清华大学天文学导论笔记
天文学史
开普勒三定律（椭圆轨道、运行速度、轨道与周期）
引力摄动：另一颗行星的引力导致某行星绕太阳的运动不符合两体假设非牛顿引力摄动：水星、金星近日点进动验证了爱因斯坦广义相对论
钟慢效应：μ介子寿命为×10-6s，以光速运动也仅能行进600m，而宇宙射线在大气外层产生的近光速μ介子却可以以到达地球表面。
引力透镜：由于质量对光的吸引，若被观测的星体与观测者连线上有大质量星系（透镜星系），观测者可能观察到多个像（爱因斯坦十字、双爱因斯坦环）
天体视运动
天体的周日视运动：由于地球自转导致的天体视运动
太阳：东升西落，与当地正午通过天子午线达到最高点，两次通过子午线间的时间为一太阳日（24h）
北京东经度，东八区标准东经120度，北京时间正午12时时北京的太阳时为11点46分
赤道参考系：
把天空幻想为大球，北极指向北天极，南极指向南天极，赤道扩展为天赤道。北天极对地面的高度等于北半球该地的纬度。天赤道与天极的弧距离总是90度，与地平面相交于正东正西方向，且恰好看到一半。天球自东向西旋转，每小时旋转15度，所有星体的视运动轨迹都平行于天赤道。
地平参考系：
以正头顶为天顶，子午线从正南到正北穿过南天极、天顶和北天极平分天球。本地参考系中天体位置在始终改变。
赤道上，一切星体都垂直于地平面升起和落下，所有星体都可见且在地平面上方12个小时
周年视运动：天球坐标系上恒星的坐标固定，由于地球公转导致太阳在天球上向东运动。这也导致了每天同一时间天空状况不同（因为太阳时制）太阳：太阳在天球上的位置始终自西向东移动，每年环绕天球一周，其在天球上的轨迹称为黄道。太阳绕天球一周的时间是天。
太阳日：24h，太阳连续两次到达子午线的时间。
恒星日：23h56min，恒星连续两次到达子午线的时间。恒星日表明了地球自转的真实周期。
由于太阳一直向东运动，所以恒星比太阳运动的快一点。由于我们使用太阳时，恒星每天升起、穿过子午线、下落的时间都要提前约4分钟，经过一个太阳年后回到原地。
4min/day=360degrees
365.24days
24×60min
360degrees
月球视运动：月球也在天球上向东漂移，天后回到原处。月球的盈亏周期称为交合周期，为天
黄道与节气：黄道与天赤道夹角为度，且相交于春分点和秋分点。按顺序距这两点最远的点是夏至点和冬至点。
天球坐标系
把地球的经纬网络透射到天球上构成了赤道坐标系，在赤道坐标系中恒星的赤道坐标固定不变
赤纬(Dec, declination)：用δ表示，天赤道0度，北天极+90度，南天极-90度
赤经(RA, right ascension)：用α表示，从春分点算起，在天赤道上由西向东分为24小时。
例子：
Polaris: RA=2h31min, Dec=89?15’Sirius: RA=6h45min, Dec=-16?43’
若A星比B星的RA大1h，则通过子午线、地平线时，B比A早1h
恒星时：某地某时刻的恒星时等于此时此刻与子午线重合的赤经。恒星日比太阳日短，所以恒星时比太阳时快。
时角τ=θ –α，τ <0表明恒星在子午线以东。-6<τ<6时天体可见。地轴进动：北天极在不断运动，带动天赤道移动，春分点向西移动，每20年约移动1min
辐射与望远镜
光源相对于观测者的运动会导致观察到的辐射频率改变，称为多普勒效应。
Δλλ0=v v
因此，吸收光谱中一些特征谱线（如氢的Balmer线系）会发生移动望远镜的功能：
1.聚光
I telescope =(v vvvvvvvvv v 0
)2v 0 2.减小衍射，提高角分辨率
δ=1.22λD telescope
大气窗口：地球大气层对可见光、小部分近红外线和部分无线电波透明，其他波段的光会被完全吸收（水蒸气阻止红外辐射2~10km ，臭氧阻止紫外辐射20~40km ，原子和分子阻止高能射线）
空间望远镜：可以接受更广的波段（红外观测深空），不受天气和大气扰动的影响
太阳系
太阳系内绝大部分质量（%）集中在太阳。除太阳外太阳系绝大部分质量集中在气态巨行星（木星、土星、天王星、海王星）
所有行星围绕太阳公转的方向都一致，且和太阳的自转方向一致。而且大部分行星的自转和公转同向。
类地行星
1.靠近太阳
2.铁（镍）核心和岩石外壳
3.没有或极少卫星
4.体积小，质量不大而密度大
5.大气稀薄
水星
铁质，0卫星，地面阳光亮度极大无法观察，布满陨石坑，稀薄大气，主要是气态钠和氦气，表面昼夜温差极大
金星
距地球最近的行星，等，云层反射率极高。自转轴方向与公转方向相反，也和其他行星相反，自转轴几乎与公转平面垂直，没有四季之分。
自转周期243天。气压为地球的90倍，90%二氧化碳、3%氮气、少量二氧化硫，温室效应严重，表面各处温差很小且没有昼夜温差，是太阳系最热的行星。表面被硫酸云覆盖，因此陨石坑很少
地球
平均比重，是密度最大的行星，1卫星。最深处为铁镍的地核，内核固态外核液态，天然放射性物质维持地热。地心旋转导致了地球磁场，磁轴不通过地球中心。地磁场俘获太阳风中的带电粒子并导向两磁极，导致了极光。月球和太阳导致了潮汐
月球
月球内部活动已经停止，有简单和复杂环形山，引力太小不能舒服大气，温度从-100摄氏度到130摄氏度，平均表面温度-42摄氏度。月球成因
火星
质量仅为地球的1/10，大气压为地球的1%，大气主要为二氧化碳，平均气温极低，温差极大，气候剧烈变化，多风多沙尘暴。可能有水。
没有活火山但有火山活动痕迹，有极深的峡谷。2卫星，已潮汐锁定类木行星
1.体积大，质量大，密度小（比重~）
2.拥有许多卫星
3.岩石或者铁和信，液态
4.大气层浓密，自转较快
木星
与赤道平行的云带，太阳系内体积和质量最大的行星，比重，自转周期10小时，导致两极扁平。内部引力坍缩，引力势能转化为热能，导致木星向外辐射能量超过从太阳得到的能量，但未发生核反应。主要成分为氢和氦，气压极大核心为金属相的氢，所以磁场十分强大，有持续300年的大红斑和暗淡光环，四颗伽利略卫星，61卫星
