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天文基础知识天文基础知识恒星和星系恒星和星系太阳和太阳系太阳和太阳系月球和地月系月球和地月系天体第一讲第一讲 恒星和星系恒星和星系恒星恒星星系星系恒星的运动恒星的运动一、恒星一、恒星恒星的距离恒星的距离恒星的发光和光谱恒星的发光和光谱恒星的亮度和光度恒星的亮度和光度星座的划分星座的划分恒星的多样性恒星的多样性恒星的概念恒星的概念恒星的演化恒星的演化恒星是由炽热气恒星是由炽热气体组成的、能够自身体组成的、能够自身发光的球形或类似球发光的球形或类似球形的天体。形的天体。质量质量巨大巨大在自引力作用下，在自引力作用下，呈球形或类球形呈球形或类球形 中心温度很高，通过中心温度很高，通过核反应发射可见光核反应发射可见光 恒星的概念恒星的概念恒星的运动恒星的运动运动速度一般为运动速度一般为几十几百几十几百KM/S。视向速度和切向速度视向速度和切向速度 自行自行：由恒星运动：由恒星运动引起的在地球上观引起的在地球上观测角度的差异。测角度的差异。据测定，恒星的自行量均很小，最大的为巴纳德星1031/年，相当于从16KM外看3个硬币的宽度。在已测定的30万颗恒星的自行中，1/年只有400余 颗，一 般01/年。视向速度和切向速度视向速度和切向速度自行自行V视V切地球10万万年年前前10万万年年后后现现在在北北斗斗七七星星的的自自行行恒星的距离恒星的距离距离的测定距离的测定 周年视差法周年视差法天文学上的距离单位天文学上的距离单位恒星的距离恒星的距离天文单位(A.U)：光年(L.Y)：秒差距(P.C)：日地平均距离。光在真空中一年所走的距离。周年视差为1秒的恒星距离。1A.U=1.496108KM 1L.Y=9.5 1012KM =63240AU1P.C=3.26LY=206265AU恒星距离（p.c）=1周年视差（）周周年年视视差差示示意意图图基线视差11p.c周年视差：地球轨道半径对于恒星的最大张角。有关天体有关天体的距离的距离最近的恒星：4.22光年（半人马座）牛郎星：16光年织女星：26光年北极星：682光年星座及其划分星座及其划分星座的概念星座的划分恒星的命名相互邻近的恒星所组成的图形及这个图形所占据的区域 星座希腊字母 1928年，国际天文学联合会将全天划分为88个星座。黄道天区12个，北天天区29个，南天天区47个主要星座星座的由来星座的由来黄道黄道12星座星座白羊座 金牛座 双子座 巨蟹座 狮子座 室女座天秤座 天蝎座 人马座 摩羯座 宝瓶座 双鱼座恒星的命名恒星的命名主要星座主要星座春季星空夏季星空秋季星空冬季星空大熊座 牧夫座室女座狮子座天鹅座天琴座天鹰座仙后座飞马座仙女座仙王座猎户座大犬座小犬座双子座御夫座金牛座洪恩在线天文大观恒星的发光和恒星的发光和光谱光谱发光条件光谱型质量质量发展阶段发展阶段不同光谱型的不同光谱型的差别主要在于星光差别主要在于星光颜色，而星光的颜颜色，而星光的颜色代表着恒星温度色代表着恒星温度的高低。的高低。光谱型颜色温度(K)O蓝35万B蓝白2万A白1万F黄白7500G黄6000K橙4500M红3000恒星的光谱恒星的光谱光谱：不同波长的光谱：不同波长的光波按波长顺序排光波按波长顺序排列成的一条光带。列成的一条光带。光谱具有不同的类光谱具有不同的类型。型。恒恒星星的的光光谱谱型型恒星的亮度和光度恒星的亮度和光度亮度和亮度和视星等视星等光度和绝对星等光度和绝对星等亮度指恒星看上去的明亮程度，光度是恒星本身的发光强度。