天文科普知识

大学物理

天文学基础知识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.天球坐标5.天体距离及其测量方法6.视星等和绝对星等7.其它测距法

大学物理

2.1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人为地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、蝎子等形象大学物理

中国古代：分为四大区，东苍龙，西白虎，南朱雀，北玄武。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。大学物理

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(亮星）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.大学物理

什么是黄道十二宫？

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个星座大小一同，12个宫则平均占30度）。

春

夏

秋

冬

1,双鱼宫

4,双子宫

7,室女宫

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

黄道：太阳在天球上视运动的轨道

大学物理

天文学上的一些距离：月球：38.4万千米(平均）日地距离：15,000万千米(AU)金星：4,100万千米火星：2,5576万千米（2003年8月29日）（6万年一次）

大学物理

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：16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

大学物理

最近的星系（大、小麦哲伦星云）

16万和19万光年仙女星系：220万光年远距离星系：几亿光年～上百亿光年

大学物理

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

大学物理

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，望远镜座书中附录有星座表

大学物理

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α,β,γ…

例如：小熊座α（北极星）大学物理

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

大学物理

其它天体命名

星云和梅西叶天体（M天体）射电源、X射线源、γ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

大学物理

2.2地球的自转和公转哥白尼的贡献

究竟是太阳绕地球转还是地球绕太阳转？

行星运动规律的解释，引起宇宙观的革命

缺点：

太阳不是宇宙中心，太阳系只是银河系的普通一员

太阳不是静止不动，也绕银河系中心运动

哥白尼1543年提出日心说，到1846年才被完全证实。

大学物理

地球自转和天体的周日视运动

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

大学物理

大学物理

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

大学物理

北极星的变迁现在是小熊座α公元前3000年是天龙座右枢公元14000年将是织女星

大学物理

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。

大学物理

恒星离我们太远，须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。

地球的轨道运动自转轴与轨道平面的法线成230.53。

大学物理

2.3四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

大学物理

春季星空

小熊座

α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

大学物理

狮子座流星雨

99年热点天象（流星雨暴）

流星并非来自狮子座，是辐射点

实际上是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）就发生流星雨。

33年出现一次流星雨暴，原因是这个彗星的周期是33年。

大学物理

大学物理

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）

大学物理

大学物理

天鹅座X-1（X射线源），是黑洞候者，

黑洞看不见，但在双星系统中的黑洞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。

大学物理

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

大学物理

大学物理

仙女座大星云人类认识的第一个银河系以外的1920年科学院“宇宙尺度”大辨论

仙女座大星云是否在银河系之外？没有结论。

1923年哈勃证实仙女座的距离为90万光年，远在银河系之外

确认是河外星系

大学物理

冬季星空

猎户座

有三颗亮星，好比猎人的腰带

主星α参宿四，红超

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

大学物理

金牛座

昴星团有七颗主要亮星

蟹状星云和它的脉冲星

1054年超新星爆发的遗迹

大学物理

大学物理

看星图

星图种类繁多

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，須要把星图，高举过头，抬头看星空

大学物理

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。

大学物理

黄道十二宫和“星座文化”

大学物理

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。

大学物理

大学物理

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！

大学物理

引力可能产生影响引力影响：太阳最大，月球次之。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（影响大）但很少发生。

大学物理

3.4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

大学物理

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杭州东经120度10分,北纬30度15分

大学物理

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

大学物理

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

大学物理

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

大学物理

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

大学物理

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(3月21日）赤纬赤经大学物理

赤道坐标系子午圈春分点地平圈赤道天极赤纬时角，赤经赤经从春分点起算，时角从子午圈算起

大学物理

春分点和秋分点

地球轨道面（黄道面）和赤道面的交点大学物理

赤道坐标系天体M的赤纬从天赤道起算第一赤道坐标系(时角坐标系）时角从子午圈起算，顺时针时角随观测地不同、时间不同而变化。第二赤道坐标系(赤道坐标系)

赤经从春分点起算，逆时针赤经不随观测地及时间而变化大学物理

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，和观测地位置无关大学物理

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。

大学物理

问题：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？

大学物理

在地球的北极：（北极星在头顶）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

大学物理

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

大学物理

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

大学物理

2.5

恒星距离和视差测距法

测量距离的重要性

我们肉眼只能知道恒星在天球上的投影的位置，不知道恒星的距离就不能确定恒星空间的真实分布、运动速度、辐射的真实强度。

大学物理

距离单位

恒星之遥远，远到无法用公里来做单位

天文学家特别定义了3把不同的尺子1.天文单位

太阳和地球之间的距离约1亿5千万公里，称为1个“天文单位”2.光年,光1年走的距离（大约10万亿公里）3.秒差距(pc)

1秒差距等于3.26光年

大学物理

近处的恒星可以用三角测量法

大学物理

在地球上利用三角测量法的困难

地球上的基线太短，地球直径1.3万公里（1.3×10－9光年）

最近恒星4.3光年

角度太小无法测量地球轨道提供3亿公里基线，情况好转，可用测恒星周年视差的方法估计距离。

大学物理

周年视差

观测某一恒星，隔半年再观测一次，由于地球绕太阳作轨道运动，我们是在相距2倍日地距离在基线两端观测这颗恒星的。结果可发现恒星在天球上的视位置会发生变化，也就是有视差。测量其视差，便可以得到距离。（见右图）

