天文学基础讲义

普通天文学绪论1outline天文学的基本概念天文学的研究方法和特点宇宙概观天文学的分支学科天文学研究的意义天文学的起源和发展中国天文学2一、天文学的基本概念什么是天文学？天文学的研究对象天体天文学与气象学的区别与联系天文学与地球科学的区别与联系3１什么是天文学？天文学是人类认识宇宙的一门自然科学；它观测和研究各种天体和天体系统，研究它们的位置、分布、运动、结构、物理状况、化学组成和起源演化规律；是自然科学中的基础学科之一；4天体的属性２天文学的研究对象地球大气层内的物体和现象通常不是天文学的研究对象，除非它们起源于太空。研究对象是宇宙空间中的天体和其他宇宙物质。天文学观测和研究它们的位置、分布、运动、形态、结构、物理状态、化学组成、相互关系和起源演化。5天体和宇宙物质天体：

指宇宙空间(太空)中的一切实体，包括自然天体和人造天体。其他宇宙物质：

指行星际、星际和星系际的弥漫物质和各种微粒辐射流以及作为物质存在形式的电磁场和引力场等。6天文学与气象学的区别与联系两者以地球大气层为分界，研究对象分别为大气层之外和之内。大气对天文现象、天文学研究产生影响。许多天文现象又会影响气候和天气。7天文学与地球科学的区别与联系地球本身是一个运行于宇宙空间中的天体。它的空间运动、它与其他天体的相互作用、它的起源与演化等属于天文学的研究范畴。大气科学、海洋科学、地球物理学、地球化学、地质学等，研究地球自身的属性则属于地球科学的范畴。地球科学的某些成果会推动并丰富天文学相关领域的研究，而且地学与天文学的某些分支学科相互交叉而形成新的边缘学科。8二、天文学的研究方法和特点人类“既不能移植太阳，又不能解剖星星”9１天文学研究的特点观测（观察和测量）是主要的研究手段。观测工具的改进和观测方法的革新会推动天文学的发展。天文学是沿着观测——理论——观测的途径发展的。研究对象距离远，时标长，物理条件极端复杂（密度、温度、压强、磁场），因此，在实验室里难以进行模拟研究。从“一瞬”来研究“一生”，即利用天体的空间广延性与时间广延性相统一的特性，来研究天体和宇宙的演化。10２天文学的研究方法天文学的研究方法试验理论探讨观测陨星登月古代的纯肉眼观测光学望远镜射电望远镜空间探测肉眼分光测光照相CCD天文学以对天体的观测作为基本的研究方法11天文学的观测工具英国的巨石阵

考古家认为它是用于观测太阳和月亮升起的位置与时间。12它的主轴线、通往石柱的古道和夏至日早晨初升的太阳，在同一条线上13天文学的观测工具中国的浑仪浑仪是用来测量天体球面坐标的一种仪器。浑仪结构复杂，是由一环套一环的同心圆环构成，好像一个镂空的球体，这些圆环分别代表地平圈、子午圈、赤道圈、赤经圈、黄道圈和白道圈。东汉时的天文学家张衡说过：“立圆为浑”，因此称这种仪器为浑仪。14天文学的观测工具中国的简仪郭守敬（1231-1316年），河北邢台人，元代著名的天文学家。简仪从浑仪的复杂结构中分离出来，分解成由赤道环和赤经环组成的赤道经纬仪和由地平环及地平经环组成的地平经纬仪两个的仪器。这样的简仪结构十分简单，大大增加了观测的视野，克服了浑仪的两个最大缺陷，大大提高了观测精度。赤道经纬仪和地平经纬仪是分装在同一个长方形的铜基座上，总称为简仪。15紫金山天文台的古观象仪浑仪（左）和简仪（右），明代复制

