基础天文考试复习提纲.docx

1、基础天文考试复习提纲第二讲：望远镜与探测器望远镜性能指标：聚光能力，也就是有效口径；天体成像亮度有效镜面面积有效口径D2，也就是镜面越大越好。角分辨能力，取决于光的衍射。分辨本领=1.22/𝑫（弧度）。实用公式：=0.25”*(微米)/D(米)（默认为0.55um）。天文台址要求：天光背景暗、视宁度好、晴夜数多、干燥、风小、远离人烟又交通便利、政局稳定为何需要建空间望远镜？由于大气窗口，很多波段只能在太空观测不受大气影响，图像质量可直接达衍射极限极低的背景天光，大大提升探测灵敏度不受环境影响，如地面灯光不受天气影响，如刮风下雨第三讲：天球坐标系；时间与历法球面三角公式：cos

2、a=cos b cos c + sin b sin c cos A,四方点：天子午圈与真地平相交的两点为南北点，（靠近北天极的为北点）天赤道与真地平相交的两点为东西点。（同样，离北天极较近的为夏至点。）地球表面的冷暖差距不是日地距离差造成的，而是太阳照射角度不同造成的。天体的周日视运动： 永不下落天体：（900）永不上升天体：（900）恒星时(sidereal time： S)：定义：以春分点的周日视运动为依据建立的时间系统。时间单位：恒星日-春分点连续两次上中天的时间间隔。真太阳时(true solar time):定义：以太阳视圆面中心的周日视运动为依据建立的时间系统。时间单位：真太阳日真

3、太阳连续两次下中天的时间间隔。太阳在周日视运动的同时，又以逆时针方向做周年视运动，每日在黄道上自西向东约运行1度，因此真太阳时比恒星时约长4分钟。协调世界时（coordinated universal time, UTC）（协调原子时秒长与世界时时刻的时间计量系统）：由于世界时的秒长逐年增加,势必造成世界时落后于原子时，一年内可累计达1秒左右。为避免原子时与世界时产生太大的偏离，1972年决定采用UTC系统。调整时刻：每年首选是12月31日和6月30日或 3月31日和9月30日的最后一秒，由国际地球自转服务中心局（IERS）根据天文观测做出决定，并预先通知。儒略历：置闰：每隔三年一闰，闰年36

4、6天，加在2月。平均历年长： 365.25日；回归年长：365.2422日。格里哥里历：置闰：凡是年数可被四整除的为闰年，世纪年如1600，1700，1800，要被400整除才是闰年。平均历年长：365.2425；回归年长：365.2422日。儒略日（一种不用年、月的长期纪日法）：起算点：公元前4713年儒略历1月1日世界时12点（正午）。约化儒略日（MJD，Modified Julian Date）：起算点：1858.11.17 世界时零时MJDJD 2,400,000.5 （式中.5表示把起算点从正午改为子夜）第四讲：天体运动；测距；测光当行星与太阳角距离达到最大值时，称为“大距” 。水星

5、的大距角在18 28之间，金星的大距则在4548之间。行星的会合周期(Synodic Period) ：内行星：1/S = 1/T内 1/TE； 外行星：1/S = 1/TE 1/T外行星距离的提丢斯-波德定则(Titius-Bode law)：an = 0.4+0.32n-2 (AU) (水星n=-, 金星n=2, 地球n=3,火星n=4,小行星n=5,木星n=6)开普勒第三定律：不同行星在轨道上公转周期 T 的平方与行星轨道半长径 a 的立方成正比 （调合定律），即地球的直径大约是月球的4倍，所以在月球轨道处、地球本影的直径仍相当于月球直径的2.5倍左右，所以绝不会出现“月环食”。天文单位

6、（A.U.）: 平均日地距离（1天文单位=1亿5千万公里= 1.4961011米）。光年（L.Y.）：1LY = 9.461015米1 秒差距是周年视差为1的恒星的距离：1 秒差距 (pc) = 3.0861016米=3.26光年 恒星距离的测定：三角视差法 (trignometric parallax) ：利用三角法测量恒星的距离；基线越长，可测量的恒星距离越远。三角视差测距法只适用于近距离（30-500 pc）的恒星。（周年视差 (annual parallax)以地球轨道半长径作为基线测量恒星的距离；周年视差是恒星相对于地球轨道半长径所张的夹角。）造父变星的周光关系测量法。（最远距离：2

