chapter1 天體及其研究方法

第1章

天體及其研究方法

2023/2/3第1章緒論2

地球在宇宙中，地球是宇宙中的一個(gè)天體，那么，如何觀測(cè)天體？如何獲悉天體的信息？如何了解天體的演化？如何從整體上認(rèn)識(shí)地球，……這些問題則是人類所關(guān)心的。本章將對(duì)天體及研究天體的主要手段進(jìn)行介紹。2023/2/3第1章緒論3本章內(nèi)容5

歷法4

時(shí)間3

觀測(cè)天體的主要工具和數(shù)據(jù)處理2

獲取天體信息的方法1

天體及天體系統(tǒng)1.1天體及天體系統(tǒng)2023/2/3第1章緒論5一、天體概念及主要天體簡介1、天體的概念：宇宙中所有的物質(zhì)統(tǒng)稱為天體。2、主要天體（簡介）恒星：由熾熱的氣體組成的、自身會(huì)發(fā)熱發(fā)光的球狀或類球狀天體。行星：指繞恒星運(yùn)行、自身不會(huì)發(fā)可見光的天體。衛(wèi)星：指繞行星運(yùn)行、自身不會(huì)發(fā)可見光、以其表面反射恒星光而發(fā)亮的天體。此外還有：彗星；流星體；星云和星系；星際物質(zhì)；人造天體；可視天體和不可視天體（暗物質(zhì)）等。

3、恒星恒星的運(yùn)動(dòng)恒星的距離恒星的發(fā)光和光譜恒星的亮度和光度星座的劃分恒星的多樣性恒星的概念恒星的演化6恒星是由熾熱氣體組成的、能夠自身發(fā)光的球形或類似球形的天體。

質(zhì)量巨大在自引力作用下，呈球形或類球形中心溫度很高，通過核反應(yīng)發(fā)射可見光

恒星的概念7FuyangTeacher’sCollege圖2-1

恒星的空間速度及其兩個(gè)分量：視向速度和切向速度（自行）。自行恒星空間速度的兩個(gè)分量：視向速度和切向速度+-8

恒星自行 恒星的自行速度，一般都小于每年0.1″，迄今只發(fā)現(xiàn)有400余顆恒星的自行超過每年1″。圖2-2

北斗七星的自行及形狀變化FuyangTeacher’sCollege910萬年前10萬年后現(xiàn)在北斗七星的自行10北斗七星11FuyangTeacher’sCollege恒星的發(fā)光和光譜恒星的發(fā)光恒星演化史上某個(gè)階段的現(xiàn)象；要有巨大的質(zhì)量。恒星的光譜恒星的光譜反映恒星溫度的高低；光譜中的吸收線和發(fā)射線反映恒星化學(xué)組成(化學(xué)組成大同小異,主要成分是氫)。12光譜型不同光譜型的差別主要在于星光顏色，而星光的顏色代表著恒星溫度的高低。

光譜型顏色溫度(K)O藍(lán)3～5萬B藍(lán)白2萬A白1萬F黃白7500G黃6000K橙4500M紅300013恒星的光譜光譜：不同波長的光波按波長順序排列成的一條光帶。光譜具有不同的類型。

14恒星的光譜型15FuyangTeacher’sCollege多普勒效應(yīng)：紅移現(xiàn)象恒星亮度和光度恒星的亮度：恒星的明暗程度恒星的光度：恒星的發(fā)光強(qiáng)度星等：視星等m和絕對(duì)星等M視星等是亮度等級(jí)；絕對(duì)星等是光度等級(jí)；星等越小，亮度越大。16亮度和視星等光度和絕對(duì)星等影響亮度的因素：恒星的光度恒星的距離影響光度的因素：恒星的溫度恒星的體積E1／E2＝d22／d12絕對(duì)星等：恒星距離為10秒差距時(shí)的視星等。

17圖2-3

光源的視亮度與其距離的平方成反比，距離增加1倍，亮度便減為1/4FuyangTeacher’sCollege18視星等的由來古希臘學(xué)者喜帕恰斯根據(jù)肉眼觀測(cè)，將全天最亮的21顆星的亮度定為1等，將肉眼剛好能看到的星定為６等。介于其間的星按亮度大小分別定為2、3、4、5等。這便是古代的視星等。1２３４５6０-1…………7后人通過測(cè)定，１等星平均比６等星亮100倍。根據(jù)這個(gè)關(guān)系，人們推算出星等每相差１級(jí)，其亮度相差2.512倍。即：E1／E2＝2.512

ｍ2－ｍ１19FuyangTeacher’sCollege連續(xù)幾個(gè)星等的亮度成幾何級(jí)數(shù)若相鄰兩星等的亮度比率(級(jí)數(shù)的公比)為R，則

R5=1005lgR=2 lgR=0.4R=2.512星等相差1等,恒星的亮度相差2.512倍；星等以等差級(jí)數(shù)增大，亮度以等比級(jí)數(shù)遞減；太陽的亮度是一等星亮度的(2.512)27.74=1300億倍。20有關(guān)天體的視星等天體視星等太陽-26.74月亮-12.7金星-4天狼星-1.45北極星2肉眼可見的最暗星621絕對(duì)星等和視星等的換算設(shè)一顆星，其距離為ｄ秒差距，視星等為ｍ，亮度為Em當(dāng)其距離為10秒差距時(shí)，絕對(duì)星等為M，光度為EMEM／Em

