天文學基礎(chǔ)知識

天文學基礎(chǔ)知識第一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二天文學是研究天體、宇宙的結(jié)構(gòu)和發(fā)展的科學,內(nèi)容包括天體的構(gòu)造、性質(zhì)和運行規(guī)律等。第二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二1.星座中星星的命名規(guī)則星座中星星的命名規(guī)則是這樣的：按照每顆星星的亮度，從明到暗，每顆星各由一個希臘字母代表。當所有二十四個希臘字母用完后，接著再用阿拉伯數(shù)字表示。第三頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二第四頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二2.“星等”的概念

“星等”是天文學上對星星明暗程度的一種表示方法，記為m。天文學上規(guī)定，星的明暗一律用星等來表示，星等數(shù)越小，說明星越亮，星等數(shù)每相差1，星的亮度大約相差2.5倍。我們?nèi)庋勰軌蚩吹降淖畎档男鞘?等星（6m星）。天空中亮度在6等以上（即星等數(shù)小于6），也就是我們可以看到的星有6000多顆。當然，每個晚上我們只能看到其中的一半，3000多顆。滿月時月亮的亮度相當于-12.6等（在天文學上寫作-12.6m）；太陽是我們看到的最亮的天體，它的亮度可達-26.7m；而當今世界上最大的天文望遠鏡能看到暗至24m的天體。

我們在這里說的“星等”，事實上反映的是從地球上“看到的”天體的明暗程度，在天文學上稱為“視星等”。太陽看上去比所有的星星都亮，它的視星等比所有的星星都小得多，這只是沾了它離地球近的光。更有甚者，象月亮，自己根本不發(fā)光，只不過反射些太陽光，就儼然成了人們眼中第二亮的天體。天文學上還有個“絕對星等”的概念，這個數(shù)值才真正反映了星星們的實際發(fā)光本領(lǐng)。第五頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二3.“天球”的概念天文學上為了與人們的直觀感覺相適應(yīng)，把天空假想成一個巨大的球面，這便是天球。天球的中心自然就是我們地球，它的半徑無窮大。天球只是人們的一種假設(shè)，是一種“理想模型”，引入天球這一概念，只是為了確定天體位置等方面的需要。

第六頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二4.“天赤道”和“天極”的概念天文學上，確定天體位置的方法與地球表面非常相似，也是通過經(jīng)緯坐標系來實現(xiàn)。最常用而且最重要的天球坐標系，就是赤道坐標系。

地球赤道所在平面與天球的交線是一個大圓，這個大圓就稱為“天赤道”，它就是赤道在天球上的投影；向南北兩個方向無限延長地球自轉(zhuǎn)軸所在的直線，與天球形成兩個交點，分別叫作北天極和南天極。“天赤道”和“天極”是天球赤道坐標系的基準。第七頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二3.天頂

觀察者所在位置垂直上方在天球上的點第八頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二6.“赤經(jīng)”、“赤緯”的概念在天球的赤道坐標系中，天體的位置根據(jù)規(guī)定通常用經(jīng)緯度來表示，稱作赤經(jīng)（α）、赤緯（δ）。我們知道，赤道和地球的公轉(zhuǎn)軌道面也就是黃道是不重合的，二者間有23°左右的夾角（天文學中稱之為“黃赤交角”）。這樣，天赤道和黃道就有了兩個交點，而這兩個交點在天球上是固定不變的。黃道自西向東從赤道以南穿到赤道以北的那個交點，在天文學中稱之為“春分點”，我們把通過這一點的經(jīng)線定為天球赤道坐標系經(jīng)線的0°。與地球經(jīng)度不同的是，赤經(jīng)不分東經(jīng)、西經(jīng)，它是從0°開始自西向東到360°。而且，它的單位事實上也不是“度”，而是時間的單位時、分、秒，范圍是0-24時。天球赤道坐標系的緯度規(guī)定與地球緯度類似，只是不稱作“南緯”和“北緯”，天球赤緯以北緯為正，南緯為負。第九頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二第十頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二5.“黃道”與黃道星座太陽在天球上的“視運動”分為兩種情形，即“周日視運動”和“周年視運動”?！爸苋找曔\動”即太陽每天的東升西落現(xiàn)象，這實質(zhì)上是由于地球自轉(zhuǎn)引起的一種視覺效果；“周年視運動”指的是地球公轉(zhuǎn)所引起的太陽在星座之間“穿行”的現(xiàn)象。