影响亮度的因素：恒星的光度恒星的距离影响光度的因素：恒星的温度恒星的体积E1E2 d2 2 d1 2 绝对星等：恒星距离为10秒差距时的视星等。绝对星等和视星等的换算绝对星等和视星等的换算视星等的由来视星等的由来古希腊学者喜帕恰斯根据肉眼观测，将全天最亮的21颗星的亮度定为1 1等，将肉眼刚好能看到的星定为等。介于其间的星按亮度大小分别定为2 2、3 3、4 4、5 5等。这便是古代的视星等。16-17后人通过测定，等星平均比等星亮100倍。根据这个关系，人们推算出星等每相差级，其亮度相差2.512倍。即：E1E2 2.512 2有有关关天天体体的的视视星星等等天体视星等太阳太阳-26.74月亮月亮-12.7金星金星-4天狼星天狼星-1.45北极星北极星2肉眼可见肉眼可见的最暗星的最暗星6绝对星等和视星等的换算绝对星等和视星等的换算设一颗星，其距离为秒差距，视星等为，亮度为Em当其距离为10秒差距时，绝对星等为M，光度为EMEM Em 2.512mMM Em d2102即：2.512mM d2102（mM）lg2.512lg d2 lg1020.4（mM）2lgd2Mlgd两边取对数：恒星的多样性恒星的多样性双星和星团变星巨星、超巨星、白矮星组成数量的差异光度的差异体积的差异脉冲星和中子星双星和星团双星和星团双星：空间距离接近，彼此之间具有力学上的联系，相互环绕转动的两颗星。星团：许多恒星集中分布在一个较小的空间，彼此具有物理联系的恒星集团。食双星疏散星团球状星团北斗七星北斗七星金牛座中的双星金牛座中的双星（两星彼此相距（两星彼此相距4545天文单位）天文单位）疏散星团疏散星团形态不规则包含几十至二、三千颗恒星很容易用望远镜区分巨蟹座疏散星团金牛座昴星团球状星团球状星团武仙座球状星团，250万颗恒星，2.5万光年半人马座球状星团人马座球状星团球形或扁球形包含11000万颗恒星星团中央十分密集变星变星有些恒星的光度在短时期内会发生明显的、特别是周期性的变化，这样的恒星叫变星。脉动变星新星超新星恒星体积发生周期性膨胀或收缩引起的光度变化。亮度在短时间内（几小时至几天）突然剧增，然后缓慢减弱的一类变星。爆发规模更大的变星，亮度的增幅为新星的数百至数千倍。新新星星爆爆发发1975年天鹅座新星爆发前后1992年天鹅座新星的爆发年天鹅座新星的爆发超新星超新星爆发爆发超新星1987A爆发前后1987A遗迹（1994.2）1054年金牛座超新星爆发年金牛座超新星爆发“至和元年（1054年）五月，晨出东方，守天关，昼见如太白，芒角四出，色赤白，凡见二十三日。”1731年，一位英国天文爱好者在这个位置上观测到一个外形似螃蟹的天体，叫蟹状星云。超巨星超巨星巨星、超巨星、白矮星巨星、超巨星、白矮星赫罗图恒星类型赫兹普龙罗素光度温度坐标图温度 高低光度 大小不同的恒星类型不同的恒星类型主序星巨星超巨星白矮星恒星的光度随温度的升高而增大温度较低，但光度较同温度的主序星大，说明该星体积很大温度高低不一，但光度都较大，说明其体积均很大温度很高，但光度较小，说明其体积小 脉冲星和中子星脉冲星和中子星中子星由中子组成的恒星脉冲星实际上是具有强磁场的、快速自转的中子星。周期性发出强烈的脉冲辐射脉冲星恒星的演化恒星的演化星云在引力作用下，不断收缩，逐渐聚集成团，形成比较密集的气体球。开始核反应，发射可见光。恒星的特点取决于恒星的质量。恒星中心区域的核反应停止，外层的氢开始核反应，恒星膨胀。核反应完全中止，恒星迅速坍缩。