土星
密度最低，为，与木星相似，光环和卡西尼缝。光环的内外围有一颗卫星，称为牧羊卫星，其引力作用将离群的碎片拉回光环。有31~61颗卫星最着名的是土卫六Titan（最大的土星卫星，浓厚的氮气大气，甲烷湖泊，生命）。
天王星
轨道周期84年，60K，主要成分为H和He，大气中的甲烷散射蓝光，大气较为平静。自转轴几乎与公转平面平行，所以季节变化极端。与土星和木星相似，有岩石核心，有光环。
海王星
与天王星极为相似，蓝色。大气活跃，有小黑斑
矮行星
谷神星（火星与木星之间，所含淡水比地球多），冥王星（密度，大气主要为氮，轨道偏心率极大，周期248年，自转周期天，与第戎构成双行星，且互相潮汐锁定）
小行星带
阿登型：地球轨道以内
阿莫尔型：地球轨道外侧
阿波罗型：地球与火星之间
特洛伊型：与木星轨道相同
最大的小行星是谷神星，岩石，铁/镍，碳三种
彗星
是太阳系构建过正中遗留的碎片，反映了太阳系的起源。与小行星成分相同，由夹杂了岩石的水冰构成。分为开放轨道（双曲线，仅经过太阳一次）和封闭轨道（椭圆，周期）
彗星可能来源于柯伊伯带或者太阳系最外侧的球壳状的奥尔特云。
流星
流星体一般小于10米，可能来自小行星带或者彗星残留。流星是流星体高速进入地球大气层时的发光的现象。地球穿过彗星轨道时，彗星一路散落的残骸会进入地球大气层形成流星雨。流星落到地面形成陨石，陨石的年龄和太阳系相同，可能含有氨基酸，是原始生命的征兆。太阳系的起源
太阳自转，行星公转、大部分行星自转均同向，且太阳的自转轴与行星轨
道垂直，内行星金属含量高且致密，外行星密度小，富含氢，小行星的化学成分与行星、卫星都不同。
星云假说
尺度数光年的星云被超新星冲击波出发，引力克服气压坍缩，尺度减小，自转加快。自转方向上的离心力平衡引力，径向坍缩减慢，自转轴方向的坍缩不受影响，星云变得扁平，坍缩为原始恒星和吸积盘。
吸积盘中尘埃互相吸引，密度涨落产生了一些~100米的小天体。一些小天体在互相碰撞过程中被击碎，一些吸引尘埃增长到1公里以上的星子，星子可以保持稳定并吸引更小的小天体而增长，最终生长为行星。吸积盘内部尘埃下落距离更长所以内盘更热，挥发性物质只能在外盘保留，内盘保留了难熔物。
原始行星周围也形成了吸积盘，最终形成了卫星。也有一些卫星是被俘获的小行星（火星），或星子与地球碰撞的残骸。小行星和彗星是未能长大的星子
系外行星
恒星太亮，导致无法发现其周围的行星。但是可以在系外恒星周围发现尘埃环，因为反射光亮度随反射体直径平方增强，单位体积中反射体数目随直径立方增多，所以颗粒越小，散射的恒星光越多。
观察系外行星：
1. 可以通过直接成像的方法发现系外行星，
2. 也可以通过观测恒星在垂直视线方向的摆动来推测行星轨道。
3. 还可以通过多普勒效应观测恒星在视线方向的运动测量行星轨道。
4. 行星挡在恒星前的时候恒星会变暗
5. 当恒星-行星系统从引力透镜后面经过后，亮度会提高
系外行星与太阳系行星的区别
1. 存在“热木星”：质量巨大，与恒星极为靠近
2. 轨道偏心率极大
系外生命：
1. 超级地球：岩质，质量与地球相近（5~10倍）
2. 存在液态水
3. 大气、光谱由于生命活动而发生变化
太阳
太阳的直径为109倍地球直径，平均比重，核心比重150，72%H(w)，26%He(w)太阳是气态恒星，表面自转速度不同，赤道自转周期25日，极点附近35日。
辐射区：核反应产生γ光子，激发其他物质释放能量较低的光子，导致辐射转移：光子数增多，能量降低。
对流区：能量以对流形式传播，气体温度降低，光子被吸收的概率增加，因此辐射转移的效率下降，对流称为主要传热手段。
光球层：太阳的光学表面层，非常薄，气体密度恰好可以使光线通过，又不会被更外层的原子吸收。温度5800K。从核心产生的γ光子需要数万年才会以几千个可见光光子的形式到达太阳表面（光球层）（random walk）
一些气体在对流层吸收能量上升到光球层，释放热量变冷以后在沉降会对流区，形成米粒组织。
色球层：光球层之上，亮度低，温度比光球层高，有针状体细小突起
日冕：密度极低，可以延伸到太阳半径10倍以上，温度高达106 K
太阳的能量来自于热核反应，5%以电子中微子的形式释放，其余以电磁辐射形式释放。
太阳黑子是光球层中温度较低(4200K)的区域，数目变化以11年为周期，太阳黑子成对出现且有强磁场相连，磁场阻止了对流层热气体上升至光球层，从而导致黑子温度较低。太阳黑子数目和地球气候有相关性。
日珥是色球层中被太阳磁场束缚的气体爆发后产生的强劲气流
耀斑是更猛烈地爆发，会释放强大的紫外线、可见光和太阳风。耀斑爆发的粒子云可达，以太阳风形式1~2天抵达地球。
太阳风：来源于日冕，飞离太阳的的侄子和电子，速度400~500km/s，约经4天抵达地球。太阳风在地球磁场作用下移向两极形成极光。
日珥、耀斑、黑子和太阳磁场都相关。
太阳正在变大，变亮
太阳表面的小区域在进行震荡。
恒星
被自身引力束缚，在核心发生热核反应的气态球。
距离测量：相隔半年时间恒星视位置的变化称为恒星视差p（用角秒表示），三角法给出d=1/p，1角秒对应的d称为1个pc（1个秒差距）。恒星越远，
视差越小。
(v/v0)，选择定标值v0作为0等星亮度。恒星视亮度：v=?2.5log
10
距离加倍，星等约增加
绝对星等：恒星在10pc处的视星等
光度：L=4πd2v，低光度恒星更多
恒星颜色：由表面温度对应的黑体谱决定
用Wien位移定律确定恒星表面温度，用Stefan-Boltzmann定律确定恒星半径
v peak v=2900μm?K
v=4vv2vv4
恒星化学成分：恒星光谱中的吸收线（主要为氢和氦）
恒星光谱分类：
从热到冷
Oh Be A Fine Girl, Kiss Me!
