空间飞行器的设计-第2讲

第二讲天文学基础1航天活动是在宇宙空间中进行的。2.1宇宙指空间中存在的各种天体及弥漫物质的总称。关于宇宙的根本观点，涉及哲学问题。辩证唯物主义宇宙观认为：宇宙是无限的，体现在时间、空间上的无限性。我们研究的宇宙，指观测到的宇宙，是目前能观测到的现象的总和，即总星系。在这个意义上，宇宙是有限的，时间上有起源、空间上有边界。232.1.1宇宙的起源宇宙起源学说有多种：如“盘古开天地”；其中大爆炸理论影响最大。宇宙大爆炸(Big

Bang)理论由Gamow等人提出：1948年俄裔美国核物理学家加莫夫(GeorgeGamow,1904-1968)根据宇宙膨胀的现象提出了大爆炸学说，即宇宙起源于137±2亿年前的一次大爆炸。Георгий

Антонович

Гамов。最 由Absbe

Georges

Edouard

Lemaitre

(1894-1966)提出宇宙大爆炸(Big

Bang)理论认为：宇宙 期是一个具有上万亿温度、密度比水大百万亿倍的原始大火球。迅猛的大爆炸后，宇宙开始膨胀，辐射温度、物质密度急剧下降当T<100亿度时，原来的中子、电子、质子等基本粒子结合形成各种元素；当T<100万度时，物质以等离子体状态存在；Gamow当T<4000度时，等离子体复合为气体。此后，宇宙不断膨胀、温度降低，气体凝聚形成星系、星系团、恒星，并逐渐演化成现在的宇宙。4宇宙中的物质主要集中于星系。星系，即尺度巨大而结构复杂的天体，由几十亿至几千亿颗恒星及星际气体、尘埃组成，是尺度从几千光年到几十万光年的引力束缚系统。宇宙中有几十亿个星系，它们之间的平均距离为1018~1020km。1光年=9.46×1012km太阳系所在的银河系，约含1000亿颗以上各类恒星。银河系外形像铁饼，直径90000光年，厚度6500光年，总质量约为太阳的1.4×1011倍。太阳距银河系中心约2.5~2.8万光年，绕行速度约

250km/s。5银河系的厚度长期以来，科学家们一直认为银河系的厚度大约在6000光年。通过分析观测获得的最新天文数据，澳大利亚科学家于2008年2月称银河系的实际厚度约为

12000光年，是科学家们原先预计的两倍。银河系模型6R月＝

3.84×105km太阳系及在银河系位置银河系72.2太阳系的天体及其运动8太阳系的中心是太阳，为一颗中小型的恒星，质量占整个太阳系总质量的99.85%；余下的质量中包括行星与它们的卫星、行星环，还有小行星、彗星、柯伊伯带天体、外海王星天体、理论中的奥尔特云、行星间的尘埃、气体和粒子等行星际物质。整个太阳系所有天体的总表面面积约为17亿平方千米。太阳以自己强大的引力使太阳系中所有的天体绕其公转。同时，又带着太阳系的全体成员围绕银河系的中心运动。2.2.1太阳太阳基本物理参数9半径:质量:温度:696295千米.1.989×1030

千克5800

℃

(表面) 1500.84万℃

(核心)总辐射功率:平均密度:3.83×1026

焦耳/秒1.409克/立方厘米日地平均距离: 1.496×108千米年龄: 约46亿年太阳（The

Sun）是距我们最近的一颗恒星，为太阳系的中心天体，质量占太阳系总质量的99.865%。它的物质构成是71.3%的氢、27%的氦和少量重元素。太阳从中心向外可分为核反应区、辐射区和对流区、太阳大气。太阳的大气层，像地球的大气层一样，可按不同的高度和不同的性质分成各个圈层，即光球、色球和日冕三层。我们平常看到的太阳表面，是太阳大气的最底层，温度约是

