基础天文学概论知识要点.doc
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天文学概论复习
【绪论】
1.什么是天文学：
是研究宇宙空间天体、宇宙的结构和发展的学科。
内容包括天体的构造、性质和运行规律等。
2.天文学的三个分支学科：
天体测量学、天体力学、天文物理学
3.天文和气象的区别：
大气层外vs大气层内
4.天文学观测波段：
光学波段；射电波段；Χ射线、γ射线波段；紫外线、红外线波段
5.20世纪天体物理学成就：
①两大基本理论：
恒星演化和宇宙大爆炸模型
②全波段天文学、中微子天文学
③20世纪60年代的四大发现：
脉冲星、类天体、微波背景辐射、星际分子
【星空划分与运转】
1.星座的概念：
一种具有特征并容易记忆的恒星在天空投影的图案所在天区
2.星座与星官的区别：
星座有边界，恒星数目不确定；星官无边界，恒星数目确定
3.中国古代的三垣四象二十八宿
①三垣：
紫薇垣、太微垣、天市垣
②四象：
北方玄武、南方朱雀、西方白虎、东方苍龙
③二十八宿：
月亮每晚停留在一宿
4.全天88个星座，北天29，黄道12，南天47
5.寻找北极星的两种方法
①北斗七星勺头两颗星延长五倍即为北极星
②仙后座勺口开口方向延长开口宽度的两倍即为北极星
6.北斗七星的斗柄方向与四季关系
春夏秋冬→东南西北
7.四季星空典型的代表星座：
春夜大熊追小熊：
狮子座、牧夫座、室女座
夏夜牛郎会织女：
天鹅座（天津四）、天琴座（织女星）、天鹰座（牛郎星）
秋夜仙女拜仙后：
飞马座、仙女座、英仙座
冬夜猎户会金牛：
猎户座
【天球与天球坐标系】
1.天球的概念与特点：
⑴概念：
以任意点为球心，任意长为半径，为研究天体的位置和运动而引进的一个与人们直观感觉相符的假想圆球。
⑵特点：
①天球中心任意选取；②天球半径任意选取；③天体在天球上的位置只反映天体视方向上的投影；④天球上任意两天体的距离用角距表示；⑤地面上不同点看同一天体视线方向是相互平行的
2.北天极的高度等于当地的地理纬度
3.天球上的基本点、圈：
天极与天赤道、天顶天底真地平、天子午圈、卯酉圈、四方点、黄道和黄极、二分点二至点、天极在天球上的位置
4.四个天球坐标系：
基本点、圈，两个坐标，如何度量
5.不同纬度处的天体周日视运动：
都是等于或平行于天赤道的小圆
永不上升和永不下落天体：
δ≧（90°-Φ）vsδ≤-（90°-φ）
天体的中天：
天极以南（北）过天子午圈
6.天体上、下中天时天顶距或地平高度的计算：
上中天：
Z=|φ-δ|
下中天：
Z=（90°-φ）+（90°-δ）
太阳中天时的高度：
Z=φ-δ
7.太阳的周年视运动：
春分点：
α=0hδ=0°
夏至点：
α=6hδ=23.5°
秋分点：
α=12hδ=0°
冬至点：
α=18hδ=-23.5°
【时间和历法】
1.什么是时间：
是物质运动过程中的一种标记，它建立在物质运动和变化的基础上
2.时间计量系统建立的基础和要求：
⑴基础：
观测物体的运动
⑵要求：
作为时间计量标准的物体运动要求要具有周期性、复观性和可测性
3.三种时间计量系统：
定义
标准
时间单位
转化关系
起始点
恒星时
以春分点的周日视运动为依据建立的时间系统
春分点
s
s=tr=α+t
上中天
真太阳时
以太阳视圆面中心的周日视运动为依据建立的时间系统
真太阳
m
mo=to+12h
下中天
平太阳时
以平太阳的周日视运动为依据建立的时间系统
平太阳
m
m=tm+12h
下中天
4.真太阳时比恒星时每日约长4分钟
5.真太阳时的缺陷：
太阳在黄道上运动不均匀；黄赤交角存在使得投影在赤道上的太阳时角变化也不均匀。
真太阳时与平太阳时的关系：
η=to-tm（真太阳的时角与平太阳的时角之差）
6.⑴地方时：
①以本地的子午面为起算平面，根据任意量时天体所确定的时间。
