大学天文学05恒星-观测
基本天文认识天文学的基本概念和天体观测
基本天文认识天文学的基本概念和天体观测基本天文认识天文学的基本概念和天体观测天文学是一门研究宇宙中天体的科学，包括天体物理学、行星科学、恒星科学等多个领域。
它涉及到宇宙的起源、演化和性质等问题，为人类认识宇宙提供了重要的科学依据。
本文将介绍天文学的基本概念和天体观测的内容。
一、天文学的基本概念1. 宇宙：宇宙是指包含一切物质、能量及其相互作用的巨大空间。
宇宙中包含了无数的星系、星云、行星、恒星等各种天体。
2. 星系：星系是由大量恒星及其伴星、行星、星云等组成的集合体。
它们通过引力相互结合，在宇宙中形成庞大的天体系统。
3. 恒星：恒星是天空中发光的天体，由氢、氦等元素组成的等离子体。
恒星通过核聚变反应产生能量，并向外发射光和热。
4. 行星：行星是围绕恒星运行的天体，它们没有自己的光源，而是反射恒星的光线。
太阳系中的行星包括水金木火土等。
5. 星云：星云是天空中由气体和尘埃构成的云状结构。
有时，恒星在星云中形成，而后的恒星演化也可能产生新的星云。
二、天体观测的方法1. 裸眼观测：最简单的天体观测方法是裸眼观测。
这需要无污染的夜空和适当的观测条件。
通过裸眼观测，我们可以看到明亮的恒星、行星和星云等。
2. 望远镜观测：望远镜是增强天体观测能力的重要工具。
它可以放大远处的天体，使它们更清楚可见。
望远镜观测可以提供更详细的天体信息。
3. 射电天文学观测：射电天文学通过接收和分析天体发出的射电信号来研究宇宙。
射电天文学观测需要使用专门的射电望远镜来捕捉天体的射电波。
4. 太空观测：太空观测是指在太空中放置天文观测设备，通过远离地球大气层的干扰，获取更准确的观测数据。
例如，哈勃太空望远镜就是一种太空观测设备。
5. 多波段观测：多波段观测是指利用不同波段的电磁辐射来观测天体。
例如，可见光观测、红外观测、紫外观测等。
不同波段的观测可以提供不同的天体信息。
三、天文学的意义1. 探索宇宙起源：天文学通过研究宇宙中各种天体的形成和演化过程，帮助人类更好地理解宇宙的起源和发展。
第5章--恒星的基本知识(浙师大天文学题库)
第5章恒星的基本知识对于未说明观测地点的观测，可以认为是在北京（东经120度，北纬40度）进行的。
一、选择题1．赫罗图中（横轴取温度递减），大部分恒星分布从左上方到右下方对角线的狭窄带内，这个区域称为“主星序”，而位于主星序左下方的是（）。
(A)（A）白矮星（B）红矮星（C）红巨星（D）超巨星2．从高温到低温，恒星光谱型的正确顺序是（）。
（B）（A）OABFKGM （B）OBAFGKM （C）OKFMBAK （D）ABCDEFG3．下列光谱型中哪一种对应的温度最高？（）。
（B）（A） A （B） B （C）G （D）K4．天空中的恒星有的相对发红，有的相对发蓝。
蓝星与红星相比较，哪种说法正确？（）。
（D）（A）更为年老（B）质量较小（C）重元素较少（D）表面温度高5．一个视力正常的中学生，应邀到国家天文台位于河北兴隆的观测基地参观，在晴朗无月的夜里，他不借助望远镜能看到的最暗的恒星大约是几等？（）。
（B）（A）4等（B）6等（C）7等（D）8等6．恒星A是9等星而恒星B是4等星，则（）。
（B）（A）恒星B比恒星A亮5倍（B）恒星B比恒星A亮100倍（C）恒星A比恒星B亮5倍（D）恒星A比恒星B亮100倍7．负1等星的亮度为4等星的（）倍。
（D）（A）1 / 100 （B）1 / 5 （C）5 （D）1008．1等星比6等星亮多少倍？（）。
（C）（A）10倍（B）152倍（C）100倍（D）106倍9．A星视星等值比B星小10等，它的亮度是B的（）倍？（A）（A）10000 （B）100 （C）10 （D）1/1000010．下列哪一个量与亮度是一致的? （）。
（D）（A）绝对星等（B）产能率（C）色指数（D）视星等11．根据Doppler效应，向着我们运动的天体的颜色将（）。
（C）（A）偏红（B）不变（C）偏蓝（D）无规则变化12．在良好的观测条件下，我们用肉眼看见仙女座大星系，我们用什么单位描述它的视大小？（）。
恒星天体观测实验报告