6000摄氏度。它是不透明的，因此我们不能直接看见太阳内部的结构。天文学家根据物理理论和对太阳表面各种现象的研究，建立了太阳内部结构和物理状态的模型。这一模型已被对于其他恒星的研究所证实，至少在大的方面，是可信的。1011太阳光球就是我们平常所看到的太阳圆面，通常所说的太阳半径也是指光球的半径。光球的表面是气态的。“太阳黑子”是光球表面一种著名的活动现象。光球太阳黑子紧贴太阳光球以上的一层大气称为色球层，平时不易被观测到，过去这一区域只是在日全食时才能被看到。色球层厚约8000km,它的化学组成与光球基本上相同，但色球层内的物质密度和压力要比光球低得多。“耀斑”和“日珥”是发生在色球层的太阳活动现象。色球日珥12耀斑在日全食时的短暂瞬间，常常可以看到太阳周围除了绚丽的色球外，还有一大片白里透蓝、柔和美丽的晕光，这就是太阳大气的最外层──日冕。日冕的范围在色球之上，一直延伸到好几个太阳半径的地方。日冕里的物质更加稀薄，它还会有向外膨胀运动，并使得热电离气体粒子连续地从太阳向外流出而形成太阳风。太阳风日冕132.2.2行星及其卫星太阳系的八大经典行星，从离太阳最近的开始排列为：水星金

星地

球火

星木

星土

星天王星海王星14（1）水星（Mercury）水星是八大行星中最靠近太

阳、同时也是最小的行星，

中国古代称其为“辰星”。

Mercury是罗马神话中专为众神传递信息的使者，而水星

也不愧为信使的称号：它是

太阳系中运动最快的行星。

水星公转平均速度为48km/s，公转周期约为88天。15水星基本参数：16轨道半长径：5791万千米(0.38天文单位)公转周期：87.70天自转周期：58.65日平均轨道速度：47.89

km/s轨道偏心率：0.206轨道倾角：7.0度行星赤道半径：2

440

km质量(地球质量＝1)：0.0553密度：5.43

g/cm3卫星数：无赤道逃逸速度

4.25

km/s,平均地表温度

179°C最高地表温度

427°C,最低地表温度-173°C大气组成:氦42%;钠42%;氧15%;其它

1%19金星基本参数：公转周期：224.701天平均轨道速度：35.03

km/s轨道偏心率：0.007轨道倾角：3.4度赤道直径：12,103.6

km质量(地球质量＝1)：0.8150密度：5.24

g/cm3自转周期：243.01日卫星数量:0公转半径：108,208,930

km(0.72天文单位)表面面积4.6亿km2表面重力加速度8.78

m/s2逃逸速度10.4

km/s表面温度最低平均最高228

K737

K773

K金星有浓密的大气和云层。金星大气中，二氧化碳最多，占97％以上。同时还有一层20~30km厚的由浓流酸组成的浓云。金星表面温度高达465至485度，大气压约为地球的90倍。金星是太阳系内唯一逆向自转的大行星。另外它和水星一样，是太阳系中仅有的两个没有天然卫星的大行星。金星的地势比较平坦。70％是起伏不大的平原，

20%是低洼地，还有10%左右高地。最高的山峰达10，590m，比珠穆朗玛峰还高。一条从南向北穿过赤道的长达1200km的大峡谷，是八大行星中最大的峡谷。20金星绕太阳公转的轨道是一个很接近正圆的椭圆，且与黄道面接近重合。其公转速度约为35km/s，公转周期约为224.70天。金星公转周期约为224.7日，但其自转周期却为243日，也就是说，金星上“度日如年”。金星的自转方向与其它行星相反，自西向东。在金星上看，太阳是西升东落。自转一周要243天，但金星上的一昼夜特别长，相当于地球上

的117天，这就是说金星上的“一年”只有“两天”，一年中只能看到两次“日出”。21（3）地球（Earth）地球，国际名称为“盖娅”（Gaea），希腊神话中的大地之神。按离太阳由近及远的次序数是第三颗。它有一颗天然的卫星—月球，二者组成一个天体系统—地月系统。在中国神话中是被盘古开辟，盘古死后他的身体便变成组成地球的山、水等。22地球基本参数：23赤道半径：极半径：平均半径：ae

=

6378136.49

map

=

6356755.00

ma

=

6371001.00

mge

=

9.780327

m/s2赤道重力加速度：平均自转角速度：ωe

=

7.292115

×

10-5

rad/sf

=

0.003352819M⊕

=

5.9742

×1024

kgGE

=

3.986004418

×1014

m3/s2扁率：质量：地心引力常数：平均密度：太阳与地球质量比：ρe

=

5.515

g/cm3S/E

=

332946.0太阳与地月系质量比：公转时间：离太阳平均距离：S/(M+E)=328900.5T=365.2422天A

=

1.49597870

×

1011

m地球基本参数：24公转速度：表面温度：表面大气压：v

=

11.19

km/s

t

=

-

30

～

+45℃p=1013.250毫巴表面重力加速度(赤道)：表面重力加速度(极地)：9.780

m/s29.832

m/s2自转周期：公转轨道半长径：公转轨道偏心率：公转周期：黄赤交角：地球海洋面积：地壳厚度：地幔深度：地核半径：23小时56分4.0096秒(平太阳时)149597870

