第二章宇宙世界

折射式
伽利略发明的的折射式望远镜。
a. 蓝光焦点 b. 黄光焦点 c. 红光焦点
折射望远镜的红、绿、蓝三色的色差
随后在1611年，德国天文学家开普勒又将天文望 远镜作了改进，提高了放大倍数。直到今天人们使用 的折射式望远镜还是这两种。天文望远镜采用的是开 普勒式。折射望远镜的优点是焦距长，底片比例尺大， 对镜筒弯曲不敏感，比较适合于做天体测量方面的工 作。但是它也有一定的缺陷，巨大的光学玻璃浇制也 十分困难，到1897年折射望远镜的发展达到顶点，技 术上的限制使得此后的一百多年中再也没有更大的折 射望远镜出现。
星座
人们用想象的线条将 星星连接起来，构成 各种图案，连同它们 所在的天空区域，叫 做星座。 （1922年国际天文学 会，规定全天有88个 星座）
四季星空
星空的变化
日变化——不同时间，星座不同 年变化——四季星空不同
春季： 参横斗转 狮子怒吼 银河回家 双角东守
夏季： 星斗满天 银河纵贯 天蝎南卧 两斗想遥
二、恒星概述
由于恒星离我们都相当遥远，所以对恒星的观 测和研究比对太阳系内的天体研究要困难得多。但 是，天文学家们经过一代一代人前仆后继的努力还 是对恒星的结构、物理特性、化学成分、演化过程、 运动规律和空间分布等，有了较为完整的认识。 在众多的恒星大家族中分别表现出高温、高压、 超密态、强磁场和强辐射等许多极端的物理特性， 在地球上都是不可想象的。 1、特点 ——远、动；
天体 ——宇宙间所有物质的总称
恒星——由炽热气体组成能自行发光的球状天体。 行星——绕恒星运行不发可见光的天体。 卫星——绕行星运行质量较小的天体。 彗星——由冰物质组成绕恒星运行拖着尾巴的天体。 流星体——质量小绕恒星运行轨道多样，当进入地球 大气因摩擦生热燃烧发光，为流星现象。大流星 体未燃尽降落到地面为陨星。 星际物质——恒星之间的物质，极其稀薄。包括 星际气体、尘埃磁场、宇宙线等。 人造天体——如人造卫星、宇航器（宇宙飞船）、空 间站等。
主星 序
↓老年期
↓ ↓ 红巨星的终结会因质量的不同而有不同的结果： （ 小质量） （小质量）→ 中子星 •质量为太阳三倍以下，会形成白矮星。 ↓衰亡期 •质量为太阳三倍以上，则形成超新星。 白矮星 → 红矮星 → 黑矮星
红巨星→（大质量）→超新星爆发→（大质量）→黑洞 热力与重力的抗争
热力与重力的抗争
五、大爆炸学说与宇宙起源问题
• 认为宇宙是由一个致密炽热的奇点于 150亿年前一次大爆炸后膨胀形成的 。
六、天体系统
——由互有引力联系的若干天体组成的集合体。 地月系 太阳系 银河系 总星系 （目前观测的 宇宙部分） 其他行星-卫星系统 其他恒星系统 河外星系（河外星云）

时间尺度：150亿年 空间尺度：150亿光年
上海和乌鲁木齐的25米射电望远镜
全球最大的美国阿雷西博射电望远镜。
欧洲空间局的XMM空间望远镜
四、天文学研究的意义 ——为人类生存和社会进步服务
具体： 1、时间的准确确定 2、大地测量 3、人造天体发射及应用（通讯、气象、监 测等等） 4、导航服务（包括GPS） 5、探索宇宙奥秘，揭示自然规律 6、对地学的发展 7、探索地外生命和地外文明
3、 恒星的形成和演化
• • • • 恒星的诞生(新生与婴儿期) 主序带恒星的演化(青年与壮年期) 后主序带恒星的演化(老年期) 恒星的归宿(死亡)
演化过程
星际气体云 ↓ 幼年期 2000K 原恒星→（小质量）→ 棕矮星 X ↓ （大质量） ↓壮年期
主星 序
↓老年期
红巨星→（大质量）→超新星爆发→（大质量）→黑洞
白矮星
白矮星为小质量恒 星的死亡方式。在红 巨星阶段，气体层散 发后，剩下的散发淡 光的铁核，这就是白 矮星。白矮温度很高， 质量也大，大小如同 地球。
白矮星最后会因 能量散失(主要是光) 而变为暗淡无光的黑 矮星。
超新星
超新星为大质量恒星的死亡方式。 恒星因铁核质量过大，膨脹收缩 激烈，铁核因重力使质子与电子 结合，形成中子核和放出微中子。 气体层收缩，向内坠落，与核心 碰撞产生非常强烈的冲击波，气 体层爆发，造成超新星。 超新星的残骸
1668年，牛顿创制第一 架反射式面镜望远镜，清 楚地观看出木星的8个较大 卫星。消除了透镜望远镜 产生色差的缺点，且有镜 筒短、便宜、易维护等优 点
英国物理学家、数学家牛顿(1642-1727)
牛顿发明的反射式望远镜
牛顿式
折反射式望远镜最早出现于1814年。到了1931年，德国光学 家施密特将一块近于平行板的非球面薄透镜与球面反射镜相配合， 制成了一架折反射望远镜。这种望远镜光力强、视场大、适合于 拍摄大面积的天区照片，尤其是对暗弱星云的拍照效果非常突出。 这类望远镜已经成了天文观测的重要工具。它兼顾折射和反射两 种望远镜的优点，非常适合业余的天文观测和摄影。 三百多年来，光学望远镜一直是天文观测最重要的工具。