天文學把太陽在天球上的周年視運動軌跡，稱為“黃道”，也就是地球公轉(zhuǎn)軌道面在天球上的投影。太陽在天球上沿著黃道一年轉(zhuǎn)一圈，為了確定位置的方便，人們把黃道劃分成了十二等份（每份相當于30°），每份用鄰近的一個星座命名，這些星座就稱為黃道星座或黃道十二宮。這樣，相當于把一年劃分成了十二段，在每段時間里太陽進入一個星座。在西方，一個人出生時太陽正走到哪個星座，就說此人是這個星座的。

由于我們只有白天才能看到太陽，而這時是看不到星星的。所以太陽走到哪個星座，我們就恰好看不見這個星座。也就是說，在我們過生日時，卻恰恰看不到自己所屬的星座。

第十一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二第十二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二7.“恒顯圈”與“恒隱圈”地球上不同緯度的地區(qū)，所能看到的星座是不一樣的。對于某一地點，有些星座是永遠也看不到的；反過來呢，有些星座在那兒一年四季都看得見。對于一個地方來說，到底哪些星座能看到，哪些星座看不到呢？

這里有一個小竅門，假設(shè)一個地點的緯度是φ，那么赤緯小于-(90°-φ)的天體在這里就永遠看不到。反之，凡是赤緯大于(90°-φ)的天體，在這里就總能看到。因此，在天文學上，赤緯(90°-φ)稱為這一地區(qū)的“恒顯圈”，而赤緯-(90°-φ)叫做該地區(qū)的“恒隱圈”。

比如在北京，赤緯50°就是北京地區(qū)的“恒顯圈”，位于赤緯50°以上的星星老是在天上，永遠也不會落到地平線下面去。而赤緯-50°叫做北京地區(qū)的“恒隱圈”，位于赤緯-50°以南的星星在北京就永遠也看不到。

而在赤道上（緯度為0°），即使赤緯是+90°和-90°的天體也能看到。也就是說，赤道上沒有“恒隱圈”，在赤道上各個位置的天體都看得見。反之，在地球的南北兩極，則始終只能看到半個天空，另一半天空永遠看不到，這兩處擁有地球上最大的“恒隱圈”。第十三頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二8.“歲差”的概念地球就像是一個旋轉(zhuǎn)的陀螺，而陀螺在旋轉(zhuǎn)時，它的軸并不是垂直于地面完全不動的，而是在微微晃動，這種現(xiàn)象在物理學上稱為“進動”。地球也是這樣，它的自轉(zhuǎn)軸在天空中的方向是不斷變化的，并不總是指向某一固定點，這在天文學上叫做歲差。第十四頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二9.天體的“自行”人們?nèi)庋劭梢钥吹降男怯?000多顆。這些星可以分為兩類：一種是行星，也就是太陽系的九大行星。古人觀測天空，只看到離我們最近的水星、金星、火星、木星、土星，古人發(fā)現(xiàn)這五顆星的位置總在變化，這說明它們在天上不停地走來走去（這種“走動”，按現(xiàn)在的說法就是行星的“公轉(zhuǎn)”），因此稱它們?yōu)椤靶小毙?。而對于另一類星，它們在天上的位置看上去總是固定不變（當然，這必須排除地球自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)造成的星星們看上去的“變動”），所以稱它們?yōu)椤昂恪毙恰?/p>

隨著科學的發(fā)展，人們逐漸認識到宇宙中的運動是絕對的，而“靜止”永遠是相對現(xiàn)象。大量觀測表明，恒星并不是固定不變的，它們也在運動。天文學上稱之為恒星的“自行”。其實，恒星的運動如果與視線平行，我們是看不出來的。所以，自行的真正定義應(yīng)該是恒星運動垂直于視線的分量。

恒星自行的絕對速度并不慢，往往比行星的運動速度快得多，只不過除太陽外的恒星離我們都太遙遠了，它們跑得再快，從地球上看去也跟靜止差不多。但經(jīng)過上萬年之后，恒星的位置變化就會較為明顯。