km0.01671恒星年23°26’361745300km280.465

km2808.229

km3482.525

km表面积： 510067866

km2地球形成自46亿年前。大约16亿年前地球每昼夜只有9个小时，比现在自转快得多，每年约有

800多天；到了6亿年前，每昼夜延长到了20个小时，年缩短到440天，地球正在逐渐放慢自转速度，原因可能主要是月球的潮汐引力作用。一般认为，地球的形成起源于太阳星云分化物。46亿年来，地球从一个均质的球体演变成现在的“圈层”结构。地壳平均厚度17km，地幔厚度约3473km，占地球体积的83.4％，地幔温度为

1000～3000℃，地核占地球体积的16.3％，物质处于液体状态，内核温度高达6000℃以上，与太阳表面温度差不多！25（4）火星（Mars）火星是一颗火红色星。在地球上看，它时而顺行时而逆行，而且亮度也常有变化，最暗时视星等为+1.5，最亮时比天狼星还亮得多，达到-2.9。由于亮度经常变化，位置也不固定，中国古代称为“荧惑”。古罗马神话中，把火星比喻为战神“Mars”。希腊神话中，火星是战神“Ares”。26火星基本参数：276.421e+23

kg3,397.2

km3.94

gm/cm3227,940,000

km(1.52AU)24.0º24.6229小时686.98天3.72

m/s25.02

km/sec-140

℃-63

℃20

℃0.007

bars质量赤道半径平均密度平均日距黄赤交角自转周期公转周期赤道地表重力赤道逃逸速度最低地表温度平均地表温度最高地表温度大气压力大气组成二氧化碳

95.32% 氮

2.7% 氩

1.5% 氧

0.13%一氧化碳

0.07% 水

0.03% 其他

0.000291%火星表面土壤中含大量氧化铁。由于火星距离28太阳比较远，所接收到的太阳辐射能只有地球的43%，因而地面平均温度大约比地球低30℃多，昼夜温差可达上百℃。在火星赤道附近，最高温度可达20℃左右。火星大气主要成份:Carbon

Dioxide

(CO):95.32%;Nitrogen(N):2

22.7%;Argon

(Ar):

1.6%

;Oxygen

(O2):

0.13%

;Water

(H2O):

0.03%;

Neon

(Ne):

0.0002。火星的自转和地球十分相似，自转一周为24小时37分22.6秒。火星上的一昼夜比地球上的一昼夜稍长一点。火星公转一周约为687天，火星的一年约等于地球的两年。29有两个卫星。靠近火星的为火卫一，较远的为火卫二。由于火星在希腊神话中被看做是战神阿瑞斯(Ares)，天文学家以阿瑞斯的两个儿子—

Phobos(恐惧)和Deimos(惊慌)命名这两颗卫星。火卫一，1877年由Asaph

Hall发现，1971年“水手9号(Mariner9)”首次拍

得照片，1977年“海盗1号(Viking1)”、

1988年的“火卫一2号”进行观测火卫二，1877年8月10日由Hall发现，1977年“海盗1号”首次拍得照片。（5）木星（Jupiter）木星是太阳系中最惹人注目的一颗行星，它在八大行星中个儿最大。亮度仅次于金星。中国古代把它叫做“岁星”，用它来纪年，因为已经知道它的公转周期近于12年。西方则称木星为“朱庇特

