地球的宇宙環(huán)境

地球的宇宙環(huán)境第一頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)天體和天球一、天體和天體系統(tǒng)1、天體

天體:在天空中被觀測到的、存在于地球大氣層以外的物體。包括自然天體和人造天體。

自然天體：恒星、行星、衛(wèi)星、彗星、流星體、星云、星系、星際物質(zhì)、紅外源、射電源、x射線源、r射線源

人造天體：人造衛(wèi)星、宇宙飛船和天空實驗室。

空中漂浮的云、漂游的氣球和運行的飛機(jī)是否屬于天體？2、天體系統(tǒng)

運動著的天體因相互吸引和相互繞轉(zhuǎn)而構(gòu)成天體系統(tǒng)。

“運動著”和“相互吸引”二者缺一不可。如果只有天體的慣性直線運動而沒有相互吸引，那么各種天體就會橫沖直撞，雜亂無章，這樣就不會形成天體系統(tǒng)；如果只有相互吸引，而沒有天體的慣性運動，最終宇宙物質(zhì)將聚集一團(tuán)，也不會形成天體系統(tǒng)。第二頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五二、天穹和天球

天穹:地平面以上的半球形天空。

天穹給人們兩點印象：一是無論我們走到哪里，總覺得自己處在天穹的中心位置；二是天穹上鑲嵌的日月星辰各種天體似乎是等距的。天球:地平面上下兩個半球形天空合起來就構(gòu)成了完整的球形。

天球——以觀測者（地心）為球心，以無限遠(yuǎn)為半徑（半徑任意），包含一切天體的假想球面。

天球是人們根據(jù)天穹現(xiàn)象，按照兩個條件設(shè)想出來的：第一，它的球心是地心或者說是人的眼睛；第二，它的半徑是無窮大的。第三頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五利用天球是為了研究天體的位置和運動。天體的位置——就是人們從地球上看天體的方向或者說看天體在天球上的投影位置。天體的運動——就是天體位置的變化。天體的位置和運動也叫天體的視位置和視運動。通常人們所說的天球都是地心天球，但在說明地球公轉(zhuǎn)時，也使用日心天球。第四頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五第二節(jié)星座一、星座概述在晴朗無月的夜晚，抬頭仰望星空，繁星密布，數(shù)不勝數(shù)。那么全天有多少顆星呢？我們說天上星的總數(shù)是無限的，而我們?nèi)庋劭梢姷膭t是有限的。在正常情況下能看到6000顆左右，而在同一時間，同一地點只能看到3000顆左右，如果用望遠(yuǎn)鏡觀測的話可以看到幾億顆。銀河系的總星數(shù)約1500億顆左右，目前已發(fā)現(xiàn)的約10億顆。我們?nèi)庋鬯姷暮阈?，幾乎都屬于銀河系的成員。為了辨認(rèn)恒星的方便，人們建立了星座系統(tǒng)。第五頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五1、西方天文學(xué)的星座（天球分區(qū)）

星座—就是根據(jù)恒星之間相互位置所構(gòu)成的圖形將天空劃分的區(qū)域。

1928年國際天文學(xué)聯(lián)合會規(guī)定全天星空劃分為88個星座，其中北天29個，黃道12個，南天47個。每顆恒星都從屬于某一個星座，都有姓名，所謂姓就是它所在的星座，名就是它在星座中的序號或代碼，通常是按亮度順序用希臘字母或數(shù)字標(biāo)出。在一個星座中最亮星稱為α星、次亮星稱為β星，依次類推γ星、δ星、ε星、ζ星、η星……超出24個希臘字母，用數(shù)字表示，如天鵝座61星、大熊座80星等。第六頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五

對于一些亮星，中國古人還授予專名，如天琴座α星（織女）、天鷹座α星（牛郎）、大犬座α星（天狼）等。星座大小相差懸殊，所含星數(shù)也各不相同，星座內(nèi)的天體不一定有物理聯(lián)系。不同緯度地區(qū)在不同季節(jié)內(nèi)所見星空（即與太陽赤經(jīng)相差180°附近的星空）區(qū)域不同。在對待星座的態(tài)度上，天文學(xué)和占星學(xué)各行其道，天文學(xué)是觀測和研究天體、探索宇宙奧妙的一門科學(xué)；占星學(xué)是利用星座和天象來決定人的命運的神秘信仰。黃道十二星座為：雙魚白羊金牛座，雙子巨蟹獅子座，室女天稱天蝎座，人馬摩羯寶瓶座。第七頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五2、我國古代的星空區(qū)劃中國古代天文學(xué)把星空分成若干個小區(qū)域，稱為“星官”。在眾多的星官中三垣、四象、二十八宿占有很重要的地位，它們是我國古代星空的區(qū)劃體系，跟今天的星座相類似。

三垣是指紫微垣、太微垣、天市垣。紫微垣包括天北極附近的天區(qū)，有小熊、大熊、仙王、仙后、天龍等星座；太微垣包括室女、后發(fā)、獅子等星座的一部分。天市垣包括蛇夫、武仙、巨蛇、天鷹等星座的一部分。

二十八宿是古人為了觀測日月五星的運動而在黃道附近和白道附近選擇的28個星官。第八頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五

28宿可分為四組，每組七宿，分別與四個地平方位、四種動物形象相匹配，稱為四象，即東方蒼龍、北方玄武、西方白虎、南方朱雀。角、亢、氐、房、心、尾、箕,蒼龍象，代表東方；斗、牛、女、虛、危、室、壁,玄武象，代表北方；奎、婁、胃、昴、畢、觜、參,白虎象，代表西方；井、鬼、柳、星、張、翼、軫,朱雀象，代表南方。第九頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五3、四瓣星圖為了辨認(rèn)恒星的方便，已故的華東師大金祖孟和陳自悟教授研究發(fā)明了分區(qū)星圖，即書中的四瓣星圖（P192）。四瓣星圖有兩大特點：其一，它針對初學(xué)者的情況將茫茫星空分成四大星區(qū)，每一瓣就是一個星區(qū)。星區(qū)的劃分是按赤經(jīng)劃分的。赤經(jīng)屬于天球坐標(biāo)系中的赤道坐標(biāo)系，相當(dāng)于地理坐標(biāo)系中的地理經(jīng)度，它的度量是以春分點為起點，在天赤道上向東度量的，它既可以用角度單位（0°—360°），也可以用時間單位（0—24時）。每個星區(qū)各跨赤經(jīng)6時，即90°，各區(qū)中央赤經(jīng)分別是0h、6h、12h、18h。每一星區(qū)都以其主要的拱極星座命名，分別稱為仙后、御夫、大熊、天琴星區(qū)。其二，大力進(jìn)行簡化。在全天恒星中精選了20個星座和120顆恒星，圖面簡潔清晰。另外，P193第十頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五

對于這兩張圖四瓣星圖，請同學(xué)們重點掌握以下幾方面。（1）掌握恒星、星座和星區(qū)之間的相互位置東西位置：因為赤經(jīng)是向東度量的，因而向赤經(jīng)大的方向是東，反之為西。不過這樣的東西方向是相對而言的，而每個星區(qū)的東西方向則是絕對的，左邊是東，右邊是西，如果把四瓣星圖水平放置，東西方向則更好理解。南北位置：四瓣星圖共同交點是天北極或北極星，在每個星區(qū)中向北就是向天北極方向，向南就是向天南極的方向。第十一頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五（2）掌握各個星區(qū)的主要星座及其構(gòu)成的圖形