②在同一计时系统内，任意两地同一瞬间测得的地方时之差，在数值上等于这两地的地方经度之差。
λA-λB=mA-m B=sA-sB
⑵世界时：
①以本初子午线为标准的地方平时为世界时，用字母UT表示。
（λ=0°）
②其他地方时：
m=UT+-△λ（向东+，向西-）
⑶区时：
①将全球分为24个时区，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域称为时区；这样的时间称为区时。
Th=UT+-Nh
②我国横跨五个时区，统一采用东八时区的区时（东京120°）
⑷国际日期变更线：
①太平洋中经度180°线。
日界线东西两侧是东12时区与西12时区重合的区域，时分秒相同，但是日期相差一天。
②由西向东每过一个时区，就要增加一小时。
由西向东越过日界线，日期减一天；由东向西越过日界线，日期增加一天。
7.天体位置的估计：
s=α⊙+t⊙=α+t
8.时间计量工作的三项内容：
测时、守时、授时
9.历法：
⑴概念：
推算年月日的时间长度并协调他们之间的关系，以制定一定的时间序列的法则。
⑵要素：
年、月、日
⑶本质：
使历年的平均长度逐渐接近回归年长度的历史
10.制历的基本原则：
①尽可能准确反映天文客观规律的历法才能正确的反应天象和四季变化
②日历要简单、明了、易记，宁可牺牲精度以满足简单
③有通用性，为广大地区所接受
11.历法的三种类型：
基础
类别
定义
规定
置闰规则
回历
月亮的圆缺盈亏
太阴历
以朔望月为基础
每年12月，大月30天，小月29天
30年加11个闰日，闰日加在闰年最后一天。
公历
太阳的周年视运动
太阳历
以回归年为基础
1、3、5、7、8、10、12为大月，4、6、9、11为小月，2月28或29天
400年97闰日，闰日加在2月最后一天
农历
以朔望月作为月的单位，而取历年平均长度接近回归年的阴阳合历
阴阳历
以朔望月为基础
大月30天，小月29天。
依实际天象推算。
无中气的月份为闰月。
19年7闰月，无中气的月份为闰月
1朔望月=29.5306日1回归年=365.2422日
【天文望远镜】
1.人们获取天体信息的主要渠道：
①电磁辐射②宇宙射线③中微子④引力波
2.大气窗口：
地面观测到的只是在大气“窗口”波段范围内的天体辐射。
①光学窗口：
波长300nm—780nm
②射电窗口：
波长从1nm—20m，但毫米波有水汽与二氧化碳的一些吸收带
③此外，在红外波段出了些水汽和二氧化碳的吸收带外还有几个小窗口
3.望远镜的作用：
能接收到来自天体的微弱辐射（高灵敏度）；能看清天体的细节（高空间分辨率）
4.光学望远镜的结构：
光学系统、机械装置、电控设备三部分
5.光学望远镜的三种类型和各自的优缺点
目镜
物镜
优点
缺点
折射望远镜
复合透镜
透镜
焦距长，底片比例尺大，对镜筒弯曲变形不敏感。
适合天体测量工作
残余色差，对紫外红外吸收厉害，昂贵，镜筒过长
反射望远镜
反射镜
口径大，完全无色差，可获得高质量天体的像和光谱。
适合天体物理工作。
视场太小，有散射光影响，有挡光而减少天体辐射，易氧化
折反射望远镜
透镜+反射镜
光力强，视场大，像差小。
适合研究有视面天体。
改正镜磨制困难
6.机械装置按转轴方向的不同通常采用地平式和赤道式两类。
（1）赤道装置最大的特点是可以很方便的实现天体的周日视运动。
望远镜跟踪天体时，只是赤经轴运动而赤纬轴不动；
（2）地平装置优点是重力对称，结构紧凑，造价较低，口径可以做得大，圆顶随动控制简单。
缺点为焦点是旋转的，并且在天顶处有一不能跟踪的盲区。
7.光学望眼镜的六个性能指标：
⑴有效口径：
指物镜的有效直径。
物镜收集星光的能力∝。
望远镜的口径越大，聚光本领就越强。
⑵相对口径（光力）：
A=。
倒数称为焦比。
