第四章天文学重要的基本概念课件
基础天文学
• 观测周期：恒星、行星、卫星等天体的周期性观测
天文观测的方法
• 目视观测：用肉眼或望远镜直接观测天体
• 摄影观测：用照相机拍摄天体照片，记录天体的光变和颜色
• 光谱观测：用分光镜分析天体的光谱，获取物理性质和化学成分
光学望远镜的发展与类型
光学望远镜的发展
• 折射望远镜：使用透镜折射光线，如伽利略望远镜
地球的海洋
• 海洋面积：地球表面约71%被海洋覆盖
• 海洋深度：最大深度约为11000米
• 海洋生态系统：海洋生态系统丰富多样，对地球生物和环境具有重要影响
地球的陆地
• 地形：地球地形多样，包括山脉、平原、高原、沙漠等
• 土壤：土壤类型多样，对农作物生长和生态环境具有重要影响
• 生物多样性：地球陆地生物多样性丰富，对地球生物和环境具有重要影响
的解释
图
红外望远镜，紫外望远镜
• 现代：天体物理学，宇宙学，恒星
• 现代：计算机，数据处理，太空探
演化，宇宙起源
测，卫星观测
02
天文观测与仪器
天文观测的基本原理与方法
天文观测的基本原理
• 投影原理：将天体的位置和运动投影到地球表面的二维平面上
• 观测精度：取决于观测设备的性能、观测条件、数据处理方法
05
恒星演化与宇宙起源
恒星演化过程与最终命运
恒星演化过程
• 主序阶段：恒星从核心到表面都在进行核聚变
• 红巨星阶段：恒星核心耗尽氢，开始进行氦聚变
• 白矮星阶段：恒星核心耗尽氦，外层气体和尘埃形成白矮星
• 中子星阶段：恒星核心塌缩，形成中子星
• 黑洞阶段：恒星核心塌缩，形成黑洞
恒星的最终命运
• 白矮星：质量较小的恒星最终成为白矮星
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。
《天文观测基础知识》课件
目录
CONTENTS
• 天文观测的基本概念 • 天文观测的硬件设备 • 天体的观测与识别 • 天文观测的实践技巧 • 天文观测的未来发展
01
天文观测的基本概 念
天文学的定义与分类
总结词
天文学是一门研究宇宙中天体的科学，包括恒星、行星、星 云、星系等。根据研究对象的不同，天文学可分为多个分支 ，如恒星天文学、行星天文学、星云天文学等。
详细描述
天文学是研究宇宙中各种天体的科学，其研究对象包括恒星 、行星、星云、星系等。通过对这些天体的观测和研究，人 们可以了解宇宙的起源、演化、结构以及天体的形成、演化 和终极命运。
天文观测的历史与意义
总结词
天文观测是人类探索宇宙的重要手段， 其历史悠久，对人类文明的发展产生了 深远的影响。通过天文观测，人们可以 了解宇宙的奥秘，探索天体的形成和演 化机制，为人类未来的太空探索提供科 学依据。
。
化学与天文学
天文学中涉及的元素和化合物种 类繁多，通过研究这些物质的性 质和演化过程，有助于深入了解
化学反应和分子结构。
地球科学和天文学
地球科学和天文学在研究地球和 宇宙中的物质、能量和演化过程 方面有许多交叉点，通过跨学科 合作可以取得更多突破性成果。
天文观测的社会影响与教育意义
提高公众科学素养
感谢您的观看
望远镜的类型与选择
折射望远镜
使用透镜作为主镜，适合观测恒星、行星等天体，但需要定期调整。
反射望远镜
使用反射镜作为主镜，适合观测星云、星系等深空天体，但需要定期 清洁。
折反射望远镜
结合折射和反射的原理，适合观测多种天体，但价格较高。
望远镜选择
根据个人需求和预算选择适合自己的望远镜，初学者可选择便携、易 操作的望远镜，有经验的观测者可选择更高级的望远镜。
什么是天文学？我们对宇宙有多少了解？
什么是天文学？我们对宇宙有多少了解？天文学是研究天体物理和宇宙结构演化的学科，它涉及天体的组成、结构、运动以及宇宙演化的起源、结构和未来等方面。
随着科学技术的发展，我们对宇宙的了解越来越深入，但是我们仍然对宇宙一些问题束手无策。
在本文中，我们将讨论天文学的基本概念、我们对宇宙的了解程度以及目前还没有解决的谜题。
一、天文学的基本概念天文学源于人类对天空的观测和探索，是自然科学的一个重要分支。
天文学研究的主要对象是宇宙中的各种天体，这些天体主要包括恒星、行星、星际介质、星系和宇宙微波背景辐射等。
天文学的核心任务是揭示宇宙的起源、演化规律和内部结构，并与其他自然科学学科进行交叉研究，尤其是对物理、化学、数学等学科的深入渗透和应用。
二、我们对宇宙的了解程度1. 星系星系是由无数个恒星、行星、猎户座和星云等天体组成的，在宇宙中分布非常广泛。
目前为止，科学家已经探索了许多星系，了解了一些他们的基本结构和特性。
2. 太阳系太阳系是地球所在的星系，共有8个行星。
太阳系的研究涉及到了物理、化学、地质、生物等多个领域。
目前，我们已经详细地了解了太阳系的行星、卫星的运行规律以及每个行星的一些基本特征。
