中科大天文學(xué)史課件19空間天文學(xué)的進(jìn)展

第十九講空間天文學(xué)的進(jìn)展一、空間探測(cè)時(shí)代的到來(lái)二、地球輻射帶的發(fā)現(xiàn)三、對(duì)月球的探測(cè)四、對(duì)水星和金星的探測(cè)五、對(duì)火星的探測(cè)六、對(duì)類木行星的探測(cè)

一、空間探測(cè)時(shí)代的到來(lái)

1．全波天文學(xué)天體發(fā)射著10-12－108厘米范圍的電磁波。只有可見(jiàn)光和兩側(cè)的近紫外、近紅外、約1毫米至30米的射電波以及紅外波段的幾小段波長(zhǎng)區(qū)間的輻射才能到達(dá)地面。

天體的電磁輻射波譜天體輻射能通過(guò)地球大氣的“窗口”

20世紀(jì)40年代以來(lái)，首先射電天文學(xué)問(wèn)世。隨之紅外天文學(xué)、紫外天文學(xué)、X射線天文學(xué)、γ射線天文學(xué)等一系列新的天文學(xué)科也產(chǎn)生了，這些新學(xué)科依賴于空間探測(cè)。由此，天文學(xué)從光學(xué)天文學(xué)進(jìn)入全波天文學(xué)。電磁波的各個(gè)波段>>>>>>>

電磁波的各波段

γ射線λ<10-11米

X射線10-11米>λ<10-8米紫外線10-8米>λ<4×10-7米可見(jiàn)光4×10-7米>λ<7×10-7米紅外線7×10-7米>λ<10-3米射電波λ>

10-3米

2．空間探測(cè)手段的發(fā)展

（1）氣球。

1783年法國(guó)蒙哥爾費(fèi)

(Montgolfier)兄弟研制成熱空氣氣球首次升空。以后用氫和氦代替熱空氣?，F(xiàn)代氣球最高可升到52千米高，載重5噸，留空時(shí)間10年。把99.9％的大氣留在下面，天空中幾乎沒(méi)有水汽和二氧化碳，對(duì)紅外觀測(cè)有利。1783年9月19日第一現(xiàn)代氣球帶著紅

次升空的熱氣球試驗(yàn)外望遠(yuǎn)鏡升空美國(guó)的平流層紅外天文臺(tái)（SOFIA）

（2）火箭。

由中國(guó)人最早發(fā)明。北宋開(kāi)寶三年（970年）馮繼升和岳義方兩人作了首次成功試驗(yàn)。俄國(guó)的齊奧爾科夫斯基(К.З.Циолков-ский,1857—1935)為利用火箭作宇宙飛行奠定了理論基礎(chǔ)。中國(guó)古代的火箭齊奧爾科夫斯基設(shè)計(jì)的宇宙飛船

1926年美國(guó)物理學(xué)家戈達(dá)德(R.H.Goddard,1882—1945),在馬薩諸塞州發(fā)射了第一枚現(xiàn)代意義上的火箭。

1923年羅裔科學(xué)家?jiàn)W伯特（H.Oberth）出版《飛往星際空間的火箭》一書(shū)論述火箭飛行理論和火箭結(jié)構(gòu)，后來(lái)又參加V－2火箭研制。戈達(dá)德（1882—1945）和他的火箭

齊奧爾科夫斯基、戈達(dá)德和奧伯特被公認(rèn)為現(xiàn)代宇宙航行的奠基者。

20世紀(jì)40－50年代用高空火箭飛出大氣外作空間探測(cè)。宇宙火箭結(jié)構(gòu)圖

（3）人造衛(wèi)星和宇宙飛船。1957年10月4日蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星“衛(wèi)星1號(hào)”。11月3日又發(fā)射了第二顆——“衛(wèi)星2號(hào)”。

1958年1月31日美國(guó)發(fā)射了人造衛(wèi)星——“探險(xiǎn)者1號(hào)”。衛(wèi)星發(fā)射和入軌過(guò)程示意圖空間飛行器的發(fā)射速度決定其軌道衛(wèi)發(fā)星射的了蘇人聯(lián)類拜第科一努顆爾人發(fā)造射地場(chǎng)球第一個(gè)人造地球衛(wèi)星——斯布特尼克一號(hào)美國(guó)的第一個(gè)人造衛(wèi)星——探險(xiǎn)者一號(hào)我國(guó)的第一個(gè)人造衛(wèi)星——東方紅一號(hào)

人造衛(wèi)星的上天標(biāo)志著人類進(jìn)入了宇航時(shí)代，也為空間天文探測(cè)開(kāi)辟了廣闊的道路。從此，現(xiàn)代天文學(xué)的重要分枝——空間天文學(xué)登上科學(xué)舞臺(tái)。紅外天文衛(wèi)星X射線天文衛(wèi)星二、地球輻射帶的發(fā)現(xiàn)