物镜所延展天体像的亮度跟其相对口径的平方成正比，观测暗的延展天体应用相对口径大的望远镜。
⑶分辨本领：
Ɵ=。
目观视测最敏感波长为0.55微米，黑白照相最敏感波长为0.22微米。
⑷放大率与底片比例尺：
G==底片中央每1mm所对应的星空角距为底片比例尺。
⑸视场：
物镜光轴附近区域对应的星空角径。
⑹贯穿本领：
望远镜可观测到天顶处最暗恒星的极限星等来表示。
mv=2.1+5lgD
8.美国四大空间望远镜
【太阳系】
1.太阳系内包含的主要成员：
⑴太阳；
⑵行星及其卫星：
八大行星：
水金地火木土
矮行星：
冥王星、谷神星、阅神星
⑶太阳系小天体：
小行星、彗星、流星陨星
2.行星、矮行星的判据
绕日运行
近似球体
轨道清空
行星
√
√
√
矮行星
√
√
太阳系小天体
√
3.太阳的整体特征：
⑴G2型恒星
⑵直径180万公里（地球的109万倍）
⑶质量2×1030kg（地球的33万倍）
⑷表面5800K，内部1500万度以上
⑸距离地球1AU
⑹光度：
3.826×1026W
⑺自转周期：
26—37天，较差自转
⑻太阳倾角：
7°10’
4.太阳的结构：
太阳大气和内部结构
⑴太阳大气：
①太阳风：
极光有关，太阳日冕层高能粒子流喷发
②日冕：
太阳大气最外层
③过渡区：
只能在太空中用紫外线望远镜看见“转换作用”
④色球：
常爆发耀斑、日珥
⑤光球：
我们接收到的太阳光谱实际上是光球层的光谱
⑵太阳内部：
①对流区：
能量以对流的形式向外辐射
②辐射区：
已辐射的形式向外传播热量，最后以可见光的形式向外辐射
③核心区：
是太阳的产能区，在这里进行热核反应，生成中微子和太阳辐射
5.光球临边昏暗现象：
太阳圆面的亮度从中心到边缘逐渐减弱，尤其是边缘部分减弱更严重（原因：
光球层的温度随着高度由内向外逐渐降低，而光球层的透明度很低，视线所能穿透的光球层有一定厚度）
6.太阳光球光谱：
太阳的光球光谱是一道连续的彩色光谱带，其上面还叠加有许多暗线（原因：
太阳内部高温气体发射的连续谱在向外发射时穿越比它冷的光球大气层时，这些较冷的大气中的诸元素就吸收了与它们各自频率相同的谱线，使之在太阳的连续谱上叠加了许多吸收线）
7.太阳黑子、蝴蝶图
⑴太阳黑子：
太阳活动最明显的标志之一。
太阳黑子最重要的标志是强磁场
⑵蝴蝶图：
太阳黑子在日面上纬度分布不均匀，绝大多数分布在8°—30°之间，日面纬度随周期的分布呈蝴蝶图
8.八大行星的分类和特点
类地行星（石质行星）
水、金、地、火
体积小，密度大；中心有铁镍核，金属含量高；自转慢，卫星少
类木行星（气态巨星）
木、土、天、海
体积大，密度小；主要由H、He组成，无固体表面；自转快，卫星多；有环带
9.八大行星的距离、质量、体积、自转等：
公转：
行星、小行星、大多数卫星自西向东公转
自传：
太阳和行星（除金星、天王星外）自西向东自转
10.行星的轨道运动：
⑴同向性
⑵共面性
⑶近圆性
⑷符合提丢斯波德定律aN=0.4+0.3×2N-2（N为序号）
11.内、外行星相对太阳的视运动：
⑴地内行星：
在太阳附近来回运动，与太阳保持一定角距范围
（上合—东大距—留—下合—留—西大距—上合）
⑵地外行星：
与太阳的角距任意
（合—西方照—留—冲—留—东方照—合）
12.小行星带的位置：
火—木轨道之间2.1~3.3AU为小行星带
13.彗星的成分和结构：
成分：
水、氯、甲烷、氰、氮、二氧化碳（主要是太阳系形成初期的物质）
结构：
慧头、慧发、慧云、慧尾（离子彗尾、尘埃彗尾）
14.流星的分类：
偶发流星、周期流星
15.日月食
日食
月食
发生条件
朔日；月球和太阳位于黄白交点附近
望日；月球和太阳位于黄白交点附近
分类
日全食、日偏食、日环食
半影食、月全食、月偏食
过程
日全食：
初亏→食既→食甚→生光→复圆
月全食：
半影食始→初亏→食既→食甚→生光→复圆→半影食终
