天文学导论
天文学导论是一门介绍天文学基础知识的课程。
天文学是研究天体及宇宙现象的学科，它涉及的内容非常广泛，包括天体物理学、天体化学、天体生物学、天体力学等等。
天文学导论主要介绍天文学的基本概念、基础原理以及研究方法。
在天文学导论中，学生将学习到宇宙的基本构造和演化史，包括宇宙大爆炸、恒星形成和演化、星系的形成和演化等。
学生还将了解行星和卫星的形成和演化，以及它们与太阳系的关系。
此外，天文学导论还会介绍宇宙中的黑洞、暗物质、暗能量等神秘物质和现象。
在天文学导论中，学生将学习到天文学的测
量方法，包括望远镜观测、天文摄影、光度
测量、频谱分析等等。
学生还将学习到天文
计算的基本方法，包括天体力学、宇宙学、
恒星演化和星系演化等等。
通过这些学习，
学生将能够理解天文学研究的基本方法和技术，为将来的天文研究打下坚实的基础。
在天文学导论中，学生还将学习到天文学的
历史和文化背景。
天文学是人类的一项重要
文化遗产，自古以来就受到人们的关注和尊重。
学生将了解到不同文化中对天文学的理
解和解释，包括古希腊、古埃及、中国、印
度等等。
通过了解天文学的历史和文化背景，学生将更深入地了解天文学的意义和价值。
总之，天文学导论是一门非常重要的课程，它将为学生打开探索宇宙的大门，帮助他们理解宇宙和地球的关系，提高他们的科学素养和思维能力。
天文学导论
位于小行星带的矮行星。
• 有液态水，能接受一些阳光，
有生命存在的可能
著名的彗星——哈雷彗星
• 人类首颗有记录的周期彗星 • 唯一能用肉眼直接从地球看
见的短周期彗星
• 公转周期：约76年 • 英国物理学家爱德蒙·哈雷首
先测定其轨道数据并成功预 言回归时间而得名
• 下次出现：2061年7月28日
人造天体
中子星合并
致密天体——白矮星
• 大小：约地球大小 • 密度：100-10000kg/cm3 • 实例：天狼星伴星 • 太阳的质量，地球的大小 • 天狼星是全天第一亮恒星
致密天体——中子星
• 大小：半径10-30km • 密度：1014-1015kg/cm3 • 实例：蟹状星云中的中子星
PSR 0531+21
• 以天文学家爱德温·哈勃命名 • 它在地球轨道上并且围绕地
球的太空空间望远镜，它于 1990年4月24日在成功发射。
其他类型的望远镜
• 射电望远镜 • X射线望远镜 • 红外望远镜
• 这些望远镜观测不同种类的
电磁波，获得多种多样的信 息，丰富了人类对宇宙的认 识。
世界最大射电望远镜——FAST
辨率和谱分辨率。
感谢你们的到来
语大义之方，论万物之理。受益终生
On the principle of all things. Benefit for life! To everyone who is doing it, I hope you can chase the result you want
清华天文学导论复习资料
天文学导论复习资料88个星座天狼星：官方名为大犬座α星双星、聚星、星团最亮的星：天狼星牛郎织女相距16光年头顶的星空取决于你在地球表面上的纬度和当地时间（经度）天体在天球上东升西落所经历的轨迹（星轨）称为天体的周日视运动太阳每天东升西落，于当地正午通过子午线达到最高点（上中天）太阳连续两次到达子午线（正午）的时间间隔，称为一个太阳日，即一天，定义为24小时世界时与本地时间的转换：北京时间= UT + 8小时北极：所有星星沿与地平面平行的圆轨迹运行，从不下落在各地：九十度-纬度=可见星的角度天赤道平面与地面的夹角= 90 度-观测者所在地理位置的纬度在地球上无论何时何地：天赤道总是与地平面精确地相交于正东正西方向总能看到1/2天赤道特例：在地球两极，天赤道=地平线天赤道是一个方向，不是一个位置天体的运行轨迹平面与地平面的夹角为：90 度-观测者所在地理位置的纬度（=天赤道与地面的夹角）所有恒星沿与天赤道平行的路径由东向西运动在北京：向东看天体从东偏北方向升起天体向西偏北方向落下在南半球？