3. 宇宙背景辐射宇宙背景辐射是宇宙较早时期产生的一种微波辐射，它是宇宙大爆炸之后释放出来的。
科学家通过对宇宙背景辐射的观测数据分析，得出了宇宙的大爆炸模型，更深刻地了解了宇宙的起源和演化。
4. 暗物质和暗能量暗物质是宇宙中存在的一种物质，它不能被光线所探测出来，但是对于恒星等物体的运动却有显著的影响。
暗能量则是推动宇宙加速膨胀的一种能量，它的本质目前还不是很明确，但是科学家们已经确定了其影响。
三、目前还没有解决的谜题1. 暗物质和暗能量暗物质和暗能量的本质尚未被完全理解，而它们的质量和能量却占据了宇宙约96%以上的部分。
它们对宇宙的影响非常大，但是科学家们对它们的研究仍然处于初级阶段。
2. 宇宙的起源宇宙的起源是一个充满争议的问题，目前科学家仍然在试图解开这个谜题。
天文学基础知识
天文学基础知识简介:天文学是研究宇宙、星体、星系和宇宙现象的科学领域。
本文将介绍一些天文学的基础知识，包括天体的分类、太阳系的组成和星体运动的基本原理。
第一节：天体的分类天文学根据天体的性质和特征将其分类。
主要的天体包括星星、行星、卫星、恒星、星系和星云。
1. 星星星星是由氢气和其他元素通过核聚变反应产生能量的大型气体球体。
它们通过核反应产生的能量持续辐射和照亮宇宙。
2. 行星行星是围绕太阳或其他恒星运行的天体。
行星通常分为内行星（如地球、金星和火星）和外行星（如木星、土星和天王星）两类。
行星有自身的重力，并且能够固定轨道上运行。
3. 卫星卫星是围绕行星或其他天体运行的较小的天体。
例如，月球是围绕地球运行的卫星。
卫星有时也被称为“自然卫星”，以区分于人造卫星。
4. 恒星恒星是天空中明亮的点状物体，它们通过核聚变反应产生强烈的光和热。
恒星的大小和亮度不同，有些恒星比太阳还要大几百倍。
5. 星系星系是由恒星、气体、尘埃和其他物质组成的巨大结构。
银河系是我们所在的星系，它包含了数以千亿计的恒星。
6. 星云星云是由气体和尘埃组成的大型云状结构。
星云通常是恒星形成的地方。
有些星云非常庞大，可以观察到它们的光芒。
第二节：太阳系的组成太阳系是我们所在的星系，它由太阳、行星、卫星、小行星和彗星等天体组成。
1. 太阳太阳是太阳系的中心星体，它是一个巨大的恒星，占据太阳系中大部分的质量。
太阳通过核聚变反应产生能量，并向太阳系中的其他天体提供光和热。
2. 行星太阳系中有八个行星，按照距离太阳的远近可以分为内行星和外行星。
内行星是靠近太阳的行星，包括水金火球、金星、地球和火星。
外行星则包括木土天王冥。
3. 卫星太阳系中的行星都有自己的卫星。
例如，地球有一个卫星——月球。
卫星围绕行星运行，由于受到行星的引力影响，保持着稳定的轨道。
4. 小行星小行星是太阳系中未成为行星的天体。
它们主要分布在火星和木星之间，形成一个被称为小行星带的区域。
天文学基础知识
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紫金山天文台的古观象仪浑仪（左）和简仪（右），明代复制
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天文学的观测工具
光学望远镜
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18
哈勃太空望远镜
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射电望远镜
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21
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空间探测器 Explorer 1-5 ，
1958：1-8
Pioneer 3 & 4 1958:12； 1959:3
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个人一小步，人类一大步
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１宇宙的概念
狭义(可观测宇宙) ： 指一定时代观测所及的 最大天体系统，即天文 学中的“总星系”。 天文学所称的宇宙，是 广漠空间以及其中存在 的各种天体和各种形态 的物质的总称。
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universe和cosmos 前者强调的是物质现象的总和，后者强调的是整体 宇宙的结构或构造。 人类认识宇宙是一个无限深化的过程，在某一个具 体的时间断面上，人类只能认识到由有限对象组成 的具体的宇宙。 目前普遍认为：宇宙产生于大爆炸，宇宙是平坦的， 并在做加速膨胀。