依质量不同，演化为矮星、中子星或黑洞矮星、中子星或黑洞恒星演化过程示意图主序星阶段巨星阶段死亡阶段原恒星阶段恒星由星云（气体和尘埃）凝聚而来。质量对主序星的影响质量对主序星的影响质量大的恒星参加核反应的物质多，产生的能量大，故光度大，温度高。大质量恒星的核心温度更高，核反应消耗氢的速度比较快，因此其生命历程相对来说要短得多。影响恒星寿命的长短影响恒星温度的高低恒星的死亡恒星的死亡较小质量恒星较大质量恒星巨星阶段之后，恒星的外壳一直向外膨胀，形成行星状星云。中心部分收缩为一颗密度极大的白矮星白矮星。经历超新星爆发，星体物质大量抛射到宇宙空间，核心遗留下来两种特殊形态的天体中子星中子星或黑洞黑洞。行星状星云行星状星云宝瓶座行星状星云。天琴座环状星云太阳的归宿超新星遗迹超新星遗迹金牛座超新星爆发后的遗迹蟹状星云。中部存在一颗极致密的中子星。星云星云恒星的诞生地恒星的诞生地猎户座星云M16鹰状星云原原恒恒星星形形成成示示意意星云在引力作用下收缩星云碎裂继续收缩为原恒星开始核反应 进入主序阶段猎户座红巨星猎户座红巨星太阳的未来太阳成为红巨星后的地球景观太阳成为红巨星后的地球景观恒星演化示意图恒星演化示意图二、星系二、星系星系是由大量恒星和星云构成的天体系统。银河系河外星系星系命名星系分类宇宙的起源与演化星系命名星系命名按所在星座命名按星表序号命名梅西耶星表：M31星云星团新总表：NGC224星云星团新总表(New General Catalogue)简称为NGC,共收录7840个星云、星团和星系。后面的数字是天体在该表中的编号。仙女座星系梅西耶星表梅西耶星云星团表（Messier catalogue）由法国天文学家梅西耶编制，收录天体109个，简称M。M后的数字是天体在该表中的编号，称为梅西耶号数。Charles Messier星系的星系的哈勃哈勃分类分类外形呈正圆形或椭圆形，中心亮，边缘渐暗。外形呈旋涡结构，有明显的核心，有几条旋臂。外形没有明显的核心和旋臂，呈不规则的形状。旋涡星系不规则星系椭圆星系椭圆星系椭圆星系按星系椭圆的扁率从小到大分别用E0-E7表示M87E1室女座M49E4室女座NGC205E6仙女座NGC3115E7六分仪座M89E0室女座旋涡星系旋涡星系中央无棒状结构的旋涡星系，用S表示中央有棒状结构的棒旋星系，用SB表示M65Sa狮子座M66Sb狮子座M51Sc猎犬座M95SBb狮子座M109SBc狮子座M58SBa室女座不规则星系不规则星系不规则星系中含有更多的尘埃和气体，用Irr表示大麦哲伦星系银河系银河系银河系结构：核球、银盘、银晕约2000亿颗恒星1400亿倍太阳质量太阳在银河系中的位置和运动距银心2.4万光年的银道面附近 250KM/S的速度绕银心旋转，周期为2.5亿年 银河系结构银河系结构核球恒星最密集的区域直径约1万光年核球银盘核球周围的扁状圆盘直径约8万光年银盘银晕银盘周围由较稀疏的恒星构成的球体 直径10万光年以上银晕银道面2.4万ly河外星系河外星系银河系之外其他星系的统称星系团：比星系群更加庞大的天体系统星系群：相互邻近的星系结合而成本星系群总星系：目前观测工具所能察觉到的宇宙空间银河系的近邻美国天文学家哈勃美国天文学家哈勃1924年，哈勃哈勃准确测定出仙女座星云的距离，证明它是在银河系之外的一个巨大、独立的恒星集团。从此,仙女座星云改称仙女座星系仙女座星系。