每型分为10个次型，最热O3，太阳G2
热星中吸收线较少，冷星中有较多吸收线并由分子的吸收带
更冷的L,T
赫-罗图：恒星光度和表面温度的关系
主序星：温度越高光度越大（赫-罗图中向左温度高，主序星位于左上到右下区域）
矮星：温度高光度低→体积小
巨星和超巨型：温度低光度高→体积大
主序星是恒星的正常演化进程，巨星和矮星是恒星的死亡
确定恒星在主序带上的位置就可以确定它的光度、温度和半径。恒星在主序带上的位置由其质量决定
双星：目视双星（两个亮点），分光双星（吸收线有两套，进行相反的多普勒位移），食双星（暗星遮挡亮星使光度下降），天体测量双星（波浪前进）
星团：疏散星团（年轻，有星际气体，密度小，蓝巨星，昴星团），球状星团（年老，无星际气体，密集，大量红巨星，M80）
恒星形成
星际介质：
地球大气~1019/cm3，星际气体<1/cm3，宇宙平均1/m3
星际尘埃：1~300nm，吸附物质长大，强烈地吸收短波辐射。银河系在光学波段有很多被消光的暗带，用近红外观测可以看到银河系全貌。远红外波段观测到的几乎都是尘埃的热辐射(~100K)
星际云与云际气体：50%星际气体集中在2%空间内，其他弥散在98%的云际空间。炽热云际气体被超新星爆发加热至~1 million K。温暖云际气体可被星光电离为等离子体并发出特征谱线。
被O、B型恒星强烈紫外辐射电离的致密星际云称为HII区，这里正在产生恒星。
中性氢原子的自耦磁能级分裂使其发射21cm线（11million yrs/photon），可以研究中性氢的分布。星际云较冷也较致密~100K,1~100atoms/cm3，主要有中性氢构成。
分子云中含有有机分子，强烈吸收可见光，形成暗区，是恒星的摇篮。
分子云被炽热的云际介质束缚无法扩散，质量足够大时开始坍缩，致密的地方坍缩的更快，不对称性扩大，形成小分子云核，坍缩形成原恒星和吸积盘，大部分物质流向恒星，小部分留在吸积盘上形成行星。原恒星由引力供能，体积巨大，温度低，比太阳亮但是一般为红外波段，即使辐射可见光也被分子云吸收。引力能使恒星足够热（要求质量足够大）后，核聚变启动，进入主序带，由氢燃烧供能。
太小的原恒星无法点燃核反应，永远由引力坍缩供能，温度亮度极低
原恒星表面的负氢离子使恒星温度保持恒定，收缩过程中光度会下降
越大的恒星进入主序阶段越快，而且寿命也越短。这个时间远远短于主序段时间。所以年轻恒星很少。
主序星燃烧氢产生较稳定的氦，氦在主序星的核心堆积，压力变大恒星膨胀，沿主序带向上移动，亮度增加温度下降
小质量恒星的演化
1.亚巨星(SB)：在赫罗图上向右上方偏移，温度降至~1000K
2.红巨星(RGB)：压力足够让氦原子的电子简并，由负氢离子调节温度几乎不变，在赫罗图上加速上升，核心压力增大，氦核收缩，最终引燃3alpha 过程，3个氦核形成碳核，红巨星达到赫罗图上的顶点（氦闪）。简并氦核导热几块，几分钟内整个氦核的3alpha过程都被启动，正反馈使过程加速，同时热压使得简并解除。亮度急剧上升，持续几小时后，氦闪结束，剩余的非简并He核体积扩张，3alpha过程继续进行但是速率降低
氦闪过后，恒星收缩，向赫罗图左下方移动，进入水平支(HB)，HB星有He核和H核燃烧供能，行为与主序星类似但是燃料明显少于主序星，因此稳定时间仅5000万年，便进入渐进巨星支（AGB），碳核电子简并，引力增加，壳层压力上升，恒星半径再次扩大，H-温度不变，光度上升加快，经过类似RGB的过程，到达顶点后引力不足以维持外层，最后只留下裸露高温C核，没有能量来源，在赫罗图上竖直急剧下降，核心收缩直至电子完全简并，与引力平衡，形成热而小的碳白矮星。外层气体逃逸中被高温C核加热电离而发光，形成行星状星云，指示中心有一颗白矮星。白矮星最终辐射降温，沿等半径线在赫罗图上向下移动，成为黑矮星。白矮星的质量越大，半径越小！
双星系统如果质量差距较大，演化有时间差，大质量恒星形成白矮星后会把一部分质量流入小质量恒星加速其演化，小质量恒星膨胀中物质又会回到白矮星，导致超新星爆发。这个过程可以在一对双星间反复出现
Ia型超新星：可能比其所在星系还亮，是吸积白矮星的热核爆炸导致的，产生了大量铁
大质量恒星演化
明显比小质量恒星快、亮。内部温度足以引发CNO循环
12C+1H→ 13N+γ, 13N→13C+e++ν+γ, 13C+1H→14N+γ
14N+1H→15O+ γ , 15O→15N+e++ν+γ, 15N+1H→4He+12C
总反应：12C催化氢燃烧
12C + 4 1H + 2e- →12C + 4He + 2ν +7γ
大质量恒星核心区对流良好，化学成分均匀分布（小质量恒星核心区中心处氦丰度高于外层）
H烧光以后，大质量恒星的温度已经可以引发He燃烧，因此He不会简并，没有氦闪现象，由H燃烧到He燃烧的转化相当平稳，光度也没有明显变化，但开始膨胀，表面温度也下降，在赫罗图上水平向右运动
核心的He燃烧完以后，温度会超过8亿度，引发碳燃烧，生成钠氖镁等重元素（壳层仍有氢氦燃烧）
核心碳燃尽，引发Ne燃烧（壳层有C、He、H燃烧）
这样燃烧序列H-He-C-Ne-O-…，像洋葱一样，核心区供能元素逐渐更迭，壳层里面由核心区已燃尽的燃料燃烧，并由压力推动抛出星风，直到燃烧序列到达不能发生热核聚变的Fe
越重的元素燃烧效率越低，因此需要更快的燃烧速度才能平衡引力。而且重元素燃烧的能量会以中微子冷却方式快速向外传输导致恒星向内收缩，这也导致核心燃烧速率增大，持续时间降低。但是由于大量能量被中微子冷却带走，恒星光度增加不大。
最终稳定的Fe核心会坍缩，电子简并，温度进一步上升，仅需1s时间Fe 核的坍缩速率会提高到c/4，直到强相互作用阻止进一步坍缩，坍缩的骤然停止形成强大的反射激波，迅速达到壳层，形成II型超新星爆炸，合成比铁更重的元素，核心成为中子星或黑洞（核坍缩型超新星）
星风引起高质量损失率：Ib/Ic型超新星
超新星与元素合成、中子星和黑洞
光度达到10^7~10^10太阳光度，能量99%由中微子带走，1%动能，%可见光。
I型：光谱无H线，II型超新星光谱有H线
Ia型光变曲线很相似，可以做烛光。II型彼此相差很大
超新星抛出的大量物质与星际物质和磁场相互作用，并被超新星加热，会产生气体星云
宇宙大爆炸产生了H、He和极少量Li、Be、B，绝对没有产生C、O。比Fe 轻的元素可以由恒星合成，质量越大的恒星可以合成越重的元素，合成的元素最终通过超新星爆发喷射到星际空间。
比铁中的元素可以通过中子俘获反应合成，也可以通过β衰变合成
26Al只可能由超新星爆发合成，半衰期仅有100万年。太阳系很可能沐浴在近期一次超新星爆发的喷射物中，可能曾影响地球生命。
电子速度极高时会和质子结合产生中子和电子中微子，降低静电斥力和简并压，加速核心坍缩，密度足够大时形成简并态中子星，半径~10km，密度~10亿倍白矮星，温度极高
中子星质量越大，半径越小，有质量上限(Oppenheimer limit)约3个太阳质量
中子星有几厘米厚的大气，~固态Fe外壳，~原子核和游离中子、电子内壳，内部为超流中子和超导质子，核心密度极大，状态未知（夸克）
中子星磁场极强，自转时会沿磁轴发射电磁波，扫过地球时观察到脉冲，周期仅几秒，自转会逐渐变慢，每天10^-8s，获诺奖
