天文学课件之2[1]

1、大学物理,第二章 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

2、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

3、,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，

4、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, 例如：小熊座（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、射线源、 红外源、紫外源 超新星和超新星遗迹 脉冲星和类

5、星体 河外星系（星表） 最普通的命名法：名字位置 如脉冲星：PSR113316,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

6、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 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

7、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 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。

8、,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

9、个银河系以外的1920年美国科学院“ 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 主星参宿四，红超巨星 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

10、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

11、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090o 到南极090o 经度：从本初经圈起算 （通过格林尼治天文台） 向东方向，东经0180o 向西方向，西经0180o 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！

12、 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

13、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

14、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

15、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 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（1.3109光年）

16、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

17、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

18、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=2.5lgE,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

19、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 5log D m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

20、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、及射线波段。 恒星之间的光度差别非常大。超巨星“ 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。 光度大的恒星叫做巨星， 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 HR图法 超新星法,大学物理,1 分光视差法测距

21、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，美国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 勒维特是美国一位两耳 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