＝2.512m－M

ＥM／Em

＝d2／102即：2.512m－M

＝d2／102（m－M）lg2.512＝lgd2

－lg1020.4（m－M）＝2lgd－2M＝ｍ＋５－５lgd兩邊取對(duì)數(shù)：22天文學(xué)的距離單位天文單位：平均日地距離光年：光一年所運(yùn)行的距離FuyangTeacher’sCollege23有關(guān)天體的距離最近的恒星：4.22光年（半人馬座α）牛郎星：16光年織女星：26光年北極星：682光年24FuyangTeacher’sCollege恒星的多樣性單星，雙星，星團(tuán)變星，新星，超新星巨星，超巨星，白矮星脈沖星，中子星25雙星和星團(tuán)雙星：空間距離接近，彼此之間具有力學(xué)上的聯(lián)系，相互環(huán)繞轉(zhuǎn)動(dòng)的兩顆星。

星團(tuán)：許多恒星集中分布在一個(gè)較小的空間，彼此具有物理聯(lián)系的恒星集團(tuán)。

食雙星疏散星團(tuán)球狀星團(tuán)26金牛座中的雙星（兩星彼此相距45天文單位）27疏散星團(tuán)形態(tài)不規(guī)則包含幾十至二、三千顆恒星很容易用望遠(yuǎn)鏡區(qū)分巨蟹座疏散星團(tuán)金牛座昴星團(tuán)球狀星團(tuán)武仙座球狀星團(tuán)，250萬顆恒星，2.5萬光年半人馬座球狀星團(tuán)人馬座球狀星團(tuán)球形或扁球形包含1～1000萬顆恒星星團(tuán)中央十分密集28變星有些恒星的光度在短時(shí)期內(nèi)會(huì)發(fā)生明顯的、特別是周期性的變化，這樣的恒星叫變星。脈動(dòng)變星新星超新星恒星體積發(fā)生周期性膨脹或收縮引起的光度變化。

亮度在短時(shí)間內(nèi)（幾小時(shí)至幾天）突然劇增，然后緩慢減弱的一類變星。

爆發(fā)規(guī)模更大的變星，亮度的增幅為新星的數(shù)百至數(shù)千倍。

29新星爆發(fā)1975年天鵝座新星爆發(fā)前后301992年天鵝座新星的爆發(fā)31超新星爆發(fā)超新星1987A爆發(fā)前后1987A遺跡（1994.2）321054年金牛座超新星爆發(fā)“至和元年（1054年）五月，晨出東方，守天關(guān)，晝見如太白，芒角四出，色赤白，凡見二十三日?！?/p>

1731年，一位英國天文愛好者在這個(gè)位置上觀測(cè)到一個(gè)外形似螃蟹的天體，叫蟹狀星云。

33超巨星巨星、超巨星、白矮星赫羅圖恒星類型赫茲普龍羅素光度－溫度坐標(biāo)圖溫度高低光度大小34光譜-光度圖通常也叫赫羅圖。它以恒星的光譜型（或溫度）為橫坐標(biāo)，以它的光度（或絕對(duì)星等）為縱坐標(biāo)，每顆恒星按照各自的光譜型和光度，在圖上占有一定的位置。太陽位于主星序的中部，可見它是一顆很典型的恒星。圖2-4

光譜-光度圖35不同的恒星類型主序星巨星超巨星白矮星恒星的光度隨溫度的升高而增大溫度較低，但光度較同溫度的主序星大，說明該星體積很大溫度高低不一，但光度都較大，說明其體積均很大溫度很高，但光度較小，說明其體積小

36脈沖星和中子星中子星由中子組成的恒星脈沖星實(shí)際上是具有強(qiáng)磁場(chǎng)的、快速自轉(zhuǎn)的中子星。周期性發(fā)出強(qiáng)烈的脈沖輻射脈沖星37圖2-5