仙后星區(qū)：四個星座。

仙后座—形似字母W或反寫的M，俗稱仙后座W。

仙女座—三顆亮星排成一條直線。

飛馬座—呈一四邊形俗稱飛馬座四邊形（東北角一顆星屬仙女座），四邊形的東邊向北延伸直指北極星。

南魚座—只有一顆亮星，其他星都很暗，沿飛馬座四邊形的西邊向南延伸，即可找到。南魚座α星北落師門，西方稱“海角孤星”。第十二頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五御夫星區(qū)：6個星座。御夫座—呈一明顯的五邊形，我國古時稱五車。主星α（五車二）是北天一等亮星。金牛座—是著名的黃道星座。有一簇V字型的星群，俗稱金牛座V，主星α（畢宿五）位于V字的一端，是一顆紅色亮星。V字的西北方有著名的昴星團(tuán)，俗稱七姐妹星團(tuán)，這是一個著名的疏散星團(tuán)，由280多顆恒星組成，用小型望遠(yuǎn)鏡可看到幾十顆，正常視力可看到6—7顆。獵戶座—是全天最壯麗的星座，橫跨天赤道，世界各地都能看到，我國古代稱“參宿”?！皡⑺奁咝敲鳡T霄，兩肩兩足三為腰”，中部的三星合稱參宿三星，傳說是獵戶的腰帶，三星最北的一顆星正好位于天赤道上，三星向西北自然延伸指向畢宿五。大犬座—形如砍刀，α星天狼星是全天最明亮的恒星。小犬座恒星很少，主星α南河三是著名的一等星。雙子座—是黃道星座，成兩行排列，雙子座β星北河三是一等星。第十三頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五大熊星區(qū)：有四個星座。大熊座——是北天最著名的星座，七顆亮星排列成斗狀，或者說象個大勺子。人們常用它的兩個指極星辨認(rèn)北極星。民諺有“識得北斗，天下好走”的說法。牧夫座—形如風(fēng)箏或倒掛的領(lǐng)帶，主星α大角是北天一等亮星，位于斗柄的自然延伸線上。室女座—黃道星座，大體呈一不規(guī)則的土字形，主星α角宿一是一等亮星。獅子座—黃道星座，它形如雄獅，由頭部的鐮刀和尾部的三角形組成，主星α軒轅十四位于鐮刀的柄端，貼近黃道，天樞向天璇作聯(lián)線并延長兩星的七倍距離處，即為獅子座。第十四頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五天琴星區(qū)：有六個星座。天琴座—范圍很小，其主星α織女星是北天一等亮星?？椗堑臇|南有四個暗星構(gòu)成小平行四邊形，傳說是織女織布用的梭子。天鷹座—靠近天赤道，主星α（牛郎星）兩邊各有一顆暗星組成一條直線，民間俗稱扁擔(dān)星。天鵝座—呈一明顯的十字型，整個星座位于銀河之中，主星α天津四是一等星，天津意即銀河渡口或渡船。天蝎座—黃道星座，形如張開兩螯的大蝎子，主星α心宿二是紅色亮星，古稱大火?！对娊?jīng)》中“七月流火,九月授衣”的火指的就是心宿二，其與兩側(cè)的兩顆暗星合稱心宿三星。人馬座—位于銀河系最明亮的部分，是銀河系中心方向所在，東部六星組成南斗六星。武仙座—在天琴座的西邊，形如反寫的K字形，目前太陽正朝這個方向移動。第十五頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五(3)掌握每一星區(qū)的主要亮星及中國名稱

仙后星區(qū)：只有一顆亮星，即南魚座的北落師門。

御夫星區(qū)：集中了七顆亮星，其分布是參宿四居中，東西各三，大致呈六邊形。

大熊星區(qū)：三顆亮星，大體構(gòu)成一個等腰三角形。

天琴星區(qū)：有四顆亮星，也大體呈三角形，心宿二除外。(4)掌握各個季節(jié)所見的星區(qū)第十六頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五表1—1四季所見星區(qū)季節(jié)星區(qū)春季夏季秋季冬季不可見星區(qū)仙后御夫大熊天琴上半夜可見星區(qū)御夫大熊天琴仙后徹夜可見星區(qū)大熊天琴仙后御夫下半夜可見星區(qū)天琴仙后御夫大熊第十七頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五太陽所在的星區(qū)為不可見星區(qū)；與太陽相反方向的星區(qū)為徹夜可見星區(qū)；太陽東鄰星區(qū)為上半夜可見星區(qū)，太陽西鄰星區(qū)為后半夜可見星區(qū)?？偠灾灰覀兝卫握莆账陌晷菆D中的星座和亮星所構(gòu)成的圖形及它們之間的相互位置，就等于掌握了一張簡單明了的星圖，心中有了這樣一張全天星圖，再知道各個季節(jié)所見的星區(qū)，就可以方便地觀測星空了，這是觀測星空必不可少的準(zhǔn)備工作。第十八頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五第三節(jié)恒星和星系一、恒星的概念恒星是由熾熱氣體（H、He）組成的，能夠自身發(fā)光發(fā)熱的球形或類似球形的天體。恒星在天空中的相對位置似乎是固定不變的。所以古人誤認(rèn)為是不動的，為了與運動比較明顯的行星相區(qū)別，稱其為“恒星”，意即永恒不動之星。十八世紀(jì)以來天文學(xué)研究證明，恒星本身也在不斷地運動，其位置也是變化的。恒星空間運動速度是很高的，據(jù)資料表明，在地球上看起來，運動最快的恒星是開普坦星，運動速度為294公里/秒，其次是巴納德星，為140公里/秒。第十九頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五恒星的空間運動速度可分解為兩個分量，即視向速度和切向速度。

視向速度—沿著觀測者視線方向的分量（以接近我們?yōu)樨?fù)值，遠(yuǎn)離我們?yōu)檎担磺邢蛩俣取刂c觀測者視線垂直方向的分量。恒星的視向速度對恒星之間相對位置沒有什么影響，而恒星相對位置的改變或星座形狀的變化主要是切向速度或者說主要是恒星自行造成的，由于不同的恒星具有不同的自行方向和速率，這樣必然會引起恒星之間相對位置的改變。教材中是以北斗七星的自行和北斗形狀的變化來說明這個問題的（P24圖2-2）。

第二十頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五二、恒星的自行與星座形狀變化

恒星每年在天球上移動的角距離叫恒星的自行。恒星自行的速度，一般都小于0.1″/年,目前為止只發(fā)現(xiàn)有400多顆恒星的自行速度超過0.1″/年,其中自行最快的是巴納德星為0.31″/年?？梢姾阈鞘遣缓愕?。從圖2-2可以看出，北斗七星都有較大的自行。七顆星中，從北斗二到北斗六，自行的方向和速度大體相同，但是北斗一和北斗七自行方向卻與眾不同——二者的方向幾乎與其他五星相反。北斗七星形象的變遷，主要是由于這二星與其他五星自行方向不同步造成的。圖2-2還可以看出北斗七星在前后10萬年的時間內(nèi)變化是非常明顯的?？傊?，恒星是由熾熱氣體組成的球狀天體，恒星的名字是名不符實的，恒星也在不停地運動，既有視向運動也有切向運動，而且運動速度是很高的。恒星每年在天球上移動的角距離，稱為恒星的自行，由于恒星自行沒有統(tǒng)一的方向和速率，使恒星之間相對位置在不斷改變。第二十一頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五三、恒星的發(fā)光與光譜1、恒星的發(fā)光這里指的是發(fā)射可見光，恒星能夠發(fā)光其溫度必然很高，為什么恒星的溫度會很高呢？這里有發(fā)展階段問題，也有質(zhì)量大小問題。就前者而言，恒星同任何物質(zhì)一樣，也是有生有滅的，恒星的發(fā)光現(xiàn)象是它生命過程中某一階段的現(xiàn)象。就質(zhì)量大小而言，恒星能夠發(fā)光，其質(zhì)量必然很大，如果沒有巨大的質(zhì)量，就不會有很高的中心溫度，那么究竟多大質(zhì)量的天體才能發(fā)光才算是恒星呢？根據(jù)對恒星質(zhì)量的統(tǒng)計，大多數(shù)恒星的質(zhì)量不小于太陽質(zhì)量的10%，不大于10倍的太陽質(zhì)量。第二十二頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五2、恒星的光譜不同波長或不同顏色的光，按其波長順序排列成的彩色光帶稱為光譜。不同的恒星其溫度、壓力、磁場和化學(xué)成分存在差異，表現(xiàn)出不同的光譜類型，我們通過對遙遠(yuǎn)恒星的光譜分析，就能了解到恒星有關(guān)的理化性質(zhì)。

20世紀(jì)初美國哈佛大學(xué)天文臺的師生們對50萬顆恒星的光譜進(jìn)行研究，并把它們分成七種類型：光譜型的代號是一句俏皮的英文：Oh!BeAFainGirlKissMe.第二十三頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五表1—2恒星的光譜類型光譜型顏色表面溫度典型恒星O蘭40000-25000參宿一、參宿三B蘭白25000-11000參宿二、參宿七A白11000-7500天狼、織女F黃白7500-6000老人、南河三G黃6000-5000太陽、南門二K橙5000-3500大角、北河三M紅3500-2500參宿四、心宿二第二十四頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五恒星的顏色、溫度與光譜型的關(guān)系如上表，按溫度的高低，恒星可歸納為三類：高溫型（O、B、A），質(zhì)量大，光度強；中溫型（F、G），質(zhì)量和光度居中，太陽就是一顆典型的G型星；低溫型（K、M），質(zhì)量小，光度低。

