| 油田一中 引 言 你想加入天文愛好者的行列，親自去探索星空的奧秘，親眼目睹神奇宇宙中那千姿百態(tài)的天體和天象嗎？你想知道怎樣識別斑斕的四季星空和美麗的長尾彗星，如何觀測壯觀的太陽活動和燦爛的流星雨，怎樣尋覓神秘的變星與雙星和多姿的河外星系嗎？那就請學(xué)習(xí)我校的校本課程《天文學(xué)基礎(chǔ)知識》，它將向你展現(xiàn)宇宙的無窮魅力，引導(dǎo)你步入天文科學(xué)的殿堂。 目 錄 第一章 緒論 第一節(jié) 天文學(xué)的研究對象和內(nèi)容 第二節(jié) 天文學(xué)發(fā)展簡史 第三節(jié) 天文學(xué)和人類社會 第四節(jié) 學(xué)習(xí)天文學(xué)的意義 第二章 天球和天球坐標系 第一節(jié) 天球 第二節(jié) 天球上的基本點和基本圈 第三節(jié) 地平坐標系 第四節(jié) 時角坐標系 第五節(jié) 赤道坐標系 第六節(jié) 黃道坐標系與銀道坐標系 第七節(jié) 不同天球坐標之間的換算 第三章 天文觀測 第一節(jié) 天文觀測的手段和重要性 第二節(jié) 斗轉(zhuǎn)星移望星空 第三節(jié) 春夜的星空 第四節(jié) 夏夜的星空 第五節(jié) 秋夜的星空 第六節(jié) 冬夜的星空 第四章 地球和月球 第一節(jié) 地球概況 第二節(jié) 地球運動 第三節(jié) 地球的起源和演化 第四節(jié) 月球概況 第五節(jié) 月球形成學(xué)說 第五章 太陽和太陽系 第一節(jié) 太陽 第二節(jié) 行星、衛(wèi)星和行星環(huán) 第三節(jié) 小行星 第四節(jié) 彗星 第五節(jié) 流星和隕星 第六節(jié) 太陽系起源和演化 第七節(jié) 探索第十顆大行星 第六章 恒星和銀河系 第一節(jié) 恒星 第二節(jié) 雙星和聚星 第三節(jié) 變星 第四節(jié) 星團 第五節(jié) 星際介質(zhì)和星云 第六節(jié) 銀河和銀河系 第七章 河外星系 第一節(jié) 什么是河外星系 第二節(jié) 星系分類 第三節(jié) 類星體 第四節(jié) 星系群和星系團 第八章 宇宙和宇宙學(xué) 第一節(jié) 宇宙及其組成和結(jié)構(gòu) 第二節(jié) 什么是宇宙學(xué) 第三節(jié) 大爆炸宇宙論 第四節(jié) 宇宙可能的結(jié)局 第九章 天文望遠鏡 第一節(jié) 望遠鏡的發(fā)展簡史 第二節(jié) 現(xiàn)代大型光學(xué)望遠鏡 第三節(jié) 射電望遠鏡 第四節(jié) 其它波段的望遠鏡 第五節(jié) 空間望遠鏡 第十章 天文機構(gòu) 第一節(jié) 天文研究機構(gòu) 第二節(jié) 天文普及機構(gòu) 第三節(jié) 天文教育機構(gòu) 第四節(jié) 天文學(xué)術(shù)團體 第十一章 飛出地球 第一章 緒 論 絢麗的星空魅力無窮,浩瀚的宇宙深邃莫測,豐富多彩的天文觀測活動充滿誘惑,令廣大天文愛好者心馳神往。為了順利步入天文科學(xué)的殿堂，讓我們首先來了解天文學(xué)研究的對象和內(nèi)容，天文學(xué)發(fā)展簡史，天文學(xué)與生產(chǎn)實踐和人類生活的關(guān)系，學(xué)習(xí)天文學(xué)的意義。 第一節(jié) 天文學(xué)的研究對象和內(nèi)容 天文學(xué)所研究的對象涉及宇宙空間的各種星星和物體，大到月球、太陽、行星、恒星、銀河系、河外星系以至整個宇宙，小到小行星、流星體以至分布在廣袤宇宙空間中的大大小小塵埃粒子。天文學(xué)家把所有這些星星和物體統(tǒng)稱為天體。從這個意義上講，地球也應(yīng)該是一個天體，不過天文學(xué)只研究地球的總體性質(zhì)而一般不討論它的細節(jié)。另一方面，人造衛(wèi)星、宇宙飛船、空間站等人造飛行器的運動性質(zhì)也屬于天文學(xué)的研究范圍，可以稱之為人造天體。 我們可以把宇宙中的天體由近及遠分類為幾個層次： (1)太陽系天體：包括太陽、行星（其中包括地球）、行星的衛(wèi)星（其中包括月球）、小行星、彗星、流星體及行星際介質(zhì)等。 (2)銀河系中的各類恒星和恒星集團：包括變星、雙星、聚星、星團、星云和星際介質(zhì)。太陽是銀河系中的一顆普通恒星。 (3)河外星系，簡稱星系，指位于我們銀河系之外、與我們銀河系相似的龐大的恒星系統(tǒng)，以及由星系組成的更大的天體集團，如雙星系、多重星系、星系團、超星系團等。此外還有分布在星系與星系之間的星系際介質(zhì)。 不少人往往分不清天文和氣象有什么區(qū)別，電話打到天文臺去問天氣情況是常有的事。也許天文和氣象都是研究“天上”的東西而使人產(chǎn)生混淆，而香港天文臺經(jīng)常發(fā)播臺風(fēng)警報更使人誤認為天文臺就是研究天氣情況。其實，天文學(xué)研究的“天”和氣象學(xué)研究的“天”是兩個完全不同的概念。天文學(xué)上的“天”是指宇宙空間，氣象學(xué)上的“天”是地球大氣層。天文學(xué)家研究地球大氣層以外各類天體的性質(zhì)和天體上發(fā)生的各種現(xiàn)象——天象，氣象學(xué)家則研究地球大氣層內(nèi)發(fā)生的各種現(xiàn)象——氣象。所以，預(yù)報日食、月食的發(fā)生和流星雨的出現(xiàn)是天文學(xué)家的事，而預(yù)報臺風(fēng)、高溫、寒潮則是氣象學(xué)家的職責。記著這一點，天文和氣象就不難區(qū)別開來了。 天文學(xué)還從總體上探索目前我們所觀測到的整個宇宙的起源、結(jié)構(gòu)、演化和未來的結(jié)局，這是天文學(xué)的一門分支學(xué)科——宇宙學(xué)的研究內(nèi)容。 天文學(xué)按照研究的內(nèi)容可分為天體測量學(xué)、天體力學(xué)和天體物理學(xué)三門分支學(xué)科。天體測量學(xué)是天文學(xué)中發(fā)展最早的一個分支，它的主要內(nèi)容是研究和測定各類天體的位置和運動，建立天球參考系等。利用天體測量方法取得的觀測資料，不僅可以用于天體力學(xué)和天體物理研究，而且具有應(yīng)用價值，比如用以確定地面點的位置。目前，天體測量的手段已從早期單一的可見光波段，發(fā)展到射電、紅外等其他電磁波段，精度也不斷提高，并且從地面擴展到空間，這就是空間天體測量。 天體力學(xué)主要研究天體的相互作用、運動和形狀，其中運動應(yīng)包括天體的自轉(zhuǎn)。早期的研究對象是太陽系天體，目前已擴展到恒星、星團和星系。牛頓萬有引力定律和運動三定律的建立奠定了天體力學(xué)的基礎(chǔ)，使研究工作從運動學(xué)發(fā)展到動力學(xué)。因此，實際上可以說牛頓是天體力學(xué)的創(chuàng)始人。今天，我們可以準確地預(yù)報日食、月食等天象，和天體力學(xué)的發(fā)展是分不開的。 天體物理是天文學(xué)中最年輕的一門分支學(xué)科，它應(yīng)用物理學(xué)的技術(shù)、方法和理論，來 研究各類天體的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、分布、化學(xué)組成、物理狀態(tài)和性質(zhì)以及它們的演化規(guī)律。十八世紀赫歇爾開創(chuàng)恒星天文學(xué)可謂天體物理學(xué)的孕育時期。十九世紀中葉，隨著天文觀測技術(shù)的發(fā)展，天體物理成為天文學(xué)一個獨立的分支學(xué)科，并促使天文觀測和研究不斷作出新發(fā)現(xiàn)和新成果。就其研究內(nèi)容來說，有太陽物理、太陽系物理、恒星物理、銀河系天文、星系天文、宇宙化學(xué)、天體演化及宇宙學(xué)等；就其研究方法而言又可分為實測天體物理和理論天體物理。 地面天文 天體測量 方位天文，實用天文 天文地球動力學(xué) 攝動理論，歷書天文 天體力學(xué) 人造地球衛(wèi)星軌道運動 天文學(xué) 天體的形狀和自轉(zhuǎn)理論 實測，理論天體物理 太陽物理，恒星天文 天體物理 高能天體物理 星系天文學(xué)，天體演化 宇宙學(xué) 第二節(jié) 天文學(xué)發(fā)展簡史 天文學(xué)的起源可以追溯到人類文化的萌芽時代。遠古時候，人們?yōu)榱酥甘痉较?