了行星逆行的現象 托密勒的宇宙觀 地球中心说行星有两个轨道运动 一个轨道是 均轮 而均轮中心在 本轮 的圆轨道绕地球旋转 这个理论所预测的行星位置 和实际位置的誤差在几度之內 当时的测量精度差 只能认为与观测相符 结果托密勒地心說主宰了西方世界約一千五百年 哥白尼 太阳中心说波兰天文学家哥白尼 1473 1543 提出日心說 认为太阳是宇宙的中心 而地球只不过是围绕太阳运动的一顆行星 成功解釋行星的逆行現象 但是 这一模型对天体运动的预测也不太准 行星轨道是圆形 太阳中心论的推论1 周年视差现象2 光行差现象但是当时的观测精度很差 测量不出 而遇到困难 第谷和开普勒第谷 测量行星的位置及变化 积累了大量的观测资料开普勒 第谷的助手和继承人 利用第谷的观测资料 总结出行星运动三大定律 开普勒第一定律 所有行星皆以椭圆形轨道环绕太阳运行 而太阳则处在椭圆的一个焦点上 开普勒第二定律 假若在行星和太阳之间画一条直线 无论行星在什么位置 在同等时间之下 这条直线所扫过的面积皆会相等 行星越接近太阳 运行速度越高 开普勒第三定律 行星公转周期的平方与太阳平均距离的立方成正比 公转周期 2 常数 平均距离 3开普勒只是从行星运动的观测数据中总结出三大定律 属于经验规律 非常正确 但不知是什么原因 牛顿牛顿提出万有引力定律 萬物皆會互相吸引F GM1M2 r2G為引力常數 太小 6 671 10 11米3千克 1秒 2 地球上的物體的質量太小 它們之间的引力便微不足道 牛顿从万有引力理论出发推导出开普勒三大定律 由天体运行总结出物理规律 成为天体物理的里程碑 万有引力定律只能在研究天体运动中发现和加以证实 太阳系演化几十种太阳系起源的学说可分为两类 一类认为太阳系是由同一块星云物质凝聚而成的 另一类则认为太阳系是一次突然的灾变中产生的 20世纪的研究 星云说占上风 1942年以后阿尔文发表了一系列的论文 并在1954年和1976年出版专著 太阳系的起源 和 太阳系的进化 成为影响较大 比较成熟的一种 太阳系形成的拉普拉斯星云说一团炽热的球形星云由于冷却收缩和自转离心力的作用分离出一个个气体环 收缩使自转加快 形状变扁 引力和离心力相等时停止收缩 离心力超过引力时便分离出一个圆环 最后形成行星 5 天球坐标系 借鉴地球的地理坐标基本点 北极 南极基本圈 赤道 纬圈经圈 本初经圈纬度 经度 纬度 从赤道面起算到北极0 90o到南极0 90o经度 从本初经圈起算 通过格林尼治天文台 向东方向 东经0 180o向西方向 西经0 180o北京东经116度22分北纬39度58分 天球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 天球是以地球为中心 但这仅仅是一种方法 用起来方便 3 太阳和太阳系的行星在天球上的视运动4 恒星也在运动 自行 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 天体位置 观测者和天体的联线与天球的交点视运动 天体在天球球面上的运动 天球坐标系1 赤道坐标系2 地平坐标系3 黄道坐标系4 银道坐标系只要求掌握赤道坐标系 赤道坐标系基本圈 赤道 纬圈 经圈基本点 北天极 南天极 春分点赤纬赤经 地平圈 通过地心并垂直于观测者垂线的平面与天球相交的大圆 天顶和天底 沿观测者所指的方向作铅直线上下延伸与天球的交点 Z为天顶Z 为天底子午线 通过天顶和北天极的大圆四方点 子午圈与地平圈相交的两点 靠北天极近的为北点 靠南天极近的是南点 春分点和秋分点地球轨道面 黄道面 和赤道面的交点 赤道坐标系子午圈春分点地平圈赤道天极赤纬时角 赤经 春分点 赤经从春分点起算 时角从子午圈算起 赤道坐标系天体M的赤纬从天赤道起算第一赤道坐标系时角从子午圈起算 顺时针时角随观测地不同而变化第二赤道坐标系赤经从春分点起算 逆时针赤经不随观测地不同而变化 赤经参考点 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不随时间变化 和观测地位置无关 优越的赤道坐标系英国著名学者李约瑟评价 现代国际通用的是中国古代的赤道坐标系 而不是希腊古代的黄道坐标系 坐标值不随时间变化 也不受观测点地理位置的影响 可唯一确定恒星在天球上的位置 在地球上某处观测天体有没有永远不落的天体 有没有永远不升起的天体 在地球的北极 地平圈与天赤道平行所有天体的周日平行圈与地平圈和天赤道平行所有的北天的天体都围绕着北极星转圆圈不会落到地平圈之下所有的南天的天体都看不到 在地球赤道地区 地平圈与天赤道垂直所有天体的周日平行圈都与地平圈垂直没有永远不会落到地平线以下的星也没有永不升起的星星南天和北天的天体都可以观测 在其它纬度地区 既有拱极星也有永不升起的星还有有升有落的星由赤纬与当地地理纬度决定 本章要求1 星座的由来 记住4个星座的特征 2 地球自转和公转的观测证据是什么 3 天球是什么 4 天球赤道坐标系 思考讨论1 星座能决定人的性格和命运吗 作业11 在某地观测星空 不同的日期能否看到相同的星空 如今天晚上10时看到的星空 在15天以后什么时间还能看到 2 太阳日和恒星日差多少 为什么 3 什么是春分点 春分点的赤经和赤纬是多少 4 名词解释 天赤道 天轴 子午线 地平圈 黄道 作业2 期末前3周交 观测题 观星报告 自己确定题目 但要说明时间 地点 情况和体会 现代天文学课有关通知1 目前约有300名同学选修 希同学自己上网查找 是否选上 或退课是否已退掉 第5周起不再受理选课和退课事宜 2 本课的讲授提纲将及时上北大BBS网天文版 由于每个附件的容量要小于1兆 故将图删除 3 新讲义已由教材科印好 新讲义增加了天文基础知识部分和图 已购买旧讲义的同学 可以不买新讲义 4 第4周课 放天文学知识V