北半球：北逆南顺赤道上所有星在地平面上12小时所有星垂直于地平面升起和下落，“可见所有星”任何通过子午线的天体都处于距离地平面的最高位置：过中天太阳一年的轨迹是8，赤道是线段地球公转+ 地球自转轴倾斜是星辰周日视运动规律变化的原因每晚同一时刻，看到的星空在连续向西移动每（白）天同一时刻，太阳相对于背景恒星的位置也在连续向东移动整个天球包括太阳一天转动一圈，但通过仔细观察你会发现这个规律并不完全正确，因为每昼同一时刻，太阳位置相对于星星向东缓慢移动每晚同一时刻，星星位置（通过子午线时刻）在缓慢向西移动（TiQian）太阳再回到原处（相对于相同的背景星）的周期为一年（~365.24天）太阳在天球上的周年视运动的轨迹（大圆）称为黄道太阳共走了360 度每天向东移动大约1度~ 2个太阳视直径太阳日（= 24小时）：太阳连续两次到达子午线的时间间隔（“地球相对于太阳的自转”）太阳时恒星日（sidereal day）：恒星连续两次到达子午线的时间间隔（地球相对于任一恒星的自转）恒星时恒星有方向，太阳有位置一个特定星星一个月后升起的时间将提前约2个小时：30 d ×4 分钟/天= 120 分= 2 小时一年后这颗恒星将在同一时刻升起：2 小时x 12 月/年= 24 小时天赤道和黄道面相交的两点分别称为春分点和秋分点在假想的天球上描述天体相对于参考点的距离（即天体的坐标），天文学家使用“角距离”而非长度单位（千米等）两个天体之间的距离常用它们与观测者视线方向之间的夹角表示，即角距天体的大小则用天体两个边缘与观测者视线方向之间的夹角表示，即角大小：以角度表示的视直径赤经用小时、分和秒的时间单位来表示，起点为春分点，在天赤道上由西向东由0小时增加到24小时（即“恒星日”对应太阳日的23小时56分）地球“24小时”自转一周360度赤经“1小时”对应地球自转15度北极星Polaris：RA = 2小时31分，Dec = 89 度15 分天狼星Sirius: RA = 6小时45分, Dec = –16度43分赤经越大越晚上天北京某晚某时刻的地方恒星时为7小时，天狼星的位置在子午线以西15分，天赤道以南16度43分的地方那么，半年后的北京同时刻的地方恒星时大约是多少？北京那时晚上能否看到天狼星？答案：地方恒星时为19小时天狼星的时角=19小时-6小时45分=12小时15分晚上不可见参考起点：已知太阳在春分（夏至、秋分、冬至）时的视赤经 + 恒星时定义东经120度北京时间正午12点的地方恒星时（近似！）换算为北京时间晚上某时刻的换算为某天的北京时间晚上相同时刻的换算为北京经度的北京时间晚上相同时刻的北京的地方恒星时北天极的位置以北黄极为中心画一大圆（黄道固定+）天赤道移动春（秋）分点缓慢向西移动，每26,000年沿天赤道巡回一圈岁差：每年的二分点提前来临恒星的赤经和赤纬坐标以26000年为周期在非常缓慢地变化赤经和赤纬每100年大约变化1.4度，即恒星的赤经每20年增加约1分恒星的赤经和赤纬应标明年份，如公元1950.0年, 或2000.0年尽管在短期内改正微小，但对精确观测或经过相当长一段时间（如50年）这种改正效应是显著的月相：地球人所看到的月球被太阳所照亮的一半的大小月亮的会合周期(synodic period) ：新（满）月到新（满）月的时间间隔，~ 29.53 天月球相对于背景恒星也向东漂移，但月亮的漂移非常快，一天大约13度月球回到原处（相对于背景恒星）的周期约为27.32 天，即月球的恒星周期月球的公转周期是恒星周期~ 27.23天鑽石環（贝利珠）日食分为：日全食、日偏食、日环食月食和新月的区别？地球本影直径大于2.5倍月球直径月全食可持续大约1小时40分。
天文学导论_宇宙概观
• (μ ) micro = 0.00 000 1 = 10-6
中国特有的词冠
• 万 = 104 = 10 K (thousands) • 亿 = 108 = 100 Millions • “Billion = 109 = Giga = 10 亿” • Trillion = 1012 = Tera = 10,000 亿
长度单位Length Units :光年 light year
• 恒星和星系之间的距离是非常遥远的，所 以使用天文单位有的时候也不是很方便。 • c=300,000 km/s = 3 x105 km (in vacuum) • 测出光通过某段距离的时间，也就知道了 这个距离。
Examples: 月亮Moon: 光秒
几个概念