(Jupiter)”，即罗马神话中的主神。相当于希腊神话中的王者—天神宙斯(Zeus)。30木星基本参数：31公转轨道:距太阳778,330,000

km

(5.20天文单位)行星直径:142,984

km(赤道)质量:1.900×1027

kg木星没有固体外壳，它是一颗由液态氢组成的液态星球。木星直径约为14.3万km，是地球直径的11.25倍，体积为地球的1316倍，而质量为所有其他行星的2.5倍。木星的平均密度相当低，仅1.33g/cm3。其绕太阳公转一周约12年，而自转一周仅要近10小时。由于自转太快，致使星体变扁，其赤道半径与极半径相差5000km之多。木星内部是由铁和硅组成的固体核，称为木星核，温度高达30000℃。核外部绝大部分是氢，液态氢分子层与液态金属层合称为木星幔。木星幔外是木星大气层，厚度达1000km，几乎全由氢和氦构成，只有微量的甲烷、氨和水汽。木星大气中的甲烷具有吸收紫外线的作用。大气中有十分强烈和频繁的闪电现象，平均每年约有250次。木星大气浓密，有一系列与赤道平行的明暗交替的云带，亮的叫带，暗的叫带纹。其中,最引人注目的是位于木星南热带内的大红斑，它呈蛋形，长20000km，宽11000km。32木星由90％的氢和10％的氦(原子数比,质量比为75/25％)及微量的甲烷、水、氨水和石头组成，与形成整个太阳系的原始太阳系星云的组成十分相似。1979年3月4日“旅行者1号”飞掠木星时发现木星有光环，其宽度6500km，厚30km，由很多黑色石块组成。木星是除天王星和土星外拥有卫星最多的大

行星，至今已发现16颗，其中最亮的4颗是伽利略第一次用望远镜分辨出来的，称伽利略卫星。我

国春秋时代的甘德和石申就已发现其中的木卫二，并称之为同盟。333435（6）土星（Saturn）土星古称镇星，直径

119300km（为地球9.5倍），是太阳系第二大行星。它与邻居木星十分相像，表面也是液态氢和氦的海洋，上方同样覆盖着厚厚的云层。土星运动迟缓，人们将它看做掌握时间和命运的象征。罗马神话中称之为推翻父亲后登上天神宝座的第二代天神克洛诺斯(Cronus)。赤道半径(公里)60330扁率0.102质量(地球质量=1)95.159密度(克/立方厘米)0.70赤道引力(地球=1)1.08逃逸速度(公里/秒)35.6自转周期(日)0.426黄赤交角(度)26.73反照率0.57最大亮度-0.4卫星数(已确认)3136土星基本参数：轨道长半径(天文距离单位)9.539轨道长半径(千万公里)1427.0公转的恒星周期(日)10759.5公转的会合周期(日)378轨道偏心率0.056轨道倾角(度)2.5升交点黄经(度)113.3近日点黄经(度)92.3平均轨道速度(公里)9.64赤道半径(公里)60330在1781年发现天王星之前，人们曾认为土星是离太阳最远的行星。土星与木星同属于巨行星，它的体积是地球的745倍，质量是地球的95.18倍。八大行星中，土星大小和质量仅次于木星，占第二位。它像木星一样被色彩斑斓的云带所缭绕，有较多的卫星拱卫。到1981年为止，已发现并证实的有23个。由于快速自转而呈扁球形。赤道半径约为60,000km。土星的平均密度只有0.70g/cm3，是八大行星中密度最小的。37现已确认土星的卫星共31颗。在这些卫星中,土卫六最引人注目,其大气主要成份是氮，占

94％，还有少量的乙烷、乙烯及乙炔、氦等气体。到土卫六的表面温度在-181℃-208℃之间，液态表面下有一个直径3400km由冰幔和岩石组成的核心。土卫六能向外发射电波，也使人感到迷惑。土卫六,泰坦（titan）39土卫六于1655年由惠更斯观测发现。它是土星的31颗卫星中最大的，距土星1221830公里，直径

5150公里，比月球大50%，比水星还大。目前发现，它与40亿年前的地球相似。“卡西尼－惠更斯”计划（

Cassini-Huygens

）1997年10月15日，搭载着惠更斯的卡西尼探测器离开地球，开始了漫长的土星探测之旅。2004年7月1日，在太空旅行了7年后，卡西尼探测器进入土星轨道，正式开始其为期4年的土星探测使命，将对土星及其大气、光环、卫星和磁场进行深入考察。2004年12月25日凌晨，欧洲“惠更斯”号探测器于脱离位于环土星轨道的美国“卡西尼”号飞船，飞向土星最大的一颗卫星土卫六。

2005年1月14日，抵达土卫六上空1270公里的目标位置，同时开启自身的降落程序，穿越土卫六的大气层，成功登陆土卫六。40土卫六上的“海洋”，是由液态碳氢化合物组成的，初步估算是地球上已探明石油和天然气储量的数百倍。土卫六表面的“沙丘”也是由一种相当复杂的有机物

大分子构成，这种分子是构建生命的有机分子的前身。据

估计，土卫六上沿赤道分布的黑色“沙丘”的有机物总量，也是地球上已探明煤炭总储量的数百倍。2008年3月20日，NASA宣布土卫六可能潜藏着由水和卡西尼（Cassini）土星探测器41氨构成的地下“海洋”。42（7）天王星（Uranus

