简明天文学教程 第8章
天文学导论 (8)上
第八章：星系与宇宙的大尺度结构银河系•可见物质：恒星（96%）+气体+（3%）尘埃（1%）•暗物质疏散星团（开团，open star clusters）•疏散团与球状星团•疏散星团：由巨大的尘埃和气体团中形成大量的恒星而形成，位于银河系盘面•由数百颗至上千颗由弱引力联系的恒星组成，恒星密度比球状星团低很多，直径<数十光年•位于恒星活跃形成区，年轻，只有数百万年的历史•可能仍然含有分子云的残迹，星团产生的光：HII区•其中恒星的年龄和化学成分相近•例子：金牛星座中的毕（宿）星团（Hyades），昴星团（Pleiades）；英仙座中的双重星团蜂巢星团（Beehive）：昴星团：年龄<~115Myrs年龄<~750Myrs球状星团（Globular clusters）•引力紧紧束缚，外形呈球形，恒星高度向中心集中•恒星比较年老，由20，000-1百万个恒星组成，直径~200光年•一般位于星系晕中•银河系约有150个，另外可能还有10-20个未被发现•在星系形成的时候产生？•例子：英仙座中的M13；半人马ω球状星团星际介质（ISM）和发射星云•ISM：气体和尘埃组成•大多数ISM不可见•发射星云：气体发光，猎户大星云（Great Nebula of Orion），恒星形成，HII区，波长之一：6563Å•暗星云：气体遮蔽了星系的光，煤袋星云（Coal Sack）•两种星云同时存在：鹰状星云（巨蛇座，Serpens）;马头星云（猎户座）银河系的大小、形状和结构Shapley测量 了银河系100 个球状星团 结论：球形 分布；太阳 距离银心的 距离；银河 系的尺度太阳距离银心 的距离： ~8.3Kpc 太阳绕银心的 速度： 220 km/s 环绕周期： 230 百万年 转动曲线：~刚 体银河系的结构 •中性氢发射21cm射电辐射 •中性氢云团的速度：多普勒效应 •漩涡结构氢线的观测21cm氢线的产生机制跃迁几率：2.9x10-15/s 第一次观测：哈佛大学的Edward Purcell教 授与他的研究生Harold Ewen,1951,角型天 线银河系中心在可见光波段被气体和尘埃严重吸收Extinction by 30 magnitudes Only 1 out of 1012 optical photons makes its way from the GC towards Earth!Galactic centerWide-angle optical view of the GC region银心的射电观测Many supernova remnants; shells and filamentsArcSgr A Sgr ASgr A*: 银心银河系中心存在一个大约4百万太阳质量的黑洞银河系中心的黑洞恒星动力学测量黑洞的质量银心的X 射线观测Chandra X-ray image of Sgr A*银心的超大质量黑洞在X 射线波段很暗银心区域包含很多的黑洞和中子星双星系统Genzel etal 2003, Nature世界上第一个 3.5毫米 VLBI 图像UN beam 1.11 mas x 0.32 mas @ 9o Super-resolution 0.02 masunresolved (no extended structure) → single componentzero closure phases → symmetrical structure• (~E-W) elongated emission → consistent with λ≥ 7mm dataShen et al. 2005 Nature～５Rs～５Rs黑洞“阴影” 其它星系•原先被称之为“白星云”•世纪之争：银河系之外还是银河系之内？•Cepheid变星定距离：银河系之外！•Edwin Hubble分类•星系群（最多~100星系）；星系团（100-1000星系）椭圆星系银河系的相对大小椭圆星系•在大的星系团的中心，总是观测到一个或者更多的巨椭圆星系：~1013太阳质量，~300 000光年（比银河系大九倍），很多星系并合的结果；数量不多•一般的椭圆星系：~106太阳质量，~1000光年•年轻恒星很少，恒星形成基本停止，气体已经用完•椭圆星系占了宇宙中总星系数目的1/3漩涡星系1840s漩涡星系漩涡星系根据它们盘和核球的相对比重分类：Sa, Sb, ScMore bulgeMore disk有棒的星系： SBa,SBb, SBc盘越多意味着更多的恒星形成•核区：恒星年老，颜色：黄、橘红、红•旋臂：恒星年轻，颜色：蓝色（这类恒星的相对数目少）漩涡星系中的暗物质•1970s，Vera Rubin通过观测漩涡星系中的HII区红色的Hα谱线的移动，来测量星系的转动曲线：偏离开普勒运动！