• Light year (ly 光年) – 光在一年里走过的距 离 (about 10 trillion (10 万亿) km) • Star 恒星–由炽热气体组成的、能自己发光 的球状或类球状天体。离地球最近的恒星 是太阳。其次是半人马座比邻星，它发出 的光到达地球需要4.22年。 • Planet 行星 – 在椭圆轨道上环绕太阳运行 的、近似球形的天体。行星本身一般不发 射可见光，而以表面反射太阳光而发亮。
光分Light minute
• A Light Year (ly) is the distance light travels in a year 1 ly = 9.4604x1015 metres (63,000 AU)
科学表示法 Scientific Notation
• 当我们在处理天文学数据的时候，如果按平时的 习惯来书写，我们会感到很tiresome ，因为有 Too many zeros… • 所以我们采用科学表示法，指数给出了零的个数。
天文学导论复习
•体积膨胀表面温度降低，但光度增加
2.红巨星支
He核体积持续缩小电子开始简并(压)
红巨星结构：非燃烧简并He核+燃烧H壳层+非燃烧H包层
（恒星沿RGB是加速向上攀升的）
3.氦闪
由于简并，He核温度上升但不膨胀
氦闪后，电子简并解除
恒星进入一个新的稳定态：He在正常的非简并的核内燃烧成为C，H在壳层内燃烧成为He
3.牛顿的万有引力定律
牛顿万有引力定律适用于弱引力场，例如太阳系（水星除外）
4.爱因斯坦的相对论
长度、时间和质量是相对的，依赖观测者相对于所选定的参考系的运动
三．辐射与天文望远镜
1.电磁（波）辐射
2.黑体辐射
物件加热：低温红外线，温度升高红光黄光白光蓝光
黑体谱的形状只与物体(恒星)的表面温度有关
维恩位移定律：温度降低，黑体谱的峰值向长波方向移动
6.太阳系的形成
六．系外行星
1.引言：系外行星存在的证据
尘埃盘(Dust Disks)暗示行星的存在
2.方法：探测系外行星的5大技术
直接成像法
天体测量学法
视向速度法—多普勒效应
凌星法
微引力透镜法
时间测量法
3.历史：不该有行星的脉冲星
4.特征：系外行星与太阳系大不同
5.方向：寻找类地行星的宏伟计划
6.目的：搜寻地外生命与智慧生命
2.类地行星
一般特征：像地球，靠近太阳，铁（镍）核心和岩石外壳，没有或极少卫星，体积小，质量不大，致密，密度= 4-5 g/cm3，大气稀薄
水星
几乎没有大气，水星表面昼夜温差极大
金星
天文学导论 (3)
行星的密度
土星：等效直径 ~ 59 000 km V = 7.76x1023 m3, M= 5.7x1026 kg 平均密度 = 662 kgm-3 (= 687 kgm-3 )志”：金星、木星、土星 行星雷达
水星太小！ 金星：有云
多普勒展宽：转动速度 金星：1960s，T=243.01天，比公转周 期长18.3天！而且反转
次级大气
金星、地球、火星：火山喷发（水蒸气、二氧化 碳、二氧化硫、硫化氢、氨气、氮气以及氧化氮 等） 1%为原初大气 金星和火星中外层大气中的水分子受到紫外光线 的照射分解为H+OH，从大气层中逃逸
地球大气的演化
原初大气：氢气和氦气，逃逸 次级大气：火山喷发，二氧化碳、水蒸气以及一些氮气， 无氧气，是目前大气的100倍 地球变冷：二氧化碳融入海洋，沉淀为碳酸盐 33亿年前，细菌，产生氧气，持续大概10亿年；细菌、氧 气以及氨气相互作用，产生氮气；紫外光照射氨气，光解 离产生氮气 植被增加，产生氧气，臭氧层开始形成，吸收紫外光，生 命在陆地上以及海洋中形成 2亿年前，大气的成份：~35%氧气，剩下主要是氮气以及 次级气体（不容易融入水） 火山活动：二氧化碳，地球变暖，适合生命生存，二氧化 碳融入水（碳酸盐，沉入大海），地球运动又释放到大气 中
25’’
13.89’’
24.31’’
轨道倾角：
地球：0度
水星：7度
冥王星：17度
Eris：44.2度
其它行星的轨道倾角很小
行星的特性
质量的测定
存在天然的卫星：地球、金星、木星、土星、天 王星、海王星、冥王星（Charon）、Eris （Dysnomia） 在轨人造卫星：麦哲伦宇宙飞船绕金星 人造卫星飞经：如水手10号飞经水星 金星质量的测定 Phobos：T=7h39.2m=27552s，a=9.3772x106m