19世紀(jì)中葉以前，人們對于恒星的化學(xué)組分、物理性質(zhì)無從知曉。1825年德國哲學(xué)家孔德斷言：“恒星的化學(xué)組分是人類絕對不能得到的知識”。30年后分光技術(shù)和照相技術(shù)誕生，人類通過光譜分析得知了恒星的化學(xué)組分。第二十五頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五四、恒星的亮度與光度1、亮度與視星等亮度是指地球上的受光強度，即恒星的明暗程度。這里包含者距離的因素。視星等就是按恒星的亮度劃分的等級。

在公元前二世紀(jì)希臘天文學(xué)家喜帕恰斯在編制星表時，根據(jù)恒星的相對亮度分成六等，最亮的十五顆星為一等星，而把正常視力所能辨認(rèn)的最暗的星稱為六等星，這種劃分完全是人為的。后來，由于光學(xué)和光學(xué)儀器的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)一等星剛好比六等星亮100倍。視星等與亮度有這樣的數(shù)量關(guān)系：星等值越小，亮度越大；星等呈等差級數(shù)，而亮度呈等比級數(shù)，一等星和六等星，星等相差5等，而亮度相差100倍。星等每相差一等，亮度相差2.512倍。第二十六頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五恒星視星等與亮度之間有這樣的關(guān)系式:m－n＝－2.5（lgEm－lgEn）

這就把視星等與亮度聯(lián)系起來了，如果我們以0等星的亮度為單位，取n=0,En=1,則上式可寫成：

m＝－2.5lgEm

這公式叫普森公式，公式表明只要知道某恒星亮度就可以推算出以0等亮度為單位的星等數(shù)。

請注意，星等數(shù)可以是任意正數(shù)或負(fù)數(shù)，過去只分為六等，而星等數(shù)越小，亮度越大。太陽的視星等為-26.74等,滿月時月亮的視星等為

-12.73等，金星最明亮?xí)r為-4.22等、天狼星為-1.45等。5米望遠(yuǎn)鏡能夠看到23等星，我校配置的22CM的望遠(yuǎn)鏡可看到12等星。第二十七頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五2、光度與絕對星等光度是指恒星本身的發(fā)光強度，按光度劃分的等級，稱為絕對星等。

對于亮度和視星等之間的數(shù)量關(guān)系也同樣適應(yīng)于光度和絕對星等，即絕對星等相差一等，光度相差2.512倍。地球上的人們看到的恒星亮度取決于兩個因素：一是恒星本身的發(fā)光強弱，這就是光度；二是恒星距我們的遠(yuǎn)近。發(fā)光強度即光度相同的兩顆恒星距我們近的，顯得亮些，距我們遠(yuǎn)的顯得暗一些。很顯然亮度不能代表恒星真正的發(fā)光本領(lǐng)，即不能代替光度。為了比較不同恒星真正的發(fā)光本領(lǐng)，我們設(shè)想將所有的恒星都移到某一標(biāo)準(zhǔn)距離處，然后比較它們的亮度。那么這個標(biāo)準(zhǔn)距離下的亮度就是光度，標(biāo)準(zhǔn)距離下的視星等就是絕對星等。這個標(biāo)準(zhǔn)距離是多少呢？天文學(xué)上規(guī)定為10秒差距。第二十八頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五秒差距是一種距離單位，在天文學(xué)上有它自己的距離單位，由于用公里、米表示恒星的距離，數(shù)值過于龐大，所以在天文學(xué)上采用了天文單位、光年、秒差距等距離單位。

天文單位(AU)——一個日地平均距離（地球軌道半長軸），其值為149600000公里。

光年—光在真空中一年中走過的距離。

1光年=9.46×1012公里=63240AU

秒差距—在周年視差為1″情況下恒星的距離。

恒星周年視差簡單地說就是日地平均距離在恒星處的張角。因日地平均距離是不變的，故恒星愈遠(yuǎn)，周年視差愈小，如果周年視差為1″，即日地平均距離在恒星處的張角為1″,則該恒星的距離為1秒差距。

1秒差距=3.09×1013公里=206265AU＝3.26光年第二十九頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五

在以上這三種距離單位中，天文單位主要用來表示行星到太陽的距離，而光年和秒差距則用來表示恒星的距離。我們還回到光度和絕對星等的問題上來，為了比較恒星真正的發(fā)光本領(lǐng)，人們設(shè)想把所有恒星都移到一個標(biāo)準(zhǔn)距離處，這個標(biāo)準(zhǔn)距離就是10秒差距。因此，光度就是恒星在10秒差距處的亮度，絕對星等即恒星在10秒差距處的視星等。如果某恒星位于10秒差距以內(nèi)則其亮度大于光度，視星等小于絕對星等；反之，如果某恒星在10秒差距以外，則亮度小于光度，視星等大于絕對星等。P28錯誤視星等與絕對星等之間的關(guān)系式為：∴M＝m＋5－5lgd

該公式表明，只要知道某恒星實際距離（秒差距），就可以由它的視星等m推算出其絕對星等M。第三十頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五例如，已知太陽的視星等m=－26.74，太陽距離=1AU=1/206265秒差距，求太陽的絕對星等。解：M=m＋5－5lgd=－26.74＋5－5lg1/206265=+4.9

可見，盡管看上去太陽很明亮，如果將它放在10秒差距位置上，也只有大約5等星的亮度。五、恒星的多樣性（一）雙星和星團(tuán)一般的恒星是單個存在的，但在已經(jīng)認(rèn)識的恒星中大約有1/3是成雙成對的，稱為雙星。組成雙星的兩顆星稱為子星，其中較亮的一顆為主星，較暗的一顆為伴星。第三十一頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五雙星可分為光學(xué)雙星和物理雙星兩類：

光學(xué)雙星——兩顆恒星接近同一視線方向，在天球上看上去很靠近，實際上在宇宙空間卻相距甚遠(yuǎn)，當(dāng)它們經(jīng)過一段時期的運動之后，就逐漸分開了。物理雙星——這類雙星不僅在天球上的視位置比較靠近，而且在宇宙空間也相距很近（彼此之間不超過20AU），這是真正的雙星。如天狼星就是一對肉眼可見的雙星，北斗七星的開陽也是肉眼可見的雙星。

聚星——兩顆以上恒星聚集在一起（3—10顆），其中3顆星稱為三合星，四顆聚在一起稱四合星。

星團(tuán)——10顆以上的恒星聚集在一起，稱為星團(tuán)。最著名的星團(tuán)是昴星團(tuán)，每到深秋（11月初），在黃昏后的東方天空，就會出現(xiàn)七顆美麗漂亮的星星聚集在一起，即昴星團(tuán)。第三十二頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五（二）不穩(wěn)定恒星當(dāng)恒星內(nèi)的引力與向外的氣體壓力處于不穩(wěn)定時（不平衡），恒星就處于不穩(wěn)定狀態(tài)，就會發(fā)生膨脹或收縮現(xiàn)象，它所表現(xiàn)出來的首先是亮度變化，能在較短時間內(nèi)（幾年或更短時間內(nèi)）被儀器觀測到，這類恒星稱為不穩(wěn)定恒星。主要有變星、新星、超新星、脈沖星、中子星等。1、變星大多數(shù)恒星的光度在短時間內(nèi)是不變的，太陽就是這樣，但有些恒星在幾年、幾日甚至在幾小時內(nèi)其光度就會發(fā)生明顯變化，這類恒星稱為變星。它分為三類：第三十三頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五

幾何變星——因幾何位置的變化而形成的變星。如雙星因引力作用而相互繞轉(zhuǎn)，在繞轉(zhuǎn)的過程中，有時會出現(xiàn)一顆星將另一顆星全部或部分遮掩的現(xiàn)象，從而造成亮度的變化，這種變星就屬于幾何變星，也稱食變星。

脈動變星——由于恒星本身的周期性的膨脹或收縮而造成亮度變化的變星。膨脹時亮度增大，收縮時亮度減小。脈動變星占變星總數(shù)的半數(shù)以上，脈動周期也叫光變周期，短的不足1小時，長的可達(dá)10年以上。