7、0 Mpc）标准烛光法（Standard candle）: L=4D2F。L=constant - from apparent brightness F can determine Distance D红移法：1929年Hubble等发现由星系谱线红移（z=/0-1）得到的星系退行速度V与星系的距离D成正比，称为哈勃定律 VH0D。其中哈勃常数H070 km*s-1/Mpc。视星等m并不反映天体的真实亮度(因距离可不同)，人们将天体置于10pc(32.6ly)距离处的视星等,可实际反映天体的光度。天体在此距离的视星等叫绝对星等(M)。M=m+5-5 log10 d(pc)绝对星等M与光度L的关

8、系：M1-M2 =-2.5 log (L1/L2)大气透射率与波长和天顶距z有关，z 核子3 + 能量太阳中微子失踪案: 实际测量到的太阳中微子数目只有理论计算值的约1/3。2001年，SNO的观测结果证实中微子事实上没有失踪，只是在离开太阳后转化成中微子和中微子，躲过了此前的探测，同时间接证明中微子具有质量。太阳内部：太阳大气有三组成部分：光球、色球、日冕。太阳活动：太阳黑子、日珥、耀斑（色球爆发）。太阳黑子原理：第七讲：恒星演化典型恒星：光度范围：10-5至106L；质量在0.1M(褐矮星)到120 M(超巨星)之间；恒星半径范围：从小于0.01R到大于100R。光谱型：（口诀：Oh, B

9、e A Fine Girl, Kiss Me!）赫罗图：典型恒星的演化通常要经历: 核心氢燃烧的主序星阶段(Main Sequence ) 核心氢燃烧枯竭后的红巨星阶段(Red Giant Branch ) 进入核心氦燃烧的水平支阶段(Horizontal Branch ) 核心氦燃烧枯竭后的渐进巨星支阶段(Asymptotic Giant Branch, AGB) 小质量恒星形成行星状星云(PN)和白矮星(WD)/大质量恒星经过超新星爆发形成中子星或黑洞质光关系: 对主序星，指数在3.5到4.0之间：L/L=(M/M)4.00.02 for 0.4MM10ML/L=(M/M)3.60.1 f

10、or 5MM40M 恒星半径：第八讲：双星与变星双星的类型：目视双星、分光双星、食变双星（子星相互交食造成亮度变化的双星）内临界等势面:同时包络两颗子星并且相接于其间一点(L1)的等势面；在L1(内拉格朗日点),两颗子星对物质产生的作用力正好相等,Roche势达极大值洛希瓣:由临界等势面包围的空间根据双星中的一颗或两颗子星是否充满洛希瓣,可以将双星分为:不相接双星（两颗子星均未充满洛希瓣）、半相接双星（颗子星充满洛希瓣,如天琴）、相接双星（两颗子星均充满洛希瓣,有共同对流包层，如大熊W）大陵佯谬:质量小的恒星（0.8 M）已是亚巨星，而质量大的仍为主序星，为何质量小的反而演化得快？根据恒星演化

11、理论，质量越大的恒星主序寿命越短，应越早进入巨星阶段。解释：亚巨星子星的前身星是此双星系统中质量较大的主序星,它先演化充满洛希瓣，物质传输使得两子星的质量发生逆转。变星（光变）通常分为三类: 脉动变星（pulsating）、爆发变星（eruptive）、食变（eclipsing variables）脉动变星分类：经典造父变星（I型）：银道面附近，星族I，光度大室女W造父变星（II型）：远离银道面，星族II，年龄大天琴RR 型星：周期短（30 kpc)星族I恒星：年轻的、富金属恒星（金属丰度为太阳值的0.1-2.5倍）主要位于银盘中，绕银心作圆轨道运动；如疏散星团星族II恒星：年老的、贫金属恒星

12、（金属丰度为太阳值的0.001-0.03倍），主要位于银晕和核球中，以银心作为中心球对称分布绕银心作无规则的椭圆轨道运动；如球状星团。由银心附近恒星的运动推测在银心集中了4106 M的质量；人马座(Sagittarius)A的尺度 超大质量的黑洞银河系的起源：初始状态：约100-140亿年前，原初气体云（只由H和He构成，没有重元素）(100 kpc) 在引力作用下坍缩；有可能由几块较小的云并和成一块大的；在坍缩过程中形成致密的核心和云块；云块在坍缩过程中不断碎裂成为更小的团块银晕形成：约100亿年前，团块形成第一代（星族II）恒星（球状星团）；球状星团保持坍缩气体云的特征：球对称分布，以无规