，確定時間和季節(jié)，就自然會觀察太陽、月亮和星星在天空中的位置，找出它們隨時間變化的規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上編制歷法，用于生活和農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)活動。從這一點上來說，天文學(xué)是最古老的自然科學(xué)學(xué)科之一。早期天文學(xué)的內(nèi)容就其本質(zhì)來說就是天體測量學(xué)。 從十六世紀中葉哥白尼提出日心體系學(xué)說開始，天文學(xué)的發(fā)展進入了全新的階段。在 這之前，包括天文學(xué)在內(nèi)的自然科學(xué)，受到宗教神學(xué)的嚴重束縛。哥白尼的學(xué)說使天文學(xué)擺脫宗教的束縛，并在嗣后的一個半世紀中從主要純描述天體位置、運動的經(jīng)典天體測量學(xué)，向著尋求造成這種運動力學(xué)機制的天體力學(xué)發(fā)展。十八、十九世紀，經(jīng)典天體力學(xué)達到了鼎盛時期。同時，由于分光學(xué)、光度學(xué)和照相術(shù)的廣泛應(yīng)用，天文學(xué)開始朝著深入研究天體的物理結(jié)構(gòu)和物理過程發(fā)展，誕生了天體物理學(xué)。二十世紀現(xiàn)代物理學(xué)和技術(shù)高度發(fā)展，并在天文學(xué)觀測研究中找到了廣闊的用武之地，使天體物理學(xué)成為天文學(xué)中的主流學(xué)科，同時促使經(jīng)典的天體力學(xué)和天體測量學(xué)也有了新的發(fā)展，人們對宇宙及宇宙中各類天體和天文現(xiàn)象的認識達到了前所未有的深度和廣度。 天文學(xué)就本質(zhì)上說是一門觀測科學(xué)。天文學(xué)上的一切發(fā)現(xiàn)和研究成果，離不開天文觀測工具——望遠鏡和望遠鏡后端的接收設(shè)備。在十七世紀之前，人們盡管已制作了不少天文觀測儀器，如在中國有渾儀、簡儀等，但觀測工作只能靠人的肉眼。1608年，荷蘭人李波爾賽發(fā)明望遠鏡，1609年伽里略制成第一架天文望遠鏡，并很快作出許多重要發(fā)現(xiàn)，從此天文學(xué)跨入了用望遠鏡觀測、研究天象的新時代。在此后的近400年中，人們對望遠鏡的性能不斷加以改進，并且越做越大，以期觀測到更暗的天體和取得更高的分辨率。目前世界上最大光學(xué)望遠鏡的口徑已達到10米。 1932年美國人央斯基用他的旋轉(zhuǎn)天線陣觀測到了來自天體的射電波，開創(chuàng)了射電天文學(xué)。1937年誕生第一臺拋物反射面射電望遠鏡。之后，隨著射電望遠鏡在口徑和接收波長、靈敏度等性能上的不斷擴展、提高，射電天文觀測技術(shù)為天文學(xué)的發(fā)展作出了重要的貢獻。目前世界上最大的全可動射電望遠鏡直徑為100米，最大固定式射電望遠鏡直徑達300米。 二十世紀后50年中，隨著探測器和空間技術(shù)的發(fā)展以及研究工作的深入，天文觀測進一步從可見光、射電波段擴展到包括紅外、紫外、X射線和γ射線在內(nèi)的電磁波各個波段，形成了多波段天文學(xué)，并為探索各類天體和天文現(xiàn)象的物理本質(zhì)提供了強有力的觀測手段，天文學(xué)發(fā)展到了一個全新的階段。 在望遠鏡后端的接收設(shè)備方面，十九世紀中葉，照相、分光和光度技術(shù)廣泛應(yīng)用于天文觀測，對于探索天體的運動、結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成和物理狀態(tài)起了極大的推動作用，可以說天體物理學(xué)正是在這些技術(shù)得以應(yīng)用后才逐步發(fā)展成為天文學(xué)的主流學(xué)科。二十世紀中，偏振觀測、干涉測量、斑點干涉、CCD探測器以及多光纖等技術(shù)在天文觀測中發(fā)揮了越來越大的作用。毫無疑問，天文研究中取得的重要成果與后端探測設(shè)備的發(fā)展和改進是緊密聯(lián)系在一起的。 |
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