爆發(fā)變星——就是恒星本身的爆發(fā)現(xiàn)象而造成的亮度變化的變星。這類變星常表現(xiàn)為在短時間內(nèi)亮度突然增強。第三十四頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五2、新星和超新星通常將亮度突然增強9個星等以上爆發(fā)變星稱為新星。新星并非真正的“新星”，它們原來就存在，只是原來太暗，沒有被人們觀測到，當(dāng)其亮度突然增強時才被人們看見。這類恒星往往在幾天內(nèi)亮度突然增加9星等以上，以后在幾個月到幾年時間里，亮度又逐漸恢復(fù)到原來狀態(tài)。爆發(fā)規(guī)模超過新星，亮度突然增加17個星等以上的爆發(fā)變星，稱為超新星。恒星爆發(fā)的結(jié)果，有的完全瓦解為星云，有的拋掉大部分物質(zhì)，收縮為白矮星、中子星、黑洞等進(jìn)入恒星演化的終了階段。第三十五頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五圖1—1超新星爆發(fā)第三十六頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五3、脈沖星和中子星圖1—2白矮星圖1—3中子星第三十七頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五

脈沖星——是一種具有短周期脈沖的新型恒星。能夠發(fā)出很強的無線電波，而且是脈沖式的，故稱脈沖星。脈沖的頻率很穩(wěn)定，脈沖周期很短，在0.0016秒～4.3秒。但一次脈沖所能釋放的能量卻相當(dāng)于全球每年用電量的一億倍。脈沖星是1967年被發(fā)現(xiàn)的，其后被天文學(xué)家證實為快速自轉(zhuǎn)的中子星，脈沖周期就是其自轉(zhuǎn)周期。

中子星——是由中子組成的高密度天體，其半徑只有10～20公里，但卻與具有一般恒星的質(zhì)量。因此，密度相當(dāng)高，高達(dá)108～109噸/立方厘米（1億至10億噸）。由于高密度產(chǎn)生高溫高壓，在這種條件下，電子才有足夠的能量打進(jìn)質(zhì)子，并與質(zhì)子結(jié)合成中子，形成中子星。中子星往往是新星、超新星爆發(fā)后的殘骸，是恒星演化的終了階段。第三十八頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五如果殘核質(zhì)量大于3M⊙恒星還會進(jìn)一步收縮最終形成黑洞。圖1—4想象中的黑洞圖1—5超新星爆炸成黑洞圖1—6想象中的黑洞第三十九頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五（三）主序星、紅巨星、超巨星、白矮星在20世紀(jì)初，當(dāng)一批恒星的溫度被測出以后，許多天文學(xué)家就試圖用作圖的方法來尋找恒星的溫度與光度的關(guān)系。在1907年，荷蘭的天文學(xué)家赫茨普龍研究得出恒星的顏色與光度之間存在著統(tǒng)計關(guān)系，1911年他以恒星的顏色為橫坐標(biāo)，光度為縱坐標(biāo)，作了一幅圖。1913年美國天文學(xué)家羅素研究恒星光譜與光度的關(guān)系，并畫出了一系列表明光度與光譜的關(guān)系圖。經(jīng)過研究對比，人們發(fā)現(xiàn)光譜類型、恒星顏色、表面溫度三者是等價的，羅素與赫茨普龍所作的工作是一樣的，所以后來將這類光度—顏色圖統(tǒng)稱為赫羅（HR）圖。第四十頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五從赫羅（HR）圖上可以看出，大多數(shù)分布于自左上角至右下角的對角線上。這就是說大多數(shù)恒星的光度隨溫度的增加而增大，這些恒星分布在一個條帶上，稱為主序星。另外，恒星光度大小不僅同它的表面溫度有關(guān)，而且還同它的發(fā)光面積有關(guān)，主序星的光度與溫度的關(guān)系表明，它的表面積既不是特別大，也不特別小。同主序星相比，HR圖上有三類特殊恒星，即紅巨星、超巨星和白矮星。紅巨星溫度較低，但是同溫度相仿的主序星相比光度較大，這說明在一定表面溫度下，紅巨星的體積比主序星大得多。因此，紅巨星的概念，既有光度大的涵義，也包含著體積大的意思。超巨星分布在HR圖的上方，溫度高低不一，但光度都很大，其中高溫的叫蘭超巨星，低溫的叫紅超巨星。超巨星的光度巨大，表明其表面積和體積比同溫度的非超巨星要大得多。第四十一頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五圖1—7

白矮星的溫度很高，而光度很小，這說明其體積小、密度大。第四十二頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五六、銀河和銀河系（一）銀河和銀河系的概念在夏秋季節(jié)，晴朗無月的夜晚，仰望星空，可以看到一條銀白色的光帶從東北方越過頭頂朝西南方延伸，好似天空的一條大河，故稱銀河，中國古代稱“天河”、“銀漢”、“銀橫”、“天杭”、“星漢”。西方稱“牛奶道路”。銀河在整個天球上呈一圓環(huán)狀的光帶，它是銀河系在天球上的投影，銀河并不是天球上的長河，在望遠(yuǎn)鏡中可以看出，它是由大量恒星、星云和星際物質(zhì)聚集而成的，是恒星的密集區(qū)域。聚集在銀河中的恒星所構(gòu)成的天體系統(tǒng)，叫做銀河系，銀河系大約有1500億顆恒星，我們?nèi)庋鬯姷暮阈嵌紝儆阢y河系的成員。第四十三頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五圖1—8銀盤圖1—9銀河

銀河和銀河系是同一事物的兩個不同的側(cè)面，當(dāng)我們立足于銀河系的內(nèi)部，在地球上觀測銀河系時，它就表現(xiàn)為一條圓環(huán)形光帶；當(dāng)我們立足于銀河系之外觀測時，它就表現(xiàn)為一個巨大的旋渦狀星系，即銀河系。圖1—10銀河系第四十四頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五（二）銀河系的結(jié)構(gòu)、大小、形狀1、結(jié)構(gòu)

銀河系的直徑約8萬光年，其恒星分布是不均勻的，中心區(qū)域恒星較密集，距中心愈遠(yuǎn)，恒星愈稀疏。銀河系的結(jié)構(gòu)見P33的側(cè)視結(jié)構(gòu)和俯視結(jié)構(gòu)圖。從側(cè)視結(jié)構(gòu)圖上可看出，銀河系的主體部分是一個又圓又扁的圓盤體，其中心部分較厚，四周部分較薄，很像運動場上的鐵餅，又像兩頂草帽合在一起，這一部分稱為銀盤，銀盤中心隆起的球形部分稱為核球,核球中心有一個致密區(qū)域稱為銀核，中心稱為銀心。在銀盤的周圍還有大致呈球形的銀暈。從俯視結(jié)構(gòu)圖上來看，也就是從垂直于銀盤的遠(yuǎn)方來觀察，那么我們將看到銀盤內(nèi)分布著螺旋形的四個條帶，稱為旋臂，太陽就位于其中一個旋臂上。旋臂實際上恒星、星際物質(zhì)相對密集的區(qū)域，而且像蘭超巨星等明亮的恒星都分布在旋臂內(nèi)，因此，看起來旋臂較亮。據(jù)研究，地球上的冰期和間冰期的形成可能與旋臂有關(guān)。第四十五頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五2、銀河系的運動組成銀河系的所有成員，不停地圍繞銀河系的中心旋轉(zhuǎn)，叫做銀河系自轉(zhuǎn)，自轉(zhuǎn)軸垂直于銀盤，自轉(zhuǎn)軸在天球上指向兩點稱為銀極，銀河系的赤道面叫銀道面，銀道面與地球的赤道面構(gòu)成62°的交角，因此銀河系的兩極和天球的兩極也相距62°。銀河系中心是個黑洞。銀河系物質(zhì)繞銀心轉(zhuǎn)一周需要2.5億年。第四十六頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五（三）太陽在銀河系中的位置和運動1、太陽在銀河系中的位置關(guān)于太陽在銀河系中的位置可以從如下三方面去考察：

其一，太陽位于銀河系的赤道面附近，距赤道面只有20光年。這是因為如果太陽位于銀盤之外，比如位于銀暈之中，那么在地球上看起來，銀河將占據(jù)一大片天空，而實際上銀河成為一個圓環(huán)狀，這只有從銀盤內(nèi)來觀察銀盤才會出現(xiàn)這種情況（太陽附近的銀盤厚度約5000光年）。

其二，太陽并不位于銀河系的中心。這是因為如果太陽位于銀心，那么通過地球或太陽的平面會把銀河系分成大致相同的兩部分，在地球上看起來，銀河各部分的明暗程度應(yīng)該是大致相同的，但事實上銀河各部分的明暗程度是不同的，其中最廣闊最明亮的部分位于人馬座方向，那里是銀河系中心方向所在。