•暗物质？修正的引力理论（MOND）？漩涡星系的转动曲线：暗物质存在的证据星系的质量：一个例子•速度为负：朝向太阳系运动•速度：~-180km/s•太阳速度:~220km/s•M33朝向银河系的运动速度：~24km/s•谱线宽度：M33边界相对中心的运动速度：~100km/s•假设星系是圆形的：观测为~71x45角分，星系的倾角：acrsin(45/71)=~39度•速度改正：100/sin(39)=158km/s•M33的半径：~71角分，71/(60x57.3)=0.020弧度~45x109太阳质量•根据质光关系定M33中发光物质的质量•太阳的绝对光度：4.8；M33绝对光度：-19.5•光度差：2.51224.3=~5.2x109•M33中发光物质的质量： =~5.2x109太阳质量，只有动力学质量的1/10!•进一步的改正：不发光的气体和尘埃，恒星质光关系的改正，银河系的质光关系：1.5•M33中的重子物质：~ 8x109太阳质量，仍然只有动力学质量的1/6!!。
简明天文学课后答案
第一章绪论1.简述天文学的研究对象，研究方法和特点？答：天文学的研究对象是天体，其研究的基本方法是对天体的观测，包括目视观测和仪器观测。
它的研究特点是：（1）大部分情况下人类不能主动去实验，只能被动观测。
（2）强调对天体进行全局、整体图景的综合研究。
表现观测上是全波段、全天候。
在理论上依赖模型和假设。
（3）需用计算机把观测所获得的大量原始资料进行整理。
使天文学研究发生重大变化的另一个技术进步是快速互联网技术，这使得异地天文数据的交换和处理成为可能，使得观测数据具有巨大的科学产出的潜在意义。
目前，虚拟天文台的提出和建设对天文研究意义深远。
（4）具有大科学的特征，需要大量投资。
（5）以哲学为指导。
2.研究天文学的意义有哪些？答：天文学与人类关系密切，天文学对于人类生存和社会进步具有积极重要的意义，突出表现在以下几个方面：（1）时间服务：准确的时间不单是人类日常生活不可缺少的，而且对许多生产和科研部门更为重要。
最早的天文学就是农业和牧业民族为了确定较准确的季节而诞生和发展起来的。
现代的一些生产和科研工作更离不开精确的时间。
例如，某些生产、科学研究、国防建设和宇航部门，对时间精度要求精确到千分之一秒，甚至百万分之一秒，否则就会失之毫厘，差之千里。
而准确的时间是靠对天体的观测获得并验证的。
（2）导航服务：对地球形状大小的认识是靠天文学知识取得的。
确定地球上的位置离不开地理坐标，测定地理经度和纬度，无论是经典方法还是现代技术，都属于天文学的工作内容。
（3）人造天体的成功发射及应用：目前，人类已向宇宙发射了数以千计的人造天体，其中包括人造地球卫星、人造行星、星际探测器和太空实验站等。
它们已经广泛应用于国民经济、文化教育、科学研究和国防军事。
仅就人造地球卫星而言，有通讯卫星、气象卫星、测地卫星、资源卫星、导航卫星等，根据不同需要又有地球同步卫星、太阳同步卫星等。
所有人造天体都需要精确地设计和确定它们的轨道、轨道对赤道面的倾角、偏心率等。
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§6.1天体辐射、星等及光谱 §6.2天体距离、大小、质量和年龄的测定 思考与练习 进一步讨论与实践
12
第7章太阳系
第7章太阳系
01
§7.1太阳系 的发现
04
§7.4行星及 太阳系小天
体概况
02
§7.2太阳系 天体的运动 和结构特征
05
§7.5太阳系 的疆域
03
§7.3太阳
06
§7.6太阳系 的起源和演
史
现代宇宙学观测基础
03 § 1 2 .3 现代宇 宙学的 04 § 1 2 .4 宇宙演 化简史
建立和发展
05 思考与练习
06 进 一 步 讨 论与实践
18
第13章地外生命与地外文明
§13.1生命
1 的含义及 主要特征
2 §13.2生命 的起源
§13.3太阳
3 系内的地 外生命问 题
§13.4地外
简明天文学教程|2版(余明主编)