大学物理

大学物理

1秒差距的定义

（见右图）：对1个天文单位的距离（日地距离）视差为1角秒时的距离为1秒差距（pc）

大学物理

1秒差距约等于3.26光年或30万亿公里

恒星距离和恒星视差成反比

恒星距离越远，它的视差越小

恒星越近，视差越大

距离（秒差距）＝l／视差（角秒）

恒星距离非常遥远，视差极为微小，

大学物理

哥白尼在创立日心学说时曾尝试测量恒星视差，以证明地球围绕太阳运转，但未成功。

哥白尼之后经过了三百来年的努力，1838年才测量出第1颗恒星的视差：天鹅座61的视差为0.31角秒，它相当于从12公里处看一个1分硬币所成的张角。

大学物理

周年视差的局限性

利用三角视差法测定了大约7千颗较近的恒星的距离，绝大多数恒星距离太遥远，它们的视差位移小于0.001角秒，根本测量不出这样的小角度。

大学物理

2.6恒星的星等和光度

视星等

公元前2世纪古希腊希帕恰斯首先用肉眼估计了星的亮度，按明暗程度分成6等级：

眼睛看起来最为明亮：1等星

看起来比1等星稍暗一些：2等星

再暗一些的：3等星，依此类推

眼睛刚能看到的：6等星

星的亮度越大，星等越小

肉眼能见到的约有6000颗恒星

大学物理

视星等的科学性

1850年，普森注意到，星等和亮度有一定的关系：

星等按等差级数增加

亮度按等比级数减小

1等星比6等星大约亮100倍

相邻2个星等的亮度差2.512倍

取零星等的亮度（E）为单位

普森公式：m=－2.5×lgE

大学物理

绝对星等

视星等不是恒星真实发光能力，有的星发光强度大，可看起来暗(距离远），可有的星发光强度不大，但看起来亮（距离近）。把恒星移到10秒差距(32.6光年）处

，再比较它们的亮度（目视星等），其目视星等叫做绝对星等。（相等的距离）

大学物理

视星等和绝对星等的关系

M＝m＋5－5logDm表示目视星等，M表示恒星的绝对星等，D表示恒星的距离（以秒差距为单位）。由D和m算出恒星的绝对星等M。

天狼星的视星等是-1.45等，距离为2.7秒差距，绝对星等＋1.5等。太阳离我们最近，看起来光辉夺目，它的目视星等达到-26.7等，绝对星等才只有＋4.83等。

大学物理

恒星的光度和亮度

光度L(luminosity)：天体在单位时间内辐射的总能量，是恒星的固有量。

亮度F(brightness)：在地球上单位时间单位面积接收到的天体的辐射量。

亮度的大小取决于三个因素：天体的光度、距离和星际物质对辐射的吸收和散射。

大学物理

光度单位：尔格/秒

适用于光学，红外、紫外、射电、Χ及γ射线波段。恒星之间的光度差别非常大。超“天津四”的光度比太阳约强五万倍，天狼星的伴星是一颗白矮星，其光度不到太阳的万分之一。

大学物理

光度和体积、温度的关系

恒星的光度由其温度和表面积决定，温度愈高光度愈大。表面积愈大光度也愈大。光度大的恒星叫做，光度比巨星更强的叫超巨星，光度小的称为矮星。

光度大的巨星，体积也大。光度小的矮星，体积也小。

大学物理

2.7其它测距法

分光视差法造父变星法红移法

H－R图法超新星法

大学物理

1分光视差法测距离

1902年，丹麦天文学家发现恒星光谱中电离锶谱线的强度和恒星的绝对星等有关系。1914年，天文学家建立起利用光谱谱线强度确定恒星视差的方法。

测定出未知距离的恒星的特征谱线强度比率后就可求出绝对星等。再利用视星等、绝对星等和距离的关系式，求出恒星的距离。

非常暗弱的恒星不可能获得光谱资料，分光视差法失灵。

大学物理

2造父变星法

1784年，发现仙王座δ星是变星，我国叫做“造父一”。造父一最亮时是3.6等，最暗时是4.3等，周期性变化（5.37天）。后来发现的造父变星越来越多，成为一种类型－－造父型变星。

造父变星的光变曲线：变化周期几天至几月。

大学物理

造父变星的周光关系

勒维特是一位两耳失聪的女天文学家，研究小麦哲伦星云中1777颗变星，其中25颗造父变星,测到视星等（从12.5等到15.5等）光变周期（从2天到120天），发现了造父变星的周光关系.