-天文学导论第二讲-天体的运动
伽利略：望远镜与运动学定律
Galileo Galilei (1564-1642)
意大利天文学家与（实验）物理学家
提供了证明哥白尼学说至关重要的天文观测
奠定了正确理解物体在地球表面运动的动力 学和引力的基础
《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》《星空使者》
伽利略与望远镜
望远镜不是伽利略发明的，荷兰商人发明了 望远镜 伽利略是“第一个”(1609年)使用望远镜观 测天空的人，首次利用仪器增强人类的天文 观测能力
自由下落 = 自由漂浮
失重：没有实验能区分这两种情况
惯性参考系
引力（加速度）= 等效的匀加速度
静止在地 球表面 g= 9.8 m/s2
无引力场 中向上加 速度 a = g = 9.8 m/s2
两个电梯内（非惯性参考系）的实验结果相同： 小球下落的加速度都是 9.8 m/s2 ，不能区分
等效原理 Equivalence Principle
[牛顿的绝对时空]
狭义相对论效应
对于以相对论速度做匀速直线运动的物体， 一个静止的观测者将会发现【在运动方向上】 该物体的：
1. 长度收缩 (length contraction) [ 尺子变短 ] 2. 时间膨胀 (time dilation) [ 时钟变缓 ] 3. 惯性（质量）增加
光速不变
牛顿万有引力定律适用于弱 引力场，例如太阳系（水星 除外）
高速和强引力场
高速（v>0.1c）情况下会发生什么新现象？ 强引力场的时空性质如何？
爱因斯坦(Albert Einstein 1879-1955)对空间和 时间中的运动和引力做出了新的诠释：
狭义相对论 Special Relativity (1905) 广义相对论 General Relativity (1915)
天文学导论 教学大纲
教学大纲：“天文学入门”（天文学导论Ⅰ）：40学时；第一章天球坐标系第二章时间计量系统第三章天文望远镜简介第四章第四章太阳系概述实验题目：1、天球仪的使用及认星2、天文望远镜的使用3、行星、月球的目视观测4、参观国家天文台兴隆观测站5、参观国家天文台怀柔观测站6、参观北京天文馆7、参观航天城 8、参观国家天文台密云观测站“近代天文学前沿”：20学时；宇宙的膨胀与哈勃定律；热大爆炸宇宙模型；20世纪的重大天文发现；天体物理学中的疑难问题；空间天文学的发展；人类开拓太空。
“天文学导论”：60学时；第一章绪论第二章恒星的基本概念第三章恒星光谱和化学组成第四章恒星的颜色和光谱能量分布第五章天文观测方法第六章离我们最近的恒星─太阳第七章双星第八章变星第九章致密天体第十章赫罗图和恒星的演化第十一章星云和恒星的形成第十二章银河系第十三章河外星系第十四章活动星系第十五章宇宙学“天文学导论实验”：40学时实验一：天文年历、星表、星图的使用实验二：流星和流星雨的观测实验三: 天文望远镜的使用与光学性能的测定实验四：太阳黑子的投影观测及数据处理实验五：太阳光球光谱的拍摄与证认实验六：恒星光谱分类实验七：目视双星的目视观测实验八：目视双星的CCD观测实验九: 星系星云的CCD成像观测实验十: 星系的哈勃分类实验十一：河外星系红移的测定实验十二：CCD的性能指标的测试实验十三：星系星云的CCD观测彩色图像的合成及资料处理实验十四：用周光关系测定造父变星的距离一、课程目的和任务本课程重点要求掌握天文学基本概念，主要是介绍天文学的基础知识，从学习中领会科学的思考和解决问题的方式，注重学生科学素质的培养。
通过天文学研究的新成就与新动态使学生了解天文学科在社会发展中的重大作用；注重课堂讲授与观测相结合，重点在于启迪学生的思路，拓宽学生的视野，培养学生发现问题，分析问题和解决问题的能力，使学生对天文学专业具有基本的了解，树立专业思想，热爱天文学专业。
天文学导论课件
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NGC5139 is also known as Omega Centauri, the largest and brightest globular in our skies.