演讲人 202X-11-11
01
第二版序
第二版序
02
第二版前言
第二版前言
03
第一版序一
第一版序一
04
第一版序二
第一版序二
05
第一版前言
第一版前言
06
第1章绪论
第1章绪论
§1.1概述 §1.2天文学简史 思考与练习 进一步讨论与实践
07
第2章天体和天第9章地球 及其运动
0 1
§9.1地球
0 4
§9.4极移和地 轴进动
0 2
§9.2地球自转 及其地理效应
0 5
思考与练习
0 3
§9.3地球的公 转及地理效应
0 6
L08恒星s
双星的轨道特征
每个恒星都在围绕它们的 质心做椭圆轨道运动
质心为两个椭圆轨道的共 同焦点，保持固定
两个恒星总是位于质心的 两侧，运动方向总是相反
大质量天体的椭圆轨道小， 小质量天体的椭圆轨道大， 但形状和周期相同
双星的质量比
小质量恒星的轨道大，因此必定运动快 • 恒星的轨道周长与其质量成反比 • 恒星的运动速度与其质量成反比
恒星的光度级
非主序恒星的鉴别 方法：
• [相同温度的] 光度
• [相同温度的] 光谱： 谱线宽度表征恒星大 气的密度与气体压力
完备的恒星光谱分 类应包括
• 光谱型 恒星表面 温度（颜色）
• 光度级 恒星大小 （主序、非主序）
主序恒星揭示恒星 的属性及运行机制
非主序恒星揭示恒 星如何形成、演化 及消亡
疏散星团：恒星数密度小，亮星为兰巨星 球状星团：恒星数密度大，亮星为红巨星
星团的特征
恒星数：数十至数百万颗（多重星/聚星例外）
被彼此引力所束缚的系统
几乎同时形成，星龄差不多，化学成分同 距离也差不多，简化对成员星的各种分析：
m2 -m1 ~ M2-M1 ~ L1/L2
直径一般小于100光年 包含数十至数百颗成员星 较年轻 成员星之间相距较远 组织松散而形状不规则 富含星际气体 亮星为蓝巨星 几乎没有白矮星 著名例子：昴星团（M45）
Edmund Waller (1606-1687)
本讲内容
1. 恒星的距离、亮度与光度 2. 恒星的温度、大小与化学成分 3. 双星与恒星质量的测量 4. 赫-罗图 5. 星团 6. 太阳的结构 7. 太阳的能源来自热核聚变 8. 太阳的内部 9. 太阳大气
通俗天文学
目录版权信息闲话天文出版说明关于原著者关于译者译者序第一编 天体的运行第一章 我们的星辰系统第二章 天界现象第三章 时间与经度的关系第四章 怎样确定一个天体的位置第五章 地球的周年运动及其结果第二编 望远镜第一章 折射望远镜第二章 反射望远镜第三章 折反射望远镜第四章 望远镜摄影术第五章 大型光学望远镜第六章 射电望远镜第七章 太空望远镜第三编 太阳，地球，月亮第一章 太阳系的最初一瞥第二章 太阳第三章 地球第四章 月亮第五章 月食第六章 日食第四编 行星及其卫星第一章 行星的轨道及其各种情形第二章 水星第三章 金星第四章 火星第五章 小行星群第六章 木星及其卫星第七章 土星及其系统第八章 天王星及其卫星第九章 海王星及其卫星第十章 曾经的大行星冥王星第十一章 太阳系的比例尺第十二章 引力与行星的称量第五编 彗星与流星第一章 彗星第二章 流星第六编 恒星第一章 星座第二章 恒星的本性第三章 恒星的距离第四章 恒星系统第五章 星云第七编 星系与宇宙第一章 银河系第二章 河外星系第三章 膨胀的宇宙第四章 大爆炸宇宙学第五章 微波背景辐射第六章 宇宙的组成第七章 宇宙的结构第八章 宇宙的演化第八编 探索地外生命第一章 UFO第二章 地球生命之源第三章 寻觅太阳系第四章 寻觅银河系通俗天文学作 者：【美】纽康译 者：金克木选题策划：王 聪责任编辑：喻 静装帧设计：伍 霄宇宙原是个有限的无穷。
人类恰好是现实的虚空。
只有那无端的数学法则，才统治了自己又统治了一切。
——金克木近年来翻印古书和翻译古书忽然流行，早已超过了《四库全书》时代，可是讲怎么读古书的还很少。
是不是大部头古书只为包装摆起来好看？谁有那么多时间读古书？赏鉴古董？“博览群书”只怕是属于有电视电脑以前的时代，不属于现代或者“后现代”了。
不过有书就会有人读。
现在人读古书和100年以前古人读古书不会一样。
现在人有些想法是古时人不会有的。
我想起一个例。
天文学chapter8
Very Important Warning:
Never look directly at the sun through
a telescope or binoculars(雙筒望遠鏡)!!!