几几个个银银河河系系的的近近邻邻大小麦哲伦星系大麦哲伦星系小麦哲伦星系距离 16万光年19万光年质量1/20银河系质量1/100仙女座大星系，距离220万光年大麦哲伦星系猎犬座星系M51室女座星系M104星星系系群群后后发发座座星星系系团团宇宙的起源与演化宇宙的起源与演化宇宙的含义宇宙演化模型大爆炸宇宙学简介哲学无限的宇宙科学有限的宇宙稳恒态宇宙模型演化态宇宙模型伽莫夫1948年 演化过程宇宙的未来观测证据大爆炸演化过程大爆炸演化过程100亿度基本粒子10亿度化学元素几千度气态物质宇宙的演化由热到冷。在这个时期里，宇宙体系在不断地膨胀，物质密度从密到稀，如同一次规模巨大的爆发。大爆炸理论的观测证据大爆炸理论的观测证据天体的年龄星系的退行宇宙背景辐射各种天体的年龄都小于200亿年哈勃定律：远处的星系正急速地远离我们而去，且星系退行速度与它们的距离成正比 自大爆炸至今，宇宙剩余的温度大约为3k 宇宙的未来宇宙的未来取决于宇宙的质量取决于宇宙的质量没有足够的引力阻止膨胀，宇宙膨胀将永无止境。质量足够大闭合的宇宙由此产生的巨大的引力会使得膨胀最终停止并接下来收缩，最终回复到大爆炸发生时的极高密度和极高温度状态。质量不够大开放的宇宙第二讲第二讲 太阳和太阳系太阳和太阳系太阳太阳太阳系太阳系一、太 阳（一）太阳的距离、大小和质量q日地平均距离：1.496 108km（即天文单位）q大小：半径约700 000km（为地球半径的109倍）q表面积：地球表面积的12 000倍 q体积：地球体积的1 300 000倍q质量：1.9891030kg（约为地球质量的33万倍）q重力加速度：274m/s2 测定日地距离的第一步：通过小行星距离的测定，得a1-a 测定日地距离的第二步：按开普勒第三定律，二行星公转周期的平方之比，等于它们同太阳距离的立方之比。设地球和小行星的公转周期分别为T和TI，那么便有 测定日地距离的第三步：解二元一次方程组推算出日地距离最新值为 1.49597892 108km。太阳质量测定：mV2/R=J=F=GMm/R2 M=RV2/Gl重力加速度：g=F/m=GM/R2（二）太阳的热能、温度和热源q太阳热能v太阳常数：8.16J/(cm2min)；v平均距离，太阳直射，大气界外；v太阳辐射总量：3.826 1026J/s；v地球所得：1.74 1017J/s（占22亿分之一）。q太阳温度v根据太阳辐射热量推算的温度称有效温度；v根据太阳辐射光谱测定的温度称辐射温度；v太阳光球温度：5 770K；v太阳中心温度：15 000 000K；v色球温度：100 000K；v日冕温度：1 500 000K。q太阳热源v产热过程：热核反应（氢核聚变为氦核）；v产热方式：质量转化为能量；v产能中心：在太阳核心。图2-8 推测出的太阳结构与剖面示意图（三）太阳结构 太阳是我们惟一能观测到表面细节的恒星。直接观测到的是太阳的大气层，它从里向外分为 光球色球日冕（四）太阳活动：太阳大气各种变化的总称（太阳“天气变化”）q黑子：扰动太阳的明显标志。q耀斑：扰动太阳的主要标志，对地球的影响最强烈。q磁暴：电离层干扰。产生极光。二二、太太阳阳系系太阳系是由太阳、八大行星及其卫星、矮行星、太阳系小天体及行星际物质组成的天体系统。太阳系的发现太阳系的组成太阳系的结构和运动太阳系的起源太阳系的发现太阳系的发现古代人对宇宙的认识托勒密的地心体系日心地动说的确立网站链接洪恩在线天文学家古代人对宇宙的认识古代人对宇宙的认识从直观上：地心说的萌芽地静天动，地居中心地动天静从运动的相对性上：地动说萌芽坐地观天地心说的代表地心说的代表天如鸡子，地如中黄。张衡：浑天说地居中心，其他天体绕地球运转。