恒星大小的比較FuyangTeacher’sCollege38六、恒星的演化

現(xiàn)代天體物理學(xué)最大的成就之一就是基本上說明了恒星演化和元素演化兩個(gè)重要問題。發(fā)生→發(fā)展→衰亡→轉(zhuǎn)化FuyangTeacher’sCollege39恒星的演化星云在引力作用下，不斷收縮，逐漸聚集成團(tuán)，形成比較密集的氣體球。開始核反應(yīng)，發(fā)射可見光。恒星的特點(diǎn)取決于恒星的質(zhì)量。恒星中心區(qū)域的核反應(yīng)停止，外層的氫開始核反應(yīng)，恒星膨脹。核反應(yīng)完全中止，恒星迅速坍縮。依質(zhì)量不同，演化為矮星、中子星或黑洞恒星演化過程示意圖主序星階段巨星階段死亡階段原恒星階段恒星由星云（氣體和塵埃）凝聚而來。40FuyangTeacher’sCollege恒星是由星云凝聚而成。彌漫星云在自引力的作用下，收縮成比較密集的氣體→引力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為熱能，內(nèi)部溫度升高并輻射能量→向赫羅圖上某個(gè)主序位置移動(dòng)。質(zhì)量愈大，收縮愈快，達(dá)到主序的位置愈高（溫度高，光度大）。41FuyangTeacher’sCollege恒星“移到”主序后，內(nèi)部溫度高到足以發(fā)生熱核反應(yīng)的程度→熱核反應(yīng)代替引力收縮成為主要能源→溫度升高，熱運(yùn)動(dòng)加快，恒星膨脹，排斥力足以同引力相抗衡→恒星停止收縮，長期穩(wěn)定依靠熱核反應(yīng)進(jìn)行輻射。一顆恒星在主序中的時(shí)間，占去其“生命”的大半輩子；且在主序上逗留的時(shí)間，取決于其質(zhì)量的大小→質(zhì)量愈大,引力愈強(qiáng)→它必須維持較高的溫度和較久的輻射功率以與引力收縮抗衡→它的氫燃料消耗更快，壽命更短。42FuyangTeacher’sCollege熱核反應(yīng)是在恒星的中心區(qū)域進(jìn)行的，那里的氫核燃料最先燃盡，逐漸形成一個(gè)由氦組成的核，停止釋放能量。氫燃料的逐漸枯竭，是恒星在結(jié)構(gòu)上逐漸發(fā)生變化的前奏。隨著氦核的不斷增大，其引力收縮急劇增強(qiáng)，并釋放大量能量。結(jié)果，恒星的核心收縮（變得愈來愈致密和熾熱），外層膨脹（溫度降低而光度增大），成為一個(gè)非常巨大的具有“熱”核的“冷”星。從而恒星離開主星序，進(jìn)入紅巨星區(qū)域——生命的“晚年”。43FuyangTeacher’sCollege在紅巨星階段，恒星的演化速度大大加快。中心區(qū)域的溫度和密度因收縮而繼續(xù)升高，到1億攝氏度時(shí)開始進(jìn)行由氦核聚為碳核的新一輪熱核反應(yīng)；氦燒完后，溫度繼續(xù)因收縮而升高，原子核再聚變產(chǎn)生更重的元素→能量有限，到了“垂暮之年”，一旦核反應(yīng)終止，對(duì)引力的抗衡全線崩潰→自行坍塌。44FuyangTeacher’sCollege紅巨星收縮時(shí)，核心部分收縮最猛烈，外部處在較弱的引力下。核心溫度因猛烈收縮而急劇上升，由此掀起的熱浪會(huì)把外層氣殼拋掉，剩下一顆致密和熾熱的白矮星→以后逐漸變冷，變成又小又暗的黑矮星→終其一生。45FuyangTeacher’sCollege并非所有恒星都經(jīng)歷如此“平靜”的演化道路。那些質(zhì)量和體積特別巨大的恒星，演化的最后階段會(huì)發(fā)生爆炸——超新星爆發(fā)。如留下“殘骸”的質(zhì)量足夠大（1.4~3.2倍太陽質(zhì)量），便會(huì)“一落千丈”地坍塌為中子星（于1967年發(fā)現(xiàn)，1978年發(fā)現(xiàn)了300顆以上）。46FuyangTeacher’sCollege恒星在核能耗盡后，如質(zhì)量仍超過2倍的太陽質(zhì)量，則平衡態(tài)不再存在，星體將無限收縮。連核力也將在引力作用前面低下頭來，中子也會(huì)坍塌，形成所謂的“黑洞”。目前沒有密度大于1015克/厘米3的物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，無法推測(cè)星體的具體結(jié)構(gòu)，但根據(jù)理論可以推斷：星體的半徑將愈來愈小，密度將愈來愈大，終于達(dá)到臨界點(diǎn)→引力之大足以使一切粒子、包括光子，都不能外逸，因而謂之黑洞。47恒星演化示意圖482023/2/3第1章緒論49馬頭星云2023/2/3第1章緒論50人馬座星云2023/2/3第1章緒論51蟹狀星云2023/2/3第1章緒論52旋渦星系2023/2/3第1章緒論53類星體（3C48）2023/2/3第1章緒論54八大行星（冥王星2006年8月26日降級(jí)為矮行星）2023/2/3第1章緒論55二、天體系統(tǒng)1、概念天體系統(tǒng)是互有引力聯(lián)系的若干天體所組成的集合體。2、主要星系（簡介）常見的有：地月系、太陽系、銀河系、河外星系等2023/2/3第1章緒論562023/2/3第1章緒論57地月系2023/2/3第1章緒論58太陽系2023/2/3第1章緒論59銀河系2023/2/3第1章緒論60河外星系1.2獲取天體信息的方法2023/2/3第1章緒論62一、電磁波電磁波是在真空或物質(zhì)中通過傳播電磁場(chǎng)的振動(dòng)而傳輸電磁能量的波。任何目標(biāo)物都具有發(fā)射、反射和吸收電磁波的性質(zhì)，目標(biāo)物與電磁波的相互作用，構(gòu)成了目標(biāo)物的電磁波特性，它既是現(xiàn)代遙感探測(cè)的依據(jù)，也是人類通過電磁波獲取宇宙天體信息的主要方法。2023/2/3第1章緒論63二、宇宙射線宇宙線主要指來自宇宙的各種高能粒子流，主要包括質(zhì)子、α粒子、電子、不穩(wěn)定的中子和子等。中微子質(zhì)量雖極其微小，但穿透本領(lǐng)很強(qiáng)。通過對(duì)中微子觀測(cè)，人類可以獲悉恒星內(nèi)部熱核反應(yīng)的信息，但不易觀測(cè)。2023/2/3第1章緒論64二、宇宙射線2023/2/3第1章緒論65三、引力波在引力場(chǎng)中，由引力波傳播的載體，稱為引力子。人類通過對(duì)它們進(jìn)行研究，可以間接得到天體的信息。2023/2/3第1章緒論66四、其它“天外來客（如隕石）”、宇航取樣等，也是人類了解宇宙天體的渠道。1.3觀測(cè)天體的主要工具和

