02 天文学基础知识

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1、天文学基础知识,王若璞 测绘学院测量与导航工程系,实用天文学,Q,E,W,P,S,N,Q,Z,P,M,q,q,Z,天轴和天极 天球赤道（面） 天顶和天底 天球地平面（圈） 天球子午面（圈） 子午线和四方点 垂直圈和卯酉圈,P,Q,Q,P,s,69,黄道和黄极 黄赤交角 二分（至）点 二分（至）圈 时圈,主要内容,天文学的产生 我国天文学的发展历史及成就 西方天文学发展历史 地月系及其运动 太阳系及银河系简介,天文学的产生,天文学：自然科学六大基础学科之一，研究探索宇宙及其所包含的所有天体的本质，主要指天体在宇宙空间的位置、分布、物理状态、化学组成、运动和演化过程的自然科学。 天文学是一门具有悠

2、久历史的古老学科，它是随着人类生产实践活动的需要而产生与发展的。,天文学的产生,对原始农牧民族来说，日出而作，日没而息，昼夜的交替成了天然的时间计量单位。 农牧业生产活动还随寒来暑往，四季循环而变化。 不同的季节、不同的地方出现不同的天象。 观察天象 确定季节、位置、方向,古埃及：天狼星与太阳一起升起后不久，尼罗河水就开始泛滥。 古希腊：每年日影最短的一天之后五十天是最适合航海的时候；昴星团在早晨掉进海里以后，暴风季节就要开始。 古代中国： 每年开始耕种时，“大火”（心宿二）在傍晚出现于东方。在三千年前设置了“火正”职位，专门观测“大火”来确定季节与时令。 二千多年前，用土圭定出了冬至与夏至，

3、且最早测出了一年365.25天。春秋、秦汉时期，又定出了春分、秋分以及其他二十个节气。,天文学及其发展史,天文学是一门具有悠久历史的古老学科，它的发展基本上可以分为古代、近代和现代三大阶段。,主要内容,天文学的产生 我国天文学的发展历史及成就 西方天文学发展历史 地月系及其运动 太阳系及银河系简介,古代天文学,中国古代辉煌的天文学 宇宙说 星座：三垣四象二十八宿 古代天文仪器及天文官史 主要成就 赤道坐标系 太阳黑子和日食 彗星、流星和陨星 新星和超新星,宇宙学说,盖天说、浑天说和宣夜说 盖天说： 第一个阶段：天圆地方，假想天是个半球形的盖子盖住地面，人住在地上，星星在天上； 第二个阶段：基本

4、假定是天地平行，其间相距八万里。 浑天说：天地具有蛋状结构，地在中心，天在周围。 宣夜说：东汉时提出，认为天是空而无质，无穷无极，日、月、星辰浮于其中，或静或动，积气而成。,在我国有三垣、四象二十八宿之分，据史记天官书记载：三垣是北天极周围的三个区域，即紫微垣、太微垣、天市垣。四象分布于黄道和白道近旁，环天一周。每象各分七段，称为“宿”，共计二十八宿。 东方苍龙之象：角宿、亢宿、氐宿、房宿、心宿、尾宿、箕宿。 南方朱雀之象：井宿、鬼宿、柳宿、星宿、张宿、翼宿、轸宿。 西方白虎之象：奎宿、娄宿、胃宿、昴宿、毕宿、觜宿、参宿。 北方玄武之象：斗宿、牛宿、女宿、虚宿、危宿、室宿、壁宿。,星座：三垣四

5、象二十八宿,东方苍龙之象：角宿、亢宿、氐宿、房宿、心宿、尾宿、箕宿。,南方朱雀之象：井宿、鬼宿、柳宿、星宿、张宿、翼宿、轸宿。,西方白虎之象：奎宿、娄宿、胃宿、昴宿、毕宿、觜宿、参宿。,北方玄武之象：斗宿、牛宿、女宿、虚宿、危宿、室宿、壁宿。,天体测量仪器： 浑仪、简仪、仰仪、象限仪、地平经纬仪、赤道经纬仪、黄道经纬仪 时间测量仪器： 日晷、圭表、漏刻、沙漏,中国古代天文仪器,浑仪,简仪,赤道经纬仪,地平经纬仪,黄道经纬仪,纪限仪,象限仪,中国古代天文官史,天学机构的主要工作如下： 首先是天象的观测记录，内容有： 恒星位置的测定，并编制成星表或绘制为星图； 日月食和掩星观测； 行星在恒星背景下