This can cause permanent eye damage – even blindness.
Chapter 8 The Sun
Guidepost
In this chapter, you can use the interaction of light and matter to reveal the secrets of the sun. Because the sun is a typical star, what you are about to learn are the secrets of the stars.
Filaments
Transition region
Chromospheric structures visible in Ha
emission (filtergram)
The Chromosphere (2)
Spicules: Filaments of cooler gas from the photosphere, rising up into the
The sun will give you a close-up look at a star.
Guidepost (continued)
This is the first chapter that applies the methods of science to understand a celestial body. Here you will begin to see how science works in modern astronomy, and you will answer two questions about science:
《通俗天文学》读书笔记思维导图
第七节 太空望远镜
第三章 太阳、地球、月球
01
第一节 太 阳系的结构
02
第二节 太 阳
03
第三节 地 球
04
第四节 月 球
06
第六节 日 食
05
第五节 月 食
第四章 行星及其卫星
01
第一节 行 星的轨道
02
第二节 水 星
03
第三节 金 星
04
第四节 火 星
06
第六节 木 星及其卫星
05
第五节 小 行星群
感谢观看
读
书
笔
记
第一章 天体的运行
1
第一节 我们的 星辰系统
2
第二节 天界现 象
3
第三节 时间和 经度的关系
4
第四节 如何确 定天体的位置
5 第五节 地球的
周年运动及其 结果
第二章 望远镜
第一节 折射望远镜 第二节 反射望远镜
第三节 折反射望远 镜
第四节 望远镜摄影 术
第六节 射电望远镜
第五节 大型光学望 远镜
07 第七章 星系和宇宙
06 第六章 恒星 08 第八章 探索地外生命
我们在讲述内容之前，首先在生存的空间中游览一番，以便对我们的世界有个简单的认识。我们想象一下， 自己是站在世界外的一点上看待这个世界的。当然，这一点肯定非常遥远。为了让大家比较清楚“远”的概念， 我们用光速进行表示。我们知道，光的速度大约是30万千米/秒，一秒钟能够绕着地球运行七圈半。如果我们选 择的那一点是合适的，那么，它和我们之间的距离大约是100万光年。在如此遥远的一点上，我们几乎完全被黑 暗包围了，毫无星光的漆黑天空围绕在我们身边。不过，有一个方向是特殊的，在那里我们能够看见微弱的光线， 犹如黎明来临之前的暗淡曦光。尽管其他方向也有类似的光斑，但我们暂时不讨论它们。上述所说的光线正是 “我们的星系”，也是我们要研究的对象。于是，我们向着它飞驰而去。假如我们想要在一年之内到达那里，我 们的速度至少要比光速快100万倍（当然，这仅仅是一个思维游戏，因为任何东西的速度都不如光速快），我们 距离它越近，它在黑暗天空中的范围就越大，慢慢占据了天的一半，最后只剩下我们背后的天空是漆黑的。
