天文學(xué)導(dǎo)論課件.ppt

基礎(chǔ)天文 上冊(cè) 張鴻 主要參考資料 天文學(xué) 物理學(xué)新視野 庫(kù)特納著 蕭耐園 胡方浩譯 湖南科技出版社 AstronomyToday 5thed Chaisson McMillan PrenticeHallFundamentalAstronomy Karttunen Oja Poutanen Donner Springer 網(wǎng)上資源 http www opencourse info AstronomyToday 致謝和說(shuō)明 本課件中采用了許多他人的影像資料 這些資料來(lái)自網(wǎng)上 書(shū)本掃描 他人課件等 在此非常感謝這些資料的作者 由于資料比較多 而且來(lái)源復(fù)雜 這里無(wú)法將作者一一列出 特此說(shuō)明 所有資料的版權(quán)均屬于原作者 本課件只用于本人的教學(xué)工作 不作其它用途 第一章 緒論 世界上有兩件東西能夠深深地震撼人們的心靈 一件是我們心中崇高的道德準(zhǔn)則 另一件是我們頭頂上燦爛的星空 伊曼努爾 康德 1 1天文學(xué)的研究對(duì)象和方法 一 天文學(xué)的研究對(duì)象 1 天文學(xué)的研究對(duì)象 研究對(duì)象是宇宙及其中的天體和各種形態(tài)的物質(zhì) 天文學(xué)觀測(cè)和研究它們的位置 分布 運(yùn)動(dòng) 形態(tài) 結(jié)構(gòu) 物理狀態(tài) 化學(xué)組成 相互關(guān)系和起源演化 天體是指太空中的一切實(shí)體 包括自然天體和人造天體 各種形態(tài)的物質(zhì)是指行星際 星際和星系際的彌漫物質(zhì)和各種微粒輻射流以及作為物質(zhì)存在形式的電磁場(chǎng)和引力場(chǎng)等 地球大氣層以內(nèi)的物體和現(xiàn)象通常并不是天文學(xué)研究的對(duì)象 除非源于太空 地球作為一個(gè)天體 也屬于天文學(xué)的研究范疇 天體的屬性 2 天文學(xué)和氣象學(xué)的區(qū)別和聯(lián)系 天文學(xué)和氣象學(xué)的分界 概而言之就是大氣層 研究對(duì)象分別位于大氣層之外和之內(nèi) 大氣天文觀測(cè) 天氣 大氣折射 大氣吸收 大氣擾動(dòng) 大氣地球自轉(zhuǎn) 地極移動(dòng) 自轉(zhuǎn)速率 黃赤交角氣候地球自轉(zhuǎn)季風(fēng)太陽(yáng)活動(dòng)氣候和天氣 3 天文學(xué)與地球科學(xué)的區(qū)別和聯(lián)系 地球結(jié)構(gòu)地球自轉(zhuǎn)日月潮汐天文觀測(cè)板塊運(yùn)動(dòng)和地震 二 天文學(xué)的研究方法 天文學(xué)研究的特點(diǎn) 觀測(cè) 觀察和測(cè)量 是主要的研究手段 觀測(cè)工具的改進(jìn)和觀測(cè)方法的革新會(huì)推動(dòng)天文學(xué)的發(fā)展 天文學(xué)是沿著觀測(cè) 理論 觀測(cè)的途徑發(fā)展的 研究對(duì)象距離遠(yuǎn) 時(shí)標(biāo)長(zhǎng) 物理?xiàng)l件極端復(fù)雜 密度 溫度 壓強(qiáng) 磁場(chǎng) 從 一瞬 來(lái)研究 一生 即利用天體的空間廣延性與時(shí)間廣延性相統(tǒng)一的特性 來(lái)研究天體和宇宙的演化 天文學(xué)的研究方法 天文學(xué)的觀測(cè)工具 英國(guó)的巨石陣 關(guān)于巨石陣的用途 比較一致的說(shuō)法是用于對(duì)日月運(yùn)行的觀測(cè) 它代表著一年有八個(gè)節(jié)氣的歷法 天文學(xué)的觀測(cè)工具 中國(guó)的渾儀 渾儀是用來(lái)測(cè)量天體球面坐標(biāo)的一種儀器 在戰(zhàn)國(guó)時(shí)代已經(jīng)開(kāi)始制造了 不過(guò)那時(shí)不一定稱為渾儀 渾儀結(jié)構(gòu)復(fù)雜 是由一環(huán)套一環(huán)的同心圓環(huán)構(gòu)成 好像一個(gè)鏤空的球體 這些圓環(huán)分別代表地平圈 子午圈 赤道圈 赤經(jīng)圈 黃道圈和白道圈 東漢時(shí)的天文學(xué)家張衡說(shuō)過(guò) 立圓為渾 因此稱這種儀器為渾儀 渾儀在應(yīng)用過(guò)程中 不斷得到改進(jìn) 但總的思路是增多圓環(huán)結(jié)構(gòu)愈加復(fù)雜 遮擋星空的范圍增多 影響觀測(cè) 此外 要求多重圓環(huán)安裝要同心 這是十分困難的 由此導(dǎo)致渾儀產(chǎn)生偏心差 天文學(xué)的觀測(cè)工具 中國(guó)的簡(jiǎn)儀 郭守敬 1231 1316年 河北邢臺(tái)人 元代著名的天文學(xué)家 簡(jiǎn)儀從渾儀的復(fù)雜結(jié)構(gòu)中分離出來(lái) 分解成由赤道環(huán)和赤經(jīng)環(huán)組成的赤道經(jīng)緯儀和由地平環(huán)及地平經(jīng)環(huán)組成的地平經(jīng)緯儀兩個(gè)獨(dú)立的儀器 這樣的簡(jiǎn)儀結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單 大大增加了觀測(cè)的視野 克服了渾儀的兩個(gè)最大缺陷 