16天文学的观测工具光学望远镜1718哈勃太空望远镜19射电望远镜202122空间探测器Explorer1-5，1958：1-8Pioneer3&41958:12；1959:323个人一小步，人类一大步24神舟飞船25三、宇宙概观宇宙的概念宇宙大爆炸理论宇宙学宇宙的层次结构宇宙是有限的还是无限的？宇宙有没有中心有没有边？宇宙有没有生老病死有没有年龄？26１宇宙的概念广义：物质现象的总和，指无限多样、永恒发展的物质世界。是由空间、时间、物质和能量所构成的统一体。宇宙是时间和空间的总和。哲学上，宇宙是指与精神世界相对的客观物质世界，是无始无终，无边无际的。四方上下曰宇往古今来曰宙27１宇宙的概念(可观测宇宙)：指一定时代观测所及的最大天体系统，即天文学中的“总星系”。天文学所称的宇宙，是广漠空间以及其中存在的各种天体和各种形态的物质的总称。28universe和cosmos前者强调的是物质现象的总和，后者强调的是整体宇宙的结构或构造。人类认识宇宙是一个无限深化的过程，在某一个具体的时间断面上，人类只能认识到由有限对象组成的具体的宇宙。目前普遍认为：宇宙产生于大爆炸，宇宙是平坦的，并在做加速膨胀。29２宇宙大爆炸理论宇宙大爆炸理论是俄裔科学家伽莫夫在1948年提出来的。这个理论认为，宇宙开始是个高温致密的火球，它不断地向各个方向迅速膨胀。当温度和密度降低到一定程度，这个火球发生了剧烈的核聚变反应。随着温度和密度的降低，宇宙早期存在的微粒在引力作用下不断聚集，最后逐渐形成今天宇宙中的各种天体。这一理论体系被称为“宇宙大爆炸模型”，与DNA双螺旋模型、地球板块模型、夸克模型一起，被认为是20世纪科学中最重要的四个模型。30

空间

时间31３宇宙学Cosmology从整体角度探讨宇宙结构和演化的天文学分支学科。现代宇宙学包括密切联系的两个方面，即观测宇宙学和理论宇宙学。前者侧重于发现大尺度的观测特征，后者侧重于研究宇宙的运动学和动力学以及建立宇宙模型。32４宇宙的层次结构物质世界可分为微观世界、宏观世界和宇观世界。33４宇宙的层次结构天文学所研究的对象大多属于宇观世界。天文学的研究成果表明，宇宙是有层次结构的、物质形态多样的、不断运动发展的天体系统。各种天体分别处于宇宙的各个层次之中。34(1)地月系和卫星系统3536(2)太阳系、恒星和行星系统37恒星，永恒吗？行星系统38(3)恒星集团恒星有集群的趋势多颗恒星聚集形成恒星系统双星聚星(多合星)星团(疏散星团、球状星团)39双星最简单的恒星系统是两个互相绕转的双星两颗子星除了引力作用外，还有密切的物理联系，比如物质交换质量大的是主星，质量小的为伴星英仙座双星团

40星团当在一起绕转的恒星超过十颗时称为星团昴星团及其反射星云

（年轻的疏散星团）位于金牛座41疏散星团NGC3293

（星团中的橙色亮星正在迅速变老，很可能是星团中下一个超新星）疏散星团比较稀疏，成员星较少，外形不太规则42疏散星团NGC2682(M67)

最老的疏散星团之一，年龄100亿年43玫瑰星云和疏散星团NGC2244(玫瑰星云看起来像玫瑰花，一百万年前疏散星团NGC2244在其间形成，并使星云明亮可见)44球状星团M3(NGC5272，在猎犬座)球状星团的成员星常达几万甚至上千万颗，形状比较规则，分布比较均匀45球状星团——杜鹃47，NGC10446(4)银河系和星系星系是包含了几亿至几十亿颗恒星以及无数双星、聚星、星团的庞大恒星系统。太阳所在的星系称为银河系。银河系以外的其他星系称为河外星系。星系按形态大致分为旋涡星系、棒旋星系、椭圆星系和不规则星系。银河系是一个旋涡星系。47银河系仙女星系48这张哈勃图像是2005年8,9月拍摄的。NGC1309位于距离我们地球１亿光年远的地方。它是波江座中200颗星系中的一颗。由哈勃空间望远镜于2004年9月拍摄的一系列照片拼接而成，NGC1300的直径大约6900光年（21Mpc），位于波江座。49巨椭圆星系M87。澳大利亚的英－澳天文台(Anglo-AustralianObservatory)拍摄M87，呈圆球型或椭球型。椭圆星系呈圆球型或椭球型。中心区最亮，亮度向边缘递减。椭圆星系半人马A射电源(CentaurusA)。此星系大约是在10亿年前，由两个星系面对面碰撞后形成的。HST拍摄。50孔雀座(Pavo)中距离为75万光年的棒旋星系NGC6872与它北面邻居星系IC4970(NGC6872中心上方)相互作用。欧洲南方天文台(EuropeanSouthernObservatory)的甚大望远镜(VeryLargeTelescope，VLT)拍摄。长蛇座(Hydra)中两个相互作用的旋涡星系。Subaru望远镜拍摄。51肉眼能见的最近的河外星系：大麦哲伦云(距银河系169000光年）52(5)星系集团星系也有结团的现象，其结团的倾向比恒星更为强烈，在已发现的数十亿个河外星系中，很少是单独存在的。两个互相有联系的星系成为双重星系，三五个或十来个在一起运动的星系称为多重星系，而10~100个星系组成的星系集团称为星系群。100~1000个星系组成的则叫星系团。53星系群NGC3190星系群NGC5985武仙座星系团54宇宙的层次结构55地月系和卫星系统太阳系、恒星和行星系统恒星集团银河系和星系星系集团注意区别：星团、星系、星系团四、天文学的分支学科56天体测量学