數(shù)據(jù)處理2023/2/3第1章緒論68一、天球1、天球概念以觀測(cè)者為中心、以任意長為半徑的一個(gè)假想的球體。2023/2/3第1章緒論69一、天球2、天球類型觀測(cè)者天球（以觀測(cè)者為球心，∝為半徑）地心天球（地心為球心，∝為半徑）日心天球（以日心為球心，∝為半徑）銀心天球（以銀心為球心，∝為半徑）2023/2/3第1章緒論70一、天球3、天球上的基本圈和基本點(diǎn)天頂和天底、真地平圈、天極、天赤道、子午圈、四方點(diǎn)、卯酉圈、黃道、黃極、二分二至點(diǎn)其中，具有地方性的點(diǎn)和圈有天頂、天底、真地平、子午圈、卯酉圈、四方點(diǎn)。2023/2/3第1章緒論71天球上的基本圈和基本點(diǎn)2023/2/3第1章緒論72天頂和天底通過天球的中心O作鉛垂線ZOZ’，與天球分別交與Z和Z’點(diǎn)。位于觀測(cè)者的頭頂Z點(diǎn)稱為天頂，與Z相對(duì)的位于觀測(cè)者的腳下的Z’點(diǎn)稱為天底。觀測(cè)者是看不到天底的。2023/2/3第1章緒論73真地平圈通過天球中心O作一個(gè)與直線ZOZ’相垂直的平面，即天球地平面。它與天球相交的大圓，稱之為真地平圈，有時(shí)也稱為數(shù)學(xué)地平。2023/2/3第1章緒論74天極天極是地球自轉(zhuǎn)軸的延長線POP’與天球的交點(diǎn)。與地球的北極相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)P稱為北天極（NCP）。與地球南極相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)稱為南天極（SCP）。2023/2/3第1章緒論75天赤道通過天球中心O，作一個(gè)與天軸POP’相垂直的平面QQ’——天赤道面。天赤道面與天球的交線是一個(gè)大圓，稱為天赤道。天赤道實(shí)際上是地球赤道面的延伸。2023/2/3第1章緒論76子午圈經(jīng)過天頂Z，北天極P，天底Z’作一平面，與天球的交線ZPZ’即為天子午圈。天子午圈是一個(gè)大圓。2023/2/3第1章緒論77四方點(diǎn)天子午圈與真地平有兩個(gè)交點(diǎn)：N、S，靠近北天極P的點(diǎn)N稱之為北點(diǎn)，與南天極P’較近的點(diǎn)S稱之為南點(diǎn)。ON是觀測(cè)者所在地的北方，而OS正南方。天赤道與真地平的兩個(gè)交點(diǎn)E、W分別稱之為東點(diǎn)E和西點(diǎn)W。OE是觀測(cè)者所在地的正東方向、OW是正西方向。2023/2/3第1章緒論78卯酉圈過天頂Z，東點(diǎn)E，西點(diǎn)W，作一平面，與天球的交線稱之為天卯酉圈。真地平、天子午圈、天卯酉圈是三個(gè)兩兩相互垂直的大圓。2023/2/3第1章緒論79黃道通過天球中心作一與地球公轉(zhuǎn)軌道平面相平行的平面——黃道面，黃道面與天球的交線是一個(gè)大圓，稱之為黃道。黃道與赤道的交角稱為“黃赤交角”?，F(xiàn)階段其值為2023/2/3第1章緒論80黃極通過天球中心O，作一垂直于黃道面的直線KOK’，與天球相交于兩點(diǎn)K和K’兩點(diǎn)，與北天極P相近的點(diǎn)K稱為北黃極，反之與P’相近的點(diǎn)K’稱為南黃極。2023/2/3第1章緒論81二分二至點(diǎn)黃道與天赤道交于兩點(diǎn)，分別稱為春分點(diǎn)和秋分點(diǎn)。從北半球上看，當(dāng)黃道按逆時(shí)針方向從天赤道之南穿到天赤道之北的交點(diǎn)即為春分點(diǎn)，另一個(gè)點(diǎn)即為秋分點(diǎn)。黃道上與春分點(diǎn)相距90°，并位于天赤道以北的點(diǎn)稱為夏至點(diǎn)；而在天赤道以南的另一點(diǎn)則為東至點(diǎn)。