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玫瑰星云和疏散星 团 NGC2244( 玫瑰星 云看起来像玫瑰花， 一百万年前疏散星 团 NGC2244 在 其 间 形成，并使星云明 亮可见)
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球状星团M3 (NGC5272，在猎犬座)
球状星团的成员星常 达几万甚至上千万颗， 形状比较规则， 分布比较均匀
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球状星团——杜鹃47， NGC104
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天文学的发展
第二次飞跃：哥白尼提出宇宙日心体系，形成太阳 系的概念。
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天文学的发展
第三次飞跃：万有引力定律和天体力学的建立。 第四次飞跃：认识到太阳系有其产生到衰亡的演化 史。(星云假说) 第五次飞跃：建立银河系和星系概念。 第六次飞跃：天体物理学兴起。 第七次飞跃：绝对时空观到相对论时空观的革命。
天文学基础介绍PPT课件
孔雀座(Pavo)中距离为75万光年的棒旋 星系NGC6872与它北面邻居星系 IC4970(NGC6872中心上方)相互作用。 欧洲南方天文台(European Southern Observatory)的甚大望远镜(Very Large Telescope，VLT)拍摄。
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肉眼能见的最近的河外星系： 大麦哲伦云
普通天文学
绪论
1
outline
• 天文学的基本概念 • 天文学的研究方法和特点 • 宇宙概观
2
一、天文学的基本概念
• 什么是天文学？ • 天文学的研究对象
3
１什么是天文学？
天文学是人类认识宇宙的一门自然科学； 是自然科学中的基础学科之一；
4
２天文学的研究对象
研究对象是宇宙空间中的天体和其他宇宙物 质。
天文动 力学
定性理论
天体力学
形状和自 转理论
历书天 文学
数值方法
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天体物理学
太阳物理 太阳系物理学
恒星物理学 恒星天文学 星系天文学 高能天体物理学 分子天文学
天体物理学
等离子体天体物理 相对论天体物理学
宇宙学 天体演化学 射电天文学 空间天文学 宇宙化学
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五、研究天文学的意义
科学意义 实际意义 哲学意义
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天文学的观测工具
• 光学望远镜
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Hale Waihona Puke 7• 哈勃太空望远镜18
• 射电望远镜
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20
21
• 空间探测器
Explorer 1-5 ， 1958：1-8
Pioneer 3 & 4 1958:12； 1959:3
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个人一小步，人类一大步
自然科学知识：天文学的基本知识和应用
自然科学知识：天文学的基本知识和应用天文学是研究天体和宇宙现象的科学。
它涵盖了广泛的范围，包括恒星、行星、卫星、银河系和宇宙的起源和演化等。
天文学的研究对象是极其庞大和复杂的，因此天文学对于人类理解宇宙的运行规律以及相关技术应用有着重要的价值。
一、天文学的基本知识1.天文学的起源和历史天文学的起源可以追溯到古代。
早在古代文明时期，人类就开始观测星空，并尝试理解宇宙的奥秘。
古希腊哲学家提出了一些天文学理论，如托勒密提出了地心说和阿里斯托特利提出了地球不动说。
在科学方法和观测技术的不断进步下，人类对宇宙的认识得到了极大的提高。
2.天文学的基本概念在学习天文学时，我们需要了解一些基本的概念，如天文单位、宇宙学定律、宇宙起源等。
天文单位是一个长度、质量和时间的标准单位系统，用以描述天文学现象，比如光年、天文单位等。
宇宙学定律是描述宇宙运行规律的基本定律，如引力定律、行星运行定律等。
宇宙起源是指宇宙整个存在的起源和演化过程，如大爆炸理论等。
3.天文学的研究方法天文学的研究方法主要包括观测和理论模型。