6、的视运动状况； 异常天象的观测记录，包括彗星新星流星太阳黑子等。 其次是观天仪器的研制和管理。 三是修订历法，编算历书历谱并印制颁发。,赤道坐标系的使用 唯一性：坐标值不随时间、观测点位置变化。 古希腊使用黄道坐标系。 太阳黑子和日食的记录 公元前140年就有对太阳黑子的观测记录，比欧洲早了近千年。对太阳黑子出现的时间、大小和位置有详细描述。 4000年前夏代仲康元年首次日食记录，至元朝末年已有650次之多。,主要成就,西汉成帝河平元年（公元前28 年）汉书五行志：“成帝河平元年三月己未，日出黄，有黑气大如钱，居日中央。” 后汉书五行志（公元188 年）：“中平五年正月，日色赤黄，中有黑气如飞

7、鹊，数月乃销。” 宋史天文志（公元1131 年）：“绍兴元年二月己卯，日中有黑子，如李大，三日乃伏。六年十月壬戍，日中有黑子，如李大，至十一月丙寅始消。七年二月庚子，日中有黑子，如李大，旬日始消。四月戊申，日中有黑子，至五月乃消。” 宋史天文志宋徽宗政和二年（公元1112 年）“四月辛卯，日中有黑子，乍二乍三，如栗大。”,彗星、流星和陨星 哈雷彗星的最早记载：前613年春秋，之后多达31次。 战国时代已有彗星形态记载。 精彩的流星雨记载。,主要成就,春秋：“鲁文公十四年秋七月，有星孛入于北斗。” 史记六国表载：“秦厉共公十年彗星见。” 汉书五行志汉成帝元延元年（公元前12年）： “元延元年七月

8、辛未，有星孛于东井，践五诸侯，出河戌北，率行轩辕、太微，后日六度有余，晨出东方。十三日，夕见西方，锋炎再贯紫宫中。南逝度犯大角、摄提。至天市按节徐行，炎入市中，旬而后西去；五十六日与苍龙俱伏。”,哈雷彗星,新唐书天文志：“上元三年七月丁亥，有彗星于东井，指北河，长三尺余，东北行，光芒益盛，长三丈，扫中台，指文昌。”唐高宗上元三年是公元676 年。 晋书天文志载有：“彗体无光，傅日而为光，故夕见则东指，晨见则西指。在日南北皆随日光而指，顿挫其芒，或长或短。” 新唐书天文志（公元896 年）：“乾宁三年十月，有客星三，一大二小，在虚、危间，乍合乍离，相随东行，状如门，经三日而二小星没，其大星后没。

9、”,新星和超新星爆发 商代至17世纪末，记载“客星”约90颗，其中12颗是超新星。 蟹状星云：1054年宋会要记载的“客星”遗迹。,主要成就,汉书天文志中就有：“元光元年六月，客星见于房。” 汉武帝元光元年是公元前134年。 宋仁宗至和元年（公元1054 年）出现在金牛座星（天关星）附近的超新星。宋会要：“嘉祐元年三月，司天监言客星没，客去之兆也。初，至和元年五月，晨出东方，守天关，昼见如太白，芒角四出，色赤白，凡见二十三日。”,主要内容,天文学的产生 我国天文学的发展历史及成就 西方天文学发展历史 地月系及其运动 太阳系及银河系简介,古代天文学,古希腊天文学和托勒密的地心说,托勒密,近代天文

10、学,哥白尼和日心说 第谷 开普勒及其运动定律 伽利略 牛顿和万有引力定律,哥白尼和日心说,天体运行论,对恒星与行星进行了长期精确的观测，积累了大量观测资料。 编制了一部有777颗恒星坐标的星表。 发现了许多新的天文现象。 宇宙结构体系：地球静居中心，行星绕太阳运行，而太阳则带领行星绕地球运转。,第谷,开普勒第一定律： 各行星的轨道都为椭圆形，太阳位于一个焦点上： 以日心为原点的直角坐标表示有,开普勒及其运动定律,开普勒第二定律： 行星与太阳的连线在相同时间内扫过的面积相等，即 开普勒第三定律： 行星运动周期的平方和平均半径的三次方的比值为常数。,伽利略 制造光学天文望远镜 观测月球 环形山、月