亚里士多德：地球中心说从盖天说到浑天说从盖天说到浑天说春秋时期 盖天说天在上地在下东汉时期 浑天说天如鸡子地如中黄地动说的代表地动说的代表赫拉克里的斯阿里斯塔克尚书 纬 考灵曜“与其设想整个天穹在环绕大地旋转，倒不如设想大地在绕着自己的轴线旋转。”根据粗略的测量，得出“日比地大”的结论，从而断定地球绕太阳运动。地体虽静，而终日旋转，如人坐舟中，舟自行动，而人不自知。托托勒勒密密的的地地心心体体系系公元二世纪，希腊天文学家托勒密，创立了完整的宇宙体系托氏地心体系。托氏地心体系要点从亚里士多德到托勒密亚里士多德：地球中心说阿波隆尼：本轮均轮模型地球中心说图示行星亮度的变化行星的逆行行星的逆行逆 行西东本轮均轮模型本轮均 轮西东托氏地心体系要点托氏地心体系要点地球静止在宇宙中心宇宙有九重天原动天推动各层天自东向西作周日运动，同时各行星在自己的本轮上作匀速转动除恒星天外，其余七重天又都有各自的与周日运动方向相反的运动月 水 金日 火 木 土 恒 原动天对地心体系的评价对地心体系的评价对地心体系的评价标志着人类认识宇宙的一个阶段符合直觉印象，比较好的解释了行星的运动，是系统的总结前人对宇宙的认识后形成的一个完整的宇宙体系。后为欧洲中世纪教会所利用教会宣扬，上帝创造了日月星辰和人，并把人放在地球上，使地球居于宇宙的中心，其他的日月星辰均是为了地球而存在的。科学只是教会恭顺的婢女，它不能超越宗教信仰所规定的界线，因而根本不是科学。恩格斯反杜林论上帝创造世界时如果向我征求意见的话，天上的秩序可能安排得更好一些。哥白尼（1473-1543）波兰天文学家。通过近40年的观测和研究，在1543年出版巨著天体运行论，彻底推翻了托勒密的地心体系，提出了新的宇宙体系日心体系。日心地动说的确立日心地动说的确立哥白尼日心体系的要点太阳是宇宙的中心地球只是一颗行星，同其他行星一起绕太阳公转日月星辰的东升西落是地球自转的反映月球是地球的卫星，每月绕地球一周，同时跟随地球绕日公转日心学说的发展布鲁诺伽利略开普勒牛顿月 水 金日火木 土 恒 原动天地心体系图示：水 金火 木土 恒星天日心体系图示：布鲁诺（1548-1600）意大利哲学家意大利哲学家宇宙是无限的。在太阳系之外有着数不尽的世界，我们所看到的世界只是无限宇宙中非常渺小的一部分。太阳不是宇宙的中心，无限的宇宙根本没有中心。论无限宇宙及世界（1584年）伽利略(15641642)意大利天文学家。是用望远镜观察天体并取得大量成果的第一人，被誉为“天空中的哥伦布”。月亮并不象亚里士多德所说的那样完美无缺；木星有四颗卫星，它们绕木星而不是绕地球转动；银河是由大量恒星构成的。星界的报告（1610年）开普勒（1571-1630）德国天文学家。在丹麦皇家天文学家第谷大量观测资料的基础上，开普勒总结出行星运动的三大定律，为人们描绘出行星运动的轨道，被誉为“天空立法者”。行星划出一个以太阳为焦点的椭圆；由太阳到行星的矢径在相等的时间内划出相等的面积；行星公转周期的平方与它同太阳距离的立方成正比。哥白尼天文学概论（1618年）牛顿（1642-1727）英国科学家。发明了微积分；发现了万有引力定律；系统总结了物体运动三大定律；发明了反射式望远镜。如果我比别人看得远些，那是因为我站在巨人们的肩上。利用万有引力定律，英国的亚当斯和法国的勒维耶计算出当时上不为人们所知的海王星轨道，被称作“笔尖上的发现”。哥白尼的太阳系学说有三百年之久，一直是一种假说，这个假说尽管有99%、99.9%、99.99%的可靠性，但毕竟是一种假说。而当勒维耶从这个太阳系学说所提供的数据，不仅推算出还存在一个尚未知道的行星，而且还推算出这个行星在太空中的位置的时候，当后来伽烈确实发现这个行星的时候，哥白尼的学说就被证实了。