）从直径来看，天王星是太阳系中第三大行星。天王星的体积比海王星大，质量却比其小。公转轨道:距太阳2,870,990,000

km(19.218天文单位)行星直径:51,118

km（赤道）质量:8.683×1025

kg天王星是由威廉·赫歇耳通过望远镜系统地搜寻，在1781年3月13日发现的，它是现代发现的第一颗行星。事实上，它曾经被观测到许多次，只不过当时被误认为是另一颗恒星，1850年后始用现名。只有一艘行星际探测器曾到过天王星，即1986年1月24日“旅行者2号”。大多数行星自转轴几乎与黄道面垂直，但天王星的轴线却几乎平行于黄道面(黄赤交角:97°55’)。天王星基本上是由岩石和各种各样的冰组成的，它仅含有15％的氢和一些氦。43天王星有15颗已命名的卫星，其中“旅行

者2”发现了10颗，还有2颗已发现但暂未命名。天王星表面具有发白的蓝绿色光彩和与赤道不平行的条纹。天王星的赤道半径约为25900公里，体积是地球的65倍。质量约为地球的14.63倍。天王星的密度较小，平均密度1.24g/cm3。天王星基本上是一颗气态行星，其内部有一个较小的岩石质内核。在核心的外面是一层高密度大气。天王星大气含有大约83％的氢，

15％的氦和2％的甲烷。44海王星绕太阳运转的轨道半径为45亿km，是地球距离太阳的30倍，公转一周需要165年。从1846年发现到今天，海王星还没走完一个全程。海王星的直径是49400km，质量比天王星略大。海王星的内部结构与天王星极为相近，堪称一对孪生兄弟。海王星表面也有厚厚的大气层包围，大气中含有氢、甲烷和氨等气体。由于海王星离太阳遥远，表面有效温度为-230℃，但在红外波段，海王星的辐射能量超过它所吸收的太阳能量，这表明海王星可能存在内部局部能源。在海王星大气中含有高浓度的甲烷和氢硫化物。46天王星和海王星的内部结构既不像类地行星富含硅、铁，又不像巨行星那样富含氢、氦，它们基本上是由水、甲烷、氨等氢化物构成；而硅酸盐、铁、氢和氦只是次要成分。这就是说，虽然天王星和海王星也像巨行星那样是液态行星，但它们的化学成分已不是原始星云物质。仅有“旅行者2”号于1989年8月25日造访过海王星。几乎我们所知的全部关于海王星的信息来自这次短暂的会面。47天王星被发现后，它的轨道与根据牛顿理论所推知的并不一致。因此预测存在着另一颗遥远的行星从而影响了天王星的轨道。Galle和d‘Arrest在1846年9月23日首次观察到海王星，它出现的地点非常靠近于亚当斯和勒威耶根据所观察到的木星、土星和天×王星的位置经过计算独立预测出的地点。英法之间曾有一场关于谁先发现海王星和谁享有命名权争论（亚当斯和勒威耶个人之间并未有明显的争论）；现在海王星的发现共同归功于二人。48（9）被降级的冥王星（Pluto）罗马神话中，Pluto是冥界的首领,希腊人称之为哈迪斯

(Hades)。现只有小行星序列号：134340公转轨道：离太阳平均距离

5,913,520,000km（39.5天文单位）直径：2274km？质量：1.27×1022kg2006年8月24日国际天文学联合会大会决议：冥王星被视为太阳系的“矮行星”(dwarf

plane49t

)“冥王星”于1930年，被美国Lowell天文台的Clyde

W.Tombaugh发现。冥王星是唯一没有空间飞行器访问过的行星。哈勃太空望远镜只能观察到它表面的大致容貌。Hubble太空望远镜及它观察到的Pluto50？？？Pluto目前疑问很多：(1)总质量：Pluto和Charon质量比在0.084到0.157间(2)半径：1137±8

km（JPL数据）51表面温度：大概在(35~45)K，(-238~-228)℃成份：从密度（大约2g/cm3）分析：可能像海卫一一样由70％岩石和30％冰水混合而成。表面光亮的部分可能覆盖着固体氮及少量固体甲烷和一氧化碳，表面黑暗部分的组成不清楚，可能是一些基本的有机物质或由宇宙射线引发的光化学反应。大气：极其稀薄，可能主要由氮和少量的一氧化碳及甲烷组成。表面压强几微帕。大气可能只在冥王星靠近近日点时为气体；在其余时间里，大气层的气体凝结成固体。2006年1月发射的“新地平线”号,预计2015年到达冥王星进行观测。它将先飞掠木星，进行观测。借助木星引力获得足够的加速度。521978年7月，美国海军天文台的Jim

