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天文校本教材

目录

第一章天文学概论

一、天文学的研究内容┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉1

二、研究天文学的定义┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉2

第二章认识宇宙

第一节、太阳系┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉3

第二节、银河系┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉20

第三节、遥远的恒星┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉21

第四节、星系、星系团┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉26

第五节、正在扩展的宇宙┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉27

第三章观测星空

第一节、望远镜┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉31

第二节、观测星空┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉37

第三节、天体摄影┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉41

附录┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉43

附录1主要亮星表

附录2梅西耶天体表

附录3主要流星群

第一章天文学概论

天文学是一门古老的科学，同时也是一门年轻的科学。

说他古老是指它是伴随人类文明的发展进程而发展起来的.简单回顾一下世界的人类文明史，诸如中国的甲骨文，巴比伦的泥碑及埃及的金字塔等历史证据，都说明历史上各文明古国都用自己的文字写下了天文学辉煌的第一章。

说他年轻是指今天的空间技术也是高科技领域的一个重要方面，例如2002年3月25日北京时间22时15分，我国研制的“神舟”三号飞船在酒泉卫星发射中心发射升空并成功进入轨道。

经过7天太空飞行（绕地108周），4月1日飞船返回舱与轨道舱分离后在内蒙古中部地区成功着陆。

由此说明，天文随人类文明的发展而发展，并且前途无量。

所以说它又是一门年轻的科学。

一、天文学的研究内容

数、理、化、天、地、生，这就是所谓的天文学六大基础学科，天文学只是人类认识宇宙的一门科学，他的研究对象是广阔无垠宇宙空间中的天体，几千年来，天文学家们通过各种手段，发现它们的存在，观测它们的位置，研究它们的运动结构及演化规律，并逐步扩展人类对广阔宇宙空间中物质世界的认识。

人类对宇宙的认识，是一个循序渐进由近到远的逐步认识过程。

从地球到太阳，又从恒星到银河系，目前已扩展到数十亿的河外星系。

一般认为，基于现代的观测手段，人类已能探测到数亿光年甚至更远的宇宙深处。

天体测量学的主要任务是研究和测定天体的位置和运动，建立基本参考坐标系和确定地面点的坐标。

首先要研究天体投影在天球上的坐标的表示方式，还要研究坐标间的关系和各种坐标的修正。

其具体分支为方位天文学、实用天文学及天文地球动力学。

目前，天体测量学的手段，已从可见光观测发展到射电波段，以及红外、紫外、x射线和γ射线等波段。

观测的范围和精度却在不断的提高。

天体力学也是比较早形成的天文学的另一个分支学科，它的重大贡献在于使天文学从单纯描述天体的几何关系，进入到研究天体之间相互关系及相互作用的阶段。

天体力学主要研究天体的力学运动和形态，其主要研究对象是太阳系内的天体。

后来，由于人造天体的出现和电子计算机的广泛使用，使天体力学进入了一个新的时期，研究对象又增加了各种类型的人造天体以及成员较少的恒星系统，天体力学主要有6个分支学科：

摄动理论、天体力学数值方法、天体力学定位理论、天体动力学、历书天文学、天体的形态和自转理论。

天体力学是天文学中最活跃、内容最丰富的分支学科。

大约在十九世纪中叶，人们将物理和化学的最新成果——光谱分析、光学测量和照相技术用于天体观测后，对天体的结构、化学组成和物理状态研究形成了完整的科学体系——天体物理学。