13、则轨道绕银心旋转。第一代恒星中的超新星爆发使气体云中重元素丰度逐渐增大，迄今球状星团中的恒星只剩下低质量恒星。银盘形成：气体收缩的同时旋转加快，形状变扁，银盘出现；银盘密度不断增加，第一代星族I恒星形成，恒星以圆轨道绕银心转动；随着恒星的演化和超新星爆发，新生恒星金属元素丰度逐渐增加银河系外晕可能形成于银河系和其他小星系间的相互作用。第十二讲：河外星系1924年，哈勃分解出“仙女座大星云”(M31) 中的造父变星。证实“仙女座大星云”确实是恒星系统。由造父变星周光关系估计“仙女座大星云”的距离150 kpc（实际距离800kpc） 银河系最远的球状星团的距离(100 kpc)。-因此“仙女座大

14、星云”必定是河外星系!根据星系形态的不同，哈勃首先提出星系可以分为椭圆星系(E)、透镜状星系(S0/SB0)、旋涡星系(S)、棒旋星系(SB)和不规则星系(Irr)5种类型，称为哈勃分类。银河系可能是一个SBb或SBc型星系。自下而上模型（bottom-up）:较小的（106M)、不规则星系首先形成；星系合并形成较大的（109-1011M）星系；在引力的作用下聚集成星系团和超星系团，产生星系团间的巨洞。观测证据：Hubble空间望远镜的深场观测发现位于2000 Mpc距离之外存在大量的不规则的小星系（超过同类星系在近距离星系中的比例）。本星系群(the Local Group)：银河系所处的星

15、系群，大小约1Mpc。由银河系、仙女星系（M 31）等附近约30个星系组成。包含3个旋涡星系（银河系、M 31、M 33），4个不规则星系（大、小麦哲伦云等），和20多个椭圆星系。不规则星系团形态松散，主要由旋涡星系组成规则星系团结构致密、球对称分布，主要由椭圆星系和透镜状星系组成活动星系（表现出强烈的活动性）：射电星系（radio galaxies）、赛弗特星系(Seyfertgalaxies)、蝎虎（BL Lac）天体、类星体(quasars)星系的活动源于核心区域（活动星系核）超大质量（106-1010 M）的黑洞，黑洞的物质吸积提供了活动星系的能源。黑洞吸积盘周围区域的结构(1)宽发射

16、线区，大小约几光月，其中电离气体具有较高的（104km/s）运动速度；(2)窄发射线区，大小约10-104光年，其中电离气体具有较低的（103km/s）运动速度。(3)尘埃环，在宽线区和窄线区之间，大小约10-103光年。第十三讲：宇宙学宇宙学原理：在大尺度上宇宙是均匀的；在大尺度上宇宙是各项同性的。奥尔伯斯佯谬（Olbers paradox）：如果宇宙是无限的，且恒星的分布是均匀的，那么，在任意视线方向都有一颗恒星，或近或远；远处的恒星更暗，但是它们的数量更多，两者抵消，从而夜晚的天空应该像白天一样明亮。现代解释：由于宇宙膨胀，星系在离我们远去，发出的光子发生红移；宇宙的年龄不是无限的，遥远

17、恒星的光子迄今尚未到达地球，故我们只可能观测到宇宙视界内的天体的辐射。温度为3000 K （红移1000，年龄40万年）时，自由电子与原子核结合形成原子（复合），辐射与物质（重子）退耦（光子可以自由运动） - 今天的宇宙微波背景辐射1965年贝尔实验室Penzias和Wilson在微波波段发现稳定的、温度只有几度的噪声，怎么也去不掉-它被证实为宇宙微波背景辐射（获得1978年诺贝尔物理学奖）2006年诺贝尔物理学奖授予John C. Mather和George F. Smoot，表彰他们利用COBE发现了宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性。辐射相（0-103 yr）(1) Planck时代；

18、(2) 大统一理论时代；(3) 重子时代；(4) 轻子时代；(5) 核时代氦元素丰度比理论预计高25%：当t = 103 s, T = 3108 K，宇宙元素丰度确定。核合成开始时质子与中子数目比为7:1 质子与氦核的数目比为12:1 氦丰度25%暴涨理论的引入是为了解决宇宙视界问题（为何视界会大大小于宇宙尺度）与平直问题（为什么0应该极其接近于1，从而宇宙是平直的？）。暗物质存在的证据：证据一：星系旋转曲线；有些星系团和矮星系中暗物质的比例可达95%以上证据二：子弹头星系团（被认为最直接的证据之一）。两个较小星系团相碰撞而成。两个星系团中的星系在暗物质势井随暗物质几乎无摩擦的穿过；而气体由于摩擦的作用，明显滞后于暗物质。证据三：引力透镜（爱因斯坦的广义相对论的光线偏折）。利用引力透镜可以计算引力源的质量。