Christy发现了冥王星的卫星，命名为卡戎(Charon)。在希腊神话中卡戎是普鲁托的一个役卒，专在冥海上渡亡灵。Charon的公转周期与Pluto自转周期相同，都是6.39日。有人认为这是一个双子系统。现已发现卡戎(Charon)、尼克斯(Nix)和许德拉

(Hydra)3颗卫星，称“134340

,Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ”。53542005年7月9日，新发现一颗的海王星外天体“2003

UB313”昵称:齐娜(Xena)，2006年9月13日被IAU宣布正式命名为厄里斯（Eris），希腊神话中的不和女神。根据亮度和反照率推断，它要比冥王星略大。这是1846年发现海王星之后太阳系中所发现的最大天体。发现者和媒体起初称之为“第十大行星”。现“厄里斯”已认定为矮行星，其卫星也正式命名为：戴丝诺米娅(Dysnomia)。源于Eris女神的女儿违约女神。国际天文学联合会2006年8月24日通过决议，行星（planet）天体应符合三个主要条件：天体须位于围绕太阳的轨道上天体须有足够大质量来克服固体应力以达到流体静力平衡（hydrostatic

equilibrium）的形状（近于球形）天体须已经清空了其轨道附近的区域55国际天文学联合会（IAU）决议——开除冥王星行星“星籍”矮行星是一个天体，它满足：

(a)围绕太阳运转，有足够大的质量来克服固体应力以达到流体静力平衡的(近于圆球)形状，所在轨道范围的邻里关系不清楚，同时

(d)不是一颗卫星。Eris是最大的矮行星。其他围绕太阳运转的天体统称为“太阳系小天体”。562.2.3小行星（asteroid）在太阳系中，除了八大行星以外，在红色的火星和巨大的木星轨道之间，还有成千上万颗肉眼看不见的小天体，沿着椭圆轨道不停地围绕太阳公转。与八大行星相比，它们好像微不足道的碎石头。统称太阳系中的小行星。57小行星是一些围绕太阳运转但因太小而称不上行星的天体。小行星可大至如直径约1000公里的Ceres小行星，小至与鹅卵石一般。有16颗小行星的直径超过

240公里。它们位于地球轨道以内到土星的轨道以外的空间中。而大多数小行星集中在火星与木星轨道之间的小行星带里。有些小行星的轨道与地球轨道相交，有些小行星还曾与地球相撞。小行星是太阳系形成后的剩余物质。有人推测它们是一颗在很久以前一次巨大碰撞中被毁的行星的遗留物。然而这些小行星更像是些从未组成过单一行星的物质。58数列0，3，6，12，24，…(N+4)/10

个天文单位处存在大行星αn=0.4+0.3×2n-2其中n为行星序号，不过水星应取－∞。按这个公式，在n=5的地方缺一颗行星，后来发现了小行星带；木星和土星的n应分别为6和7；在n=8距离上发现了天王星；在约相当于n=9的距离上发现了海王星。本世纪30年代发现的冥王星距离按说应该是n=10，但实际上仍接近于n=9，很可能和它形成的情况有关。冥王星之外是否还有真正相当于n=10的大行星，虽然一直引起人们的兴趣，但至今尚未有定论。小行星的发现同提丢斯-波得(Titius-Bode)定则的提出有密切联系。从1801年元旦GiuseppePiazzi发现谷神星(1Ceres)起，随后几年中同其轨道相近的智神星(2

Pallas)、婚神星(3Juno)、灶神星(4Vesta)相继被发现。如今，已发现和正式编号的有

10,0000多颗。小行星的命名权属于发现者。早期喜欢用女神的名字，后来改用人名、地名、花名乃至机构名的首字母缩写词来命名。59第一颗在中国土地上发现的小行星：193瑞华星（发现者J.C.Watson）第一颗由中国人发现的小行星：1125中华（发现者张钰哲）第一颗以中国人名命名的小行星：1802张衡第一颗以中国地名命名的小行星:2045北京第一颗以中国航天器命名的小行星:8256神舟(Shenzhou)（紫金山天文台）2.2.4流星体和彗星60（1）流星体在行星际空间有大量尘埃微粒和微小固体块绕着太阳运动。在接近地球时由于地球引力作用使其轨道改变，可能穿过地球大气层。或当地球穿越它们的轨道时进入地球大气层。这些微粒相对运动速度很高(11~72km/s），与大气分子剧烈摩擦而燃烧发光，在夜间天空中表