恩格斯第谷的宇宙体系第谷的宇宙体系（1546-1601）木星及其卫星木星及木卫一木卫一经过木星上空木卫一（左）和木卫二（右）海盗1号拍摄的伽利略卫星太阳系的组成太阳系的组成太阳八大行星及其卫星矮行星 小天体 行星际物质网站链接行星定义行星定义及其他行星定义及其他行星围绕太阳运转、自身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状、并且能清除其轨道附近其他物体的天体。矮行星与行星同样具有足够质量，呈圆球状，但不能清除其轨道附近其他物体的天体。小天体围绕太阳运转但不符合上述条件的天体。包括小行星、彗星、流星体等八大行星及其八大行星及其分类分类水星金星地球火星木星土星海王星天王星水星水星（Mercury）离太阳最近质量和体积较小与太阳角距离不超过280 没有卫星 与日距离公转周期自转周期0.4AU88日59日赤道与轨道夹角半径质量280 1/3地球6%地球水星日出水星日出在水星上观察到的太阳的视半径会超过地球上的两倍 水星与地球的比较水星与地球的比较由于质量较小，水星大气非常稀薄，表面温度变化十分剧烈，白天可高达4200C以上，夜晚则下降为-1700C以下。水水星星与与太太阳阳的的角角距距离离示示意意图图1973年，美国发射了水手10号宇宙飞船，对水星进行近距探测，发回大量有关信息，让我们清晰的看到水星的地表形态。水星地表水星地表南极附近直径约100km的陨石坑金星（金星（Venus）浓密的大气逆向自转没有卫星与日距离公转周期自转周期0.7AU225日243日赤道与轨道夹角半径质量1770 95%地球80%地球金金星星与与地地球球的的比比较较金星的质量、大小与地球十分相似，所以被称为地球的“姊妹星”。基于这些，人们曾经想象金星的环境也许和地球相似，但实际上金星与地球差异很大。被浓密云层遮掩的金星被浓密云层遮掩的金星金星浓厚的CO2大气造成强烈的温室效应，其表面温度高达4500C。火星（火星（Mars）寒冷干燥火星探测火星的卫星与日距离公转周期自转周期1.5AU1.88年24时37分赤道与轨道夹角半径质量240 地球10%地球火火星星与与地地球球的的比比较较尽管火星的体积、质量都比地球小，大气层比地球稀薄，但却有着和地球相似的昼夜长短和季节变化。是太阳系中与地球最相似的一颗行星。荒凉的火星地表荒凉的火星地表火星探测火星探测最早的火星空间探测器是美国水手4号飞船，1965年飞临火星，首次发现火星表面的环形山。最早登陆火星的是美国海盗号飞船探测器，1976年降落火星表面，测绘了详尽的火星表面图。2004年美国发射的勇气号和机遇号探测器，在火星表面找到了曾经存在过水的证据。火星上的火星上的“蓝莓果蓝莓果”美国宇航局的科学家通过机遇号发回的信息认为这些镶嵌在火星岩层上的小石球其主要成分是赤铁矿，而赤铁矿主要是在有水的环境下形成的。火卫一、二火卫一、二木星（木星（Jupiter）液态星球色彩分明的条纹昏暗的木星环木星的卫星与日距离公转周期自转周期5.2AU11.9年9时50分赤道与轨道夹角半径质量30 11地球318地球木星上色彩分明的条纹木星上色彩分明的条纹大红斑木星结构木星结构由氢和氦组成的 1000多千米厚的大气层 由氢组成的液态氢的海洋 由铁和硅组成的固体核 大红斑大红斑旅行者2号1979年拍摄的大红斑大红斑是木星大气中一团激烈旋转的上升气流，已经持续了几百年 木木星星光光环环1979年旅行者号拍摄木星及其伽利略卫星木星及其伽利略卫星木星目前已知有58个卫星。