第三，太陽距銀心大約2.4萬光年。太陽到銀盤邊緣的距離為1.6～6.4萬光年不等。在銀心所在的方向太陽距銀盤邊緣約6.4萬光年，恒星密集，因而顯得特別亮；在同銀心相反方向上，太陽距銀盤邊緣只有1.6萬光年，恒星特別少，顯得比較暗。第四十七頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五2、太陽在銀河系中的運動太陽在銀河系中的運動包括兩方面，一方面它以250公里/秒的速度繞銀心旋轉(zhuǎn)，大約2.5億年旋轉(zhuǎn)一周。地球的年齡大約是46億年。因此，自形成以來已經(jīng)繞銀心旋轉(zhuǎn)了18圈多了；另一方面,它還以20公里/秒的速度在恒星之間運動,目前正朝著武仙座方向挺進(jìn)。總之，太陽既有繞銀心的轉(zhuǎn)動，又有相對于鄰近恒星的運動。第四十八頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五七、河外星系和總星系像銀河系這樣包括大量恒星的天體系統(tǒng)稱之為星系，在目前的觀測工具所能覺察的范圍內(nèi)，這樣的星系大約有10億個，除了銀河系之外，所有的星系統(tǒng)稱為河外星系。星系（大量恒星）——星系群（幾十個星系組成,銀河系所在的為本星系群）——星系團(tuán)（幾百到幾千個星系）——總星系（10億個星系）?？傂窍凳悄壳八苡^測到的宇宙空間和星系總體，它大約包括10億個星系。距離我們最遠(yuǎn)的星系大約150億光年。隨著科學(xué)技術(shù)和觀測工具的發(fā)展，總星系的范圍將會不斷的擴(kuò)大。第四十九頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五八、宇宙宇宙是天地萬物的總稱。含有空間和時間兩個方面的概念。戰(zhàn)國時期的尸佼在《尸子》中記載：“四方上下曰宇，古往今來曰宙”。中國古代就把宇宙看成空間和時間的統(tǒng)一體。在哲學(xué)上，我們知道，宇宙首先是物質(zhì)的，也就是廣漠的空間和存在于其中的天體和彌漫物質(zhì)；其次，宇宙在空間上是無邊無際的，它沒有邊界，也沒有形狀和中心；再次，宇宙在時間上是無始無終的，它沒有起源、沒有年齡、也沒有壽命。第五十頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五第四節(jié)太陽和太陽系一、太陽（一）太陽概況

在銀河系中太陽只是一顆普通恒星，說它普通是因為太陽的各種物理參數(shù)以及化學(xué)組成，都沒有什么與眾不同的地方（半徑為70萬公里，質(zhì)量為1.989×1033克，表面溫度為5770K，組成也以氫和氦為主）。在同地球的關(guān)系上來說它不是一顆普通的恒星。

首先，太陽是地球所繞轉(zhuǎn)的恒星；

其次，太陽具有周年運動，因此它在天球上沒有固定位置，而其他恒星在天球上都有固定位置，都從屬于某一個星座；

第三，太陽是距離地球最近的恒星，日地距離只有1.5億公里，太陽光到達(dá)地球只需8分多鐘；

第四，由于距離近，在地球上看起來，它顯得特別大、特別亮，給予地球的光和熱也特別多。第五十一頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五（二）太陽的距離和大小1、太陽距離（1）測定天體距離的傳統(tǒng)方法—三角視差法在大地測量中常常需要測定一些無法到達(dá)的目標(biāo)的距離,如AC兩地被大河所隔無法直接測量,現(xiàn)在可以在A同岸另選一點B,ABC三點構(gòu)成三角形,AB的距離可以直接測量,∠A和∠B也可以測出來,這樣即可算出AC之間的距離:AB/AC＝sinC/sinB,AC＝ABsinB/sinC

這里說明幾個概念：基線——兩觀測點之間的聯(lián)線。視差——基線在目標(biāo)處的張角。如果基線固定，目標(biāo)越近，視差越大，反之越小。視差測出以后就可以用三角公式算出目標(biāo)的距離，這就是利用三角視差法測定天體距離的基本原理。第五十二頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五在測定太陽系內(nèi)一些較近天體視差時，通常用地球半徑作為基線，地球半徑在天體處張角稱為周日視差，隨著天體的周日運動，周日視差不斷發(fā)生變化，當(dāng)天體處于地平線時，周日視差在一天內(nèi)達(dá)到最大值，稱為周日地平視差，簡稱地平視差，只要能測出地平視差，就可以計算出天體的距離DR/D＝sinp0D＝R/sinp0

月球和一些行星的地平視差可以直接測定,但直接測定太陽的地平視差是很困難的,一方面是因為技術(shù)上的原因,另一方面太陽地平視差很小,因而太陽距離測定采用一種間接的方法。第五十三頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五（2）太陽距離的測定首先測定一顆距地球較近的小行星的距離，然后利用開普期第三定律，推算出太陽的距離，其具休步驟是：

測定a1-a(小行星的距離)a1-a＝R/sinp0圖1—11太陽距離測定第五十四頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五

測定a/a1（地球到太陽距離與小行星到太陽距離之比）用開普勒第三定律測定，其內(nèi)容是：任意兩顆行星到太陽距離的立方之比等于其公轉(zhuǎn)周期平方之比，即a3/a13＝T2/T12，只要測定出地球和這顆小行星的公轉(zhuǎn)周期，即可算出a/a1。解聯(lián)立方程組算出aa1-a＝R/sinp0a3/a13＝T2/T12a＝149600000Km（1天文單位）2、太陽大小日地距離求出后，根據(jù)太陽視半徑（用角度表示的太陽半徑），就可以推算出太陽線半徑。太陽視半徑約為16′R⊙=149600000sin16′=7×105(km)第五十五頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五

3、太陽質(zhì)量

太陽質(zhì)量是根據(jù)萬有引力定律求得的。太陽對地球的引力：F＝GMm/a2（M太陽質(zhì)量，m是地球質(zhì)量）地球公轉(zhuǎn)所需的向心力：f＝Mv2/a（V是地球公轉(zhuǎn)的線速度，平均為2.978×106厘米/秒）。因為地球公轉(zhuǎn)所需的向心力正是太陽對地球的引力。即F＝fGMm/a2＝Mv2/aM=av2/GM=2×1030(kg)

太陽的平均密度是1.4克/立方厘米,是地球的1/4,太陽重力是地球的27.9倍.第五十六頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五(三)太陽的熱能、溫度和能源1、太陽熱能太陽是太陽系中惟一能發(fā)光的恒星，它是地球和整個太陽系光和熱的主要源泉。（1）太陽常數(shù)在日地平均距離處，太陽光垂直照射并排除大氣影響，地面上每平方厘米（cm2）面積上，每分鐘（min）接受的太陽能量為8.16J。這一數(shù)據(jù)被稱為太陽常數(shù)（8.16J/cm2.min）。第五十七頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五（2）太陽總輻射能太陽單位時間內(nèi)的總輻射能相當(dāng)于一個以太陽為中心為球心，以日地平均距離為半徑的巨大球面上單位時間所得的太陽熱能。由此可以推算太陽總輻射能、太陽輻射強度。這個球面的面積為：

S=4πa2=4×3.14×149600000000002=2.8×1027(cm2)

這個假想球面接收到的能量為：Q=8.16J/cm2.min×2.8×1027cm2=2.28×1028J/min=3.8×1026J/S（3）太陽表面的輻射強度為：（太陽表面每平方厘米、每秒鐘輻射的能量）

E=Q/S=3.8×1026/4π×(7×105×103×102)2=6.2×107J/cm2.S第五十八頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五(4)地球得到的太陽熱能為:

在這個巨大的太陽能量中地球得到的能量相當(dāng)于與太陽光線垂直的,以地心為圓心、以地球半徑為半徑的大圓面上所得的太陽熱能。

地球大圓面積S地=πR2地=3.14×6371000002=1.27×1018cm2Q吸=8.16×1.27×1018=1.74×1017(J/S)

它只占太陽總輻射能的22億分之一。這對于太陽來說是微不足道的，但對于地球而言卻是舉足輕重的，它成為地球上一切自然地理過程的能量來源。第五十九頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五圖1—12太陽表面黑子