双中子星系统轨道周期会逐渐减慢，这是因为加速运动中发出的引力波带走了能量和角动量，验证了广义相对论，获诺奖
超过Oppenheimer limit的中子星会继续收缩为黑洞，黑洞的视界将时空分为两部分，视界外的物质和能量可以进入视界内，但是不能反过来。不转动的中性黑洞称为史瓦西黑洞
转动的黑洞称为Kerr黑洞，有内外两个视界，两视界之间的物质由于黑洞自转可以逃离黑洞
黑洞仅有质量、角动量和电荷三个属性，没有任何复杂性质
如果真空涨落产生了一对正反粒子，反粒子被黑洞吸收而正粒子逃逸，黑洞的能量会减小，相当于释放出辐射，释放率反比于质量平方，寿命正比于质量立方
X射线双星：致密性和恒星构成双星系统，致密性吸积伴星物质时吸积盘升温会释放X射线
银河系
可见光波段有星尘导致的暗区。中性氢21cm波段聚集在非常薄的一层中。近红外可以看到恒星星光，和红巨星构成的银河系核球。远红外波段可以看到星尘辐射。X射线波段可以看到双星和超新星遗迹。Γ射线波段可以看到脉冲星和超大质量黑洞
星族I: 银盘和旋臂中，银道面内低速运动，年轻，富金属，1亿年
星族II: 贫金属，位于银晕和核球中，倾斜椭圆轨道高速运动，100亿年较差转动：太阳附近距银心越远转动角速度越慢
银河系外围（银晕、银冕中）有大量暗物质，银晕中有大量老年星团
暗物质小部分是不发光的物质，大部分是未知亚原子粒子
通过测量21cm谱的doppler位移确定速度
银心处恒星十分密集，强射电源，光学波段被星尘阻挡而黯淡，有几百万个太阳质量的超大质量黑洞，有几万光年跨度的巨大喷射泡，可能是相当于100个太阳质量的物质坠入中心黑洞产生的喷射
河外星系
梅西耶星表（仙女座大星系M31）新总表NGC(NGC224)
哈勃分类法：椭圆星系、透镜状星系、旋涡星系、棒旋星系、不规则星系
椭圆星系：按椭率分为E0至E7八个次型
主要有星族II恒星构成，没有星系盘，颜色偏红，无规则椭圆轨道运动，大小相差悬殊
旋涡星系：S
中心是椭球状核球，外面是扁平星系盘，有星系晕，星系盘颜色偏蓝，有尘埃，是恒星形成的位置。核球和星系晕颜色偏红，是II族恒星组成Sa：核球大，旋臂缠绕最紧
Sc：核球小，旋臂缠卷松
棒旋星系：SB
中心有棒状结构，旋臂源于棒的两端，符号SB
SBa：棒大，旋臂缠卷紧
SBc：棒小，旋臂缠卷松（银河系可能是SBb或SBc）
透镜状星系：有棒SB0，无棒S0
和椭圆星系相比，有星系盘。和旋涡星系相比，没有旋臂
不规则星系：Irr
没有旋臂和核区，富含星际气体、尘埃和年轻恒星
星系距离的测量：
以一些特殊光源可以根据某些其他参数估计光度
标准烛光源：
1. 主序星通过其光谱型推测光度，但太远的而且可以看到天体肯定不是主序星
2. 造父变形的光变周期和其光度成正比
3. Ia型超新星，由于白矮星有极限质量，Ia型超新星的光度即本相同，而且其（时间上的）最大光度越大，则其变暗越慢
4. 星系速度弥散越大，多普勒谱线越宽，质量越大，光度越高（旋涡星系Tully-Fisher,椭圆星系Faber-Jackson）
5. 红移法（哈勃定律）
距离阶梯
地球1光时 100角秒10000角秒150万角秒2000万角秒
1000亿角秒
激光测距三角法主序星造父变星星系速度弥散 Ia超新星更远的距离使用哈勃定律
宇宙大尺度结构
星系会聚集成星系团和星系群
本星系群：大小麦哲伦云，在南半球可以看见，含大量年轻恒星和中性H 但尘埃含量极少。围绕银河系运动，身后留下中性氢云
仙女座大星系：比银河系大，有7个椭圆伴星系
旋涡星系M33：比银河系小，是本星系群第三大星系，Sc型旋涡星系，有大量星族I恒星
星系团比星系群大
不规则星系团：形态松散，主要由旋涡星系组成
室女座星系团：距离最近，~2500个成员，旋涡星系68%，椭圆星系19%
规则星系团：结构致密，球对称分布，主要由椭圆星系和透镜状星系组成后发座星系团：~6700个成员，椭圆星系位于中心，旋涡星系分布在外围富星系团：星系密度大，是强X射线源
超星系团：10^16太阳质量，引力较弱结构松散，是尺度最大的宇宙结构，具有细长的纤维状结构
宇宙在大尺度上具有类似海绵的纤维结构，大部分物质在占空间体积1%~2%的纤维上存在
星系的碰撞会导致星系形态变化、星系合并和吞噬（形成巨椭圆星系），对恒星基本没影响
清华大学天文学导论笔记
天文学史 开普勒三定律（椭圆轨道、运行速度、轨道与周期） 引力摄动：另一颗行星的引力导致某行星绕太阳的运动不符合两体假设非牛顿引力摄动：水星、金星近日点进动验证了爱因斯坦广义相对论 钟慢效应：μ介子寿命为×10-6s，以光速运动也仅能行进600m，而宇宙射线在大气外层产生的近光速μ介子却可以以到达地球表面。 引力透镜：由于质量对光的吸引，若被观测的星体与观测者连线上有大质量星系（透镜星系），观测者可能观察到多个像（爱因斯坦十字、双爱因斯坦环） 天体视运动 天体的周日视运动：由于地球自转导致的天体视运动 太阳：东升西落，与当地正午通过天子午线达到最高点，两次通过子午线间的时间为一太阳日（24h） 北京东经度，东八区标准东经120度，北京时间正午12时时北京的太阳时为11点46分 赤道参考系： 把天空幻想为大球，北极指向北天极，南极指向南天极，赤道扩展为天赤道。北天极对地面的高度等于北半球该地的纬度。天赤道与天极的弧距离总是90度，与地平面相交于正东正西方向，且恰好看到一半。天球自东向西旋转，每小时旋转15度，所有星体的视运动轨迹都平行于天赤道。
地平参考系： 以正头顶为天顶，子午线从正南到正北穿过南天极、天顶和北天极平分天球。本地参考系中天体位置在始终改变。 赤道上，一切星体都垂直于地平面升起和落下，所有星体都可见且在地平面上方12个小时 周年视运动：天球坐标系上恒星的坐标固定，由于地球公转导致太阳在天球上向东运动。这也导致了每天同一时间天空状况不同（因为太阳时制）太阳：太阳在天球上的位置始终自西向东移动，每年环绕天球一周，其在天球上的轨迹称为黄道。太阳绕天球一周的时间是天。 太阳日：24h，太阳连续两次到达子午线的时间。 恒星日：23h56min，恒星连续两次到达子午线的时间。恒星日表明了地球自转的真实周期。 由于太阳一直向东运动，所以恒星比太阳运动的快一点。由于我们使用太阳时，恒星每天升起、穿过子午线、下落的时间都要提前约4分钟，经过一个太阳年后回到原地。 4min/day=360degrees 365.24days 24×60min 360degrees 月球视运动：月球也在天球上向东漂移，天后回到原处。月球的盈亏周期称为交合周期，为天 黄道与节气：黄道与天赤道夹角为度，且相交于春分点和秋分点。按顺序距这两点最远的点是夏至点和冬至点。
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
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：
天文学导论 教学日历