第十五頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二10.“雙星”、“聚星”和“星團”不但看上去離得近，實際距離也很近的兩顆星，通過萬有引力互相吸引，彼此圍繞著對方不停地旋轉(zhuǎn)。只有這種關(guān)系，才能稱作現(xiàn)代天文學意義上的雙星。天文學上把雙星中比較亮的一顆稱為主星，比較暗的那顆稱為伴星。

三顆或三顆以上靠引力聚在一起的星，稱作“聚星”。如果聚星的成員超過了10個，一般就稱之為“星團”。

第十六頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二第十七頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二11.“雙重星系”、“星系群”和“星系團”群星璀璨的星系，也和單個的星星類似，常常三五成群地聚在一起。與雙星、聚星和星團類似，我們稱他們?yōu)椤半p重星系”、“星系群”和“星系團”。對于雙重星系，把較大的叫做主星系，較小的稱為伴星系。

第十八頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二

12.“星云”與“河外星系”的概念

宇宙空間的很多區(qū)域并不是絕對的真空，在恒星際空間內(nèi)充滿著恒星際物質(zhì)。恒星際物質(zhì)的分布是很不均勻的，其中宇宙塵埃物質(zhì)密度較大的區(qū)域（此密度仍然遠遠小于地球上的實驗室真空），所觀測到的是霧狀斑點，稱為星云。星座介紹部分涉及到的星云類型，主要是“亮星云”和“暗星云”兩種。星云本身并不能發(fā)光，所以“亮星云”其實是借助別人的力量才“發(fā)”光的。假如一片星云附近有一顆恒星，那這個星云就能反射恒星發(fā)出的光而現(xiàn)出光亮來，這就象月亮反射太陽光一樣，這樣的亮星云我們稱之為反射星云；還有一類星云，在它們中間有一顆恒星，星云吸收恒星的紫外輻射，再把它轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽獍l(fā)射出來，這樣我們也能看見這個星云，這樣的亮星云叫做發(fā)射星云。如果在一個星云附近和中央都沒有恒星，那這個星云我們就不能看到，這樣的星云我們就叫它暗星云。河外星系（例如室女座和后發(fā)座的河外星系），指的是銀河系之外的其它星系，通常干脆簡稱為“星系”，它們都是與銀河系屬于同一量級的龐大恒星系統(tǒng)。河外星系一般用肉眼看不見，就是通過一般望遠鏡去觀察，也還是一片霧氣，跟星云簡直一樣。所以以前人們一直把它們也當做星云，稱為河外星云。后來經(jīng)過深入的研究，天文學家才發(fā)現(xiàn)二者完全是兩碼事：河外星云實際上是和我們銀河系類似的星系，而上面所說的真正的“星云”，都是我們銀河系的內(nèi)部成員，是由氣體和塵埃組成的。因此，現(xiàn)代天文學再也不用“河外星云”這個詞了，而一律改稱“河外星系”。第十九頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二13.“變星”的概念凡是能夠觀測到亮度變化的恒星，都稱為變星。變星主要分為造父變星和食變星兩類。

食變星實際上是雙星系統(tǒng)造成的，兩顆星彼此繞著對方旋轉(zhuǎn)，其軌道面恰好和它們與地球的聯(lián)機平行。這樣，當比較暗的一顆星轉(zhuǎn)到比較亮的那顆星和我們地球之間的時候，就把亮星的光遮住了一部分，于是總的亮度就減退了。當這顆暗星轉(zhuǎn)到亮星的一旁或后面，不再遮光的時候，系統(tǒng)又恢復(fù)了最大觀測亮度。這類變星的代表是英仙座的大陵五。

另一類變星的變光現(xiàn)象，確實是由它自己造成的，如仙王座的造父一。天文學家發(fā)現(xiàn)，造父一的直徑是我們太陽的30倍，約4000萬公里。它就像人體的心臟一樣，總在不停地搏動——膨脹與收縮，直徑前后相差達500萬公里。膨脹時它的亮度就減弱，收縮時亮度就增加，搏動的周期也就是它亮度變化的周期。像造父一這樣由于體積的變化導(dǎo)致的變光稱為“脈動變星”。有些脈動變星的變光周期與它的亮度有嚴格的對應(yīng)關(guān)系，利用這一點，天文學家就可以確定它與地球之間的距離，因此這類變星又有“量天尺”之稱。

第二十頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二14.恒星的顏色與其表面溫度的關(guān)系其它所有恒