恒星天体观测实验报告1. 引言观测恒星天体是天文学中的重要实验之一。
通过观测恒星的亮度、颜色、包络、光谱等信息，可以了解恒星的性质、演化过程以及宇宙的起源和发展。
本次实验旨在利用望远镜和光谱仪观测恒星天体，探索它们的一些基本特征。
2. 实验仪器本次实验使用的主要仪器包括：- 望远镜：用于观测远处的天体，能够放大和捕捉恒星的图像。
- 光谱仪：用于将光分解成不同波长的光谱，进一步研究恒星的物理性质。
3. 实验步骤3.1 准备阶段在实验开始前，我们首先进行了仪器的校准和准备工作。
确保望远镜的焦距和放大倍数设置正确，并调整光谱仪的精度和灵敏度。
3.2 恒星观测我们选择了几个明亮的恒星进行观测，并记录了它们的亮度和颜色。
通过调整望远镜的焦距和放大倍数，我们成功地捕捉到了恒星的图像，并使用相机拍摄了照片，后期用于进一步分析。
3.3 光谱拆分为了研究恒星的光谱特性，我们使用光谱仪对观测到的恒星进行了光谱拆分。
将恒星的光线通过光谱仪，我们得到了一张包含不同波长的光谱图。
根据光谱的形状和峰值位置，我们能够推断出恒星的化学成分和温度等物理性质。
4. 结果与分析4.1 恒星亮度和颜色观测到的恒星中，我们发现不同恒星的亮度和颜色有所不同。
亮度较大的恒星通常看起来更明亮，而颜色则可能呈现出红色、橙色、黄色、蓝色等不同的色调。
这些特征可以告诉我们恒星的亮度和温度。
4.2 恒星光谱通过光谱仪的光谱拆分，我们观察到每个恒星都有自己独特的光谱。
这些光谱中的黑线是由于恒星大气层中的吸收造成的，它们对应着特定的元素和分子。
通过与已知的恒星谱线进行比较，我们可以确定恒星中所含的化学元素。
4.3 恒星性质结合亮度、颜色和光谱分析，我们可以初步了解到恒星的物理性质。
亮度较大的恒星一般是温度较高的蓝巨星，而亮度较小的恒星可能是低温的红矮星。
通过观察光谱的特征，我们能进一步推断出恒星的年龄和演化状态。
5. 结论通过本次实验，我们成功地观测到了几个恒星天体，并对它们的亮度、颜色和光谱进行了分析。
天文学的观测和解析
天文学的观测和解析一、引言天文学是对天体和宇宙现象的研究，其学科领域开阔广泛，包括宇宙起源和演化、星系形成和演化、星团、恒星和行星系统的天文物理学、宇宙学、太阳物理学、行星科学、天文地球物理学等。
天文学的观测和解析是天文学的重要基础，也是探索宇宙奥秘的关键。
二、天文学的观测方法天文学的观测方法主要包括光学观测、射电观测、红外观测、紫外观测、X射线观测和伽玛射线观测等。
其中，光学观测是最常用的观测方法。
通过光学望远镜观测天体，可以获取天体的位置、运动、光度、化学组成等信息。
由于地球大气的干扰，在传统的大气透明窗口中进行观测的数据质量不尽如人意。
因此，光学天文观测逐渐向云层下的高山或者空中观测平台发展。
射电观测则是利用射电望远镜观测天体，可以获取天体的射电波、微波的谱线、偏振等信息。
射电观测技术的发展特别是毫米波和亚毫米波波段技术的发展，使得我们能够对原行星盘在理论框架下进行探测。
红外观测则是利用红外望远镜观测天体，可以获取天体的温度、化学组成、物理状态等信息。
利用红外观测，人类可以发现被固定在日本的Space Infrared Telescope Facility（SPITZER）发现了一些星系的蓝移。
然而，蓝移或红移对光的波长的影响从而导致掩蔽，可被红外镜头完美地解决。
紫外观测则是利用紫外望远镜观测天体，可以获取天体的物理状态、发射光度、化学成分等信息。
利用紫外观测，人类可以发现许多新的天体现象，例如，发现新的彗星和星团，发现新的星系等。
X射线观测则是利用X射线望远镜观测天体，可以获取天体的强度、发射谱线等信息。
利用X射线观测，人类可以研究恒星、黑洞、星系等。
伽玛射线观测则是利用伽玛射线望远镜观测天体，可以获取天体的能量强度、发射谱线等信息。
伽玛射线观测可以研究众多高能现象，例如宇宙射线、超新星遗迹等。
三、天文学的解析和研究通过天文学的观测方法获取的数据，需要进行解析和研究，进一步了解天体和宇宙现象的本质。
大学天文教程课全套教案
课程名称：大学天文教程授课对象：大学本科生课时安排：共12课时教学目标：1. 使学生掌握天文基本知识，了解宇宙的基本结构。