大学物理

造父变星越亮光变周期越长

测出一批知道距离的造父变星得到变光周期和绝对星等，得到造父变星的光变周期和绝对星等的关系曲线。利用这个关系就可以根据造父变星的光变周期，由关系式M＝m＋5－5lgr，算出造父变星的距离。

大学物理

3红移测距法方法

多普勒效应：恒星远离我们而去，使谱线产生红移。星系和类星体都能测出其红移量。

红移量＝（观测波长－真正波长）/真正波长＝v/c

可以求出视向速度Vr，再有Hubble定律

大学物理

哈勃定律

哈勃于1928年测定40多个星系的红移和距离，发现：

视向速度（公里/秒）和距离（兆秒差距）成正比

Vr=HrH是哈勃常数：50～100公里/(秒·兆秒差距）

由Z可以求出距离r

大学物理

4还有HR图法，和超新星法。超新星法－－认为某类超新星爆发时的光度是常值。例如最近根据Ia超新星爆发测量遥远星系的距离，得到了宇宙加速膨胀的迹象。大学物理

大学物理

1.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时看到的空，在15天以后什么时间还能看到？2.什么是春分点？春分点的赤经和赤纬是多少？3.名词解释：天赤道、子午圈、地平圈、黄道.4.说明测量天体距离的困难和一种测量距离的方法。5.试说明视星等和绝对星等定义及它们之间的关系。第二章习题大学物理

大学物理

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。自然灾害安全教育宣讲课演讲人：XX雷电灾害与防范01地震灾害与防范02台风灾害与防范03洪水灾害与防范04目录自然灾害是人类依赖的自然界中所发生的异常现象，自然灾害对人类社会所造成的危害往往是触目惊心的。它们之中既有地震、火山爆发、泥石流、海啸、台风、洪水等突发性灾害，也有地面沉降、土地沙漠化、干旱、海岸线变化等在较长时间中才能逐渐显现的渐变性灾害，还有臭氧层变化、水体污染、水土流失、酸雨等人类活动导致的环境灾害。以目前人类的科学技术水平和能力，人们还无法阻止自然灾害的发生，也无法抵御自然灾害的破坏。但是完全可以根据自然灾害发生的规律和特点，采取积极有效的措施，尽量地减少损失。自然灾害什么是01雷电灾害与防范雷电灾害与防范雷电是大气中的一种放电现象。雷雨云在形成过程中，部分积聚起正电荷，另一部分积聚起负电荷，当这些电荷积聚到一定程度时，就产生放电现象。这种现象有的是在云层与云层之间进行，有的是在云层与大地之间进行。这两种放电现象俗称打雷，它会破坏建筑物、电气设备，伤害人畜。这种放电时间短促，一般约50~100微秒，但电流异常强大，能达到数万安培到数十万安培。放电时产生强烈的光，这就是闪电。闪电时，将释放出大量热能，瞬间能使局部空气温度升高1万~2万℃，空气的压强可达70个大气压，这样大的能量，具有极大的破坏力，往往会造成火灾和人畜的伤亡。雷电是怎么回事？雷电灾害与防范雷电会造成那些灾害雷电产生强大电流，瞬间通过物体时产生高温，引起燃烧、熔化，也会造成人畜伤亡雷击爆炸作用和静电作用能引起树林、电杆、房屋等物体被劈裂倒塌雷电流在周围空间形成强大的电磁场，如有易燃、易爆物品就会引起爆炸或燃烧各种电力线、电话线、广播线由于雷击产生高压，致使电器设备损坏雷电灾害与防范a、雷电天气时，要留在室内，并关好门窗b、在室外工作的人应躲入建筑物内c、无法躲入建筑物内时应远离树木和电线杆怎样预防雷电？雷电灾害与防范d、不宜使用无防雷措施或防雷措施不足的家用电器e、减少使用固定电话和手提电话f、远离电线等带电设备或其他类似金属装置。特别提示室外的人应尽量不要走动，更不要打手机，在开阔地带最好双脚并拢就地蹲下，双手抱膝，以免跨步电压伤人;在室内的人不要使用太阳能热水器，并切断所有电源，不要用电脑，不要看有线电视等，以免室外线路将雷电引入室内，造成损伤雷电灾害与防范02地震灾害与防范地震灾害与防范地震是一种及其普通和常见的一种自然现象，但由于地壳构造的复杂性和震源区的不可直观性，关于地震特别构造地震，它是怎样孕育和发生的，其成因和机制是什么的问题，至今尚无完满的解答，但目前科学家比较公认的解释是构造地震是由地壳板块运动造成的。由于地球在无休止地自转和公转，其内部物质也在不停地进行分异，所以，围绕在地球表面的地壳，或者说岩石圈也在不断地生成、演变和运动，这便促成了全球性地壳构造运动。关于地壳构造和海陆变迁，科学家们经历了漫长的观察、描述和分析，先后形成了不同的假说、构想和学说。地震为什么会发生？破坏性地震一般是浅源地震。对于同样大小的地震，由于震源深度不一样，对地面造成的破坏程度也不一样。震源越浅，破坏越大，但波及范围也越小，反之亦然。地震会造成那些灾害？在海底或滨海地区发生的强烈地震能引起巨大的波浪，称为海啸在大陆地区发生强烈地震，会引发滑坡、崩塌、地裂等次生灾害地震灾害与防范立即下蹲抱头卷曲，利用一些坚固的防护工具，如坚固的座椅。房