现为一条光迹，这种现象就叫流星(Meteor)，一般发生在距地面高度为80－120公里的高空中。陨石狮子座流星雨通常认为流星雨的出现与彗星有关。61（1）流星体(contd.)流星体质量一般很小，如产生5等亮度流星的流星体直径约0.5cm，质量0.06毫克。肉眼可见的流星体直径在0.1-1cm之间。大部分流星体进入大气层后都气化殆尽，少数大而结构坚实的流星体因燃烧未尽而有剩余固体物质落到地面，称为陨星。流星雨是一大群流星体闯入地球大气的结果，这种成群结队的流星体称为流星群。特别大的流星雨又称流星暴。1833年狮子座流星雨出现时每小时竟多达35000条。62(2)彗星63彗星是太阳系大家庭里的一族特殊成员，它们的轨道通常是很扁的椭圆。有些彗星的轨道甚至是抛物线或双曲线，它们或许原本就不是太阳系的成员，而只是宇宙中的匆匆过客，在途经太阳附近之后，便远遁深空，一去不复返。而那些运行在椭圆轨道上的彗星，则每隔一段时间定期回到太阳身边，称之为周期彗星。彗星彗星在远离太阳时集中为

彗核，在接近太阳时体积变得

巨大，彗尾最长可达2亿多km，但质量极小，大彗星的质量一

般为地球质量的几十万分之一。彗星的质量主要集中于彗核，

彗发和彗尾的质量只占彗星全

部质量的1%到5%。人们推断彗核是由凝结成冰的水、干冰(CO2)、氨和尘埃微粒混杂而成。6465哈雷彗星知名度最高，是第一颗被算出轨道并按预言准时回归，回归周期为76年左右。从春秋战国到清末的2000多年间,每次回归我国史书中都有记载。《春秋》鲁文公14年(公元Halley’s

comet

前613年)“秋七月，有星孛入于北斗”的记载，是世界上关于哈雷彗星的最早记录。1910年5月，当它从太阳和地球之间通过时，离地球只有2400km，2亿km长的彗尾扫过地球。最近一次回归于1985年底。66Shoemaker-Levy

9,（

SL9,

D/1993

F2

）苏梅克-列维彗星1994年7月17日至24日撞击木星事件。彗星碎片以约60km/s的高速陆续撞上木星，其时木星上空霹雳轰鸣，出现剧烈的爆炸和闪光。撞击还在木星大气中留下了醒目的黑斑。672.3

天球2.3.1天球及其运动

(1)天球广袤无垠的天空，看起来像一个庞大的圆球，全部日月星辰好像都分布在这个球面上。天文学上就将以地球为中心，以无限大为半径，内表面分布着各种各样天体的球面称根据所选取的天球中心不同，有站心天球、日心天球、地心天球为天球(Celestial

Sphere)。等，各个天体同地球上的观测者的距离都不相同。(2)天球的旋转周日视运动地球每天自西向东自转一周，造成了太阳每天的东升西落现象。这种现象是地球自转造成的人的视觉效果，天文学上把天体的这种运动叫做周日视运动(apparent

motion

of

celestial

bodies)。在月亮的周日视运动中，月亮每天升起的时间变化比较大，平均每天比前一天晚升起50分钟。68周年视运动69由于地球每恒星年绕太阳公转一圈，观察者通常感觉不到地球的运动，正如坐在行驶的车辆中的人感觉周围的物体向后运动一样，看到的只是太阳在恒星组成的星空背景上向后运动，每年转一圈。早期人们认为这是太阳的真实运动，称太阳周年运动；随着地心说的崩溃，人们认识到这是一种看上去的运动，故称太阳周年视运动。太阳周年视运动是古代人制订历法的依据，古埃及历法中

以太阳与天狼星同时升起的日期为新年。随着科学的发展，人们以回归年作为制订历法的依据。天球的旋转(3)天球的基本点、线、面天轴天极天球赤道（天赤道）周日平行圈（赤纬线）天顶、天底真地平天子午圈、卯酉圈黄道、黄极二分（春、秋分）点二至（夏、冬至）点7071(3)天球的基本点、线、面(contd.1)天轴天极天球赤道（天赤道）周日平行圈（赤纬线）天顶、天底天顶（zenith）是观察者沿铅垂线向上延伸与天球的交点;沿垂线向下而与天球的另一交点称天底