42
M3 is one of the nicest globular clusters to grace the northern skies. It is located in the constellation Canes Venatici. (NGC5272，在猎犬座)
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Hubble Space Telescope
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天文学的观测工具——射电望远镜
NRAO 140 Foot Telescope, in Green Bank, West Virginia
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天文学的观测工具——空间探测器
Explorer 1-5 ， 1958：1-8
Pioneer 3 & 4 1958:12； 1959:3
天体是指太空中的一切实体，包括自然天体和人造 天体；各种形态的物质是指行星际、星际和星系际 的弥漫物质和各种微粒辐射流以及作为物质存在形 式的电磁场和引力场等。
地球大气层以内的物体和现象通常并不是天文学研 究的对象，除非源于太空。地球作为一个天体，也 属于天文学的研究范畴。
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2、天文学和气象学的区别和联系
(3) All other objects[3] orbiting the Sun shall be referred to collectively as "Small Solar System Bodies".
--------------------------------------------------------------------[1] The eight planets are: Mercury, Venus, Earth, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus,
天文学导论复习资料
天文学导论复习资料第一讲天文学导论●古希腊天文学：毕达哥拉斯，亚里斯多德（地球中心学说），托勒密的地球中心学说天文学的发展期：哥白尼、第谷、开普勒和伽利略牛顿的万有引力定律爱因斯坦的相对论●开普勒第一定律：（轨道形状）所有行星皆以椭圆轨道环绕太阳运行，而太阳位于椭圆的一个焦点上●开普勒第二定律：（行星速度）行星和太阳的（假想）连线在相同的时间内扫过相等的面积。
行星越接近太阳则运行速度越快近日点，运动最快远日点，运动最慢●开普勒第三定律：（轨道周期）行星公转周期的平方和其到太阳的平均距离的立方成正比(公转周期)2 = (常数) x (平均距离)3第二讲天体的视运动●月相与食无关天体的视运动月全食时月亮变为黄铜色或血红色，这是由于地球大气中的尘埃颗粒折射阳光中的红光并到达月球所致●内行星：水星，金星外行星：火星、木星、土星、天王星和海王星●头顶的星空取决于你在地球表面上的位置和当地时间●北京时间正午12点（东经120度）时，北京地方时（东经116.5度）即太阳时为11点46分，所以此时北京的太阳在子午线以东约3.5度，再过约14分钟北京“真”正午●南北天极：不变的参考点北天极：北极星南天极：南十字座●天赤道：不变的参考点所有恒星沿与天赤道平行的路径由东向西运动（圆弧轨迹在地球两极，天赤道=地平线●天顶、地平线和子午线：本地参考系天顶和子午线的位置不随观测者的地平线移动相对于星星来讲，天顶和子午线的位置在变天体的运行（圆弧）轨迹与地平面的夹角为：90 度-观测者所在地理位置的纬度（=天赤道与地面夹角）●在北极：所有星星沿与地平面平行的圆轨迹运行，从不下落赤道上：所有星垂直于地平面升起和下落“可见所有星”●太阳在天球上的视运动轨迹称为黄道●太阳日=24小时：太阳连续两次到达子午线的时间恒星日=23小时56分：恒星连续两次到达子午线的时间恒星日是地球真实的自转周期，不随其绕太阳公转而变化，均为23小时56分●月球回到原处（相对于恒星）的周期约为27.323 