人造衛(wèi)星發(fā)射后的第一項(xiàng)天文學(xué)成就是通過(guò)對(duì)地球周圍空間的探測(cè)發(fā)現(xiàn)了地球上空的兩個(gè)帶電粒子區(qū)——輻射帶。

1959年美國(guó)天文學(xué)家范艾倫（J.A.vanAllen,1914－）根據(jù)美國(guó)發(fā)射的人造衛(wèi)星“探險(xiǎn)者1號(hào)”、“探險(xiǎn)者4號(hào)”和“先驅(qū)者3號(hào)”等的探測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)了地球上空兩個(gè)輻射帶：內(nèi)、外范艾倫帶。地球輻射帶示意圖

三、對(duì)月球的探測(cè)1．蘇聯(lián)對(duì)月球的探測(cè)

由“月球”號(hào)飛船系列實(shí)現(xiàn)。

①1959年10月4日“月球”3號(hào)，首次拍攝背面。

②1966年2月3日，“月球”9號(hào)首次在月球上軟著陸。

③1970年9月，“月球”16號(hào)，首次挖取月球樣品，返回地球。

④1970年11月“月球”17號(hào)，1973年1月“月球”21號(hào)，各攜一輛月行車，在月面行駛考察。月球的正面和背面

2．美國(guó)對(duì)月球的探測(cè)

早期分別由“徘徊者”、“勘測(cè)者”、“月球軌道環(huán)行器”和“阿波羅”4個(gè)飛船系列實(shí)現(xiàn)各階段任務(wù)。

①1961年8月至1965年3月，“徘徊者”系列9個(gè)飛船，僅最后3個(gè)實(shí)現(xiàn)硬著陸。

②1966年5月到1968年1月，“勘測(cè)者”系列，5

個(gè)成功實(shí)現(xiàn)軟著陸。

③1966年5月到1967年8月，“月球軌道環(huán)行器”，5艘繞月飛船，為“阿波羅”飛船選擇著陸。

④1965年2月至1972年12月“阿波羅”系列。共17艘飛船。前6艘無(wú)人，7－10號(hào)四艘載人試驗(yàn)。

1969年7月16日“阿波羅”11號(hào)發(fā)射。7月20日兩名宇航員登陸于月面靜?；?。

之后，“阿波羅”12、14、15、16、17均載人登月成功。在月面進(jìn)行多項(xiàng)科學(xué)活動(dòng)，采回月巖、月壤樣品400多千克。阿波羅號(hào)宇宙飛船登月艙

對(duì)月探測(cè)使天文學(xué)的研究方法產(chǎn)生歷史性變化，由局限于觀測(cè)方法而發(fā)展為同時(shí)采用實(shí)驗(yàn)方法。四．對(duì)水星和金星的探測(cè)

1．對(duì)水星探測(cè)

1973年11月3日美國(guó)發(fā)射“水手”10號(hào)。軌道巧妙。

1974年2月5日探測(cè)金星（距離5800km），受金星引力作用后加速，進(jìn)入與水星軌道在遠(yuǎn)日點(diǎn)相切的繞日運(yùn)動(dòng)軌道。

1974年3月29日探測(cè)水星（距離703km）。

1974年9月21日探測(cè)水星。

1975年3月16日探測(cè)水星（距離327km）。“水手”10號(hào)飛行軌道示意圖2．對(duì)金星探測(cè)

方式：逼近飛行、硬著陸、繞轉(zhuǎn)飛行。

蘇聯(lián)：“金星”號(hào)飛船系列，1961－1981共14艘。

美國(guó)“水手”2、5和10號(hào)；“先驅(qū)者－金星”1、2號(hào)。

第一艘1961年5月20日，“金星”1號(hào)飛越金星。

1962年12月14日，“水手”2號(hào)飛越金星。

首次硬著陸，1967年10月18日，“金星”4號(hào)。

首次軟著陸，1970年12月15日，“金星”7號(hào)。

首批金星表面照片，1975年、“金星”9號(hào)、10號(hào)。

首次繞金星飛行，1978年12月“先驅(qū)者－金星”1號(hào)。

五、對(duì)火星的探測(cè)

蘇聯(lián)：“火星”號(hào)飛船系列，1962年11月至1973年8月，共7艘。美國(guó)：“水手”4、6、7、9號(hào)飛船；“海盜”1、2號(hào)飛船。

首次軟著陸，1971年12月，“火星”3號(hào)。

1976年7月20日“海盜”1號(hào)，9月3日“海盜”2號(hào)，軟著陸分析土壤樣品，未發(fā)現(xiàn)生命跡象。六、對(duì)類木行星的探測(cè)

美國(guó)兩個(gè)系列的飛船：“先驅(qū)者”號(hào)和“旅行者”號(hào)。

①1972年3月3日發(fā)射“先驅(qū)者”10號(hào)，1973年12月4日飛越木星。

②1973年4月5日發(fā)射“先驅(qū)者”11號(hào)，1974年12月3日飛越木星。1979年9月飛越土星。

③1977年8月20日發(fā)射“旅行者”1號(hào)，1979年3月5日飛