(nadir),即天球的最底点。天顶距天体与天顶的角距离称为天体的天顶距。天体的高度就等于它的天顶距余角。(3)天球的基本点、线、面(contd.2)真地平天顶和天底所确定的

基本圈称真地平，天体

的高度相当于纬度，从

真地平起量。真地平一

般不与实际地平线重合。天子午圈、卯酉圈通过天球极轴和铅垂线的平面在天球上截出的大圆，也可以说是通过天极和天顶的大圆。天子午圈（meridian）决定了正南正北的方向原点，是量度方位的基准。72(3)天球的基本点、线、面(contd.3)天子午圈、卯酉圈卯酉圈（prime

vertical）指地平坐标系中与子午圈相垂直的地平经圈，它与地平圈相交于东点和西点。黄道、黄极在任一瞬间，只考虑长期运动的轨道平面称为瞬时平均轨道平面，这一平面与天球相交的大圆称为黄道。二分（春、秋分）点二至（夏、冬至）点732.3.2

天球坐标系74常用的有：地平坐标系：以真地平为基本圈，天子午圈为主圈、南（北）点为主点的球面系；随观测点而异。时角坐标系：以天赤道为基本圈，天子午圈为主圈，二者交点为主点的球面系；随观测点而异。赤道坐标系：以天赤道为基本圈，过春分点的赤经圈为主圈，春分点为主点的球面系；与观测点无关。黄道坐标系：以黄道为基本圈，过春分点的黄经圈为主圈，春分点为主点的球面系；与观测点无关。空间直角坐标系和球坐标系：原点—天球中心；OX主点所在方向；OZ天球坐标系极点方向；2.3.3

春分点的移动75主要原因有：地球质量分布不对称：导致日、月引力引起地球自转轴的进动和章动。即赤道平面的方位与天极指向均在变动。现在的北极星是小熊座a附近，公元15000年左右，将

移到天琴座a（织女星）附近。地球与其他行星间的相互吸引：导致黄道平面方位的变化恒星并非在无穷远处：天球上某些恒星也呈现某些固有的运动。由于以上原因，春分点以0.8’/年的速度在天球上向西运动；黄赤交角减少量约为0.5”/年。2.4

时间和历法76时间计量的是短时间,有两层含意：一是给出某一瞬间在时间流程中的位置(时刻的确定)，二是给出两个瞬间之间的时间长度(时间间隔)。历法计量的长时间，称历日制度，即根据天体运行周期安排年月日的法则。2.4.1太阳时以太阳日为标准所计算的时间。以真太阳日为标准所计算的称真太阳时﹐如日晷所表示的时间即是。以平太阳日为标准所计算的称平太阳时﹐如钟表所表示的时间即是。772.4.2恒星时选春分点为参考点，用它的周日运动周期所确定的时间计量系统，称为恒星时系统。恒星时(Sidereal

hour)简称恒时。春分点连续两次通过观测点上中天所经历的时间段，称为一个恒

星日。恒星日是恒星时的基本单位。1恒星日=24恒星小时。以春分点上中天瞬间为观测点恒星日的开始，即恒星时0点0分0秒。1恒星日=（0.9972695664）平太阳日=（23h56m4s.09053）平太阳时间间隔2.4.3地方时区时在地球上某个特定地点，根据太阳的具体位置所确定的时刻，称为“地方时”。所以，真太阳时又叫做“地方真太阳时”（地方真时），平太阳时又叫做“地方平太阳时”（地方平时）。地方真时和地方平时都属于地方时。“区时系统”规定，地球上每15°经度范围作为一个时

区，整个地球表面分为24个时区。各时区的“中央经线”规定为0°（即“本初子午线”）、东西经15°、东西经

30°、东西经45°……直到180°经线，在每条中央经线东西两侧各7.5°范围内的所有地点，一律使用该中央经线的地方时作为标准时刻。以Greenwich时为世界标准时782.4.4原子时ATI（international

atomic

time）79原子时计量的基本单位是原子时秒。定义为：

铯-133原子基态的两个超精细能级间在零磁场下跃迁辐射9,192,631,770周所持续的时间。1967年第13届国际计量大会决定，把在海平面实现的上述原子时秒，规定为国际单位制中的时间单位。原子时起点定在1958年1月1日0时