天体测量学球面天文学方位天文学实用天文学天文地球动力学57天体力学天文动力学形状和自转理论历书天文学数值方法定性理论摄动理论天体力学58天体物理学天体物理学太阳物理等离子体天体物理太阳系物理学相对论天体物理学恒星物理学宇宙学恒星天文学天体演化学星系天文学射电天文学高能天体物理学空间天文学分子天文学宇宙化学59五、研究天文学的意义科学意义实际意义哲学意义60１科学意义——基础学科之一天文学与物理学相互促进、并肩发展天文学有力推进了数学的发展天文学的发现对化学的发展也有推动作用一些天文因素与气象现象直接相关天文学与地学相互渗透有助于探索生命起源问题61思考：天文学与你所学的专业有何联系？62２实际意义——为生活、生产服务时间服务(授时与编历)天文大地测量与天文导航历史年代考证太阳活动预报人造卫星和航天近地小行星监测63３哲学意义——科学的宇宙观正确认识人类在自然界中的地位和人类与自然的关系树立了事物运动和发展的观点天文学的研究对象涵盖了许多具体的哲学范畴，揭示了自然界固有的辩证法64六、天文学的起源和发展天文学的起源各种天文现象(太阳东升西落、四季更迭)直接影响人类的生活，引起人类的注意农牧业发展需要掌握时间、季节变化规律人类的好奇心和求知欲65古代天文学古埃及古巴比伦古印度古希腊6667天文学的发展第一次飞跃：认识到地球是球形的，日月星辰远近不同，它们的运动有规律可寻，从天象观测来编制历法和星表。68天文学的发展第二次飞跃：哥白尼提出宇宙日心体系，形成太阳系的概念。69天文学的发展第三次飞跃：万有引力定律和天体力学的建立。第四次飞跃：认识到太阳系有其产生到衰亡的演化史。(星云假说)第五次飞跃：建立银河系和星系概念。第六次飞跃：天体物理学兴起。第七次飞跃：绝对时空观到相对论时空观的革命。70七、中国天文学中国古代天文学－精确完善的历法研究－完整系统的天象记录－灵巧精密的天文仪器－宇宙本源问题的精辟见解顾炎武《日知录》“三代以上，人人皆知天文”71圭表72日晷73浑仪74简仪75天象仪76北京观象台77登封观星台78

漏壶“午时三刻”？中国古人将1昼夜分为12个时辰，子时、丑时、寅时、卯时、辰时、巳时、午时、未时、申时、酉时、戌时、亥时；如子时从现在的23点到1点但是时辰的刻度太大，不便于精确计时，所以又将一昼夜分为100刻，而刻度的单位源于漏壶中的刻度7980国内天文台站介绍国家天文台：于2001年4月成立

在原北京天文台（1958年建）基础上建立

下属单位有：云南天文台、南京天文光学技术研究所、乌鲁木齐天文站和长春人造卫星观测站。紫金山天文台：建成于1934年9月的紫金山天文台是我国自己建立的第一个现代天文学研究机构，前身是成立于1928年2月的国立研究院天文研究所。上海天文台：中国科学院上海天文台成立于1962年，它的前身是法国天主教耶稣会1872年建立的徐家汇观象台和1900年建立的佘山观象台