2. 培养学生的天文观测和实验能力。
3. 增强学生的科学素养和探索精神。
教学内容：1. 天文基本知识2. 天文观测方法3. 天文仪器与设备4. 太阳系5. 恒星与星系6. 宇宙探索课时安排：第一课时：课程导论教学内容：1. 介绍天文学的基本概念和重要性。
2. 阐述本课程的教学目标和内容安排。
3. 引导学生了解天文学的发展历程。
第二课时：天文基本知识教学内容：1. 天文坐标系（赤道坐标系、银道坐标系、地平坐标系）。
2. 天文单位（光年、秒差距、天文单位）。
3. 天文现象（日食、月食、流星雨）。
第三课时：天文观测方法教学内容：1. 光学观测方法（望远镜的使用、恒星光谱分析）。
2. 射电观测方法（射电望远镜的工作原理、射电天文学）。
3. 其他观测方法（红外观测、紫外观测）。
第四课时：天文仪器与设备教学内容：1. 望远镜的类型（折射望远镜、反射望远镜、折反射望远镜）。
2. 射电望远镜的结构与工作原理。
3. 其他天文仪器（光谱仪、射电望远镜、红外望远镜）。
第五课时：太阳系教学内容：1. 太阳系的组成（太阳、行星、卫星、小行星带、彗星）。
2. 行星运动规律（开普勒定律）。
3. 行星表面的特征（地球、火星、金星、水星、土星、木星、天王星、海王星）。
第六课时：恒星与星系教学内容：1. 恒星的分类（主序星、红巨星、白矮星）。
2. 星系的形成与演化。
3. 星系分类（椭圆星系、螺旋星系、不规则星系）。
第七课时：宇宙探索教学内容：1. 宇宙的起源与演化（大爆炸理论）。
2. 宇宙膨胀与暗物质、暗能量。
3. 宇宙背景辐射与宇宙微波背景辐射。
第八课时：天文观测实践教学内容：1. 天文望远镜的组装与调试。
2. 天文观测技巧（星图识别、恒星观测）。
3. 观测数据的记录与分析。
第九课时：天文观测报告教学内容：1. 学生分组进行天文观测实践。
(天文选修课)恒星
（5）赫罗图
• 什么是赫罗图？ • 丹麦科学家赫茨普龙 (E.Hertzsprung)于1911年 美国天文学家罗素（ H.N.Russell）于1913年， 分别独立的绘制了恒星的光 谱（有效温度）—光度（星 等）图。
有效温度
• 当一个辐射体是热辐射源时，其 辐射遵守普朗克黑体辐射定律。 • 温度越高的辐射源，其辐射峰值 频率越高 • 太阳的有效温度是5800K。
二、变星
• 变星：凡光学波段亮度有变化，或光学波段之外的电磁辐 射有变化的恒星，不管是由于内在的物理原因还是外在的 几何原因，都称为变星。 • 分类：食变星、脉动星和爆发星 • 食变星：双星系统中的子星相互 掩食，造成双星系动变星：自身周期的膨胀和 收缩（大气层），致使亮度大 小都有脉动，如造父变星。脉 动变星占变星总数的一半以上 。周期从一小时以下到10年以 上。光变周期越长，亮度变化 越大，有周光关系曲线。 • 造父一：仙王座δ星，最亮时3.6 等，最暗时达到4.3等。光变周 期是5.5天。
星等
• 天文中表示天体明暗程度的表示方法，数越小，星越亮。 • 古希腊天文学家喜帕恰斯（旧译伊巴谷）编制星表时，把 全天人眼可见的星按感觉的亮度分为6等。亮的20颗星定 为1等，人的肉眼刚刚可见的最暗恒星为6等。亮度随星等 数目的增加而降低。 • 1等星比6等星亮约100倍。到19世纪发现，人眼的感光不 是线性的，而是遵守对数规则。 星等相差1等，亮度相差 2.512倍。 • 问题：
太阳是恒星中最普通的一颗
（1）恒星的距离和光度
天文学上的距离单位
• 天文单位（AU)：即日地平均距离，为1AU=149597870千 米，约1.496亿千米 • 光年（ly）：光在一年中走过的距离， 一个光年=0.946053×1016米，约94,600亿千米
北京大学 天文学导论 第一章到第五章 恒星的基本概念及恒星的测量
第一章到第五章恒星的基本概念及恒星的测量
1．织女星的视向速度等于-14km/s ，自行是每年0".348，视差为0".124 。
求织女星相对与太阳的总空间速度。
2．一颗长周期变星的热星等变化一个星等，它的最高温度为4500K，如果它的变化仅仅是由于温度的变化，问它的最低温度是多少？如果热星等变化一个星等仅仅是由于半径的变化引起的，而温度保持不变，那它的半径变化是多少？