教学日历分四大部分： 一、天文学入门（天文系导论I） 第一章：绪论（9月12-26日） 课堂教学内容： 课程简介； 宇宙概观； 关于天文学科 课外教学活动： 参观校内望远镜； 参观北京天文馆； 作业一：参观感想 第二章：天球和天球坐标系（10月24日-11月14日）课堂教学内容： 天球的概念； 天球坐标系； 作业二 天体的周日视运动； 天体的周年视运动； 作业三 课外教学活动： 使用小望远镜目视观测月亮和大行星 第三章：时间和历法（11月21日-12月5日） 课堂教学内容： 时间计量系统； 地方时、世界时和区时； 恒星时与平时的换算； 作业四 现代时间服务； 历法； 作业五 课外教学活动： 参观古观象台 第四章：天文望远镜（12月12-19日） 获得天体信息的渠道； 天文望远镜； 望远镜的性能； 作业六 第五章：太阳系（12月26日-1月9日）
太阳系概况； 行星； 行星的轨道运动； 行星的视运动； 作业七 月球； 作业八 太阳系小天体 二、近代天文学前沿 第一讲天体物理学发展的世纪回顾与展望（0.5学时） 主要内容：近代天文学发展过程、重大发现和对二十一世纪天体物理学的展望。 教学要求：了解本讲和本课程的基本要求和基本内容。 第二讲寻找另外一个地球 (1.5学时) 主要内容： 地球及其他太阳系行星的基本概况和性质，太阳简介。从人类对太阳系的了解和探测行星方法中，找到对其他恒星的行星系统的探测线索及可行性方法，介绍目前探测的结果和最新进展。了解人类开拓太空的历史、人类对生命的定义及搜索地外文明的历史、方法和进展。 教学要求： 简单了解现代望远镜的新技术与新进展，理解通过已有观测手段寻找另外一个地球的理论基础和方法。 重点：从对我们熟知的地球及其环境的知识，找到对其他恒星的行星系统的探测线索及可行性方法，并了解如何付诸实践。 第三讲太阳和太阳风暴（1.5学时） 主要内容：太阳基本情况和太阳活动。 教学要求：了解太阳作为一颗典型恒星代表的基本性质和太阳的各种活动。 重点：太阳的性质和活动情况。 第四讲为什么把冥王星除名（0.5学时） 主要内容：新的行星定义，冥王星性质和轨道运动，把冥王星除名的原因。 教学要求：掌握新的行星定义 重点：如何运用新的行星定义 第五讲宇宙是起源于一次大爆炸吗？ (2学时) 主要内容：宇宙的膨胀与哈勃定律；热大爆炸宇宙模型及其观测证据。 教学要求：了解宇宙的演化历史，掌握热大爆炸宇宙模型及其观测证据。
天文学导论自测题
《天文学导论》期末复习自测题（恒星与星系部分）注：每个选择题只有一个正确答案。 1.[ ] 太阳内最丰富的原子核是 A)1H； B)2H； C)3H； D)3He； E)4He。 2.[ ] 下面哪一条关于引力能的陈述是错误的？引力能 A)加热太阳为一个原恒星； B)目前为太阳提供能源； C)是核塌缩超新星的能源； D)加热落向黑洞的气体； E)是驾驭宇宙的永动机。 3.[ ]按从内向外排列太阳的结构，位于中间的是 A)色球层； B)对流层； C)辐射层； D)光球层； E)日冕。 4.[ ] 太阳黑子数变化的周期是 A)11个月； B)11年； C)22个月； D)22年； E)没有周期。 5.[ ] 距我们最近的恒星是半人马座alpha 星，其距离大约4.3光年。测量其距离的最 好方法是 A)造父变星； B)哈勃定律； C)视差； D)雷达； E)Ia型超新星。 6.[ ] 秒差距是 A)时间的单位； B)时间差的单位； C)距离的单位； D)距离差的单位； E)速度的单位。 7.[ ] 下面哪一条陈述是正确的？
A)恒星的光度和距离无关； B)恒星的视星等和距离无关； C)恒星的绝对星等和距离无关； D)恒星的亮度和距离无关； E)A和C 8.[ ] 恒星的光谱分类序列现在被理解为是表征 A)恒星大小的序列； B)恒星光度的序列； C)恒星化学成分的序列； D)恒星中心温度的序列； E)恒星表面温度的序列； 9.[ ] 一个恒星如果质量越小，则 A)表面温度越低； B)半径越小； C)光度越低； D)寿命越长； E)上面所有的。 10.[ ] O型主序星在赫-罗图上位于 A)左下； B)右下； C)中心； D)左上； E)右上。 11.[ ] 天狼星和它的伴星是 A)天体测量双星； B)密近双星； C)食双星； D)光学双星； E)目视双星。 12.[ ] 星系的大部分空间充满 A)恒星； B)星际介质； C)行星； D)彗星； E)超新星。 13.[ ] 与小质量恒星相比，大质量恒星形成所需时间 A)更短； B)更长； C)相同； D)没有规律； E)都不对。 14.[ ] 许多恒星形成于同一分子云的证据是 A)星系； B)行星；
清华大学天文学导论笔记终审稿)
清华大学天文学导论笔 记 公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]
天文学史 开普勒三定律（椭圆轨道、运行速度、轨道与周期） 引力摄动：另一颗行星的引力导致某行星绕太阳的运动不符合两体假设非牛顿引力摄动：水星、金星近日点进动验证了爱因斯坦广义相对论 钟慢效应：μ介子寿命为×10-6s，以光速运动也仅能行进600m，而宇宙射线在大气外层产生的近光速μ介子却可以以到达地球表面。 引力透镜：由于质量对光的吸引，若被观测的星体与观测者连线上有大质量星系（透镜星系），观测者可能观察到多个像（爱因斯坦十字、双爱因斯坦环） 天体视运动 天体的周日视运动：由于地球自转导致的天体视运动 太阳：东升西落，与当地正午通过天子午线达到最高点，两次通过子午线间的时间为一太阳日（24h） 北京东经度，东八区标准东经120度，北京时间正午12时时北京的太阳时为11点46分 赤道参考系： 把天空幻想为大球，北极指向北天极，南极指向南天极，赤道扩展为天赤道。北天极对地面的高度等于北半球该地的纬度。天赤道与天极的弧距离总是90度，与地平面相交于正东正西方向，且恰好看到一半。天球
自东向西旋转，每小时旋转15度，所有星体的视运动轨迹都平行于天赤道。 地平参考系： 以正头顶为天顶，子午线从正南到正北穿过南天极、天顶和北天极平分天球。本地参考系中天体位置在始终改变。 赤道上，一切星体都垂直于地平面升起和落下，所有星体都可见且在地平面上方12个小时 周年视运动：天球坐标系上恒星的坐标固定，由于地球公转导致太阳在天球上向东运动。这也导致了每天同一时间天空状况不同（因为太阳时制） 太阳：太阳在天球上的位置始终自西向东移动，每年环绕天球一周，其在天球上的轨迹称为黄道。太阳绕天球一周的时间是天。 太阳日：24h，太阳连续两次到达子午线的时间。 恒星日：23h56min，恒星连续两次到达子午线的时间。恒星日表明了地球自转的真实周期。 由于太阳一直向东运动，所以恒星比太阳运动的快一点。由于我们使用太阳时，恒星每天升起、穿过子午线、下落的时间都要提前约4分钟，经过一个太阳年后回到原地。 4min/day=360degrees 365.24days 24×60min 360degrees 月球视运动：月球也在天球上向东漂移，天后回到原处。月球的盈亏周期称为交合周期，为天
《天文学概论》期末论文恒星
《天文学概论》期末作业 之 谈谈对恒星的认识 姓名：舒必成 学号：2 学院：法学院 专业：法学