天体物理学是应用物理及化学技术、方法和理论研究天体的化学成分、物理性质、运动状态和演化规律的学科。

它的研究对象、内容、方法多样而广泛，分支学科很多。

诸如理论天体物理学、实测天体物理学等很多，另外，射电天文学、空间天文学、高能天体物理学也都是它的重要分支。

随着科学技术的不断进步，天文观测研究已由地面观测进入空间时代。

了大气与磁场这两道屏障。

这都是探测火箭、人造卫星和各种宇宙探测器的功劳。

使这门古老的学科有了焕然一新的生命力。

随着观测技术的不断进步，X射线天文学，γ射线天文学，红外天文学和紫外天文学等新的研究领域争相妩媚，放射出夺目的光辉。

认识天文学，掌握正在波涛澎湃的跃进天文学现状，特别是题解天文学与最新的物理学之间存在着何种依赖关系，天文学如此壮观和伟大，掌握这门科学即为幸事了。

二、研究天文学的定义

天文学是由于生产的需要的发展起来的。

我国春秋时期就发明了用土圭测定日影长短来测定季节和一年长度的方法。

在战国至西汉期间，逐渐形成了天文、气象、农业相结合的二十四节气，成为重要的推测，古埃及则根据天狼星在天空中的位置来确定季节，掌握尼罗河泛滥的时间和变化规律。

总而言之，人类的生活、生产离不开天文学。

在近代生产活动中，天文学有着更重要的应用，诸如人造卫星轨道设计及大地测量、导航、编历、援时。

另外在天体对地球的影响方面，天文学也有重要作用。

由于天文学是人类认识宇宙的科学。

因而它在人的世界观的形成和发展中起着特殊的作用。

天文普及工作给人们以知识，帮助人们破除迷信，树立辩证唯物主义的世界观，尤其是对青少年的培养十分重要。

天文学的观测和研究证明了宇宙是物质的，无论我们观测到多么遥远的宇宙空间，都是有各种各样的天体构成的物质世界。

另外，天文学的观测研究还充分说明了宇宙间一切物质都是按一定客观规律演变的，这种变化是从量变到质变的发展，天体演变的动力是它内部的地质运动，其结果是不断向新的状态发展。

