简明天文学期末考考点整理.docx

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简明天文学期末考考点整理

第一章Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse

第二章

第三章绪论

1.1概述

一、天文学的研究对象

天文学是自然科学中的一门基础学科。

它的研究对象是天体。

它研究天体的位置和运动、研究它们的化学组成、物理状态和过程，研究它们的结构和演化规律。

A天文学是自然科学中一门基础学科。

B天文学是一门古老而又富有生命力的学科。

C现代天文学是全电磁波段可观测的科学。

二、天文学的研究方法和特点

1、基本的研究方法－－对天体的观测

2、研究特点：

（1）用仪器观察和测量天体辐射（电磁波、高能微观粒子）

（2）学科合作（如现代物理学理论）、新技术的应用

（3）投资大，全球合作

（4）辨证历史的唯物主义观点

三、天文学研究的意义

　1、时间服务:

对天体测量获得准确时间

　2、在大地测量中的应用：

经纬度、地球形状测量

　3、人造天体的发射及应用：

卫星、探测器、试验站　

4、导航服务：

航海、GPS导航服务

　5、探索宇宙奥秘，揭示自然界规律（20世纪60年代四大发现）

　6、天文与地学的关系：

（珊瑚的“日纹”变化，全球性冰期，构造运动、生物灭绝与天文关系）

　7、探索地外生命和地外文明

四、天文学的科学分支

传统天文学分类（见图1）和现代天文学分类（见图2）

1．天体测量学：

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

按照研究方法的不同，还可分为下列二级分支学科：

球面天文学、方位天文学、实用天文学、天文地球动力学

2．天体力学：

天体力学是研究天体运动和天体形状的科学。

它以万有引力定律为基础，研究天体在万有引力和其它力综合作用下的运动规律、天体自转和其它引力因素综合作用所具有的形状。

根据研究的对象、范围和方法，还可分为：

摄动理论、天体力学定性理论、天体力学数值方法、历书天文学、天体的形状和自转理论、天体动力学等

3．天体物理学：

天体物理学是运用物理学的技术、方法和理论，研究天体形态、结构、化学组成、物理状态和演化规律的科学。

A按研究对象又分为：

太阳物理学、太阳系物理学、恒星天文学、恒星、星际介质物理学、星系天文学、宇宙学、宇宙化学、天体演化学等分支学科。

新兴起的空间天文学和高能天体物理学也是它的分支。

B按学科性质分为：

实测天体物理学和理论天体物理学

C按观测基地和波段可分为：

光学天文学、射电天文学（包括毫米波和亚毫米波）、红外天文学、紫外天文学、高能（x射线、γ射线、中微子）天体物理学，统称为全（电磁）波段天文学；

天文学和天体物理学的基本目的

了解宇宙及其成员：

星系、恒星和行星是如何形成的，它们是如何演化的，以及它们将来的命运是什么。

这十年有望取得进展的几个关键问题：

A研究近代宇宙的开端即第一批恒星和星系形成的时代

B决定宇宙的大尺度性质

C了解各种尺度黑洞的形成和演化

D研究恒星和行星系统的形成和演化

E了解天文环境对地球的影响

§1.2天文学简史