大大提高了觀測(cè)精度 赤道經(jīng)緯儀和地平經(jīng)緯儀是分裝在同一個(gè)長(zhǎng)方形的銅基座上 總稱為簡(jiǎn)儀 紫金山天文臺(tái)的古觀象儀渾儀 左 和簡(jiǎn)儀 右 明代復(fù)制 天文學(xué)的觀測(cè)工具 光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡 The100 135 300cmSchmidttelescopeatKvistabergisthelargestopticaltelescopeinSwedenandwasoperationalin1963 HubbleSpaceTelescope 天文學(xué)的觀測(cè)工具 射電望遠(yuǎn)鏡 NRAO140FootTelescope inGreenBank WestVirginia Explorer1 5 1958 1 8 Pioneer3 41958 12 1959 3 Apollo11wasthefirstmannedmissiontolandontheMoon 1969 7 天文學(xué)的觀測(cè)工具 空間探測(cè)器 神舟五號(hào) 載人飛船成功發(fā)射升空 三 天文學(xué)的分支學(xué)科 四 宇宙概觀 1 宇宙的概念 天文學(xué)所稱的宇宙是廣漠空間以及其中存在的各種天體和各種形態(tài)的物質(zhì)的總稱 現(xiàn)有的觀測(cè)表明 我們所處的宇宙是平坦的 并在做加速膨脹 四方上下曰宇 往古今來(lái)曰宙 淮南子 空間 時(shí)間 2 物質(zhì)的層次結(jié)構(gòu) 微觀 宏觀和宇觀 地月系和衛(wèi)星系統(tǒng) 太陽(yáng)系 恒星和行星系統(tǒng) 根據(jù)2006年布魯塞爾召開(kāi)的IAU大會(huì)決議 冥王星被降為dwarfplanet 從而被排除在經(jīng)典行星之外 現(xiàn)在只有8大經(jīng)典行星 Resolution5A TheIAUthereforeresolvesthatplanetsandotherbodiesinourSolarSystembedefinedintothreedistinctcategoriesinthefollowingway 1 Aplanet 1 isacelestialbodythat a isinorbitaroundtheSun b hassufficientmassforitsself gravitytoovercomerigidbodyforcessothatitassumesahydrostaticequilibrium nearlyround shape and c hasclearedtheneighbourhoodarounditsorbit 2 Adwarfplanetisacelestialbodythat a isinorbitaroundtheSun b hassufficientmassforitsself gravitytoovercomerigidbodyforcessothatitassumesahydrostaticequilibrium nearlyround shape 2 c hasnotclearedtheneighbourhoodarounditsorbit and d isnotasatellite 3 Allotherobjects 3 orbitingtheSunshallbereferredtocollectivelyas SmallSolarSystemBodies 1 Theeightplanetsare Mercury Venus Earth Mars Jupiter Saturn Uranus andNeptune 2 AnIAUprocesswillbeestablishedtoassignborderlineobjectsintoeitherdwarfplanetandothercategories 3 ThesecurrentlyincludemostoftheSolarSystemasteroids mostTrans NeptunianObjects TNOs comets andothersmallbodies Resolution5B Inserttheword classical beforetheword planet inResolution5A Section 1 andfootnote1 Thusreading 1 Aclassicalplanet 1 isacelestialbody and 1 Theeightclassicalplanetsare Mercury Venus Earth Mars Jupiter Saturn Uranus andNeptune IAUResolution Pluto Resolution6ATheIAUfurtherresolves Plutoisadwarfplanetbytheabovedefinitionandisrecognizedastheprototypeofanewcategoryoftrans Neptunianobjects Resolution6BThefollowingsentenceisaddedtoResolution6A Thiscategoryistobecalled plutonianobjects 恒星集團(tuán) 恒星有集群的趨向 