普通天文学_第八单元 星系世界(3)_
什么是活动星系？
活动星系与活动星系核
l●相比于正常星系，部分星系（核）表现出强烈的活动性，称为活动星系。
l●在观测上分为：
射电星系
赛弗特星系
耀变体
类星体
正常星系与活动星系
(1) ⾼高光度
X射线光度光学光度射电光度银河系111
射电星系100-5,00022,000-2×106赛弗特星系300-7×104220-2×106类星体(3C 273) 2.5×1062506×106
河外射电源
光学(HST)X 射线(Chandra)
类星体PKS 1127-145 正常星系
(2) 非热辐射谱
l●正常星系
–星系内恒星的累积辐射
–⿊黑体辐射，峰值能量位于光学波
段
l●活动星系
–热（红外）辐射+ 非热辐射（幂
律谱），峰值能量位于远红外波
段
(3) 强发射线与偏振辐射。
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§8.1 地月系 一、地月系绕转
1、月球环绕地球的轨道——白道：黄白交角 2、月球环绕地球的周期——月（朔望月、恒星月、
交点月、近点月、分点月） 3、同步自转：自转和公转的周期相同 二、月相 1、成因：①月球不发光；②日、地、月三者相对
位置变化。 2、月球对太阳的相对运动 3、月相的规律
“嫦娥一号”卫星发射成功
运载火箭 ：长征三号甲
长征三号甲基本参数
“嫦娥一号”探测卫星
"嫦娥一号"奔月分三步：
1调相轨道
2地月转移轨道
3环月轨道
"嫦娥"在飞向 月球之前还要 绕地球转五圈 。
"嫦娥"将在地 月转移轨道 上飞行114小 时，途中第 三级火箭与 卫星实现星 箭分离。
"嫦娥"在距离 月球200公里 圆形轨道上 绕月一年， 最终有望撞 月谢幕。
五、食限与食季
1、食限的定义 2、食季的定义
六、 交食的几率 七、 日、月食的周期 ： 沙罗周期
§8.4 天文潮汐
一、潮汐现象 潮汐现象、涨落潮、高低潮、潮差、大小潮
二、引潮力：实际引力和平均引力的差值
1.引潮力及其分布 2.引潮力的因素 3.太阳潮与太阴潮
三、海洋潮汐的规律性
1.周期性 2.复杂性
四 大 使 命
探测月球成分
伽马、X射线谱仪探测月表物质元素含量， 而干涉成像光谱仪则探测矿物的含量。
探测月壤特性
由微波高、低端定标天线组成的微波
探测系统，可以测定月壤厚度。
探测地月 空间环境
利用高能粒子探测器和太阳风探测器， 监测太阳宇宙线，探测太阳风等离子体。
探测月面地形地貌
探测月球成分
探测月壤特性
探测地月空间环境
月亮歌
初一月亮看不见 初二月亮一根线 初三初四像镰刀 初七初八月半边 一天更比一天胖 直到十五月才圆 廿二半夜月半圆 一天更比一天瘦 廿九三十见月难
月相的名 称
新月或 朔
上弦月
满月或 望
下弦月
出现的大致时 间(农历每月)
夜晚所见的形状
初一
不可见
初七、初八
半圆，上半夜见于西 半部天空，月面朝西
课外实习题
1. 实地观测月相变化，为什么月亮每天周日运动有东移现象？ 2. 沿海地区组织观看潮汐，并了解当地潮汐涨落的规律。 3. 结合天文部门预报，组织学生观看日、月食现象。
第八章结束
影响因素（及变化） 日食限 月食限 黄白交角（增大） （减小） （减小） 月地距离（增大） （减小） （减小） 日地距离（增大） （减小） （增大） 返回
1.相反（新月）；2.一致（满月）；3.垂直（上、 下弦）；4.大于90°小于180°；5.大于0°小于 90°
返回
黄白交角
返回
日 或 月 食 限
当黄道上的日轮与白道上的月轮接近到互相外 切，日轮中心与黄白交点之间的角距离为日食限。 这就是太阳与黄白交点的黄经差，也是日轮中心至 黄白交点的黄道弧长。同理，月食限就是地球本影 中心与黄白交点的黄经差，亦是地影中心至黄白交 点的黄道弧长。