2023/2/3第1章緒論821、天球坐標(biāo)的一般模式基圈、始圈、終圈2、常見的幾種天球坐標(biāo)地平坐標(biāo)系第一赤道坐標(biāo)系第二赤道坐標(biāo)系黃道坐標(biāo)系二、天球坐標(biāo)2023/2/3第1章緒論83球面三角形示意圖2023/2/3第1章緒論84地平坐標(biāo)系2023/2/3第1章緒論85第一赤道坐標(biāo)系（時(shí)角坐標(biāo)系）2023/2/3第1章緒論86第二赤道坐標(biāo)系（赤道坐標(biāo)系）2023/2/3第1章緒論87黃道坐標(biāo)系2023/2/3第1章緒論88二、天球坐標(biāo)3、主要天球坐標(biāo)的區(qū)別和聯(lián)系地平坐標(biāo)系和第一赤道坐標(biāo)系第一赤道坐標(biāo)和第二赤道坐標(biāo)系第二赤道坐標(biāo)和黃道坐標(biāo)系天球坐標(biāo)系比較4、不同緯度天球上的天體周日運(yùn)動(dòng)5、太陽的周年視運(yùn)動(dòng)2023/2/3第1章緒論89二、天球坐標(biāo)總的來說，天球及天球坐標(biāo)比較抽象，這需要讀者建立時(shí)空概念，并有一定的耐心。在本書的以后章節(jié)里，它們將是認(rèn)識(shí)天體視位置和視運(yùn)動(dòng)的輔助工具。2023/2/3第1章緒論90地平坐標(biāo)系和第一赤道坐標(biāo)系基圈始圈原點(diǎn)經(jīng)度度量方向地平坐標(biāo)系地平圈午圈南點(diǎn)向西第一赤道坐標(biāo)系天赤道上點(diǎn)2023/2/3第1章緒論91地平坐標(biāo)系和第一赤道坐標(biāo)系2023/2/3第1章緒論92第一赤道坐標(biāo)和第二赤道坐標(biāo)基圈始圈原點(diǎn)經(jīng)度度量方向第一赤道坐標(biāo)系天赤道午圈上點(diǎn)向西（時(shí)角）第二赤道坐標(biāo)系春分圈春分點(diǎn)向東（赤經(jīng)）2023/2/3第1章緒論93第二赤道坐標(biāo)系和黃道坐標(biāo)系基圈始圈原點(diǎn)經(jīng)度度量方向第二赤道坐標(biāo)系天赤道春分圈春分點(diǎn)向東黃道坐標(biāo)系黃道無名圈2023/2/3第1章緒論94天球坐標(biāo)系比較地平坐標(biāo)第一赤道坐標(biāo)第二赤道坐標(biāo)黃道坐標(biāo)天球軸當(dāng)?shù)卮咕€天軸天軸黃軸兩極天頂、天底北天極、南天極北天極、南天極北黃極、南黃極緯圈地平緯圈（等高線）赤緯圈赤緯圈黃緯圈基圈地平圈（有四正點(diǎn)）天赤道（有上、下點(diǎn)）天赤道（有春分、秋分點(diǎn)）黃道（有二分、二至點(diǎn)）經(jīng)圈（輔圈）地平經(jīng)圈（有子午、卯酉圈）時(shí)圈（有子午圈、六時(shí)圈）時(shí)圈（有二分、二至圈）黃經(jīng)圈（有二至圈）始圈午圈午圈春分圈通過春分點(diǎn)的黃經(jīng)圈原點(diǎn)南點(diǎn)上點(diǎn)春分點(diǎn)春分點(diǎn)緯度高度赤緯赤緯黃緯經(jīng)度方位（向西度量）時(shí)角（向西度量）赤經(jīng)（向東度量）黃經(jīng)（向東度量）應(yīng)用在天文航海、天文航空、人造地球衛(wèi)星觀測(cè)及大地測(cè)量等部門都廣泛應(yīng)用它觀測(cè)恒星、星云、星圖等類型的遙遠(yuǎn)天體常常采用赤道坐標(biāo)系，它被廣泛應(yīng)用于天體測(cè)量中觀測(cè)太陽以及太陽系內(nèi)運(yùn)行在黃道面附近的天體，則采用黃道坐標(biāo)系注：①基圈和始圈上的點(diǎn)，其緯度或經(jīng)度為零；極點(diǎn)的緯度為90°，經(jīng)度則為任意。②緯度度數(shù)相等，方向相反；經(jīng)度相差180°的兩點(diǎn)互為對(duì)跖點(diǎn)。SchoolofSocialDevelopment,FuyangTeacher’sCollege三、不同緯度的周日運(yùn)動(dòng)恒顯星、恒顯區(qū)和恒顯圈恒顯星：在北半球看來，天北極周圍恒星永不落地平，這部分周日圈全部位于地平以上的恒星；恒隱星：天南極周圍恒星永不升起南方地平，這部分周日圈全部位于地平以下的恒星；出沒星：介于上述兩部分星區(qū)之間的恒星，有東升西落，這部分周日圈與地平圈相交的恒星；95不同緯度的周日運(yùn)動(dòng)ZPφ90o－φ恒顯星出沒星恒隱星對(duì)于40°N來說，下列赤緯的天體屬于哪類恒星？+40°

