[理学]天文学基础讲义

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1、第一讲天文学概论一、研究对象与研究方法1、天文释义①天文的研究对象是天体；②对天体的观测是基本的研究方法。西方，事实上应该说是古希腊，“天文”力图揭示规律，以知识追求为主；中国，包括印度、埃及、巴比伦、玛雅等文明古国，“天文”则是努力掌握现象，以占吉凶为主。2、天文学的研究内容和对象“天象”是天文学最基本的研究内容。但在不同时代，“天象”的含义也不同。在古代，“天象”只是指天体的位置、运动以及一些肉眼可见的现象，而现在则包括了天体的化学、物理状态。宇宙的起源也是自远古开始天文学试图探讨的问题。但在古代，这些探讨只能归为神话、宗教的内容，而在现在却有了更多科学的依据。服务于人类，自然是各门

2、科学研究的目的之一，但在古代，天文学对人类的作用主要在于提供了时间服务，而古人所重视的“以纪吉凶之象”在现在看来，纯属荒诞不经。而现在，天文学在航天、大地测量、导航以及探索宇宙奥妙中扮演了不可替代的作用。天文学是自然科学的基础学科。它研究天体的位置和运动，研究它们的化学组成、物理状态和过程，研究它们的结构和演化规律，研究如何利用关于天体的知识来造福人类。天文学的研究对象是天体以及天体系统。l恒星：天体中的主体。由炽热的气体组成的、自身会发热发光的球状或类球状天体。l行星：绕恒星运行，自身还会发可见光的天体。l卫星：绕行星运行、自身还会发可见光，因其表面反向恒星光而发亮的天体。l彗星：主要

3、由冰物质组成，绕恒星运行。当靠近恒星时，因冰物质受热融化、蒸发或升华，并在恒星粒子流作用下拖出尾巴的天体。l流星体：绕恒星运行、质量较小的天体。当流星体进入地球大气层时，由于速度很高，进入地球大气层因磨擦生热燃烧发光，形成明亮光迹，称为流星现象。l星云：银河系空间气体和微粒组成的星际云。体积和质量较大，密度较小，形状不一，亮暗不等。l星际物质：恒星之间的物质，包括星际气体、星际尘埃、星际云、星际磁场和宇宙线。l人造天体：卫星、飞船、空间站、太空垃圾。所谓天体系统，是由万有引力联系的若干天体组成的集合体。主要天体系统包括以下几类：l一颗行星+一或多颗卫星，如地月系l一颗恒星+若干行星及其卫

4、星，如太阳系l大量恒星组成，如星系、银河系。3、天文学的研究方法和特点1天体观测是基本的研究方法2强调对天体进行全局、整体图景的综合研究3对观测资料精加工，进行理论分析，才能揭示出它们的本质。4具有大科学特征，需要大的投资强度，强有力的协调。5需要哲学观点支持，同时为哲学提供科学的依据。二、天文学研究的意义1、时间服务2、大地测量3、天象预报4、航天技术5、导航服务6、探索宇宙奥秘，揭示自然界的规律7、在其它科学中的应用8、在军事中的应用9、天文学的社会功能123三、天文学的科学分支天体测量学，天体力学和天体物理学。天文学简史1.观象授时在日、月观测的基础上逐渐产生了历法。最初人们认识到

5、经过大约十二个月季节就会重复一次。这就是太阴年。古巴比伦、中国都是采用太阴历。目前的伊斯兰教历也是太阴历。但太阴历纪年与四季更迭每年有11天的误差，三年就是一个月，因此又提出设闰的思想。2．占卜吉凶3.古代的天地观2、古代的天文学1.古希腊的天文2.中国古代的天文学古代天文学的社会功能（1）沟通天人，为王权作论证和象征（2）预示吉凶，指导王朝军政大事（3）为日常行事趋吉避凶提供指导3.西方文艺复兴后的天文学(1)哥白尼与日心说(2)开普勒：“天律的制订者”(3)伽俐略：把望远镜指向天空3、近现代天文学1.伊萨克·牛顿三定律和万有引力定律2.天体力学的发展欧拉是完整的月球运动理论的创立者，

6、而拉格朗日是大行星运动理论的创始人。之后拉普拉斯成为经典天体力学的集大成者，他完成的巨著《天体力学》成为经典天体力学的代表作。3．天体物理学的诞生和发展1、天球概念的引入天球是以观测者为中心，任意长为半径的假想球。这也就是说在天文观测中忽略了距离信息，而只考虑方位信息。天体视位置是天体在天球上的位置，是天体在天球上的投影。根据观测者实际或假定所处的位置可以把天球分为三类，即观测者天球、地心天球和日心天球。3、天球上的基本圈和基本点PNSWE图2.2与观测者相关的天球地平圈天赤道子午圈天顶和天底（）；（）地平面地平圈经过天顶的任何大圆称为地平经圈。显然该大圆与地平圈垂直。天轴天极北天极南天

7、极离北天极约1°处有一颗不太亮的星，即小熊座星，中名“勾陈一”。天赤道过天球中心与天轴垂直的平面称为天球赤道面。天球赤道面与天球相截的大圆，称为天赤道。对于地心天球，它是地球赤道的扩大。与天赤道垂直的大圆称为赤经圈。与天赤道平行的小圆称为赤纬圈。子午圈通过天顶和天极的大圆。事实上，子午圈也可以用以下两种方式表示：过北天极的地平经圈或过天顶的赤经圈。这三种定义是等价的。以子午圈天顶和天底为界可分为子圈和午圈。卯酉圈与子午圈垂直的地平经