由于历史悠久，并在国际上有较大的影响，继续保留中国科学院直属事业单位的法人资格，学术上受国家天文台的宏观协调和指导。国家授时中心：原陕西天文台812007年后光学天文重要设备地域分布兴隆佘山昆明怀柔扶仙湖1米红外太阳望远镜丽江高美古紫紫金山天文台82东经：E117º34‘30”

北纬：N40º23'36”平均海拔：186.8m年晴夜数>210night国家天文台兴隆站83国家天文台密云站射电综合孔径望远镜84天文观测站8586紫金山天文台

建成于1934年9月的紫金山天文台是我国自己建立的第一个现代天文学研究机构，前身是成立于1928年2月的国立研究院天文研究所。她坐落于南京市东郊风景如画的紫金山第三峰上，至今已有73年的历史。

紫金山天文台的建成标志着我国现代天文学研究的开始。中国现代天文学的许多分支学科和天文台站大多从这里诞生、组建和拓展。由于她在中国天文事业建立与发展中作出的特殊贡献，被誉为"中国现代天文学的摇篮"。87天文教育单位－南京大学天文系－北京大学天文系－北京师范大学天文系－中国科技大学应用物理和天文系－华中师大物理系天体物理研究所－南京师范大学物理系天体物理研究所

－中国天文学会(1922)北京天体物理中心(北方）南京天体物理中心（南方）88小结天文学的基本概念天文学的研究内容天文学的研究方法和特点宇宙的初步认识，人类认识宇宙的几次大飞跃天文学与其他学科的联系89练习题1、天文学是什么样的一门科学？它有哪些分支学科？2、简述天文学的研究对象、研究方法和特点？3、你对宇宙的含义有何理解？请说明宇宙的层次结构。4、天文学对我们的日常生产生活有何意义？90下一章天球坐标与时间系统91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。房屋震荡时极容易被掉落的石块玻璃等砸伤，不要慌乱走出室外，待在直到确定可安全撤离。远离书柜，衣橱等容易砸伤你的家具。远离窗户，在高楼中，等到火警警报停息后再逃离出来。如果在床上，呆在原地，用枕头保护好头部。.如果在户外，找一个远离建筑物，大树和高压线的空旷场所，如剧烈地震请趴在地上。如果在车内，慢慢行驶到空旷地直到地震结束。地震时如何自我保护？地震灾害与防范检查受伤情况，如有需要，参加紧急救援工作，帮助身边周围的人脱离险境。检查房屋受损情况。如损坏严重，应远离房屋直到专业人士检查。如果闻到煤气味，立即疏散室内人群，绝对不要使用火机等危险品。确定窗户墙面等安全后，开窗流通空气。如果发现断电，拔掉主要电器插头，如看到保险丝烧坏，或闻到烧焦的电源线味道，或看到插座火花，请远离，等专业人士解决后再进入，注意远离室内有水的地方。地震后须注意哪些？地震灾害与防范地震安全歌遇地震，先躲避桌子床下找空隙远离所有建筑物余震蹲在开阔地地震灾害与防范03台风灾害与防范台风灾害与防范台风，指形成于热带或副热带26℃以上广阔海面上的热带气旋。世界气象组织定义：中心持续风速在12级至13级（即每秒32.7米至41.4米）的热带气旋为台风或飓风。北太平洋西部（赤道以北，国际日期线以西，东经100度以东）地区通常称其为台风，而北大西洋及东太平洋地区则普遍称之为飓风。每年的夏秋季节，我国毗邻的西北太平洋上会生成不少名为台风的猛烈风暴，有的消散于海上，有的则登上陆地，带来狂风暴雨，是自然灾害的一种。什么是台风？沿海居民防范措施台风引发的风暴潮容易冲毁海岸防护设施，台风来临前，海涂养殖人员、病险水库下游的人员、临时工棚等危险地段的人员都应及时转移台风带来的暴雨容易引发洪水、山体滑坡、泥石流等连附灾害，发现危险征兆应应及早转移，远离山体、林地等自然危险区域沿海乡镇在台风来临前要加固各类危险建筑建筑、在建工程、市政公用设施、施工设施、树木、广告牌、铁塔等，千万不要在以上地方躲风避雨台风来临时，千万不要在河、湖、海的路堤或桥上行走，不要在强风影响区域开车，应尽早回到家中或到附近的安全建筑中避险01020304台风灾害与防范城