本学期我选修了天文学概论这门课程，通过一学期学习，我收获了很多有关天文学方面的知识，也许是因为星空本身就很神秘，充满魅力，指引着我选择了天文学选修课。在课堂上，与浩瀚的宇宙的一次次碰撞，一次次惊叹，一次次感慨；与古今思想的一点点接触，一点点欣喜，一点点感悟；使我的选修课有感叹，有乐趣，有收获，没有遗憾。 在老师的引导和种种疑问的追寻下，我对恒星的演化过程进行了一番探究，恒星就像一个长寿的人——再机缘巧合下诞生，倔壮成长后，经历漫长的黄金阶段，接着是膨胀的中年，最后慢慢的衰老。所以下面我会从恒星的四个阶段谈谈我对恒星的认识。 一、快速成长的幼年期 恒星最初诞生于太空中的星际尘埃，科学家形象地称之为“星云”或者“星际云”，其主要成分由氢组成，密度极小，但体积和质量巨大。密度足够大的星云在自身引力作用下，不断收缩、温度升高，当温度达到1 000万度时其内部发生热核聚变反应，核聚变的结果是把四个氢原子核结合成一个氦原子核，并释放出大量的原子能，形成辐射压，当压力增高到足以和自身收缩的引力抗衡时，一颗恒星诞生了。 恒星形成的初始阶段几乎完全被密集的星云气体和灰尘所掩盖。通常，正在产生恒星的星源会通过在四周光亮的气体云上造成阴影而被观测到，这被称为包克球。质量非常小的原恒星温度不能达到足够开始氢的核融合反应，它们会成为棕矮星。质量更高的原恒星，核心的温度可以达到1,000万K，可以开始质子-质子链反应将氢先融合成氘，再融合成氦。在质量略大于太阳质量的恒星，碳氮氧循环在能量的产生上贡献了可观的数量。新诞生的恒星有各种不同的大小和颜色。光谱类型的范围从高热的蓝色到低温的红色，质量则从最低的0.085太阳质量到数十倍于太阳质量。恒星的亮度和颜色取决于表面的温度，而表面温度又由质量来决定。 二、黄金的“青年时代” 主序星阶段是一个相对稳定的长时期，此过程是恒星以内部氢氦聚变为主要能源的发展阶段，是恒星的“青年时代”，也是恒星一生中最长的黄金阶段，
天文学概论
一、太阳系 1.太阳系行星，拥有卫星超过50颗的行星有：土星和木星，根据最新数据，土星62颗，木星66颗。 2.太阳系的几层疆域：海王星是最外侧的行星，它的轨道外被称为柯伊伯带，大多数短周期彗星来自此处。柯伊伯带外是日球层的边缘，强劲的太阳风粒子到了这里也已经是强弩之末。再向外就是奥尔特云，这里是长周期彗星的故乡。 3.天空中月亮与太阳看起来大小几乎相等，它们的角直径都约等于0.5度，但并不完全相等。如日环食时，月球无法完全遮盖太阳，说明此时月球看起来比太阳小。 4.太阳系8大行星中，质量比地球小的有3个：水星、金星、火星。 5.月亮总是以一面对着地球，所以在地球上是看不到月球的背面的。 6.月亮“十五不圆十六圆”是因为月球公转轨道是椭圆，月球公转速度不是均匀的。 7.如果自转轴不倾斜，地球纵然公转也不会有一年四季的变化。 8.太阳通过消耗自身物质来释放能量，每秒钟消耗的质量达到400万吨。 9.木星是太阳系中卫星最多的行星。太阳系行星卫星中比月亮大的有4个。太阳系中半径最大的卫星是木卫三。 10.一般来说，彗星的彗尾的方向和彗星的运动方向没有关系。一般彗星是由彗头和彗尾两大部分组成，彗头又包括彗核和彗发两部分。彗尾的方向一般总是背着太阳延伸的，当彗星接近太阳时，彗尾是拖在后边，当彗星离开太阳远走时，彗尾又成为前导。 11.人如果站到月球上，地球便成为天上的天体。蔚蓝色的地球，有圆或缺的变化，但没有东升西落运动（因为月球总是以一面对着地球）。 12.“半个月亮爬上来”的时间是在半夜时分。这应该是下弦月。著名的的《枫桥夜泊》“月落乌啼霜满天，江枫渔火对愁眠，姑苏城外寒山寺，夜半钟声到客船”描写的则是半夜落山的上弦月。 13.太阳常数是在大气层外单位面积日照功率。τ=1.367×103W/m2，具体计算见27页 14.太阳黑子有平均11年的变化周期，相邻周期黑子磁场极性相反。故从磁场角度，太阳磁场周期为27年。 15.现行公历称为格里历，属于太阳历（阳历）；我国农历属于阴阳历；而回历又属于太阴历（阴历）。 二、恒星 16.2002年1月麒麟座V838突然爆发，亮度比太阳大60万倍，一举成为银河系中最亮的天体。另外，原为2~4等星的船底座η亮度在1820年骤增，比太阳亮3000万倍，成为当时南半球最亮的天体。但20年后，它又降为8等星。20世纪以来它又再次喷发增亮，目前绝对星等为-11。 17.银河系中的球状星团年龄较大，广泛分布在以银晕中，与太阳距离普遍较远；疏散星团较为年轻，多位于银河中央平面（银道面）附近，又名银河星团，与太阳距离普遍较近。 18.发射星云的典型代表是猎户座大星云，反射星云的典型代表是昴星团云，暗星云的典型代表是马头星云。 19.与脉冲星的脉冲周期长短直接相关的中子星的物理量是年龄。越年轻的中子星，周期越短，转的越快。 20.钱德拉塞卡极限描述的是白矮星的质量上限，数值为太阳质量的1.44倍。 21.奥本海默极限则是中子星质量的上限，数值在2至3个太阳质量之间。 22.天狼A,B是一对目视双星。按发现方式，双星分为目视双星、食双星、分光双星、密近双星。 23.中子星是因为引力冲破了电子简并压力屏障而形成的。 24.要使木星变成黑洞，需将它的全部物质压缩到28cm范围之内。如果将银河系的全部物质压缩成黑洞，其引力半径将0.5至1光年之间。一个太阳质量的黑洞的引力半径约 2.95km（引力半径，即史瓦西半径或临界半径，符号Rg。 Rg=(2GM)/c2） 25.如果已知恒星的视星等和绝对星等，则可以比较容易地确定恒星的距离。 26.星等计算公式：M=m+5-5lgD，M是绝对星等，m是视星等，D是距太阳距离，单位秒差距（pc），（1秒差距=3.26光年）。故恒星距离变为2.512倍，视星等加1；亮度比较公式：E2/E1=5√(100(m1-m2))，E是视亮度。即恒星绝对星等减1，亮度变为 2.512倍。（注意：星等越小，说明越亮。） 27.分波段进行的光度测量称为分光光度测量。与光度有关的其它计算参见142、143页。 28.明线光谱是原子的特征。通过分析恒星光谱可得知恒星大气化学成分、表面原子压与大 29.织女星曾作为标准0星等。目前共有21颗一等星，其亮度排名见课本附录。
天文学导论论文
天文学的学习与认识 小的时候，我就对天空兴趣十足，经常好奇的望着星空，那些神秘的星星，连成不同的图案，美轮美奂，令人神往。 天文学是一门古老的科学，它一开始就同人类的劳动和生存密切相关。天文学家观测从行星、恒星、星系等各种天体来的辐射，小到星际的分子，大到整个宇宙。天文学家测量它们的位置，计算它们的轨道，研究它们的诞生，演化和死亡，探讨它们的能源机制。 由于科技的不断发展，人们对天文学有了进一步的认识，在研究等方面都取得了突破性的进展。天文学正大步向前发展。而就在几天前，我国刚刚发射了嫦娥5号，这是中国乃至世界对太空的又一次探索，他可以告诉我们宇宙的信息。正是这些科技的出现与发展，才使得我们对天文的观测更加准确，范围更广。 通过听天文学导论的课，我对天文学有了一定的了解。天文学是研究天体、宇宙的结构和发展的自然科学，内容包括天体的构造、性质和运行规律等。人类生在天地之间，从很早就在探索宇宙的奥秘，因此天文学是一门古老的科学，而他又是当前人类的最高科技，他既连接过去，又开创未来。天文学主要通过观测天体发射到地球的辐射，发现并测量它们的位置、探索它们的运动规律、研究它们的现状及其演化规律，来发现宇宙的奥秘。随着人类社会的发展，天文学的研究对象从太阳系发展到整个宇宙。“几乎所有的自然科学分支研究的都是地球上的现象，只有天文学从它诞生的那一天起就和我们头顶上可望而不可及的灿烂的星空联系在一起”。天文学家观测从行星、恒星、星系等各种天体来的辐射，小到星际的分子，大到整个宇宙。天文学家测量它们的位置，计算它们的轨道，研究它们的诞生，演化和死亡，探讨它们的能源机制。 从古至今，从东方到西方，世界各地的人们一直对天文十分感兴趣。古代的天文学家仅仅依靠肉眼观察天空，1608年，人们发明了望远镜，此后，天文学家就能够更清楚的观察恒星和行星了。意大利科学家伽利略，就是最早使用望远镜研究太空的人之一。今天天文学家使用许多不同类型的望远镜来收集宇宙的信息。有些望远镜可以收集到来自遥远天体的微弱亮光，如X射线。绝大多数望远镜是安放在地球上的，但也有些望远镜被放置在太空中，沿着轨道运转，如哈勃太空望远镜，开铺顿太空望远镜，空间红外望远镜等。现在，天文学家还能够通过发射的航天探测器来了解某些太空信息。天文学的研究范畴和天文的概念从古至今不断发展。在古代，人们只能用肉眼观测天体。2世纪时，古希腊天文学家托勒密提出的地心说统治了西方对宇宙的认识长达1000多年。直到16世纪，波兰天文学家哥