+70°

-50°

-70°96不同緯度的天體周日視運(yùn)動(dòng)97

以北半球?yàn)槔?，天北極周圍為恒顯星，天南極周圍為恒隱星，天赤道南北為出沒星。天赤道以北的恒星在地平以上的時(shí)間較長，天赤道以南的恒星反之。南半球與之相反。SchoolofSocialDevelopment,FuyangTeacher’sCollege圖3-13恒顯星區(qū)（1）、恒隱星區(qū)（3）和出沒星區(qū)（2）982023/2/3第1章緒論99不同緯度天球上的周日運(yùn)動(dòng)在赤道在緯度Φ在北極思考：恒顯星區(qū)、恒隱星區(qū)、出沒星區(qū)與緯度有何關(guān)系？SchoolofSocialDevelopment,FuyangTeacher’sCollege圖3-14不同緯度的天球周日運(yùn)動(dòng)

（左）：在北極，只有恒顯星和恒隱星，而無出沒星；周日圈平行于地平圈。（中）：在赤道，只有出沒星，而無恒顯星和恒隱星；周日圈垂直于地平圈。（右）：在北半球某緯度，南北天極周圍有恒顯星和恒隱星，天赤道南北是出沒星。北天恒星在地平以上的時(shí)間較長，南天恒星反之。周日圈傾斜與地平圈，傾角為當(dāng)?shù)赜嗑暎?0-）。100三類恒星的范圍范圍赤緯恒顯星出沒星恒隱星δ高于90o－φ的恒星δ介于±(90o－φ)）之間δ高于－(90o－φ)的恒星距離仰極φ以內(nèi)天赤道兩側(cè)90o－φ的距離內(nèi)距離俯極φ以內(nèi)101SchoolofSocialDevelopment,FuyangTeacher’sCollege恒顯星區(qū)：恒顯星在天球上的赤緯范圍；恒顯圈：恒顯星區(qū)的界線，即在北點(diǎn)與地平圈相切的赤緯圈。緯度越高，恒顯（隱）星區(qū)愈大，出沒星區(qū)愈?。褐苋杖εc地平的交角愈小；緯度越低，恒顯（隱）區(qū)愈小，出沒區(qū)愈大：周日圈與地平的交角愈大。恒顯（隱）圈的仰（俯）極距=出沒星區(qū)寬度=2(90－周日圈與地平交角=901022023/2/3第1章緒論103太陽的周年視運(yùn)動(dòng)圖1-8太陽周年運(yùn)動(dòng)方向向東(與地球公轉(zhuǎn)方向相同),其視行路線被稱為黃道。SchoolofSocialDevelopment,FuyangTeacher’sCollege1天球的視運(yùn)動(dòng)對(duì)于地球觀測(cè)者：天球圍繞我們以與地球自轉(zhuǎn)相反的方向（向西），和相同的周期（1日）旋轉(zhuǎn)；天球周日運(yùn)動(dòng)；周日圈：天體周日運(yùn)動(dòng)行經(jīng)的路線，天體愈近天極周日圈愈小，反之亦然。SchoolofSocialDevelopment,FuyangTeacher’sCollege圖1-10天球的視運(yùn)動(dòng)左：地球公轉(zhuǎn)和太陽周年運(yùn)動(dòng)，二者都向東。右：地球自轉(zhuǎn)和天球周日運(yùn)動(dòng)，前者向東，后者向西。SchoolofSocialDevelopment,FuyangTeacher’sCollege2023/2/3第1章緒論107三、星圖、星座和星表星圖：天體在天球上的視位置投影到平面上繪成的圖。星座：用想象的線條將天空中的星星連接起來，并構(gòu)成各種圖形，或把某塊星空劃分成幾個(gè)區(qū)域并命名，以便人們講述和記錄，這些圖形連同它們所在的天空區(qū)域，叫做星座。星表：星表是記載天體各種參數(shù)（如坐標(biāo)、運(yùn)動(dòng)、星等、光譜型）和特性的表冊(cè)，實(shí)際上就是天體的檔案。2023/2/3第1章緒論108星圖2023/2/3第1章緒論109星座2023/2/3第1章緒論110四、天文望遠(yuǎn)鏡1、天文望遠(yuǎn)鏡的功能（1）光學(xué)望遠(yuǎn)鏡一是聚光，盡可能多地收集天體的輻射能量，使人類能看到較暗的天體；二是放大天體的角直徑，提高分辨本領(lǐng)，使觀測(cè)目標(biāo)的細(xì)節(jié)看得更清楚。2023/2/3第1章緒論111四、天文望遠(yuǎn)鏡1、天文望遠(yuǎn)鏡的功能（2）射電望遠(yuǎn)鏡天線把微弱的宇宙無線電信號(hào)收集起來，然后通過波導(dǎo)把收集到的信號(hào)傳送到接收機(jī)中去放大。接收系統(tǒng)將信號(hào)放大，從噪音中分離出有用的信號(hào)，并傳給后端的計(jì)算機(jī)記錄下來。甚大陣射電望遠(yuǎn)鏡2023/2/3第1章緒論112四、天文望遠(yuǎn)鏡2、現(xiàn)代望遠(yuǎn)鏡特點(diǎn)（1）光學(xué)望遠(yuǎn)鏡口徑的突破（2）射電望遠(yuǎn)鏡口徑的綜合（3）觀測(cè)位置從地面到空間（4）天體信息擴(kuò)展到全波段（5）探測(cè)手段發(fā)展日益多樣（6）可進(jìn)行從“白光”到光譜分析（7）尋找新的載體獲取天體信息（8）計(jì)算機(jī)與望遠(yuǎn)鏡相結(jié)合，構(gòu)建虛擬天文臺(tái)2023/2/3第1章緒論113五、天文數(shù)據(jù)的處理方法和天文軟件天文觀測(cè)數(shù)據(jù)處理是在天文觀測(cè)的基礎(chǔ)上揭示宇宙奧秘的重要手段，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種大型天文儀器設(shè)備的投入使用，天文學(xué)家獲得的數(shù)據(jù)量迅速增加，現(xiàn)代大多是借助計(jì)算機(jī)處理分析海量天文數(shù)據(jù)。隨著計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及和不斷發(fā)展，電子星圖、天文軟件的出現(xiàn)給天文愛好者開拓了一片嶄新的空間。2023/2/3第1章緒論114六、天文圓頂、天象廳和天文臺(tái)以及虛擬天文臺(tái)1、天文圓頂、天象廳和天文臺(tái)天文圓頂是一種特殊的標(biāo)志性建筑物，為了模擬星空，可設(shè)計(jì)成封閉的半球形天像廳。廳內(nèi)由天象儀和天幕組合構(gòu)成。天文臺(tái)是專門進(jìn)行天象觀測(cè)和天文學(xué)研究的機(jī)構(gòu)，世界各國天文臺(tái)大多建在山上。2023/2/3第1章緒論115六、天文圓頂、天象廳和天文臺(tái)以及虛擬天文臺(tái)2、虛擬天文臺(tái)虛擬天文臺(tái)是虛擬的數(shù)字天空、虛擬的天文望遠(yuǎn)鏡和虛擬的探測(cè)設(shè)備所組成的機(jī)構(gòu)，利用最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將各種天文研究資源，以標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)模式無縫地匯集在同一系統(tǒng)中。1.4時(shí)間2023/2/3第1章緒論117