第六十頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五2、太陽溫度太陽既然能輻射出如此巨大的能量，其溫度自然是很高的，測定太陽溫度有如下兩條線索：其一，太陽溫度與它輻射的熱能總量有關(guān)，據(jù)此推算的太陽溫度稱為有效溫度。根據(jù)物理學(xué)中的斯提芬-玻爾茲曼定律：對于完全不透明的物體（黑體），每平方厘米、每秒鐘發(fā)出的能量，同它的絕對溫度的四次方成正比。用公式可表達(dá)為：E＝σTe4，σ為玻爾茲曼常數(shù)，其值為5.75×10-12J/cm2.S。太陽是不透明的，可看作為黑體，把這個定律應(yīng)用于太陽，可以求出太陽的表面溫度。

Te=(E/σ)1/4=(6.2×107/5.75×10-12)1/4=5770(K)

第六十一頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五其二，太陽的溫度與它輻射的光譜有關(guān)。據(jù)此測定的太陽溫度稱為輻射溫度。我們知道，隨著溫度的升高，黑體發(fā)出的輻射隨著發(fā)生變化：一方面輻射的總能量增大；另一方面最強輻射的波長變短。只要我們測定出太陽能量隨波長的分布（即光譜類型），就能夠推知太陽的表面溫度，其值與有效溫度相仿，在5770度以上。上述的太陽溫度都是指太陽的表面溫度，即光球溫度，光球以內(nèi)的溫度隨深度而升高，按天體物理學(xué)家的計算，太陽中心溫度高達(dá)1500萬度，是整個太陽的最高溫度。在光球以外，太陽尚有色球和日冕層，其溫度不是隨高度而降低，卻是隨高度而升高，在距光球2000公里的色球溫度大約為10萬度，到了日冕層溫度約150萬度。第六十二頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五3、太陽能源太陽具有1500萬度的中心溫度，每分鐘又輻射出如此巨大的能量，那么太陽能是怎樣產(chǎn)生的呢？太陽能來自于太陽內(nèi)部的熱核反應(yīng)。（1）產(chǎn)能過程——太陽內(nèi)部的熱核反應(yīng)。在太陽內(nèi)部上千萬度的高溫和高壓條件下，物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)受到破壞，電子被剝離了原子核，一部分原子核在高溫和高壓條件下獲得了極高的運動速度，能夠克服其間的靜電斥力，使較輕的原子核聚合成較重的原子核，并在聚變的過程中放出能量。由于這種核反應(yīng)是以高溫高壓為條件的，所以又稱熱核反應(yīng)。在太陽內(nèi)部進(jìn)行的熱核反應(yīng)是4H——He。第六十三頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五(2)產(chǎn)能方式——質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量。按照愛因斯坦相對論，質(zhì)量和能量是可以相互轉(zhuǎn)化的。愛因斯坦的一個重大貢獻(xiàn)是把能量守恒和質(zhì)量守恒定律統(tǒng)一為質(zhì)能守恒定律，二者之間有如下當(dāng)量關(guān)系：

E＝mc2(E為能量,以爾格為單位;m為質(zhì)量,以克為單位;c為光速＝3×1010厘米/秒).根據(jù)這個公式很容易計算出1克質(zhì)量就能轉(zhuǎn)化為9×1020爾格的能量。第六十四頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五(3)產(chǎn)能中心——太陽核心。因為只有在太陽的核心區(qū)域才具備這樣的核反應(yīng)條件。在四個H核聚變成一個He核的過程中有質(zhì)量虧損,虧損的質(zhì)量就轉(zhuǎn)化為能量了.我們知道四個H核的質(zhì)量是4.0291原子質(zhì)量單位,一個He核的質(zhì)量為4.0015原子質(zhì)量單位,這樣四個H核聚變?yōu)橐粋€He核的時候虧損質(zhì)量為0.0276原子質(zhì)量單位，按照簡單的比例關(guān)系即可算出，1克H參加反應(yīng)就有0.0069克的質(zhì)量虧損,就可以轉(zhuǎn)化為6.21×1011J的的能量.在太陽的物質(zhì)組成中H占90%,He占近10%，可以說，太陽內(nèi)部的H是極其大量的，如果太陽始終按目前的速率發(fā)射能量,它在100億年中所虧損的質(zhì)量僅及其原有總質(zhì)量的0.06%，這就很好的解釋了太陽能源問題。況且，在H消耗到一定程度時,He也可以進(jìn)一步聚變?yōu)镃,不過那時要接近上億度的高溫條件,現(xiàn)在尚未達(dá)到這樣的溫度條件。據(jù)推算,太陽像目前這樣,還可以維持50億年,50億年以后,太陽將向紅巨星方向演化，那時太陽半徑將增大數(shù)10倍,甚至數(shù)百倍，致使地球作為人類家園的歷史宣告結(jié)束。第六十五頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五（四）太陽大氣太陽大氣——在地球上可以直接觀測到的外部層次。太陽的結(jié)構(gòu)可以分為兩大部分，內(nèi)部為稠密的氣體，處于高溫高壓之下，是我們無法看到的；外部是稀薄的氣體，是我們可以看到的,它從里到外可分為光球、色球和日冕三層。1、光球?qū)犹柎髿獾牡讓?，呈一明亮圓面，厚度500km。由于極其明亮所以叫做光球?qū)印囟?770k，表面布滿了顆粒狀結(jié)構(gòu)——米粒組織、黑子。第六十六頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五圖1—13太陽結(jié)構(gòu)第六十七頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五米粒組織——形狀長圓形，平均半徑1000km，存活3-5分鐘。太陽能從這里輻射出來。米粒組織反映出光球?qū)酉旅娲嬖谥鴮α?，熾熱的氣體流上升到光球底部，形成米粒狀。米粒組織比光球?qū)悠骄鶞囟雀?00—400k，表現(xiàn)為明亮的米粒（光斑）。圖1—14米粒組織

第六十八頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五黑子——光球上的暗黑色斑點。它是光球?qū)由系男郎u，由于太陽物質(zhì)大規(guī)模運動造成的，是太陽活動的最明顯標(biāo)志。黑子區(qū)域溫度為4500K，比光球?qū)拥?000多K。中國有世界上最早的太陽黑子觀測記錄，公元前140年成書的《淮南子.精神訓(xùn)》：“日中有蹲鳥”的記載。大黑子周圍還有許多小黑子，復(fù)雜的黑子群由幾十個大小不等的黑子組成。小黑子長度1000km，大黑子可以達(dá)到20萬km。太陽黑子最多的年份稱太陽活動極大年，最少的年份稱太陽活動極小年。天文學(xué)界從1755年開始統(tǒng)計，測得太陽活動周期是11.2年，2001年已經(jīng)是第22個太陽活動周期。至于太陽黑子為什么是黑的，它是怎么形成的，還是個未解之迷，只能說它們和太陽磁場有關(guān)。第六十九頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五圖1—15黑子第七十頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五2、色球?qū)?/p>

光球?qū)又鲜巧驅(qū)?，呈玫瑰色，厚度不均，平均厚?000Km。色球?qū)拥牧炼葍H是光球?qū)拥?/1000。因此總被光球?qū)友蜎]，只有在日全食時才能看到。色球?qū)拥讓訙囟?0000度，高層可以達(dá)到幾十萬度，這種逆溫現(xiàn)象還沒有完整的解釋。色球?qū)由嫌忻黠@的斑點，這就是耀斑，耀斑一般位于黑子群的上空或附近。一顆大耀斑的爆發(fā)相當(dāng)于10億顆氫彈的爆炸，拋射出大量離子流。這些粒子到達(dá)地球，擾亂地球磁場，引發(fā)磁暴，到達(dá)兩極地區(qū)激發(fā)氣體形成極光。

日珥是色球?qū)域v空而起的巨大氣柱，高度可達(dá)幾萬到100多萬公里，騰空而起的物質(zhì)或落回日面或脫離太陽。第七十一頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五圖1—16太陽外側(cè)的色球?qū)訄D1—17日珥

圖1—18日珥第七十二頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五3、日冕太陽最外層銀白色的光輝，日全食時可見。它的特點是十分稀薄、完全電離、色澤清白，亮度僅及光球的百萬分之一。主要是由離子、自由電子組成的等離子體。