观测是通过望远镜等设备对天体进行观测，获取天体的物理特征和运行规律。
理论模型则是通过数学模型和物理模型对天体和宇宙现象进行理论分析和预测。
二、天文学的应用1.导航和定位天文学在导航和定位方面有着重要的应用。
在古代，人们通过观测星空来确定方向和位置。
现代导航系统也是基于天文学原理设计的，如卫星定位系统和星座导航系统等。
2.太空科学和探测天文学对太空科学和探测有着重要的指导作用。
人类通过天文学的知识和技术，可以设计和制造卫星、探测器等设备，用于对天体和宇宙现象进行探测和研究。
3.太阳能利用太阳能是人类主要的可再生能源之一，而太阳能的利用也是建立在对太阳的天文学认识基础上的。
人们通过了解太阳的辐射特性和运行规律，设计和利用太阳能设备，如太阳能电池和太阳能集热器等。
4.天文旅游和科普教育天文学的研究成果不仅为科学和技术应用提供了支持，也为人们进行天文旅游和科普教育提供了丰富的资源。
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2)光年（ly): 光1年所走的距离，1 ly=0.946053*1016米，约10
万亿公里
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3）秒差距（pc）：
把恒星视差为1角秒 时,恒星所对应的距离 作为一种单位:“秒差 距”
天文单位
太阳
地球轨道
1秒差距
1角 秒
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恒星的距离通常以秒差距 (parsec) 或光年 (light year) 作为单位。
三角测距法只适用于近距离 （≤30-500 pc）的恒星。
恒星的周年视差都小于1″
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恒星不恒
• 恒星的相对位置几乎保持不变； 明亮程度也似乎不发生变化； 因而称它们为恒星
• 事实上，恒星有很高的运动速度： 有的可超过每秒一千公里
• 亮度也在发生变化： 各类变星，造父变星是特殊的一类
第四章 天文学重要的基本概念
1 恒星距离及其测定 2 恒星的大小和质量 3 恒星的亮度，视星等，热星等和热改正 4 恒星的绝对星等和光度 5 恒星的辐射与光谱
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1
1 恒星的距离及其测定
测量距离的重要性：
我们肉眼只能知道恒星在天球上的投影的位置。 两颗挨得很近的恒星，实际上在纵深方向上可能 离得非常遥远，远的暗的星也就可能比近的实际上 更亮！
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造父变星
• 造父变星
1784年，发现仙王座δ 星是变星（我国叫做“ 造 父一”）：造父一最亮时 是3.6等，最暗时是4.3等, 周期性变化（5.37天）
• 后来发现的造父变星越 来越多，
成为一种类型：造父变 星
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造父变星的周光关系
•勒维特在研究小麦哲伦星云中1777颗 变星时，发现其中25颗造父变星： 它们的视星等从12.5等到15.5等， 光变周期从2天到120天；
直接测：太阳和部分双星
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3 恒星的亮度，视星等，热星等 和热改正
• 亮度 (brightness)：在地球上单位时间单位面积接 收到的天体的辐射能。
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。
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• 视星等： 古希腊天文学家希帕恰斯（Hipparcos）在公
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三角视差测量的困难：
•地球上的基线太短： 地球直径约1.3万公里（1.3×10-9光年）
最近恒星4.3光年，角度太小无法测量
•地球轨道提供3亿公里基线，情况好转！
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距离单位
恒星之遥远，远到无法用公里来做单位天文学家 特别定义了3把不同的尺子:
1)天文单位（AU）: 太阳和地球之间的平均距离称为 1“天文单位”，
恒星距离越远，它的视差越小 恒星越近，视差越大
恒星距离和恒星视差成反比：
r 1
r：秒差距，π″：角秒
例如：织女星的视差为 0″.12， 则距离＝8.1秒差距。