11、海 发现木星的四颗卫星 宇宙还有其它中心 金星表面周期圆缺变化 金星不发光，围绕太阳运动 发现太阳黑子、证明太阳自转,任何两个物体间均存在一个相互吸引的力，这个力的大小与两物体质量的乘积成正比，与两物体间的距离的平方成反比。,牛顿和万有引力定律,蒲柏（A.Pope，1688-1744）的一名言：,Nature and natures law lay hid in the night: God said, let Newton be! And all was light.,自然与自然规律为黑暗所隐蔽： 上帝说，让牛顿来！一切即臻光明。,现代天文学,19世纪中叶天体物理学的产生标志现代天文学的产生

12、。 现代天文学的观测手段可以归纳为以下三种： 光学观测：传统光学望远镜 太空望远镜、自适应光学系统。 射电观测：20世纪60年代，脉冲星、星际分子、宇宙微波背景辐射和类星体“四大发现”。射电天文已成为诺贝尔奖的摇篮。 空间探测：将空间探测器与人类送上其它天体或在其附近进行近距离观测。,宇宙层次,宇宙秩序 地月系 太阳系 Natural：太阳，行星，卫星， 彗星，小行星，流星。 Artificial: 人造卫星，星际探测器 银河系 恒星、双星、聚星、星团、星云、星系 总星系（宇宙）,主要内容,天文学的产生 我国天文学的发展历史及成就 西方天文学发展历史 地月系及其运动 太阳系及银河系简介,地月系

13、统,地球的运动 地球自转 地球公转 月球起源假说 月球公转 月球自转,地 球,地球及近空间,地球的运动,绕自己体内的旋转轴的自转 绕日运行的公转 跟着太阳系朝织女星方向的运动 随着太阳系绕银河系中心旋转的运动,地球的自转,地球的自转,自转的角速度：除两极为0外，全球各地均相同。 自转的线速度：除两极为0外，其余地方随纬度的增大而减小，随高度的增大而增大。 自转方向：自西向东，微小不均匀。 自转产生了昼夜的交替、日月星辰的东升西落现象。,地球的公转,黄道面：地球公转轨道面称为黄道面。 公转速度：不均匀，冬天略快，夏天略慢。 公转方向：自西向东，与自转的方向相同。 黄赤交角2326.5，变化很小。

14、 由于的存在，公转产生了一年四季的变化。,ecliptic 黄道,地球的公转,同源说,月球起源假说,分裂说,俘获说,月球的公转,月球的公转方向与地球相同。 白道面：月球公转轨道面称为白道面。它与黄道面的交角为：4度57分5度19分。,月球的自转,月球的自转周期与公转周期相等，且方向相同。 我们看到的总是月亮的同一面。 地球上的观测者实际上能看到59的月面。,月相变化,月球、地球和太阳三者的相对位置不断变化； 月球本身不发光，但反射太阳光。 我们看到的月球被照亮的部分也在不断变化，从而产生不同的月相。 通常把月相变化的周期称为朔望月。 1朔望月29.53059日,恒星月与朔望月,恒星月 月亮从某

15、一恒星方向（视为空间一固定方向）作为月亮公转周期的起算点，则月亮中心连续两次经过这一恒星方向所经历的时间间隔，称为一恒星月。其长度为：27日7小时43分11.47秒。它是月球公转的真正周期。 朔望月 月亮从朔（望）到朔（望）所经历的时间段。是月相变化的周期。其长度为：29日12小时44分2.78秒。,恒星月与朔望月的长短,望,主要内容,天文学的产生 我国天文学的发展历史及成就 西方天文学发展历史 地月系及其运动 太阳系及银河系简介,太阳系的组成,太阳系是由受太阳引力约束的天体组成的系统。太阳系的主要成员有：太阳（恒星）、八大行星、矮行星、小行星、卫星，还有彗星、流星体以及大量尘埃物质和稀薄的气态物质。在太阳系中，太阳的质量占太阳系总质量的99.8%，太阳是中心天体，它的引力控制着整个太阳系，使其它天体绕太阳公转，太阳系中的九大行星都在接近同一平面的近圆轨道上，朝同一方向绕太阳公转。,Our Solar System Family Portrait,太阳系,太阳系,地月系、太阳系,太阳系&银河系,银河系近景,银河星系&宇宙空间,银河系位于茫茫宇宙之中,