日冕膨脹和太陽風(fēng)：日冕的溫度高達(dá)150萬度，在這樣的溫度條件下，日冕中的物質(zhì)以極高的速度運動著；同時日冕又是太陽大氣的最外層，受太陽引力較小，日冕中的一部分物質(zhì)能夠擺脫太陽引力束縛而逃離到行星際空間，這種現(xiàn)象叫日冕膨脹。由于日冕高速膨脹，行星際空間不斷得到太陽噴出來的高能粒子流，好像是從太陽上吹出來的一股風(fēng)，所以人們形象地稱為太陽風(fēng)。組成太陽風(fēng)的粒子主要是電子、H核、He核等。整個太陽系都處在太陽風(fēng)勁吹之中，地球更是首當(dāng)其沖。5—6天到達(dá)地球。由于地球磁層的保護(hù)，粒子被禁錮在高空，形成近圓環(huán)形的兩條帶子，套在地球外面。我們稱其為范.艾倫輻射帶。內(nèi)帶高度約為1—2倍的地球半徑，主要由質(zhì)子（H核）構(gòu)成。外帶高度約為3—4倍的地球半徑，主要成分是電子。第七十三頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五4、太陽活動及對地球的影響(1)太陽活動——太陽大氣各種變化的總稱（太陽“天氣變化”）。從整體看太陽基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，比如它的輻射總量大體上保持不變，但是從局部來看，在太陽大氣中會發(fā)生各種變化，這些變化都直接影響地球，這就是太陽活動。太陽活動本身有強有弱，太陽大氣如同地球大氣一樣，有時風(fēng)和日麗，叫寧靜太陽；有時風(fēng)暴猛烈，叫擾動太陽，上面所講的太陽外部大氣結(jié)構(gòu)是指寧靜太陽的狀況，這里所說的太陽活動是指擾動太陽的活動狀況。太陽活動主要表現(xiàn)為光球?qū)又刑柡谧?、米粒組織（光斑）；色球?qū)又械娜甄砗鸵?；日冕層中的日冕膨脹和太陽風(fēng)。太陽活動的各種表現(xiàn)，大體上都與太陽黑子的變化同步，也大約有11年的變化周期，太陽活動峰年，這一切活動現(xiàn)象都達(dá)到高潮，到太陽活動谷年，都處于低潮，而且它們之間相互關(guān)聯(lián)。第七十四頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五

例如，黑子附近總有米粒組織（光斑）出現(xiàn)，而耀斑通常出現(xiàn)在黑子群的上空，當(dāng)太陽活動增強時，太陽風(fēng)的強度和速度都變大，這表明太陽活動實際上是一個整體。（2）太陽活動對地球的影響太陽活動尤其是耀斑活動可引起一系列的地球物理現(xiàn)象，主要有：——干擾電離層。電離層是地球大氣的一個層次，大約從85—800KM高度，耀斑暴發(fā)時，大量高能帶電粒子到達(dá)電離層，使離子濃度大大增強，這種增強濃度的電離層可吸收無線電短波訊號，從而使地面無線電短波通訊受到影響，甚至中斷。——引發(fā)磁暴。耀斑爆發(fā)時，使地球磁場受到擾動，強烈時會引發(fā)磁暴，每年平均發(fā)生十次左右，磁暴發(fā)生時磁針劇烈擺動不能正確指示方向，嚴(yán)重影響磁性探礦和磁針導(dǎo)航工作。第七十五頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五——影響天氣和氣候。太陽活動與地球上的天氣和氣候的關(guān)系，目前尚未查明，但從統(tǒng)計資料分析，二者有一定的相關(guān)性。人們發(fā)現(xiàn)，某些天氣過程與耀斑爆發(fā)明顯相關(guān)。我們知道天氣現(xiàn)象是大氣對流層中的現(xiàn)象，那么耀斑爆發(fā)能引起電離層的擾動，肯定會傳播到低層，也必然會影響到對流層中的天氣現(xiàn)象。太陽活動對氣候的影響得到公認(rèn)，例如不少地區(qū)的年降水量和其他氣象要素都與黑子周期有關(guān)，都明顯地表現(xiàn)出11年或22年的周期性波動。全球大氣環(huán)流的長期變化也與黑子活動的80年周期有密切關(guān)系。不僅如此，人們還發(fā)現(xiàn)地震、水文、甚至人類健康、生物生長等都不同程度地打著黑子周期的烙印。此外，應(yīng)當(dāng)指出，太陽常數(shù)的長期變化，對氣候變遷的影響是目前日地關(guān)系研究中特別受重視的課題。第七十六頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五——產(chǎn)生極光。極光多呈淡綠色、紅色、粉紅色的光帶或光弧，由于多出現(xiàn)于兩極地區(qū)故稱極光。極光的形成是來自太陽的高能粒子到達(dá)地球時，被地球磁場捕獲，在地球磁場的作用下，沿磁力線向兩極方向移動，在兩極上空與大氣的分子和原子相撞擊，從而激發(fā)而發(fā)光形成美麗的極光。第七十七頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五圖1—19日冕第七十八頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五二、太陽系太陽系的發(fā)現(xiàn)曾是天文史上最輝煌的一頁。但是由于冥王星被降格為矮行星，關(guān)于太陽系的許多理論將要被改寫。圖1—20太陽系圖1—21太陽系行星運動演示

第七十九頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五尼古拉.哥白尼（N.Copernicus，1473——1543年）出生在波蘭的一個商人家庭。1491年進(jìn)入波蘭克拉克夫大學(xué)，學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)和數(shù)學(xué)，受到良好的數(shù)學(xué)訓(xùn)練。1496年——1506年留學(xué)意大利，后回到波蘭，潛心日心說研究。1543年，哥白尼70歲時出版了《天體運行論》。哥白尼認(rèn)為：太陽是宇宙的中心，水星、金星、地球、火星、木星、土星等行星都在繞太陽運行，軌道是圓形的。哥白尼學(xué)說是對唯心主義經(jīng)院哲學(xué)的有力批判。德國天文學(xué)學(xué)家開普勒(1571年——1630年)是哥白尼學(xué)說的堅決支持者。他經(jīng)過仔細(xì)研究發(fā)現(xiàn)行星沿橢圓軌道繞日運行，打破了認(rèn)為圓運動是最完美、最和諧的傳統(tǒng)觀念。開普勒提出了行星運動三定律。第八十頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五1、國際天文學(xué)聯(lián)合會的決定

2006年8月14日來自世界75個國家近2500多名科學(xué)家，在捷克首都布拉格舉行國際天文學(xué)聯(lián)合會，進(jìn)行為期12天的深入研討，科學(xué)家們于2006年8月24日以投票方式通過表決，做出了讓冥王星“降級”為“矮行星”的決定，同時通過了行星的新定義。“行星”指的是圍繞太陽運轉(zhuǎn)、自身引力足以克服其剛體力（內(nèi)聚力）而使天體呈圓球狀、并且能夠清除其軌道附近其他物體的天體。按照新定義，太陽系行星將包括水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星8大行星。根據(jù)新定義，同樣具有足夠質(zhì)量、呈圓球形，但不能清除其軌道附近其他物體的天體被稱為矮行星，冥王星是一顆矮行星.其他圍繞太陽運轉(zhuǎn)但不符合上述條件的物體被統(tǒng)稱為“太陽系小天體”。第八十一頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五2、行星繞日公轉(zhuǎn)的規(guī)律性（1）開普勒行星運動三定律開普勒三定律指明了行星繞日公轉(zhuǎn)所遵從的基本規(guī)律。第一定律（軌道定律）：行星繞日公轉(zhuǎn)軌道都是橢圓，太陽位于橢圓軌道的一個焦點上。軌道的大小是用橢圓的半長徑a來表示的,軌道的形狀是用偏心率e來表示,e＝c/a,當(dāng)e為0時,橢圓將變?yōu)閳A,e越大橢圓越扁平,當(dāng)e等于1時，就變成一條直線?？梢?圓和直線都是橢圓的特例。由于行星公轉(zhuǎn)的軌道是個橢圓，太陽又位于橢圓的一個焦點上。因此，行星繞日公轉(zhuǎn)的過程中到太陽的距離時遠(yuǎn)時近，最近時叫近日點，最遠(yuǎn)時稱遠(yuǎn)日點。第二定律（面積定律）：在單位時間內(nèi)，行星向徑在其軌道面上掃過的面積相等。行星向徑就是行星同太陽的連線,該定律也可簡述為:同一行星的面積速度保持不變。如圖所示，圖中畫出三個面積相等的扇形，根據(jù)第二定律，行星在軌道上走過三個弧段經(jīng)歷的時間相等。從圖上可看出，要想保持面積速度不變，必然會導(dǎo)致行星在軌道上運行的角速度和線速度不均勻，在近日點附近運行最快，遠(yuǎn)日點附近最慢。第八十二頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五第三定律（周期定律）：任何兩行星繞太陽公轉(zhuǎn)的周期平方之比，等于它們軌道半長軸的立方比。