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隔半年的两次 观测，观测同 一颗星，其视 位置会发生变 化
AB：3亿公里
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• 最近的恒星
Barnard星ρ= 0.55″
元前150年左右首先创立表征恒星亮度的系统： 按明暗程度分成6个等级（1等星-6等星）。
造父变星的距离；
• 可测定遥远的造父变星及其中含有造父
变星的天体系统：如星团、星系等的距
离。
“量天尺”
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2 恒星的大小和质量
• 恒星的大小： 角直径非常小，最大的不超过0".05 线直径范围： 大：几百到一两千倍D⊙ 小：白矮星10-2 D⊙ ； 中子星直径只有 20公里
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（现代测量值为0".29，0它.相31当于从12公里处看 一个1分硬币所成的张角）
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• 限制 – 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。
发现了造父变星的周光关系: 造父变星越亮，光变周期越长
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造父变星的 周光关系
测出一批知道 距离的造父变 星得到光变周 期和绝对星等 关系
PPT学习交流22来自造父变星测距法• 测出造父变星的光变周期：
利用周光关系曲线得到造父变星的
绝对星等；
• 由关系式 M＝ m＋ 5－ 5 lg r，算出
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不知道恒星的距离就不能确定恒星空间的真实 分布、运动速度、大小和质量、发射电磁波的真 实强度，等等。
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怎样测量恒星的距离？
方法：
三角视差，分光视差，造父视差，力 学视差，星团视差，平均视差，哈勃定律 ，等等。
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三角视差法(trignometric parallax) ：
r = 1.8 pc (6.0 ly)
α Centauri Proxima
ρ= 0.76″
r=1.3 pc（4.3 ly）
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早期视差测量
•恒星距离非常遥远，视差极为微小
•哥白尼在创立日心学说时，曾尝试测量恒星视 差（未成功），以证明地球围绕太阳运转
•哥白尼之后经过了三百来年的努力，1838 年才测量出恒星的视差 如：天鹅座61的视差为
基线越长，可测量的恒星距离越远。
D = B/sinρ
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• Experiment: what’s parallax?
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• 视差（角）： 天文上，两个相对静止的观测者在两个不同
的位置上看到同一天体的方向之差。
• 恒星太远了，视差角太小，基线要非常长！ 日地平均距离a
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测量结果：
根据恒星体积的大小可以把它们分成以下几类：
超巨星 R ~100-1000 R⊙ 巨星 R ~10-100 R⊙ 矮星R ~ R⊙ 恒星的大小分布为：
10-5 R⊙ (中子星) 103 R⊙(超巨星)
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• 恒星的质量： 范围（理论）：65M⊙—0.08M⊙ 观测验证很好
令a = 1 AU 为平均日地距离（1天文单位），r为恒
星的距离，则
sina/r
ra2062(6A5U) 1(pc)
1 秒差距是周年视差为1″的恒星的距离。
1 秒差距 (pc) = 3.086×1018厘米 (cm) = 3.26光年 (ly) = 206265天文单位 (AU)
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