天文学导论复习纲领
《天文学导论复习提纲2010》 一、 名词解释 视星等；绝对星等；岁差；恒星时；天文单位（AU）；大气窗 口；Fraunhofer线；pp链；CNO循环；3alpha过程；秒差距； 极光；矮行星；微引力透镜；色差；消色差双合透镜；衍射极 限（Airy斑）；主动光学；自适应光学；（地球转动）综合孔径 技术；宇宙线；引力波；激光干涉引力波天文台（LIGO）；激 光干涉空间引力波天文台（LISA）；（恒星）色指数；恒星的 赫罗图；主序星；宇宙距离阶梯；造夫变星；造夫变星的周期 -光度关系；白矮星；中子星；黑洞视界；洛希瓣（Roche Lobes）； 核塌缩超新星；Ia型超星星；SN1987A；脉冲星；磁星（Magnetar，磁中子星）；伽玛暴（GRB）；疏散星团；球状星团；发射星云； 射电21厘米谱线；漩涡星系；椭圆星系；活动星系核（AGN）； 类星体；视超光速；活动星系核的统一模型；宇宙学红移；星 系退行的Hubble定律；宇宙大爆炸；宇宙微波背景（CMB）； 宇宙暴涨；宇宙暗物质；宇宙暗能量 二、 简答题 1.日心说的观测证据？ 2.如何测量太阳系的年龄？ 3.太阳中元素的分布有什么特点？ 4.太阳中的铁元素怎么来的？ 5.如何测量恒星的表面温度？ 6.列举几种探测中微子的原理。 7.什么是太阳中微子短缺问题？ 8.中微子振荡的观测和实验证据有哪些？ 9.太阳黑子为什么黑？ 10.利用日全食检验广义相对论的基本原理。 11.为什么内地行星的原初大气已基本逃逸（无氢、氦）？ 12.地球适合生命存在的条件有哪些？ 13.简述探测（太阳）系外行星的主要方法及其原理。 14.望远镜为什么越大越好？ 15.TeV （1012eV）Cherenkov望远镜的探测原理。 16.氢原子光谱主要有哪些线系？大致在什么波段？ 17.什么是恒星光谱型？太阳的光谱型？ 18.如何测量恒星的大小？
天文学导论试题【附答案】@北师大
学期测试题样： 简答概念（20分，每题2分，写出相应公式） 1. 距离模数 2. 多色测光 3. 射电望远镜的分辨率 4. 造父视差 5. 累积星等 6. 星团视差 7. 星际消光 8. 照相底片的特性曲线 9. 量子效率10. 星际红化 回答问题（30分，每题10分） 1．什么是赫罗图？H-R图在恒星演化中的作用是怎样的？ 如何用星团赫罗图测星团的距离？ ２．简述任意4种天文中测量天体距离的方法，并比较其可测的远近程度。 ３．简述宇宙学原理？ 有哪些证据最有力地支持了宇宙大爆炸理论模型。 计算题（50分） 1．多少个6等星加起来才具有一个1等星同样的亮度？（10分） 2．(1)某恒星速度为160.9公里/秒，则其钠线D（波长为5896.16埃）波长移到何处？ (2)若天体的速度为2′105km/s，则其钠线D又移向何处？且此天体距离为多少？ （H=70kms-1Mpc-1） （10分） 3．若两个行星形状星云具有相同的线大小、结构、形状和总实际亮度，只是其中一个较另一个远一倍，它们的视星等相差多少？（5分） 4．(1)设一切球状星团的线直径和总绝对星等相同，但离我们的距离不同。求它们的总视星等m 与视角直径d之间的公式关系。（5分） (2) 武仙座中的星团离开我们为1.05′104秒差距，它的角直径为12′，总亮度为5.9等，求此星团的真直径和它的绝对星等。（10分） 5．某新星在2天内亮度由12等增加到2等： (1) 求它平均在1天内变亮多少倍(2) ？ (3) 若其亮度变化是由脉动引起的，(4) 且其温度在亮度极大时是极小时的3倍，(5) 则其半径在此2天内变化多少？ （10分）
天文学导论复习.docx
一.天体的视运动 星座与星图 1929年，国际天文联合会（IAU ）正式把全天划分为翌个星座，并清楚界定每一个 星 座的边界。因此每颗星属于且只能属于一个星座。 地球自转：天体的周日视运动 每天，太阳、月球以及星星都东升西落，是地球自西向东自转所造成的假象,故称 天体在天空上所经历的路径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） ■地方正午：太阳到达子午线（不一定是12点） ■ 太阳连续两次到达正午的时间为24小时，称为一个太阳日（the solar day ）,即 我 们的一天 ?天文事件通常用世界时（UT ） ■拱极星：靠近南北天极,永不落 ■北极星：最靠近北天极，似乎永远静止不动 - 北京：东经116度22分 北纬39度58分 -南北天极的高度等于观测者所在地的地理纬度 ■天赤道：不变的参考点，到天极的弧距离总是90度，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，天赤道二地平线 ■ 在北京,向东看：天体从东偏北方向升起 向西看：天体向西偏北方向落下 ?在赤道上，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 地球公 转：天体的周年视运动 ■每（白）天同一时刻，太阳相对于背景恒星的位置向东移动 ?黄道：地球的公转造成太阳在天球上的位置自西向东缓慢移动（滞后于恒星） 再回 到原处（相对于背景星）的周期为一年（T65.24天），共走了 360度9 太阳每天向东移动大约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 ? 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，为~23小时56分 ■季节更替：天赤道与黄道面的夹角为23.5度，相交的两点分别称为春分点和秋 分点 - 在黄道上距春分点和秋分点最远处则称为夏至点和冬至点 天体的赤道坐标系、恒星时 - 赤经小于（地方）恒星时的恒星位于子午线以西 1. 2. 3. 4. 地球自转轴进动与岁差 ?恒星的赤经和赤纬坐标以26000年为周期在非常缓慢地变化 ? 恒星的赤经和赤纬应标明年份，如公元1950.0年，或2000.0年 月相 ■月相：地球人所看到的月球被太阳所照亮的一半的大小 -月球回到原处（相对于恒星）的周期约为27.32天，即月球的恒星周期 日月食 -日全食时长永远不大于7?5分钟 ■同_地点，日偏食概率 >> 日全食概率 二.天体的运动 1.古希腊的地球中心说 5. 6. 7.