3．在仙女座星系中一颗恒星绝对星等M=5m（距离为690kpc）, 这颗星作为超新星爆发亮度增加了109 倍，问它的视星等是多少？
4．除了太阳外，离我们最近的恒星是半人马座的比邻星，它的目视星等为10.7星等，该星距离我们的周年视差л= 0.76″，求距离摸数和它的绝对星等。
5．有三个天体，已测出它们的周年视差分别为（a）0.001″(b)0.02″(c) 0.4″求这三个天体的距离各是多少？
6．角宿星的视差是0.013" 求它的距离有多远？如果一个观测者站在海王星的一个卫星之上，观测角宿星，问角宿星的视差是多少？
7．一颗星距离太阳有20pc ；它的自行运动为0.5"/年问它的切向速度是多少？如果恒星的光谱线红移0.01% ,计算它相对太阳的视向速度是多少？它的空间运动速度是多少？8．A和B 两星的光度分别是0.5和4.5 倍的太阳光度，它们有同样的视亮度，那一个更远？远多少？。
天文学入门知识宇宙的组成与天体观测的基础知识
天文学入门知识宇宙的组成与天体观测的基础知识天文学是研究宇宙、行星、恒星和其他物质及其运动和演化的科学。
宇宙是指包含一切物质、能量、空间和时间的巨大系统，而天体观测则是通过观测天空中的天体，探索宇宙的组成和运作原理。
本文将介绍天文学的基础知识，包括宇宙的组成和天体观测的基本原理。
一、宇宙的组成宇宙的组成包括了恒星、行星、星系和宇宙空间等多个方面。
1. 恒星恒星是宇宙中最基本的组成部分，它们由气体和尘埃云团聚集而成。
恒星通过核聚变的过程产生能量，并将其释放到宇宙中。
根据质量大小，恒星可以分为不同的类型，包括白矮星、中子星和黑洞等。
2. 行星行星是围绕恒星运行的天体，它们没有自己的光源，而是通过反射恒星的光线来产生亮度。
行星可以分为内行星和外行星两类。
太阳系中的内行星包括水金火木和土，外行星则包括巨大的气态行星，如木星和土星。
3. 星系星系是由数十亿个恒星和其他天体组成的巨大结构。
它们以万千光年的尺度相互连接，并且具有不同的形状和大小。
著名的星系包括银河系、大麦哲伦星系和仙女座星系等。
4. 宇宙空间宇宙空间指的是宇宙中的无空气、无大气压的真空环境。
宇宙空间中存在着各种物质和辐射，如星际尘埃、宇宙微波背景辐射和宇宙射线等。
通过观测宇宙空间中的辐射，科学家可以研究宇宙的起源和演化。
二、天体观测的基础知识天体观测是通过使用望远镜、射电望远镜和其他观测设备，对宇宙中的天体进行观测和测量，以收集数据并了解宇宙的特性。
以下是天体观测的基本原理和方法。
1. 望远镜观测望远镜是天文学研究的基本工具之一。
通过收集和聚焦来自天体的光线，望远镜能够放大天体并显示细节。
望远镜可以分为光学望远镜和射电望远镜两大类。
光学望远镜适用于观测可见光和近红外光谱范围内的天体，而射电望远镜则用于观测射电波段的天体。
2. 天文测量天文测量是通过观测和测量天体的位置、亮度和运动等参数，以便研究宇宙的特性和变化。
天文测量可以使用光学仪器、射电天线和干涉仪等设备进行。
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1
•蛇夫星座的年轻双子恒星•正在吞噬行星的
WASP-12•距银心20万光年之遥的
HE 0437-5439•
黑洞吞噬着的恒星
§5.1 恒星的距离
1. 恒星距离的测定
Why are Distances Important?
Distances are necessary for estimating:
• Total energy released by an object (Luminosity)
• Masses of objects from orbital motions (Kepler's third law) • Physical sizes of objects
Experiment: what’s parallax?
(2) 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。
How are annual parallaxes measured?