一、古代天文学的起源和发展

1、埃及：

天狼星与尼罗河泛滥；埃及金字塔

2、巴比伦和亚述：

制定历法，星期制度形成

3、印度：

对季节的划分；独特的宇宙观

4、希腊：

大地是圆形；水晶球体系；地球大小的测定

5、中国古代天文学

二、欧洲近代天文学的发展

1、哥白尼日心体系的建立：

《天体运行论》

2、伽利略和他的望远镜：

天空的哥伦布

3、牛顿和他的力学体系

三、18和19世纪天文学的发展

1、天体测量学的成就：

光行差，恒星的周年视差

2、天体力学的进展：

摄动理论

3、太阳系研究成就：

天王星，海王星，小行星发现

4、恒星天文学的成就：

太阳在恒星空间的运动，绕转的双星

5、天体物理学的诞生：

光谱理论

四．现代天文学的发展和成就

1、对太阳系的探测：

冥王星及其卫星的发现

2、恒星研究的纵深发展：

20世纪初期赫罗图，脉冲星发现

3、银河系和河外星系研究成果：

1924年“宇宙岛”之争

4、宇宙演化学研究：

谱线红移，3K辐射。

五、中国天文学

1、萌芽和体系形成：

盖天说，浑天说，宣夜说

2、早期综合和发展：

秦汉统一后，太阳黑子和超新星发现

3、继续发展和繁荣：

岁差，浑天仪发现。

4、由鼎盛到相对滞后：

宋到明末时期，记录两次超新星

5、与西方天文学交融：

很少创新

6、近代、现代天文学的发展：

2001年国家天文台成立

强调几点

A世界上天文学发展最早的国家之一,它萌芽于新石器时代，可以追溯到4500年以前，至战国秦汉期间（公元前475年～公元220年）形成了以历法和天象观测为中心的完整而富有特色的体系。

这是在天人感应和天人合一思想支配下高度的中央集权制下产生的。

B对于中国人来说，天文学曾经是一门很重要的科学，因为它是从敬天的“宗教”中自然产生的。

历法是由皇帝颁布的，天文和历法一直是“正统”的儒家之学。

C从中国的天象记事可以看出，中国人在阿拉伯人以前，是全世界最坚毅、最精确的天文观测者。

D中国天文学本质上是有天极的，它使用的是赤道坐标，主要依靠观测拱极星。

第二章天体和天球及天球坐标

§2.1天体和天体系统

一、天体概念及主要天体简介

•天体概念:

宇宙中所有的星体统称为天体。

•主要天体简介（星云、星系、恒星、行星、卫星、小行星、流星体，星际物质，人造天体，暗物质等）

•恒星是天体中的主体

•小知识：

天上的星星为什么会眨眼？

有不会眨眼的星星吗？

恒星会眨眼是因为星星的光经过地球大气层时，由于大气层的动荡不定而引起。

行星是不会眨眼，主要是由于行星离开我们要比恒星离开我们近得多。

譬如土星，最远的时候只有15.7亿公里，而离开我们最近的恒星，约有40万亿公里。

由于行星离我们近，因此看上去就不象恒星那样的是一个小光“点”，而是一个小圆面，自然这个圆面很小，眼睛是觉察不出来的。

行星的这个小圆面所反射出来的光线，可以看成有无数条。

这无数束的光并不都是在同一瞬间变亮或变暗的，因此从总的行星的光来看，光度并没有变化；也就是说：

行星不会眨眼。

二、天体系统

•概念：

在引力的作用下，邻近的天体会集结在一起，组成互有联系的系统，这就是天体系统。

•主要星系：

地月系、太阳系、银河系、河外星系

“地理坐标”