(7)--天文学导论期末试题答案
装订线答案： 1、概念解释（写出必要的公式）： （每题4分，共16分） 1．造父视差：利用其周光关系：造父变星越亮，光变周期越长；测出造父变星的光变周期P，利用周光关系曲线→ 绝对星等M V→ 距离模数m-M V→ 距离r 2．简并电子气:高温 → 原子电离 → 自由电子;高密 → 电子简并 → 简并电子压力（Pauli不相容原理）。简并电子压力与温度无关，远远超过通常的气体压力，使白矮星不因引力而塌缩。3．星际消光： Av，指介于恒星和太阳之间的星际物质在目视波段对星光减弱的星等数；星光减弱，视星等的数值变大。M=m+5-5lgr-Av 或 M=m+5+5lgπ″-Av 4．宇宙学原理：宇宙在大尺度上是均匀的和各向同性的。 2、判断下列说法的正误，并简述理由： （每题7分，共14分） 1．恒星的色指数越大，其表面温度越低。 答：正确。恒星的色指数指在不同波段测量得到的星等之差，如U-B, B-V等。颜色越蓝（红），温度越高（低）。恒星的颜色反映了恒星的表面温度的高低。可用λpeak T＝0.29 (cm K)来说明高温黑体主要辐射短波，低温黑体主要辐射长波。 2．太阳黑子活动具有22年的准周期。 答：正确。是指磁周期。 3、计算题（每题15分，共30分）： 1．若两个行星状星云具有相同的线大小、结构、形状和总实际亮度，只是其中一个较另一个远一倍，则它们的单位面积亮度之比如何？视星等相差多少？ 2．a)在某星体光谱中，显示出其原波长为4227埃的钙线向光谱紫端移动了0.70埃，试求出此
恒星的视向速度，并指出是趋近地球还是远离地球。 b)若另一天体红移为1.1，则其钙线(如果存在)移动到多少波长处？其视向速度又如何？距离为多少（H=71km s-1Mpc-1）？ 4、回答问题（共40分）: 1．星团的H-R图具有怎样的特点？由星团的H-R图可以得到哪些信息？（10分） 要点：星团的H-R图的定义；与恒星的H-R图的区别。 可得：距离；年龄；成员星的特征，如光谱型，质量，半径等等。 2．以“探测银河系中心”为例，说明光学/红外望远镜与射电望远镜各自的主要特点。（15分） 要点：“探测银河系中心”光学望远镜很受限制：口径相对小，分辨率低，尘埃消光严重等等，说明特点和发展趋势。而红外望远镜与射电望远镜波长长，尘埃消光小，能探测和确定银河系中心位置。说明射电望远镜的主要特点。 3．简述宇宙大爆炸理论的发展及现状；它的主要观测依据有哪些？（15分） 要点：主要观测依据：哈勃定律，H e丰度，宇宙微波背景辐射，宇宙年龄。
天文学导论报告
1、第13章第56題Go to the European Space Agency?s Gaia (Global Astrometric Interferometer for Astrophysics) mission website (http://esa.int/science/gaia). Has Gaia been launched? How will it help astronomers determine the distances to more stars? Why will it map the stars from an L2 orbit (see Connections 4.2)? 回答：Gaia has been launched. Gaia will create an extraordinarily precise three-dimensional map of more than a thousand million stars throughout our Galaxy and beyond by mapping their motions, luminosity, temperature and composition in order to help astronomers determine the distances to more stars. Because It offers a clearer view of the cosmos than an orbit around Earth, which would result in the spacecraft passing in and out of Earth's shadow and causing it to heat up and cool down, distorting its view. Free from this restriction and far away from the heat radiated by Earth, L2 provides a much more stable viewpoint. 对本网络资源的学习与研究总结：I learned something about the Gaia. This website introduces the objective, mission, spacecraft, journey, history and some features about Gaia. 2、第13章第57題 GototheEclipsingBinaryStarsLabwebsiteathttps://www.360docs.net/doc/1c9847223.html,/naap/ebs/ebs.html. Click on “Eclipsing Binary Simulator.”Select preset Example 1, in which the two stars are identical. The animation will run with inclination 90°and show a 50 percent eclipse. What happens when you slowly change your viewing angle to the system—the inclination; how does this change the eclipse? At what value of inclination do you no longer see eclipses? What does the system look like at 0°? Reset the inclination to 90°and adjust the separation of the two stars. How does the light curve change when the separation is larger or smaller? Now make the two stars different. Change star 2 so that its radius is 3.0 R￡and its temperature is 4000 K. At what value of inclination do you no longer see eclipses? What types of eclipsing binary systems do you think are the easiest to detect? 回答：When I slowly change the inclination, the eclipse decrease. I no longer see the eclipses at 70 degree of inclination. The system looks like a circle at 0 degree. When the separation is larger, the interval of eclipse becomes shorter and the light curve becomes steeper. When the separation is smaller, the interval of eclipse becomes longer and the light curve becomes gentler. I no longer see eclipses at 48 degree. The binary systems with high temperature, small separation and inclination of 90 degrees are the easiest to detect. 对本网络资源的学习与研究总结：This website offers a Eclipsing Binary Simulator. In this simulator, we can set the mass, temperature, radius, separation, inclination of the binary system. Then the simulator will simulate the perspective from earth and the light curve. In this way, we can realize how the binary systems influence the eclipse easily. 3、第15章第56題Go to the Astronomy Picture of the Day (APOD) website(https://www.360docs.net/doc/1c9847223.html,/apod), do a search on “molecular clouds,”and pick out a few images. Were these pictures obtained fromspace or on the ground, and at what wavelengths? With which telescopes? Whatwavelengths do the colors in the images represent? Are they “real”or “false-color”images? Explain your answers. This pictures was obtained from space at visible wavelengthsby Hubble Space telescope. The colors in the images represent the visible wavelengths and they are real-color. The camera took the photos