1519年9月20日，是人類值得紀(jì)念的日子。這一天，葡萄牙航海家麥哲倫帶領(lǐng)他的遠(yuǎn)航船隊(duì)從西班牙出發(fā)，開始了他們歷時(shí)3年的環(huán)球遠(yuǎn)行。1522年9月6日，船隊(duì)歷盡千辛萬苦，重返西班牙海岸時(shí)，他們驚奇地發(fā)現(xiàn)丟失了一天時(shí)間。他們明明從出發(fā)那一天起，每天都緊挨著記了日記，但航海日歷比西班牙日歷卻少了一天。他們?cè)诓豢伤甲h中便只有莫名其妙地去教堂進(jìn)行懺悔，祈求上帝對(duì)他們的寬恕。在《清代中西歷表》一書中，明朝萬歷十年（即公元1582年）九月十八日是陽歷10月4日，九月十九日卻跳到陽歷10月15日，10月5日到14日這10天消失了，在這十天中，沒有人出生和死亡，也沒有任何歷史事件發(fā)生。兩個(gè)關(guān)于時(shí)間的謎團(tuán)2023/2/3第1章緒論118一、時(shí)間計(jì)量系統(tǒng)1、時(shí)間：物質(zhì)運(yùn)動(dòng)變化的序列和持續(xù)的性質(zhì)，就是時(shí)間的本質(zhì)。時(shí)間有時(shí)刻和時(shí)段兩重含義。2、恒星時(shí)：把恒星作為參考點(diǎn)，地球自轉(zhuǎn)一周的時(shí)間為一個(gè)恒星日。任何瞬間的恒星時(shí)，在數(shù)值上等于該瞬間上中天的恒星的赤經(jīng)。目前天文界已人為規(guī)定春分點(diǎn)的時(shí)角就是恒星時(shí)。S＝tr（春分點(diǎn)的時(shí)角）＝aM（恒星赤經(jīng)）＋tM（恒星時(shí)角）2023/2/3第1章緒論119一、時(shí)間計(jì)量系統(tǒng)3、太陽時(shí)：以太陽在天穹上的位置來確定一日中的時(shí)間。它有視太陽時(shí)和平太陽時(shí)之分。太陽時(shí)與恒星時(shí)差別：恒星時(shí)只包含地球自轉(zhuǎn)的因素，是地球自轉(zhuǎn)的真正周期；而太陽時(shí)既包括地球自轉(zhuǎn)的因素，又包含地球公轉(zhuǎn)的因素。2023/2/3第1章緒論120一、時(shí)間計(jì)量系統(tǒng)2023/2/3第1章緒論121一、時(shí)間計(jì)量系統(tǒng)視時(shí)與平時(shí)的比較視時(shí)是可測(cè)的，但長度不等。平時(shí)規(guī)定每日24時(shí)，由視時(shí)或恒星時(shí)推算得到的。天文界定義：視時(shí)與平時(shí)之差，稱為“時(shí)差”，即時(shí)差＝視時(shí)－平時(shí)。時(shí)差有正有負(fù)，可大可小。差別原因：這主要是人們定義的兩個(gè)太陽（視太陽和平太陽）、兩條路線（黃道與天赤道）、兩種速度（變速和勻速）、同一周期（回歸年）的緣故。2023/2/3第1章緒論122一、時(shí)間計(jì)量系統(tǒng)4、太陰時(shí)：以月球作為參考點(diǎn)，考察地球自轉(zhuǎn)一周的時(shí)間。5、歷書時(shí)：以平太陽時(shí)為基礎(chǔ)，以歷書秒作為計(jì)時(shí)的基本單位所確定的時(shí)間，稱為歷書時(shí)。6、原子時(shí)：由原子內(nèi)部能級(jí)躍遷所發(fā)射或吸收的極為穩(wěn)定的電磁波頻率所建立的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。7、協(xié)調(diào)世界時(shí)：在時(shí)刻上和世界時(shí)保持一致（誤差不超過±0.9秒），秒長以原子時(shí)的秒長為準(zhǔn)的時(shí)間系統(tǒng)。用“跳秒”辦法解決。2023/2/3第1章緒論123二、時(shí)間種類與換算1、地方時(shí)（1）地方時(shí)的概念：以本地子午面作起算平面，根據(jù)任意量時(shí)天體所確定的時(shí)間，均稱該地的地方時(shí)。（2）地方恒星時(shí)、地方視太陽時(shí)和地方平太陽時(shí)的關(guān)系：視時(shí)－平時(shí)＝時(shí)差；平時(shí)＝視時(shí)－時(shí)差＝（恒星時(shí)－太陽赤經(jīng)＋12h）－時(shí)差2023/2/3第1章緒論124二、時(shí)間種類與換算2、區(qū)時(shí)為了時(shí)間使用的方便，國際上規(guī)定，以經(jīng)線為界，把全球分為24個(gè)區(qū)，每區(qū)跨經(jīng)度15°，各區(qū)把中央經(jīng)線的地方時(shí)作為本區(qū)統(tǒng)一使用的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)。這樣的區(qū)，稱為時(shí)區(qū)；這樣的時(shí)間，稱為區(qū)時(shí)。2023/2/3第1章緒論125區(qū)時(shí)和時(shí)區(qū)示意圖時(shí)區(qū)序號(hào)（n）與經(jīng)度的關(guān)系n＝λ／150＝整數(shù)（四舍五入）

[例]求640E所在時(shí)區(qū)：ｎ＝640÷150＝＋４

[例]該時(shí)區(qū)中央經(jīng)線的經(jīng)度：

λ＝150×４＝600E區(qū)時(shí)的計(jì)算

Ｔ１－Ｔ２＝ｎ１－ｎ２

式中：ｎ為時(shí)區(qū)序號(hào)（東＋西－），Ｔ為相應(yīng)時(shí)區(qū)的區(qū)時(shí)。

特殊值的處理：Ｔ>24h，則在結(jié)果中－24h，日期為明日。Ｔ<０h，則在結(jié)果中＋24h，日期為昨日。

計(jì)算舉例區(qū)時(shí)計(jì)算舉例（1）１．當(dāng)西5區(qū)區(qū)時(shí)為20h，求東5區(qū)區(qū)時(shí)？例２已知：Ｔ１＝20h，ｎ１＝-5，ｎ２＝+5，求：Ｔ２＝？解：Ｔ１－Ｔ２＝ｎ１－ｎ２

20－Ｔ２＝-5－（+5）Ｔ２＝30

30-24＝6即明日6h

區(qū)時(shí)計(jì)算舉例（2）２．已知東８區(qū)Ｔ＝10h，求西8區(qū)T=？解：Ｔ１＝10h，ｎ１＝＋８，ｎ２＝－８，Ｔ２＝？Ｔ１－Ｔ２＝ｎ１－ｎ２

10－Ｔ２＝８－（－８）Ｔ２＝－６－６＋24＝18即昨日18h。

2023/2/3第1章緒論130區(qū)時(shí)和時(shí)區(qū)示意圖圖4-22世界時(shí)區(qū)圖EastChinaNormal

University2023/2/3第5章地球運(yùn)動(dòng)及所產(chǎn)生的地理意義133時(shí)間早晚日期最早日期最晚2023/2/3第5章地球運(yùn)動(dòng)及所產(chǎn)生的地理意義134時(shí)間越來越晚¤倫敦0時(shí)區(qū)北京東京東9區(qū)華盛頓西5區(qū)堪培拉東10區(qū)新德里東5區(qū)莫斯科東3區(qū)舊金山西8區(qū)北京時(shí)間北京時(shí)間為東８區(qū)的區(qū)時(shí)或1200E的地方平時(shí)。