5、今宵酒醒何处？杨柳岸，晓风残月。（月底娥眉月）
返回
§8.3 日食和月食
一、日、月食的成因 本影,伪半影,半影,如图中所示
二、交食的条件 1、朔望条件 2、交点条件
三、日、月食的种类 1、日食种类:日全食，日偏食，日环食 2、月食种类:月全食，月偏食
四、日、月食的过程
1、初亏、食既、食甚、生光、复圆全食过程 2、初亏、食甚、复圆偏食过程
顶端背对太阳的会聚圆锥 空心发散的圆锥 与本影方向相反的发散圆锥
日、月食成因
月食现象
日食的形成
月食的形成
返回
日全食
日偏食
贝利珠现象
贝利珠现象
月偏食
月全食
返回
月全食
月偏食
返回
高、低潮
大、小潮
返回
大潮：发生在朔望
小潮：发生在上下弦
朝长
马
朝长
尾
朝长
罗
朝长
星
朝长
塔
朝长 汐消
返回
钱塘江观潮
3.潮汐磨擦
四、潮汐的地理意义：
1 发展养殖 2 发电 3 港口和海运 4 旅游 5 国家领土的基准 6 动力大地测量学
思考与练习题 1．地月系绕转有何特征？ 2．月球表面的环境有何特点？月球的结构如何？ 3．什么是恒星月？什么是朔望月？二者有何区别？ 4．月相如何形成？不同月相时月球东升西没和中
“嫦娥一号”飞行图解
“嫦娥一号”绕月飞行
“嫦娥奔月”三阶段：
“绕”
“落”
“回”
发射探月卫星 “嫦娥一号”
研制和发射 航天器，使 其降落在月 球上进行探 测和自动巡 察。
研制和发射 小型采样返 回舱、月表 采样器、机 器人操作臂 等。
探测月面地 形地貌
利用CCD立体相机和激光高度计实施对 全月面三维立体成像的探测活动。
§8.2 月球概况 一、人类对月球的认识：阿波罗时代 探测结果 二、月球探测的新动向 ： 1、 20世纪90年代以来的探测成果 2、 21世纪的计划：中国的“嫦娥1号”探测 卫星
探月卫星
“嫦娥一号”卫星发射的简况：
新华网西昌2007年10月24日电（记者孙彦新）：18时 05分长征三号甲运载火箭发射，经过1473秒飞行后，将 嫦娥一号卫星送入太空，完成自己的使命。
返回
退潮后的滩涂是螃蟹的乐园
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涨潮时的闽江口
落潮时的闽江口
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十五、十六 通宵可见一轮明月
二十二、二十 半圆，下半夜见于东
三
半部天空，月面朝东
注：“上上西西，下下东东”
以下有关月相的描述。请判断分别属于什么月相？ 1、傍晚一弯月牙挂树梢 （月初娥眉月） 2、月落乌啼霜满天，江枫渔火对愁眠。（上弦月）
3、月上柳梢头，人约黄昏后。（满月）
4、 民歌“半个月亮爬上来”（下弦月）
天时刻有何不同？ 5．日食和月食是怎样形成？二者有何不同？ 6．什么叫涨潮和落潮、高潮和低潮、大潮和小潮？ 7．如何解释潮汐变形现象？ 8．什么叫引潮力（起潮力）？为什么月球引潮力
大于太阳引潮力？
思考与练习题
9．何谓日潮不等现象？解释半日潮、全日潮和混合潮的成因。 10．什么叫洛希极限？它对天体的形成有何作用？ 11．潮汐的地理意义有哪些？
月球的同步自转
月球的同步自转，使得地球上人们看到的月
球，大体是相同的半个月球。
返回
地球
月球
Hale Waihona Puke 月球和地球照片返回
月球正面照片
月球背面照片
返回
阿姆斯特朗的脚印
对于一个人来说，这只是一小步。 但对人类来说，这却是巨大的一步。
宇航员在月球上
返回
月相:月球圆缺 变化的现象
返回
月相成因与太阳光照射的方向与人在地球上观测 的方向有关：