古西腊天文学和近代天文学.ppt

在这里我并不打算和大家讨论恒星和行星的在物理上的分别。想同大家讨论的是恒星与行星在天球上运动的特点。恒星的恒字代表他在天球上的位置是永恒不变，在天球这篇文章中提及恒星在天空中移动的方向并不是杂乱无章的，而且星座的形状并不会改变。恒星从东方的地平线爬上来，爬到最高点（中天），然后往西方沉下去。看起来就像整个天球围绕着地球旋转一样。(注：事实上，恒星在天球上的位置其实是会变化的，我们称恒星在天球上的运动为自行，但恒星的移动非常非常缓慢，非要经过数十年的时间，再加上精确的量度，才能够侦测出来)。行星的行字代表它们并不会一永远停在同一个星座内，它们会在天球上的黄道附近四处闯荡，它们会四处乱闯，是由于它们和地球一样，皆会绕着太阳公转。以下是一些应用于描述行星在天球上运行的常见名词：,行星的视运动,顺行、逆行及留太阳系内的行星绕着太阳公转的方向是自西向东。由于各行星公转的速度及在其轨道上的位置不同，在地球上观测行星时，行星移动的方向与地球公转方向相同（即自西向东移动），这时叫顺行，相反方向时叫逆行，当顺行转成逆行时，或逆行转成顺行时，这时行星看来好像停留不动叫留。,火星的视运动,以下是一些应用于描述行星与地球在公转轨道上相对应的名词：合及冲行星与地球分别在其公转轨道上运行，当行星、地球及太阳成一直线时叫合或冲。就内行星（即在地球轨道内的行星，水星和金星就是内行星）而言，太阳在行星与地球之间时，叫上合，行星在太阳与地球中间时叫下合。就外行星（即在地球轨道外的行星，火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星就是外行星）而言，太阳在行星与地球之间时叫合，而地球在行星与太阳中间时叫冲，此时行星与地球的距离最近是观测的最好时机。,大距：由于内行星（即水星和金星）的轨道在地球轨道之内。从地球看来，它们和太阳永远形影不离，由太阳东面走到太阳西面，再回到东面。由于它们和太阳靠得很近，所以我们只能在日出前或黄昏后看到它们。当内行星、地球和太阳三颗星所成的角距最大时叫大距，可以进行观测的时间最长。行星在太阳东边叫东大距，日落后行星会出现在的西面地平在线，此时是观测内行星的最好时机。西大距即表示行星在太阳的西边。日出前行星会从东面地平线升上，因为需要在日出前观测，所以观测条件不及东大距。还有，在日出前出现的金星，我们称为晨星，在日落后才出现的便称为昏星。凌日凌日是天象中食的一种，其原理与日食很相似，是内行星从地、日间通过，我们见到一个黑点在日面缓缓掠过，如水星凌日及金星凌日。水星的轨道和黄道面之间有七度的夹角，每年五月和十一月地球经过水星轨道的升交点和降交点附近时，如果水星刚好下合日，就会发生水星凌日的现象。水星与太阳相距较远，水星直径大约只有太阳的二百八十五分之一，所以我们用望远镜以投影法观测水星凌日，仅能见到一颗小黑点从太阳面缓缓地掠过。,水星凌日,而金星凌日现象由于公转周期较长等因素故较为罕见，相隔约105年发生一次，再隔8年又一次，接着需等121.5年再见到一次，然后再等8年又发生一次。金星凌日上次在1874年及1882年，预计未来会在2004年6月8日及2012年6月6日发生。,托勒密的改良版地心说图示,哥白尼的日心说图示,每一个时代，真理常与谬论并存，只有时间才能筛走糟粕，厘清对错。回首历史，真知当然重要，但谬论却能映衬出真知的真，让我们更清楚了解它们对在哪里。,近代天文学的发展,开普勒第三定律，又称宇宙谐和律（即“行星公转周期的平方等于轨道半长轴的立方”译注），准确地建立了行星轨道的体积与其绕太阳公转一周的关系。这个定律完全适用于开普勒身后多年才发现的天王星、海王星和冥王星。