通过测量天体在天球上（相对于遥远的背景星）相隔半年位置的变化而测得。
A brief history of early parallax measurements
l Aristotle pointed out that, if the universe was
heliocentric, stellar parallaxes should be
measured.
l Many astronomers had tried to measure stellar
parallax, but failed.
l In 1837 W. Struve measured α Lyrae’s parallax to be 0''.125 (0''.121)
In 1838 F. W. Bessel measured Cygnus 61’s
parallax to be 0''.314 (0''.294)
In 1839 T. Henderson measured α Centauri’s
parallax to be 1''.16 (0''.76)
最近恒星的空间分布
限制
l
l l
由于受到地球大气扰动的影响，周年视差的精确测 量受到限制。
地面望远镜的角分辨本领一般不超过0.01″ Hipparcos卫星（1989年8月发射） 的角分辨率达到0.001″， 测量了约100万颗恒星的距离。
三角测距法通常只适用于近距离 （≤ 30-500 pc）的恒星。
VLBA技术的使用使三角测距范围达10 kpc！
空间光学干涉技术（SIM Lite）
Find Earths Dark Matter & Galaxy Assembly Precision Stellar Astrophysics Black hole Astrophysics
Question
How to find nearby stars to measure their distances?
Struve’s criteria: (1) Bright; (2) Large proper motion; (3) Large separation if in a binary.
2. 恒星的自行 (proper motion) 恒星在天球上的视运 动(apparent motion)有 两种成分：地球和太 阳的运动引起的相对 运动和恒星的真实视 运动。
后者称为恒星 的自行，代表恒星在 垂直于观测者视线方 向上的运动。
自行(arcsec/yr) = 横向速度 (transverse velocity)/ 距离 自行大的恒星通常是近距离恒星，但自行小的 恒星并不一定是远距离的。
Barnard星是具有最大自行的恒星，在22年内自 行达227'' (10.3''/yr) →横向速度= 88 km/s
The real space motion is composed of the transverse velocity and radial velocity.
l
l
l
Proxima’s proper motion is 3.85''/yr à transverse velocity of 22 km/s Doppler blueshift of Spectral lines ~ 0.0067% àradial velocity (relative to the Sun) as 20 km/s toward us. Total velocity is about 30 km/s.
Apparent motion of Proxima Centauri over 15 years
Escaping Pulsar Breaks Speed Records
3. 恒星大小的测定 (1) 方法
直接测量 l Direct imaging (HST), speckle interferometry
Betelgeuse's radius is 630 times that of the Sun
Radial intensity distribution
l
Optical interferometry
T Leporis at a resolution of about 4 milli-arcseconds captured with the VLTI.
l掩食法 Lunar occultation, Eclipsing binaries
Diameters for over
根据恒星体积的大小可以把它们分成以下几类：超巨星 (supergiant stars) R ~100-1000 R⊙
巨星 (giant stars) R ~10-100 R⊙
矮星 (dwarf stars) R ~ R⊙
恒星的大小分布为：
从10-5 R⊙ (中子星)
到103R⊙ (超巨星)
§5.2 恒星的星等
1. 恒星的光度和亮度
光度L (luminosity)：天体在单位时间内辐射的总能量，是恒星的固有量。
亮度F (brightness)：在地球上单位时间单位面积接收到的天体的辐射量。
视亮度的大小取决于三个因素：天体的光度、距离和星际物质对辐射的吸收和散射。
天文学家在此基础上建立了星等系统，定义星等相差5等的天体亮度相差100倍，即星等每相差1等，亮度相差 (100)1/5=100.4≈2.512倍。
星等分别为m1和m2的恒星亮度之比为
F
1
/F2 = 10-0.4 (m1-m2)
m
1－m
2
=－2.5log (F
1
/F2)
或
m =－2.5log (F/F
)，其中F0为定标常数。
部分天体的视星等
多色测光系统 (multicolor photometric systems) l UBVRI宽带测光系统
R (red) –红光波段星等
I (infrared) –红外波段星等
多色测光系统 (multicolor photometric systems) l uvby窄带测光系统
色指数 (color index) —在不同波段测量得到的星等之差，如U-B, B-V等。
由于天体的颜色和辐射谱的形状取决于表面温度的高低，色指数的大小反映了天体的温度。
§5.3 恒星的光谱和赫罗图
1. 恒星光谱 (stellar spectrum)
典型的恒星光谱由连续谱和吸收线构成。
2. 恒星光谱的形成
恒星的连续谱来自相对较热、致密的恒星内部。
吸收线来自较冷、稀薄的恒星大气。
3. 恒星的温度与光谱
恒星的特征谱线强度提供了恒星的表面温
度的信息。
例如， A型星的H线最
强，温度比A型星低或
高的恒星， H线都相
对较弱。
不同温度恒星的特征谱线强度
3
2
1。