T12:T22=a13:a23

如果兩顆行星有一顆是地球，地球的公轉(zhuǎn)周期是1恒星年，到太陽距離為1天文單位，則上式變?yōu)椋篢2＝a3

行星的公轉(zhuǎn)周期是容易測定的，只要測定出行星的公轉(zhuǎn)周期，即可算出行星到太陽的平均距離。開普勒關(guān)于行星運動三定律為牛頓萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。反過來，牛頓根據(jù)他發(fā)現(xiàn)的萬有引力定律，對開普勒行星運動的第三定律做了重要修正，修正以后的第三定律的精確公式為：

T12（M﹢m1）:T22(M﹢m2)＝a13:a23

原來的開普勒第三定律只有在太陽質(zhì)量遠(yuǎn)大于行星質(zhì)量的情況下才能適用，實際上太陽質(zhì)量就是遠(yuǎn)大于行星的質(zhì)量，太陽質(zhì)量占整個太陽系總質(zhì)量的99%，因此，開普勒第三定律在一般情況下還是適用的，尤其是對于太陽系中小行星而言。第八十三頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五（2）行星運動的共面性、同向性和近圓性行星運動都弊害遵循開普勒三定律，在這個共性之下，行星公轉(zhuǎn)還有次一級的共性，第八十四頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五圖1—22行星單位時間內(nèi)掃過的面積相等第八十五頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五3、行星距離分布規(guī)律(玻得—提丟斯定則)

教材P47表中列出了8大行星到太陽的平均距離（天文單位），從表中可以看出，行星的距離分布總的特點是愈向外愈稀疏。

1766年，德國天文學(xué)家提丟斯（1729年—1796年）發(fā)現(xiàn)，行星的這種距離分布可用下面的經(jīng)驗公式表達(dá)：

an＝0.4﹢0.3×2n

后來由波得（1747年—1826年）重新研究并予發(fā)表。所以這個公式被叫做玻得—提丟斯定則。按這個公式計算得出的各大行星到太陽的距離，除海王星之外，都與實際值符合得很好。可以說天王星的發(fā)現(xiàn)延伸了這個序列，小行星帶的發(fā)現(xiàn)填補了2.8天文單位的空缺,而后來海王星的發(fā)現(xiàn)又破壞了這個序列。

第八十六頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五表1—3行星距離

行星水星金星地球火星小行星帶木星土星天王星海王星n取值-∞01234567計算值0.40.71.01.6

2.85.21019.638.8實際值0.3870.73211.524

5.29.5419.830.06第八十七頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五4、行星分類和特征（1）以地球軌道為界分為地內(nèi)行星（水星、金星）和地外行星（火、木、土、天、海）。（2）以小行星帶為界分為帶內(nèi)行星（水、金、地、火）和帶外行星（木、土、天、海）。（3）按物理性質(zhì)分為類地行星（水、金、地、火）和類木行星（木、土、天、海）。類地行星：①體積小、質(zhì)量小、平均密度大；②以重物質(zhì)為主（Fe,Si等），有固態(tài)的金屬核心；③距日近，表面溫度高；④無環(huán)，衛(wèi)星數(shù)目較少。類木行星：①體積大、質(zhì)量大、平均密度小；②以輕物質(zhì)為主（H、He、CH4等）；③距日遠(yuǎn)，表面溫度低；④有環(huán)，衛(wèi)星數(shù)目較多。第八十八頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五

從有無生命來看，地球上有生命，其他行星都沒有生命，為什么八大行星只有地球上有生命呢？這是因為地球上有存在生命的條件，其他行星都沒有。首先，地球上具有0°—100°C之間的溫度條件和充足的光能，這種適宜的溫度可使水以液態(tài)的形式存在，使原子結(jié)合在一起形成分子，進(jìn)而形成高分子的生命物質(zhì)。這種溫度條件的形成與日地距離比較適中有關(guān)，也與地球自轉(zhuǎn)周期長短適中有關(guān)，使地球表面接受的太陽光熱比較適當(dāng)。其次，地球上具有適于生物呼吸的大氣和光合作用所需要的水。這種條件的形成與地球的體積和質(zhì)量比較適中有關(guān)，由于體積和質(zhì)量較為適當(dāng)，使地球具有較大的引力，從而使地球表面外圍形成了大氣層，經(jīng)過長期的演化逐漸變?yōu)檫m于生物呼吸的大氣，其他行星都不具備這兩個條件。第八十九頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五5、太陽系8大行星簡介(1)水星(墨丘利)

中國古代稱為辰星（與太陽的角距離不超過28o）。西方人把她傳說為墨丘利是眾神傳遞信息的使者行走如飛。水星無大氣有磁場，溫度變化極大。赤道地區(qū)中午可達(dá)到430度，半夜降至零下170度。表面布滿了環(huán)行山，有裂谷、盆地。外殼由硅酸鹽構(gòu)成,內(nèi)核是個巨大鐵質(zhì)內(nèi)核，估計含鐵量達(dá)到2萬億噸。

1973年11月3日美國水手10號三次飛臨水星上空，發(fā)回5000余張照片，最近時距水星僅327公里。第九十頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五圖1—23水星

第九十一頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五（2）金星（維納斯）中國古代稱之為啟明星（黎明）、長庚星（傍晚）、太白金星。西方把她稱為愛與美的女神維納斯。亮度是-4.4等，僅次于太陽和月亮。金星有周期性的位相變化。1609年伽利略用自制望遠(yuǎn)鏡看到了猶如一把彎鐮的金星，他在《星際使者》一書中報告了自己的發(fā)現(xiàn)，有力的支持了哥白尼的日心說體系。金星表面大氣壓是地球的90倍，低層以CO2為主，30—70公里上空是H2SO4層，溫室效應(yīng)強烈。美國金星號飛船降落過程中探測到1000次閃電，最長的為15分鐘。表面降雨，只不過是濃硫酸。表面有火山、懸崖、高山，麥克斯韋山最高12000米。表面溫度可以達(dá)到446度。金星由東向西自轉(zhuǎn)，太陽西升東落。金星磁場極弱。前蘇聯(lián)和美國共向金星發(fā)射了30多顆探測器。金星發(fā)生凌日現(xiàn)象。兩次為一組，間隔8年，兩組之間間隔100年。最近的兩次凌日是2003年，2011年。法國天文學(xué)家勒讓提艱辛地于1761年和1769年兩次觀測金星凌日未果。第九十二頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五圖1—24金星

圖1—25觀測金星凌日

第九十三頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五（3）地球人類于1972年3月3日和1973年4月5日發(fā)射了先驅(qū)者10號和11號探測器，探索地外文明。1977年8月20日和9月5日又發(fā)射了“旅行者”1號、2號探測器。先驅(qū)者號攜帶有一封問候信，信寫在長15.2cm、寬22.9cm、厚1.72cm的鍍金鋁板上。板上有太陽系的示意圖，本艘飛船的圖像，兩個裸體男女。旅行者號探測器攜帶著錄有地球之音的唱片。唱片銅質(zhì)噴金，錄有世界名曲，其中有中國的京劇名曲《高山流水》。115張圖片、60種語言的問候語（中國多種方言廣東話、客家話）、聯(lián)合國秘書長瓦爾德海姆的口述錄音等。精選照片有萬里長城、中國人的家宴。噴金銅板經(jīng)過特殊處理幾十億年不變形。第九十四頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五圖1—26哈勃拍攝的地球照片圖1—27人類能找到外星人嗎第九十五頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五（4）火星中國古代稱之為“熒惑”，軌道偏心率較大，亮度變化在-2.9——1.5等之間?；鹦谴髿庀”?，主要成分是CO2，占95%，N2占3%?；鹦巧厦磕甓家我淮翁卮笊硥m暴，風(fēng)速180m/s。表面可以看到沙丘和類似河床的地形，表明30億年前曾有過像地球一樣的河川、流水作用。兩極可能有固態(tài)水?；鹦怯袃深w衛(wèi)星。

1996年美國尋路者號飛船降落火星表面，探路者火星車在火星表面行走。1999年9月美國耗資1.25億美元的“火星氣候軌道衛(wèi)星”在火星隕落。原因是美國航天局使用的是公制單位，生產(chǎn)商洛克西德—馬丁公司使用的是英制單位。12月價值1.85億美元的火星極地著陸器失去蹤跡。原因是器械腿的控制少寫了一行程序。第九十六頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五圖1—28火星存在過水的痕跡第九十七頁，共一百三十七頁，編輯于2023年，星期五（5）木星中國古代稱為“歲星”，公轉(zhuǎn)周期12年。先驅(qū)者10號、11號，分別于19