一、经线和纬线

1.地理定位的需要

•二线相交于一点

•每一个地点都可看作特定的经线和纬线的交点

2.经线圈和纬线都是地面上的圆

•大圆：

同一球面上最大的圆，其圆心即为球心。

•小圆：

大圆以外的圆统称小圆。

3.纬线：

垂直于地轴的平面同地球相割而成的圆

•纬线相互平行，大小不同

•赤道是纬线中唯一的大圆，分全球为南、北两半球

4.经线：

通过地轴的平面同地球相割而成的圆

经线圈都是大圆（经线通常指它的半圆），都在两极相交，大小相同；

本初子午线，通过英国伦敦格林尼治天文台的经线（1884年确定，是人为定的）

5.地球上的方向

•南北方向，有限方向；

•东西方向，无限方向，理论上亦东亦西，实际上非东即西

6.地面上的距离

•根据大圆计算，111.1km/度。

•其它地面距离要用球面三角计算

二、经度和纬度

1.是经线和纬线的“编号”，其本身代表一种角度；

2.纬度：

一地相对于赤道平面的南北方向和角距离。

纬度是线面角，即本地垂线与赤道平面的交角。

纬度在本地经线上度量，南北纬各分90º。

3.经度：

本地子午面相对本初子午面的东西方向和角距离。

4.经（纬）度与经（纬）线

•经度和纬度用来区分不同的经线和纬线

•经线即等经度线；纬线即等纬度线。

•同一经线经度相等，同一纬线纬度相等。

•经度是两面角，本初子午面为起始面；本地子午面为终止面。

•经度通常在赤道上度量（也可在其它纬线上，但大圆上好量），东、西经各分180º。

5.地理坐标

•一地的经度和纬度相结合，叫作该地的地理坐标

•同地理坐标相联系的有三个大圆：

赤道（横轴）、本初子午线（纵轴）和本地子午线

•书写时按惯例：

先纬度，后经度；数字在先，符号在后。

（26ºN,120ºE）

§2.2天球和天球坐标

一、天球

1．天球概念

为研究地球在宇宙中的位置而引入的圆球体,半径任意的假想球体,表示天体视运动的辅助工具.

2.天穹：

地平以上的半个扁球。

3．天球类型

观测者天球、地心天球、日心天球、银心天球

二.天球坐标

1.天球坐标的一般模式------基圈,始圈,终圈

2.主要天球坐标（参见教材P35）

地平坐标系、第一赤道坐标系、天球坐标系比较

3.不同纬度天球上的天体周日运动

4.太阳的周年视运动

第三章时间与历法

§3.1时间

一．时间和时间计量

1.物质运动变化的序列和持续的性质，就是时间的本质。

2.时间有时刻和时段两重含义.

3.时间是通过物质的运动形式来计量表达的。

在选择不同的物质运动形式来表达或计量时间的过程中，必须遵从的三个原则是：

周期性、稳定性和可测性。

二、时间计量系统

恒星时：

把恒星作为参考点，地球自转一周的时间称为一个恒星日。

任何瞬间的恒星时，在数值上等于该瞬间上中天的恒星的赤经。

目前人为规定春分点的时角就是恒星时。

S=tr（春分点的时角）=aM（恒星赤经）+tM（恒星时角）

太阳时：

以太阳在天穹上的位置来确定一日中的时间。

（它有视太阳时和平太阳时之分），太阳时与太阳时角有12h的差值：

S⊙=t⊙±12h

☆太阳时与恒星时的差别：

恒星时只包含地球自转的因素，是地球自转的真正周期；而太阳时既包括地球自转的因素，又包含地球公转的因素。

视时与平时的比较：

视时是可测的，但长度不等。

平时规定每日24时，由视时或恒星时推算得到的。

天文界定义：

视时与平时之差，称为“时差”（即：

时差=视时-平时）。

时差有正有负，可大可小。

三．时间种类

1.地方恒星时,地方视太阳时和地方平太阳时的关系

视时-平时=时差

平时=视时-时差=（恒星时-太阳赤经+12h）-时差

2.区时与时区以及日界线确定

为了时间使用的方便，国际上规定，以经线为界，把全球分为24个区，每区跨经度15°，各区把中央经线的地方时作为本区统一使用的标准时。

这样的区，称为时区；这样的时间，称为区时。

3.法定时（如：

北京时间）和标准时（如：

世界时）：

某些国家和地区规定把某一时区的区时或某一经线的地方时作为全国、全地区统一使用的标准时，为法定时。

中国以120°东经的地方平太阳时或东8区的区时作为法定时即：

北京时间。

规定以0°经线的平太阳时或0时区的区时为世界时。

四.时间计量和服务

1.时间计量

测时；守时；播时

中国科学院国家授时中心（陕西天文台）

2.时间服务

世界时服务；原子时服务

§3.2历法

一、历法及制定历法的基本原则

历法就是推算日、月、年的时间长度和它们之间的关系或指安排年月日的法则称为历法。

编历原则:

把历月和朔望月差数搭配好,把历年和回归年的差数安顿好，使之既能使历书上的日月次序与日月在天球上的视位置相符合，又方面人们的生产生活。

二、历法的种类

1．太阴历——以回历为例

2．太阳历——以公历为例

3．阴阳历——以中国夏历为例

1．太阴历——以回历为例

把朔望月作为历月的长度，历年长度与回归年无关。

许多的伊斯兰国家在使用。

采用30年11闰的方法。

2，5，7，10，13，16，18，21，24，26，29为闰年。

平年354天，逢单时大月（30天），逢双小月（29），闰年355天，在12月份加上一天变为大月。

缺点：

会出现月序与季节倒置现象，不能指导农事活动。

2．太阳历——以公历为例

简称阳历，（现行公历就是太阳历），以回归年为基本单位，力求历年的长度等于回归年。

现在使用的格里历就是阳历。

采用400年97闰的方法。

凡是世纪年能被400整除，其余能被4整除的为闰年。

平年365天，1，3，5，7，8，10，12月为大月（31天），其余小月，其中2月28天。

闰年时，2月加上一天。

缺点：

与月相无关，而且大小月排列没有规律。

3．阴阳历——以夏历为例

我国称农历，夏历或者是阴历，力求历年的长度等于回归年，历月长度等于朔望月长度。

采用19年7闰的方法。

凡是没有中气的月份，作为这一年的闰月，用上个月的名称，前面加个“闰”。

所以平年比闰年少一个月。

我国夏历的特点

（1）月相定日序，中气定月序。

（2）二十四节气与阴阳历并行使用（3）干支记法。

缺点：

平年与闰年有一个月的差值，大小月不固定。

三.主要历法的优缺点及历法的改革

1.主要历法的评价

•阳历

•阴历

•阴阳历

2.改历方案：

为了使历法更简明，使用更方便，许多人对现行公历提出了改革的呼吁。

自1910年起国际上就开展关于改历问题的讨论，国际组织收到了200多个改历方案，其中引人注意的有“十二月世界历”和“十三月世界历”。

•十二月世界历

•十三月世界历

四.其它注意的问题

•历法势必趋向统一。

•现在改历已不是一个国家或几个国家的事情，而是全世界的事情，这样的事情自然要国际组织来协调。

•尽管现行的历法有诸多的缺点，但它还是通用的世界历法。

第4章星空区划和四季星空

§4.1星空区划

一、国际通行的星空区划——88个星座

星座：

用线条将星星连接起来构成图形和它们所在的区域

二、我国古代星空区划——星官（三垣四象二十八宿）

三、星图、星表、天球仪

星图：

天体在天球上的视位置投影到平面上绘成的图。

星表：

星表是记载天体各种参数（如坐标、运动、星等、光谱型）和特性的表册，实际上就是天体的档案。

天球仪：

表述各种天体坐标和演示天体视运动的天球模型，是缩小了的星空和立体星图。

§4.2四季星空

一、星空分布大势（恒显星区、恒隐星区、出没星区）

二、星空的季节变化（由于太阳周年视运动的缘故）

三、星空变化的推算（规律：

秋分日这天恒星时等于太阳时，以后每日相差4分钟）

四、四季星空（软件演示）

四季星空

春夜大熊追小熊，

夏夜牛郎会织女，

秋夜仙女拜仙后，

冬夜猎户斗金牛。

五、星座与神话故事

狮子座（LEO，7/23～8/22 ）宙斯和阿克梅妮所生之子海格拉斯，被任命为耶里斯特斯王，要去执行十二项

困难的任务，第一个任务是制服在涅梅谷的不死食人狮，这只狮子专吃家畜和

村人，人人畏惧。

来到涅梅谷的海格拉斯也是迷了路好多天，才发现狮子的踪

迹。

海格拉斯欲射箭攻击，但因狮皮太硬而无效。

于是用橄榄树制成粗棍，用

力往狮头打去，此时不怕弓剑的狮子也畏惧发怒的海格拉斯，被海格拉斯绑住

脖子，终于被他击退。

女神赫拉为了感念这只狮子，乃在天上设立了狮子星座。

看星图

•星图种类繁多

•星图上的南北方向和普通地图相反

•使用地图时，平放在地上

•使用星图时，须要把星图高举过头，抬头看星空

恒显星区计算