最簡(jiǎn)單的恒星系統(tǒng)是兩顆相互繞轉(zhuǎn)的雙星 質(zhì)量大的是主星 質(zhì)量小的是伴星 兩子星之間除引力作用之外 還有更密切的物理聯(lián)系 比如物質(zhì)交換 有兩顆以上恒星組成的恒星集團(tuán)稱為聚星 也成為多合星 當(dāng)在一起繞轉(zhuǎn)的恒星超過(guò)十顆時(shí)稱為星團(tuán) 星團(tuán)成員對(duì)于周?chē)膱?chǎng)星通常有整體的運(yùn)動(dòng) 星團(tuán)分為球狀星團(tuán)和疏散星團(tuán) 疏散星團(tuán)成員星比較少 在十幾到幾百顆之間 外形不規(guī)則 大多分布在銀道附近 球狀星團(tuán)是銀河系中恒星分布最密集的地方 這里恒星分布的平均密度比太陽(yáng)附近恒星分布的密度約大50倍 中心密度則大到1000倍左右 球狀星團(tuán)成員星通常達(dá)幾萬(wàn)到上千萬(wàn)顆 形狀規(guī)則 在業(yè)已發(fā)現(xiàn)的約121個(gè)球狀星團(tuán)中 約有30個(gè)在人馬座中 銀心 其余的分布在銀河系邊緣 圍繞銀心形成形成一個(gè)近乎球狀的暈輪 球狀星團(tuán)的年齡一般要疏散星團(tuán)的年齡大得多 英仙座雙星團(tuán) 昴星團(tuán)及其反射星云 年輕的疏散星團(tuán) 疏散星團(tuán)NGC3293 星團(tuán)中的橙色亮星正在迅速變老 很可能是星團(tuán)中下一個(gè)超新星 疏散星團(tuán)NGC2682 M67 最老的疏散星團(tuán)之一 年齡100億年 NGC5139isalsoknownasOmegaCentauri thelargestandbrightestglobularinourskies M3isoneofthenicestglobularclusterstogracethenorthernskies ItislocatedintheconstellationCanesVenatici NGC5272 在獵犬座 球狀星團(tuán) 杜鵑47 NGC104 銀河系和星系 星系是包含了幾億至幾十億顆恒星以及無(wú)數(shù)雙星 聚星 星團(tuán)的龐大恒星系統(tǒng) 太陽(yáng)所在的星系成為銀河系 河外星系按形態(tài)大致分為旋渦星系 棒旋星系 橢圓星系和不規(guī)則星系 銀河系是一個(gè)漩渦星系 銀河系和星系 銀河系 仙女星系 這張哈勃圖像是2005年8 9月拍攝的 NGC1309位于距離我們地球 億光年遠(yuǎn)的地方 它是波江座中200顆星系中的一顆 由哈勃空間望遠(yuǎn)鏡于2004年9月拍攝的一系列照片拼接而成 NGC1300的直徑大約6900光年 21Mpc 位于波江座 巨橢圓星系M87 澳大利亞的英 澳天文臺(tái) Anglo AustralianObservatory 拍攝M87 呈圓球型或橢球型 橢圓星系呈圓球型或橢球型 中心區(qū)最亮 亮度向邊緣遞減 橢圓星系半人馬A射電源 CentaurusA 此星系大約是在10億年前 由兩個(gè)星系面對(duì)面碰撞后形成的 HST拍攝 TheLargeMagellanicCloud LMC TheSmallMagellanicCloud SMC Lenticular S0 Galaxies Messier84Thelenticulargalaxiesarediskgalaxieswithoutanyconspicuousstructureintheirdisks Thisisprobablybecausetheyhaveeitherusedupmostoftheirinterstellarmatter sothattheyconsistofoldstarsonly whichhavefoundasmoothandevendistributioninthediskbythetime orbecausethegalaxyhasnotcloselyencounteredanyneighborinthepastfewhundredmillion orfewbillion years IrregularGalaxies SpiralGalaxies andotherdisks Lenticular S0 Galaxies EllipticalGalaxies 星系之間的相互作用 孔雀座 Pavo 中距離為75萬(wàn)光年的棒旋星系NGC6872與它北面鄰居星系IC4970 NGC6872中心上方 相互作用 歐洲南方天文臺(tái) EuropeanSouthernObservatory 的甚大望遠(yuǎn)鏡 VeryLargeTelescope VLT 拍攝 長(zhǎng)蛇座 Hydra 中兩個(gè)相互作用的旋渦星系 Subaru望遠(yuǎn)鏡拍攝 星系集團(tuán) 星系也有結(jié)團(tuán)的現(xiàn)象 其結(jié)團(tuán)的傾向比恒星更為強(qiáng)烈 在已發(fā)現(xiàn)的數(shù)十億個(gè)河外星系中 很少是單獨(dú)存在的 兩個(gè)互相有聯(lián)系的星系成為雙重星系 三五個(gè)或十來(lái)個(gè)在一起運(yùn)動(dòng)的星系稱為多重星系 而10 100個(gè)星系組成的星系集團(tuán)稱為星系群 星系群NGC3190 14英寸望遠(yuǎn)鏡拍攝 星系群NGC5985 長(zhǎng)蛇座 Hydra 中距離至少為3億光的星系群 攝于1999年1月12