天，此为恒星周期●两个天体之间的距离常用它们与观测者之间的夹角表示，即角距●北京：东经116度22分；北纬39度58分本初子午线：格林尼治天文台●把地球的经度、纬度投影到天球上便成为天球的赤道坐标系赤纬：从天赤道开始至两极Dec [–90，90] 度赤经：用小时、分和秒的时间单位来表示，并由西向东由0增加到24小时赤经的计算起点为春分点，在天赤道上由西向东分为24小时地球“24小时”自转一周360度赤经1小时对应地球自转15度对于赤经相差1小时的两颗恒星，例如，RA2-RA1= +1小时：恒星1比恒星2早1小时通过你的子午线（上中天）如果不是拱极星，恒星1比恒星2早1小时从东方升起●某地某时刻的恒星时等于此时此刻位于子午线上的恒星的赤经（天球上与子午线重合的赤经）赤经小于地方恒星时的恒星位于子午线以西赤经大于地方恒星时的恒星位于子午线以东●一颗恒星的时角τ、赤经α和当地的恒星时θ之间的关系为τ= θ?ατ< 0, 在子午线以东（α>θ）τ> 0, 在子午线以西（α<θ）第三讲辐射与天文望远镜●黑体谱：连续谱的形状只与物体(恒星)的表面温度有关其峰值波长（颜色）由其表面温度决定温度降低，黑体谱的峰值向长波方向移动冷物体产生长波（低频）辐射热物体产生短波（高频）辐射●辐射的平方反比定律：强度x 距离2 = 常数（恒星辐射能力）●关于天文望远镜的常见误解(wrong) 放大作用:大型望远镜把天体放得更大(Right) 聚光作用：使（暗弱）天体的图像更亮更清晰(wrong) 望远镜究竟可以看到多远的天体？只要一个物体足够亮，无论多远都可以看到(right) 望远镜可以看到多暗的天体？或望远镜可以看到几等星?只要一个物体足够暗，无论多近都看●光学望远镜的类型：折射式望远镜反射式望远镜第四讲太阳系(1) 行星●行星是一个具有如下性质的天体：（a）位于围绕太阳的轨道上，（b）有足够大的质量来克服固体应力以达到流体静力平衡的形状(近于球形)，以及（c）已经清空了其轨道附近的区域。
天文学导论习题答案
(50)
该行星的密度与木星的密度比为：
ρp = Mp · ρJ MJ
Dp DJ
−3
= 0.69 ×
2.1 × 105 1.42 × 105
−3
= 0.21
(51)
11
12
第五章 望远镜的基本原理
1. 暗7个星等需要的放大倍数为：
A = 2.5127 = 631
(52)
由A = (D/d)2，其中D为望远镜的口径，d为人眼在夜间瞳孔的直径，
Npp
=
F ∗A ∆mc2
=
1300 × 1 4.6 × 10−29 × (3 × 108)2
=
3.14 × 1014
(30)
每个质子-质子链产生两个电子型的中微子，因此单位面积上照射的中微
子数目为：
Nν = 2Npp = 6.28 × 1014
(31)
7
在 北 纬620处 ， 中 午 太 阳 照 射 的 角 度 与 地 面 的 法 线 方 向 的 夹 角 为θ = 620 − 23.50 = 38.50， 因此，照射到A = 1m2上的中微子数目为：
rperi = a(1 − e) = 3.844 × 108 × (1 − 0.056) = 3.629 × 108m
(25)
远地点为：
rap = a(1 + e) = 3.844 × 108 × (1 + 0.056) = 4.059 × 108m (26)
在地球上看来太阳的角直径为：
θ
d =
= 1.39 × 109 = 0.927 × 10−2
40其中5710278k4110如果t278100000773au4230101712142010181043转动周期p为121018102110066years44第第第四四四章章章太太太阳阳阳系系系外外外行行行星星星38101145由恒星的视向速度v3012610601046根据质心的定义得到行星的质量m6010381011157101au6010272010331510113010451048太阳的视向速度v为