根据δ=±（90-|φ|）划分恒显、恒隐和出没星区。

其中φ表示当地的纬度，北半球的恒显星区δ取正值。

如贵阳（φ=26°34′）的恒显星区范围是δ≥63°26′，恒显星区范围是δ≤-63°26′。

第五章天文观测工具与手段

§5.1获得宇宙信息的渠道

一、来自宇宙的信息

电磁波、宇宙射线、中微子、引力波、其它

二、观测工具和手段的发展

天文观测是天文学研究的主要手段，天文观测手段的发明和发展，在很大程度上决定了天文学的进展

1、望远镜

光学天文学时代－－－光学望远镜（观测可见光波段）

射电天文学时代－－射电望远镜（观测无线电波段）

空间天文学时代（全波段、全方位现代天文观测时代）－－空间望远镜

2、分光镜、照相术、摄谱仪、干涉仪等

3、光谱：

由于各种光透过三棱镜后的折射率不同，可见光被分解为不同颜色红、澄、黄、绿、青、兰、紫

§5.2天文光学望远镜

一、折射望远镜

1.伽利略望远镜2.开普勒望远镜

二、反射望远镜

1.牛顿式2.卡塞格林式

三、折反射望远镜

1.施密特望远镜2.马克苏托夫望远镜

四、天文望远镜的光学性能（几个参数）

物镜的口径（D）、相对口径（A）、焦距（F）、放大率（G）和底片比例尺、分辨角（δ）、视场角（ω）、贯穿本领

§5.3射电望远镜

一、射电望远镜和射电天文学

二、射电望远镜的原理和结构

三、射电干涉仪

四、综合孔径射电望远镜

§5.4空间天文观测

一、天文观测卫星系列

1、太阳观测卫星（人类有一些重要的观测计划，如SOHO和TRACE）

2、非太阳观测卫星（主要用来巡视天空辐射源，测定其方向、位置、强度和辐射谱线特征，观测银河系和河外天体。

如：

哈勃望远镜）

二、月球、行星和行星际探测系列

三、空间观测技术（多波段、全方位观测天体）

四、航天器（分类、组成、轨道）

5.5虚拟§天文台

一、虚拟天文台概念

虚拟天文台是利用最先进的计算机和网络技术将各种天文研究资源（观测数据、天文文献、计算资源等）甚至天文观测设备，以标准的服务模式无缝地汇集在同一系统中。

天文学家可以方便地利用虚拟天文台系统，享受其提供的丰富资源和强大服务，使自己从数据收集、数据处理等事务中摆脱出来。

为了将不同地区的虚拟天文台研发力量联合在一起，国际虚拟天文台联盟于2002年6月成立。

三、建设虚拟天文台的意义

虚拟天文台是21世纪天文学研究的一个重要发展方向。

各种天文研究资源都以统一的标准服务模式无缝地汇集在虚拟天文台系统中。

虚拟天文台将使天文学研究取得前所未有的进展，将成为开创“天文学发现新时代”的关键性因素。

同时，它作为网络时代天文研究的基础平台，为普及大众天文学基础教育提供便利。

第6章天体物理性质和距离的测定

§6.1天体的物理性质

1.天体的光度测量

•天体的亮度和光度、视星等和绝对星等

•星等与亮度（光度）的关系

星等相差一等，亮/光度相差2.512倍

•星等测定

目视、照相和光电测光所测定的星等，分目视星等、照相星等和光电星等。

•几点说明

（1）天体的亮度并不能表示它们的发光本领，因为它没有考虑天体距离的因素。

我们知道，光源的视亮度与其距离的平方成反比。

为了比较不同恒星的真实发光能力，必须设想把它们移到相同的距离上，才能比较它们的真正亮度即光度。

天文学上把这个标准距离定为10个秒差距，相当于0“.1视差的距离，合32.6光年。

（2）在标准距离处的恒星的亮度为绝对亮度，也叫真亮度，其星等称为绝对星等。

有了这个标准，就可以根据恒星的距离d和视星等m，推算其在10秒差距处的绝对星等M。

（3）天体的绝对亮度或绝对星等，代表了天体的光度。

在恒星世界里，光度的差异十分悬殊。

有的恒星的光度比太阳强100万倍；有的恒星的光度仅及太阳的百万分之一。

太阳的绝对星等是4.75，仅是恒星世界中的普通一员。

2.天体的光谱分析

光谱与光谱类型、光谱特点

天体摄谱仪原理