↓
（ 小质量） ↓衰亡期
↓
（小质量）→
中子星
白矮星 →
红矮星 → 黑矮星
星际云
温度上升 放出辐射
再压缩 压力下降
放出 辐射
星际云收缩为原恒星的示意图
原恒星
赫罗图
紅巨星
主星序阶段（太阳在此阶段可维持 100亿年）
紅巨星
红巨星乃恒星的老年状态，恒星內部的 核聚变将氢结合成氦、氦合成碳、碳合 星际气体云 成氧...„直至产生铁后，便不能再进行 ↓ 幼年期 核聚变。核聚变变少，恒星温度下降， 2000K 原恒星→（小质量）→ 棕矮星 X 使恒星收缩。收缩后，又因收缩产生热 ↓ 力，恒星再次膨胀。恒星就如此落入重 （大质量） 力与热力的竞争中。 ↓壮年期
秋季： 星座搭接 飞马腾空 王族耀眼 仙马四角
冬季： 热闹多姿 猎户威武 手牵两犬 棒打金牛
2、恒星的颜色和温度
夜晚的星空，粗看起来星星都是亮晶晶的， 但仔细看来有的发红、有的发黄、有的发蓝、也 有的发白。蓝色恒星表面温度在10000K以上，如 参宿七、水委一和轩辕十四等。白色恒星表面温 度在11500～7700 K，如天狼星、织女星、牛郎 星、北落师门和天津四等。黄色恒星表面温度在 6000～5000 K，如太阳、五车二和南门二等。红 色恒星表面温度在3600～2600 K，如参宿四和心 宿二等。
第三节 太阳系
一、太阳系的发现简介
1. “天圆地方”
古代人们对宇宙的认识是模糊的，认为 上是天，下是地。但究竟什么叫天，什么叫 地，并不清楚。通过长期的观察，到春秋时 期，有人提出地像棋盘一样方的，天像圆盖 一样盖在上面。天和地形成半个球壳一样， 这说是所谓“天圆地方”的说法。
2. “盖天说”
但一圆一方怎样联接起来的呢？为了回答这个问题，于 是就有人对天圆地方的说法加以修改。认为天像一斗笠，中 间高四周围低，盖在地的上面，而地像一个倒扣的大盘子， 也是中间高四周低。这样天和地的连接问题就可以解决。因 为这些看法都是把天比作大盖子盖在地上，所以称为“盖天 说”。
太阳
彗星是质量、密度小的“脏雪球”，迄今为止
已知的有1600多颗，每年能观测到约10颗，新发 现的占50%。其运行轨道有抛物线、双曲线和椭 圆三种类型。著名的哈雷彗星就属椭圆轨道，其 运行周期为76年。当接近太阳时，在太阳辐射作 用下，分解成彗头和彗尾，状如扫帚，周期性地 出现。
彗星
彗尾
彗头
第二节 星系、恒星
南极臭氧空洞
先驱者11号和12号探测 器各带着一封内容相同 的"问候信"。信"写"在长 15.2厘米、宽22.9厘米、 厚1.27厘米镀金铝板制成 的"信纸"上。在右半边最 醒目的位置上是两个站 立着的裸体男女，表示 探测器的发射者--地球上 的人类。
旅行者1号、2号探测器带有我们人类的信息-录有"地球之音"的唱片。这种唱片是用喷金 的铜制成的，直径30.5厘米。唱片的内容丰 富多彩，大部分是世界名曲，其中还录有中 国的京剧和一首古曲《高山流水》。有115张 图片，近60种语言的问候语，一段联合国秘 书长瓦尔德海姆的口述录音等。
恒星并不恒 十万年前
现在
十万年后
大熊星座（北斗七星）
在晴朗的夜晚，仰首观看满天闪烁的繁星，探讨 一下它们的来龙去脉，那是多么令人神往与着迷啊。 “牛郎织女”、“七仙女下凡”等故事，是中国民间 流传很广、很感人的关于星星的神话；而“王族星 座”、“宝瓶与南鱼”和“室女”等，则是古希腊著 名的星座神话故事 由于恒星的相互位置看起来是不变的，但随着地 球的自转与公转，它们在不同的时候出现在天空的方 位不同。当你晚上在野外迷失方向的时候，你可以找 北极星。北极星在地球自转轴北极指的方向，它在正 北天空。
一、星系及其演化
1、银河系结构（由1500-2000亿颗恒星组成）
银盘（约直径8.5万光年）---银晕---银核 （银河系质心）
银 河 系 结 构 示 意 图 （ 侧 视 ）
银核
银盘
银晕
太阳在银河系内的运动—— 太阳位于距银核约 2.7万光年处 太阳绕银核旋转速度为250km/s 转一周约2.5-3亿年（银河年）
第一节 天文学概论
主讲教师：方雪
天空是深邃的，宇宙是广漠的。
* * 你想亲眼目睹无垠苍穹中那千姿百态的天体吗？ * 你想亲自探索浩瀚宇宙中那无穷无尽的奥秘吗？
*你想知道怎样识别那璀璨斑斓的四季星空吗？
你想知道为什么太阳东升西落、月亮有圆有缺、彗星 有尾巴、天上还下“流星雨”吗？ 想了解我们脚下的大地、头顶的天空吗？
目视——望远镜、分光镜、光度镜——大口径望远镜 ——射电望远镜——人造卫星、飞行器、哈勃太空望 远镜、CCD成像等。
射电望远镜
哈勃太空望远镜
观测天体的重要手段是天文 望远镜。可以毫不夸张地说，没 有望远镜的诞生和发展，就没有 现代天文学。随着望远镜在各方 面性能的不断改进和提高，天文 学也正经历着巨大的飞跃，迅速 推进着人类对宇宙的认识。