2023/2/3第1章緒論136國際日期變更線——180度經(jīng)線日界線西12區(qū)1日東12區(qū)2日自西向東越過日界線，日期減1日；自東向西越過日界線，日期加1日。

-1日+1日2023/2/3第1章緒論138二、時(shí)間種類與換算3、法定時(shí)和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)某些國家和地區(qū)規(guī)定把某一時(shí)區(qū)的區(qū)時(shí)或某一經(jīng)線的地方時(shí)作為全國、全地區(qū)統(tǒng)一使用的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，為法定時(shí)。中國以120°東經(jīng)的地方平太陽時(shí)或東8區(qū)的區(qū)時(shí)作為法定時(shí)，即北京時(shí)間。規(guī)定以0°經(jīng)線的平太陽時(shí)或0時(shí)區(qū)的區(qū)時(shí)為世界時(shí)。2023/2/3第1章緒論139二、時(shí)間種類與換算4、世界時(shí)與協(xié)調(diào)世界時(shí)世界時(shí)，即格林尼治時(shí)間，簡寫為UT，是世界通用的時(shí)間，也是換算地方時(shí)和區(qū)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)，它是0°經(jīng)線的地方時(shí)。1934年，世界時(shí)由視時(shí)改為平時(shí)（平太陽時(shí)）。現(xiàn)在，所用的格林威治時(shí)間就是對(duì)協(xié)調(diào)世界時(shí)而言的，全世界的無線電通訊中的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，幾乎是協(xié)調(diào)世界時(shí)。1.5歷法2023/2/3第1章緒論141一、編歷原則1、歷法推算日、月、年的時(shí)間長度和它們之間的關(guān)系或安排年月日的法則，稱為歷法。2、編歷原則陰歷以朔望月考慮為主；陽歷以回歸年考慮為主；陰陽歷是既考慮朔望月又考慮回歸年。具體安排時(shí)，就要考慮置閏問題。歷年、歷月、歷日回歸年（365.2422日）朔望月（29.5306日）太陽日太陽歷太陰歷陰陽歷2023/2/3第1章緒論143二、歷法的種類與評(píng)價(jià)1、陽歷：現(xiàn)行公歷，由儒略歷到奧古斯都?xì)v再到格里歷的演變。優(yōu)點(diǎn)：①歷年與回歸年同步，故月序與季節(jié)匹配較好；②它的置閏為400年97閏或每4年一閏，世紀(jì)年份除盡400年是閏年。缺點(diǎn)：①歷月人為安排，天數(shù)有28、29、30、31天4種，大小月排列不規(guī)律；②四季長度不一有90、91和92天3種，上下半年也不相等；③歲首（元旦）沒有天文意義；④每個(gè)月的星期參數(shù)不固定；⑤與月相變化天關(guān)，白白浪費(fèi)了天賜的月相變化周期。太陽歷制歷依據(jù)：太陽回歸運(yùn)動(dòng)歷年是首要成分，歷月則是歷年的分割制歷原則現(xiàn)行陽歷陽歷沿革太陽歷制歷原則歷年：平均歷年＝回歸年∵回歸年＝365.2422日∴平年365日，閏年366日歷月：平均歷月＝回歸年÷12

∵平均歷月＝365.2422日÷12＝30.4368日∴大月31日，小月30日

置閏：400年97閏

∵

0.2422×400＝96.88日陽歷的置閏原則四年一閏∵

0.2422×4＝0.9688日四百年減三閏∵

0.0312×100＝3.12日3333年再減一閏∵

400年中0.12日的差值經(jīng)3333年積累為1日?，F(xiàn)行陽歷歷年：采用公元紀(jì)年，歲首為元旦（λ⊙≈2800）。平年365日，閏年366日。

歷月：12個(gè)歷月，大月31日，小月30日。

但2月份是一個(gè)特殊小月，平年只有28日，閏年才29日。置閏方法：

公元年數(shù)能被４整除者，原則上為閏年。

逢百年數(shù)能被400整除者，方為閏年。陽歷沿革陽歷置閏舉例如1996年、2004年，都是閏年。如1700年、1800年、1900年，都不是閏年。2000年是閏年。在1601—2000的400年間，去掉了1700、1800、1900三個(gè)閏年，只有97閏。

陽歷沿革儒略歷歷年：平年365日，閏年366日置閏：隔３年１閏（即４年１閏）歷月：年分12月，

單數(shù)月為大月，31日；

雙數(shù)月為小月，30日。奧古斯都?xì)v格里歷改歷措施新舊歷轉(zhuǎn)換改歷措施儒略歷為紀(jì)念實(shí)行新歷，將儒略凱撒生日所在的月份－７月，稱為July。儒略歷的執(zhí)行者誤將隔３年１閏的制度作為３年１閏，致使從公元前45年～公元前9年的36年間，儒略歷安排了12個(gè)閏年（而實(shí)際應(yīng)為9個(gè)閏年），即多閏3日，因此歷年比回歸年長出3日。儒略歷和奧古斯都?xì)v的大小月設(shè)置儒略歷大月：1，3，5，7，9，11小月：2，4，6，8，10，12奧古斯都?xì)v大月：1，3，5，7，8，10，12小月：2，4，6，9，11新舊歷轉(zhuǎn)換新歷日期＝舊歷日期＋10日

+閏年訂正值

閏年訂正值即按照舊歷是閏年，而按照新歷不是閏年的年份個(gè)數(shù)。如1700、1800年。

日一二三四五六123415161718192021222324252627282930312023/2/3第1章緒論153二、歷法的種類與評(píng)價(jià)2、陰歷：把朔望月（29.5306天）作為歷月的長度，