日偏食：
初亏→食甚→复圆
略
日环食：
初亏→环食始→食甚→环食终→复圆
略
日食：
先食左边日食：
先食右边
【恒星世界】
1.周年视差：
地球绕太阳周年运动所产生的视差
2.天文距离单位：
⑴天文单位（AU）：
太阳和地球之间的平均距离。
1AU=1.496×108km
⑵光年（ly）：
光一年走的距离。
1ly=9.460×1012km
⑶秒差距（pc）：
周年视差为1’’的天体的距离。
1pc=206265AU=3.262ly=3.086×1013km
3.视星等、绝对星等概念、关系
⑴视星等：
表征恒星亮度的系统。
m1 - m2=-2.5lgm=-2.5lgE
⑵绝对星等：
天体位于10pc距离处的视星等，它表征恒星辐射能力。
M-m=-2.5lg=5-5logd（pc）M-Mo=-2.5lg
⑶距离模数：
m-M。
d=10（m-M+5）/5
4.典型的恒星光谱：
O（蓝）B（蓝白）A（白）F（黄白）G（黄）K（橙红）M（红）
5.赫罗图：
恒星的光度—表面温度分布图
6.恒星在赫罗图上的分布特征：
⑴绝大多数恒星落在从左上至右下的带上（包含所有光谱型），称为主序星
⑵有些星出现在主序的右上角，是亮的冷星，成为巨星和超巨星
⑶位于主序左下方的是又小又暗的星，叫白矮星。
7.不同质量恒星的演化结局
恒星初始质量
演化结局
M<0.01
行星
0.01褐矮星
0.08He白矮星
0.25CO白矮星
8ONeMg白矮星
12超新星→中子星
M>25
超新星→黑洞
恒星的演化历程主要取决于初始质量和化学成分
8.恒星演化的观测证据：
星团及其H-R图，脉动变星
【银河系和河外星系】
1.银河系结构：
银晕、银盘、气体和尘埃、疏散星团、球状星团、发射星云、太阳、银核、核球
2.银盘、银晕和和核球的总体特点
银盘
银晕
核球
高度平坦
接近球形
橄榄球形
年老和年轻的恒星
只有年老的恒星
年轻和年老恒星
仍有恒星形成活动
在过去的100亿年内已无恒星形成
内部区域仍有恒星形成
恒星和气体的近圆轨道运动
三维尺度上的随机运动
大部分为随机运动，但还有绕银心的净运动
漩涡结构
无明显的子结构
接近中心的气体—尘埃环
3.银河系的旋臂
4.旋臂的理论解释：
⑴星系引力势扰动（银盘内的天体以椭圆轨道运动→运动速度变化）
⑵轨道取向互相耦合（物质密度的规则变化→密度波）
5.星系的哈勃分类：
⑴椭圆星系E（E1 —E7）
⑵旋涡星系S（Sa、Sb、Sc）
⑶棒旋星系SB（SBa、SBb、SBc）
⑷透镜状星系S0、SB0
⑸不规则星系Irr
漩涡/棒旋星系
椭圆星系
不规则星系
由恒星和气体组成的扁盘（包括旋臂和核球）和星系晕。
棒旋星系的核心有棒状结构
球形或椭球形，除中心核区外无其他结构
无明显结构
盘包含年轻和年老的恒星，晕只有年老的恒星
只有年老的恒星
包含年轻的和年老的恒星
盘包含大量气体和尘埃，晕中的气体和尘埃很少
没有或很少气体和尘埃
富含气体和尘埃
旋臂中有恒星形成过程
近1010ly没有明显的恒星形成过程
强烈的恒星形成过程
盘中的恒星和气体绕星系核心作圆轨道运动，晕绕星系核心中的恒星作无规则轨道运动
恒星绕星系核心作无规则轨道运动
恒星和气体作无规则运动
6.哈勃定律：
星系退行速度V和星系的距离D成正比V=H0×D
【宇宙】
1.中国古代宇宙学说：
盖天说、浑天说、宣夜说
2.现代宇宙学的三个观测证据：
星系红移、宇宙微波背景辐射、轻元素的合成
3.宇宙学原理：
⑴宇宙在大尺度上是均匀的→宇宙无边
⑵宇宙是各向同性的→宇宙没有中心
4.宇宙的加速膨胀与暗能量
5.宇宙中的成分
暗能量
73%
暗物质
23%
不可视核子物质
3.7%
可视核子物质
0.4%
11
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