光谱在天文中的应用（确定天体的化学组成、确定恒星的温度、压力、磁场、恒星的运动等）

§6.2天体距离、大小、质量和年龄测定

1.天体距离的测定

月球的测定：

三角视差；雷达测定方法

太阳的测定：

恒星的测定：

（三角视差法、分光视差法、周光测距法、谱线红移测距法）

2.天体大小的测定（地球、太阳、月球、恒星）

3.天体质量的测定（地球、月球、太阳、行星、恒星、星系）

4.恒星的年龄

一、恒星的年龄

（1）、赫罗图法

（2）、利用放射性同位素测定恒星年龄

二、恒星的演化龄

要是演化龄愈接近1，恒星就愈老；

反之演化龄愈接近0，恒星就愈年轻。

第7章太阳系

§7.1日心体系的确立

一、托勒密宇宙地心体系（要点）

要点：

1地球位于宇宙中心静止不动

2．每个行星都在一个叫“本轮”的小圆形轨道上匀速转动，本轮中心在叫做“均轮”的大圆形轨道上绕地球匀速转动。

3．水星和金星的本轮中心位于地球与太阳的连线上，本轮中心在均轮上一年转一周；火星、木星和土星每年绕其本轮中心转一周。

4．恒星在“恒星天”的固体壳层上，每天绕地球转一周。

二、哥白尼的宇宙日心体系（要点）图

要点：

1.太阳才是宇宙的中心。

2.水星、金星、火星、木星、土星五颗在圆形轨道上匀速地绕太阳公转。

3.月球是地球的卫星，它绕地公转。

4.地球每天自转一周

5.恒星离地球比太阳远得多。

三、科学实践对宇宙日心体系的证实

1.伽利略的发现

2.开普勒发现行星运动三定律

（1）轨道定律：

所有行星运动的轨道都是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上。

（2）面积速度定律：

行星的向径在单位时间内扫过的面积相等。

因此，行星在近日点附近比在远日点附近转动得快。

（3）周期定律：

行星绕太阳运动的周期的平方与它们轨道半长径的立方成正比，

3.牛顿发现万有引力定律并对开普勒三定律作修正

4.光行差和周年视差的发现

5.海王星的发现

四、行星的视运动及其解释

1.地内、地外行星相对于太阳的视运动图P157

2.行星相对于恒星的视运动图P159

3.行星的会合运动（行星会合运动方程式）P161

§7.2太阳系天体的运动和结构特征

一、行星和卫星的轨道运动1.共面性、近圆性和同向性2.提丢斯法则3.规则卫星和不规则卫星二、太阳系天体的自转（金星、天王星比较特殊）

三、太阳系天体角动量分布异常

§7.3太阳

一、太阳的概况

日地平均距离、太阳的大小（线半径、表面积）、质量、密度、化学成分、表面温度和运动（较差自转）。

二、太阳的基本结构

太阳从中心到边缘可以分为核反应区、辐射区、对流区、太阳大气（光球层、色球层、日冕）几个部分。

图P166

三、太阳的能量来源

太阳目前的能量来源是热核反应。

即：

四个氢核聚变为1个氦核的过程，写成方程式：

41H→4He

四、太阳活动P169

1.太阳黑子图（太阳活动的主要标志之一）

（1）周期：

基本周期11年。

（2）黑子出现的区域（孟德尔蝴蝶图）

（3）磁场：

磁周22年图

2.光斑（与黑子相反的光球现象）和谱斑（色球层）

3.日珥也有11年的周期变化

4.耀斑：

会引起磁暴与极光。

5.日冕凝聚区

6.太阳活动区

7.太阳活动起源

五、日地关系

1、太阳活动的地磁效应

（1）磁暴图

（2）极光图

2、太阳活动的电离层效应（短波衰退、信号突增、太阳耀斑效应）

3、太阳活动对于中性高层大气的影响

4、太阳活动对地球的其它影响

5、太阳活动的预报

§7.4行星及太阳系小天体的概况

一、八大行星

（一）划分类别：

地内、地外行星；内、外行星；类地、类木行星。

（二）主要的特点，如轨道、公转周期、有无水的存在、大气层、卫星等。

（三）地球成为太阳系绿洲的原因

八大行星介绍：

1、水星（体积最小，有环行山）图

2、金星（最亮的行星，逆向自转，自转慢）图

3、地球（既普通