,开普勒第一定律：行星（P）在椭圆的轨道上运转，太阳（S）位于椭圆的一个焦点上开普勒第二定律：行星在单位时间内扫过的面积相等。从B到A、F到E和D到C的运行时间都一样BSA、FSE和DSC等深色部分的面积都相同,16世纪末，丹麦天文学家第谷(1546-1601)孜孜不倦，每日量度天空中行星的位置，累积了大量的天文数据。这使得他的助手兼接任者德国天文学家开普勒发现了着名的开普勒三大定律。,开普勒第一定律：所有行星皆以椭圆形轨道环绕太阳运行，而太阳则处于椭圆其中一个焦点之上。绘画椭圆形其中一个方法是固定一条绳子的两端，然后用笔把绳绷紧，在绳子拘束之下，笔所绘出来的图形便是一个椭圆，而绳子两个固定点则是椭圆的两个焦点。,开普勒第二定律：假若在行星和太阳之间画一条直线，无论行星在甚么位置，在同等时间之下，这条直线所扫过的面积皆会相等。简言之，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和其与太阳平均距离的立方成正比。(公转周期)2=(常数)x(平均距离)3公式中常数的数值，对所有行星以至一切环绕太阳运动的人造或天然物体皆适用。假若以地球取代太阳，例如研究月球或地球人造卫星时，我们会发觉上式的常数会有所变更。,两件事实：望远镜不是意大利天文学家伽利略(1564-1642)发明的，事实上，望远镜的发明者是谁仍有争论。伽利略的罪名是研究科学，肯定的是他并没有被教廷活活烧死。简单来说，伽利略和梵蒂冈的冲突源于伽利略以观测和实验来寻找真理，但僵化的教廷却认为真理可以在信心中获得。宗教裁判所最后作出判决，把伽利略终生监禁，伽利略被幽禁在一间村屋之中，度过了他人生中最后的十年。伽利略是日心说的忠实拥护者，也是世上第一个利用望远镜窥探天空的人，这是人类首次在天文上利用仪器增强自己的观测能力。,伽利略有四个主要发现：月球上有山脉地形。太阳黑子。这两个发现证明天空并不是完美的。绕着木星旋转的四颗卫星。显示宇宙有其他的中心，这四颗卫星现在称为伽利略卫星。金星亦有盈亏，证明它必定是环绕太阳运行，而不是均轮的中心。,开普勒只是从数据中发现了这些关系，但他却其实并不了解其背后的原因。英国物理学家牛顿(1642-1727)终能探本穷源，建立出一套能解释这些关系的物理理论。牛顿伟大的地方是他能用建基于更少假设的理论，自然推导出开普勒及其他定律。牛顿可以说是现代物理的建基者。虽然苹果掉在牛顿头上，令他悟出万有引力定律的轶事，很有可能是杜撰的，但无论如何，万有引力定律无疑是牛顿芸芸成就中其中一个重要发现。,牛顿认为万物皆会互相吸引，例如原子笔掉到地上，便是由于原子笔和地球互相吸引。假若两件物体的质量分量为M1及M2，而它们之间的距离为r，那么它们之间的吸引力F为F=GM1M2/r2公式中的G被称为引力常数，是一个非常小的数目，所以当物体的质量很小的时候，它们之间的引力便微不足道，我们看不到日常的物件会互相吸引，例如两个人由于万有引力而互相碰撞，便是这个原因。,现在，我们终于明白为甚么月球会环绕地球运行。如果地球不存在，月球便会以直线运行，飞向宇宙深处。由于地球和月球互相吸引，月球便向地球靠拢，月球不断向地球方向落下，而落下的距离刚好和月球飞离地球的距离抵销，结果月球便能够以接近圆形的轨道绕着地球运行。地球和其他行星也是这样不断向太阳落下，才会以现时的轨道绕日运行。,牛顿的引力定律亦断言，星体的轨迹除了以直线前进外，也会是四种圆锥截线圆形、椭圆形、抛物线或双曲线中其中一种。我们称这四种形状为圆锥截线，是由于以不同方法切割圆锥体，便可以得到这些形状。太阳系大部分成员以椭圆形绕日运行，但有些彗星的轨道则为抛物线或双曲线。,精品课件！,精品课件！,牛顿定律是理论天文发展上一个辉煌的序曲，之后是一时的沉寂，直至他的出现：被誉为二十世纪最