作为自然科学的一门基础学科，天文学同其他自然科学有着千丝万缕的联系，天文学可以能动的促进着其他科学的发展。

有些问题需要十几个学科共同探讨的。

另外随着自然科学的不断发展，边缘科学的定义越来越显得重要，例如，通过天文的角度去研究气象、地震、地质、能源问题、环境问题等等。

还应当明确指出的是想在我们在天体上观测更强的能量辐射和极大规模的爆发，但是这些都是在地面上物理实验室中无法实现和获得的。

总而言之，天文学可以使人类对自然以至整个宇宙的认识越来越深刻。

第二章认识宇宙

第一节、太阳系

太阳系是四十六亿年前伴随着太阳的形成而形成的。

太阳星云由于自身引力的作用而逐渐凝聚，渐渐形成了一个由多个天体按一定规律排列组成的天体系统。

太阳系的成员包括一颗恒星、九大行星、至少六十三颗卫星、约一百万颗小行星、无数的彗星和星际物质等。

太阳是银河系中一颗普通的恒星。

根据恒星演化理论，太阳与其他大多数恒星一样，是从一团星际气体云中诞成的。

这团气体云存在于约四十六亿年前，位于银河系的盘状结构中，离中心约25亿亿公里。

其体积约为现在太阳的500万倍，主要成份是氢分子。

这就是“太阳星云”。

经历四十多万年的收缩凝聚，星云中心诞生了一颗恒星，它就是太阳

在太阳形成以后不久，残存在太阳周围的一些气体和尘埃，形成了围绕太阳旋转的行星和诸多小行星和彗星等其他太阳系天体，包括的地球和月亮。

太阳现在的年龄约为五十亿年，正于它一生中的中年时期。

它还可以平静地燃烧约五十亿年。

一、太阳

清晨，当你站在茫茫大海的岸边或登上五岳之首的泰山，眺望东方冉冉升起的一轮红日时，一种蓬勃向上的激情会从心底油然而生。

人们热爱太阳，崇拜太阳，赞美太阳，把太阳看作是光明和生命的象征。

太阳在人类生活中是如此的重要，以致人们一直对它顶礼膜拜。

中华民族的先民把自己的祖先炎帝尊为太阳神。

印度人认为，当第一道阳光照射到恒河时，世界才开始有了万物。

而在希腊神话中，太阳神被称为“阿波罗”。

他是天神宙斯（Zeus）的儿子，他高大英俊，多才多艺，同时还是光明之神、医药之神、文艺之神、音乐之神、预言之神。

他右手握着七弦琴，左手托着象征太阳的金球。

太阳处于太阳系的中心，是太阳系的主宰。

它的质量占太阳系总质量的99．865％，是太阳系所有行星质量总和的745倍。

所以，她有足够强大的吸引力，带领它大大小小的家族成员围着自己不停地旋转。

太阳是我们唯一能观测到表面细节的恒星。

我们直接观测到的是太阳的大气层，它从里向外分为光球、色球和日冕三层。

虽然就总体而言，太阳是一个稳定、平衡、发光的气体球，但它的大气层却处于局部的激烈运动之中。

如：

黑子群的出没，日珥的变化，耀斑的爆发等等。

太阳活动现象的发生与太阳磁场密切相关。

太阳周围的空间也充满从太阳喷射出来的剧烈运动着的气体和磁场。

天文上太阳的符号是⊙，它象征着宇宙之卵，是生命的源泉。

（一）、太阳的结构

太阳是个炽热的气体星球，没有固体的星体或核心。

太阳从中心到边缘可分为核反应区、辐射区、对流区和大气层。

太阳能量的99%是由中心的核反应区的热核反应产生的。

太阳中心的密度和温度极高，它发生着由氢聚变为氦的热核反应，而该反应足以维持100亿年,因此太阳目前正处于中年期。

太阳大气的主要成分是氢（质量约占71%）与氦（质量约占27%）。

太阳大气层从内到外可分为光球、色球和日冕三层。

光球层厚约5000千米，我们所见到太阳的可见光，几乎全是由光球发出的。

光球表面有颗粒状结构----“米粒组织”。

光球上亮的区域叫光斑，暗的黑斑叫太阳黑子，太阳黑子的活动具有平均11.2年的周期。

从光球表面到2000千米高度为色球层，它得在日全食时或用色球望远镜才能观测到，在色球层有谱斑、暗条和日珥，还时常发生剧烈的耀斑活动。

色球层之外为日冕层，它温度极高，延伸到数倍太阳半径处，用空间望远镜可观察到X射线耀斑。

日冕上有冕洞，而冕洞是太阳风的风源。

日冕也得在日全食时或用日冕仪才可观测到。

当太阳上有强烈爆发时，太阳风携带着的强大等离子流可能到达地球极区。

这时，在地球两极则可看见瑰丽无比的极光。

1、太阳光球及其活动

光球就是我们实际看到的太阳圆面，它有一个比较清楚的圆周界线。

光球的表面是气态的，其平均密度只有水的几亿分之一。

光球厚达500千米，极不透明。

光球上密密麻麻地分布着极不稳定的斑斑点点，被称为“米粒组织”。

米粒组织可能是光球下面气体对流产生的现象。

另外，还有超米粒组织，其直径与寿命要大的多。

在光球还分布着太阳黑子和光斑，偶尔还会出现白光耀斑。

这些活动现象有着相差悬殊的亮度、物理状态和结构。

所谓太阳黑子是光球层上的黑暗区域，它的温度大约为4500K，而光球其余部分的温度约为6000K。

在明亮的光球反衬下，就显得很黑。

发展完全的黑子是由较暗的核（本影）和围绕它的较亮部分（半影）构成的，形状像一个浅碟。

太阳黑子是太阳活动的最明显标志之一。

太阳黑子的突出特点是具有强大的磁场，范围从小太阳黑子的500高斯到大太阳黑子的4000高斯不等。

黑子最多的年份称太阳活动极大年，最少的年份称太阳活动极小年。

太阳黑子的平均活动周期是11．2年。

光球上还有一些比周围更明亮的区域，叫光斑。

它与黑子常常相伴而生。

2、太阳色球及其活动

光球的上界同色球相接，在日全食时能看到。

色球层厚约8000千米。

太阳具有反常增温现象，从光球顶部到色球顶部再到日冕区，温度不断陡升。

色球层有出现在日轮边缘的针状物，它们不断产生与消失，寿命一般只有10分钟。

色球上经常出现一些暗的“飘带”，我们称它为暗条。

当它转到日面边缘时，有时象一只耳朵，有时好象腾起的火焰，人们俗称它为日珥。

日珥的形态千变万化，可分为宁静日珥、活动日珥和爆发日珥。

太阳色球层有些局部亮区域，我们称它为谱斑。

它处于太阳黑子的正上方。

有时谱斑亮度会突然增强，这就是我们通常说的耀斑。

耀斑释放的能量极其巨大。

其巨大的能量来自磁场。

3、日冕与太阳风

太阳最外层的大气称为日冕。

日冕延伸的范围达到太阳直径的几倍到几十倍。

在太阳活动极大年，日冕接近圆形；在太阳宁静年则呈椭圆形。

日冕中有大片不规则的暗黑区域，叫冕洞。

冕洞是日冕中气体密度较低的区域。

冕洞分为三种：

极区冕洞，孤立冕洞，延伸冕洞。

太阳