天体力学和天体物理学三门分支学科

第一讲天文学的探讨对象和内容探讨对象：天文学所探讨的对象涉及宇宙空间的各种星星和物体，大到月球、太阳、行星、恒星、银河系、河外星系以至整个宇宙，小到小行星、流星体以至分布在广袤宇宙空间中的大大小小尘埃粒子。天文学家把全部这些星星和物体统称为天体。从这个意义上讲，地球也应当是一个天体，不过天文学只探讨地球的总体性质而一般不探讨它的微小环节。---地球物理人造卫星、宇宙飞船、空间站等人造飞行器的运动性质也属于天文学的探讨范围，可以称之为人造天体。天文与气象？？不少人往往分不清天文和气象有什么区分，电话打到天文台问天气状况是常有的事。或许天文和气象都是探讨“天上”的东西而使人产生混淆，而香港天文台常常发播台风警报更使人误认为天文台就是探讨天气状况。其实，天文学探讨的"天"和气象学探讨的"天"是两个完全不同的概念。天文学上的“天”是指宇宙空间，气象学上的“天”是地球大气层。天文学家探讨地球大气层以外各类天体的性质和天体上发生的各种现象——天象，气象学家则探讨地球大气层内发生的各种现象——气象。预报日食、月食的发生和流星雨的出现是天文学家的事，而预报台风、高温、寒潮则是气象学家的职责。天文学（Astronomy=Star+Law）天文学是自然科学中一门基础学科。天文学是一门古老而又富有生命力的学科。现代天文学是全电磁波段可观测的科学。空间尺度：从微小到极大大角星全天第四亮星，北天第一亮星。

波乐克斯星双子座星云中的一颗亮星

宇宙中的天体由近及远

分类为几个层次：

太阳系天体：包括太阳、行星（其中包括地球）、行星的卫星（其中包括月球）、小行星、彗星、流星体及行星际介质等。恒星和恒星集团银河系中的各类恒星和恒星集团：包括变星、双星、聚星、星团、星云和星际介质。太阳是银河系中的一颗一般恒星。银河系内包含约2000亿颗恒星星系河外星系，简称星系，指位于我们银河系之外、与我们银河系相像的浩大的恒星系统，以及由星系组成的更大的天体集团，如双星系、多重星系、星系团、超星系团等。此外还有分布在星系与星系之间的星系际介质。天文学还从总体上探究目前我们所观测到的整个宇宙的起源、结构、演化和将来的结局，这是天文学的一门分支学科——宇宙学的探讨内容。时间跨度：从过去到将来

向前：太阳的过去、大爆炸、时间的起点向后：太阳的演化、宇宙的将来爬行动物恐龙时代灵长类动物天文学的探讨特点

天文学探讨的基础——观测（视察和测量）天文观测是一种“被动”的试验观测→理论→观测距离极远时标极长物理条件极端困难（温度、密度、压强、磁场）天文学依据探讨的内容可分为天体测量学、天体力学和天体物理学三门分支学科。天体测量学是天文学中发展最早的一个分支，它的主要内容是探讨和测定各类天体的位置和运动，建立天球参考系等。天体测量学上海天文台澳大利亚射电天文台利用天体测量方法取得的观测资料，不仅可以用于天体力学和天体物理探讨，而且具有应用价值，比如用以确定地面点的位置。目前，天体测量的手段已从早期单一的可见光波段，发展到射电、红外等其他电磁波段，精度也不断提高，并且从地面扩展到空间，这就是空间天体测量。西藏羊八井宇宙线观测站甚大阵(VeryLargeArray，VLA)射电望远镜

天体力学天体力学主要探讨天体的相互作用、运动和形态，其中运动应包括天体的自转。早期的探讨对象是太阳系天体，目前已扩展到恒星、星团和星系。牛顿万有引力定律和运动三定律的建立奠定了天体力学的基础，使探讨工作从运动学发展到动力学。因此，事实上可以说牛顿是天体力学的创始人。今日，我们可以精确地预报日食、月食等天象，和天体力学的发展是分不开的。日全食过程中的倍丽珠现象。天体物理天体物理是天文学中最年轻的一门分支学科，它应用物理学的技术、方法和理论，来探讨各类天体的形态、结构、分布、化学组成、物理状态和性质以及它们的演化规律。十八世纪赫歇尔开创恒星天文学可谓天体物理学的孕育时期。十九世纪中叶，随着天文观测技术的发展，天体物理成为天文学一个独立的分支学科，并促使天文观测和探讨不断作出新发觉和新成果。1781年3月13日夜晚，威廉·赫歇耳与它的妹妹卡落琳·赫歇耳在院子里用自制的反射式望远镜发觉了天王星。天体物理的探讨就其探讨内容来说，有太阳物理、太阳系物理、恒星物理、银河系天文、星系天文、宇宙化学、gamma天文、天体演化及宇宙学等。就其探讨方法而言又可分为实测天体物理和理论天体物理。二十世纪天体物理学成就两大基本理论：恒星演化和宇宙大爆炸模型全电磁波段天文学，中微子天文学从可见光拓展到全电磁波段，γ射线暴20世纪60年头四大发觉：脉冲星（证明恒星演化理论的正确性），类星体（实现中子星的预言），微波背景辐射（证明大爆炸宇宙学的预言），星际分子（生命的起源？）天文学与物理学相互促进物理学是天文学的理论基础原子物理学、量子力学、原子核物理学、狭义相对论、广义相对论、等离子体物理学、固态物理学、致密态物理学、高能物理学、相对论天体物理学；等离子体天体物理学；高能天体物理学；宇宙磁流体力学；核天体物理天体和宇宙是物理学的巨大试验室天文观测为物理学的基本理论供应了地球上试验室无法得到的物理现象和物理过程。在宇宙中所发生的种种物理过程比地球上所能发生的多得多。极端物理条件试验室:如中子星：超高密、超强磁场、超强压力、超高和顺超强辐射的空间试验室引力试验室等离子体试验室超流超导试验室高能带电粒子加速器等天文学与物理学的相互促进

20世纪初物理学家预言：光线在太阳引力场中弯曲水星近日点的运动规律引力场中的光谱红移中子星的存在宇宙微波背景辐射的存在黑洞的存在中微子的存在天文学观测的贡献

万有引力定律；氦元素的发觉；热核聚变的概念；白矮星理论视超光速膨胀现象；类星体、星系核、伽马射线暴的能源太阳中微子的发觉天文学的科学模型

以观测事实为材料，以物理理论为骨架，用数学方法黏结、连接、构造起来的模型，用以说明天文目标和现象。模型允许并追求修正；也允许同时存在多种模型，相互竞争；模型可作出推论和预言－－以接受新的实测和理论的挑战。对于中国人来说，天文学曾经是一门很重要的科学，因为它是从敬天的“宗教”中自然产生的。历法是由皇帝颁布的，天文和历法始终是“正统”的儒家之