按发现的先后次序编号 木卫一四是4颗最大也是最亮的卫星，由伽利略用望远镜首先发现 土星土星(Saturn)与日距离公转周期自转周期10AU29.5年10时14分赤道与轨道夹角半径质量260 10地球95地球美丽的光环密度最小众多的卫星土星的光环土星的光环土星的卫星土星的卫星已知有33颗卫星。其中土卫六最大，半径超过了水星。土卫六和土卫二是太阳系中拥有浓密大气的卫星。土星探测土星探测土星探测 由NASA和ESA联合发射的“卡西尼-惠更斯”号探测器2004.7进入土星轨道。天王星（天王星（Uranus）躺着自转昏暗的环众多的卫星与日距离公转周期自转周期20AU84年243时赤道与轨道夹角半径质量980 4地球15地球天王星光环天王星光环“旅行者”拍到的天王星环1977年在天王星掩食恒星的观测中首先发现。1986年，“旅行者2号”飞掠天王星时，又发现了天王星其他的环。1997年，哈勃望远镜更清晰的拍摄了天王星的环。天天王王星星光光环环与与卫卫星星哈勃望远镜拍摄的照片中更清晰的显示了天王星的环，并且还拍摄到天王星周围的8颗卫星。天王星的卫星天王星的卫星目前已证实了天王星有20颗卫星。海王星（海王星（Neptune）与日距离公转周期自转周期30AU165年244时赤道与轨道夹角半径质量290 4地球17地球暗淡的环活跃的大气层8颗卫星活跃的大气层活跃的大气层海王星上的白云大黑斑哈勃中的海王星1994.10.101994.10.181994.11.11暗淡的海王星环暗淡的海王星环海王星的卫星海王星的卫星海卫一泰坦海卫一地平线上的海王星冥王星（冥王星（Pluto）与日距离公转周期自转周期40AU248年6日赤道与轨道夹角半径质量600 1/5地球0.24%地球偏心率很大的公转轨道只有一颗卫星卡戎画家笔下的冥王星画家笔下的冥王星画家笔下的冥王星地貌，左面小圆点是太阳，天上是冥卫卡戎1500km1200km海王星与冥王星轨道示意图海王星与冥王星轨道示意图八大行星的分类八大行星的分类水 金 地 火 木 土 天 海 按地球轨道的位置_地内行星_ 地外行星水 金 地 火 木 土 天 海 按小行星 带的位置_(带)内行星水 金 地 火 木 土 天 海 按物理性质类地行星和类木行星巨行星(带)外行星_ 远日行星卫星数目表面温度光环密度体积质量行星类木行星类地行星水金地火水金地火木土天海木土天海较小较小较大较大较小较小较大较大较高较高较低较低无无有有较高较高较低较低少少多多少少较低较低无无较低较低较小较小较小较小冥王星类地行星和类木行星类地行星和类木行星矮行星矮行星PlutoCeres2003UB313Eris冥王星冥王星人们搜索冥王星的最初人们搜索冥王星的最初目标，是为了解释天王目标，是为了解释天王星轨道的异动。由于海星轨道的异动。由于海王星只能部分解释天王王星只能部分解释天王星实际轨道与预测轨道星实际轨道与预测轨道的差异，的差异，19世纪末的天世纪末的天文学家猜测，在海王星文学家猜测，在海王星的轨道范围之外，还应的轨道范围之外，还应该有一个未知天体，它该有一个未知天体，它的引力干扰着天王星的的引力干扰着天王星的运动。运动。冥王星及其卫星卡戎冥王星及其卫星卡戎1930年，美国天文学家汤博发现了这颗远离太阳的未知天体，被命名为Pluto冥王星。备受质疑的备受质疑的“大行星大行星”与其他与其他8 8颗行星相颗行星相比，冥王星显得过比，冥王星显得过于特别。它非常小，于特别。它非常小，比许多其他行星的比许多其他行星的卫星还小，比如月卫星还小，比如月球。球。与与众众不不同同的的公公转转轨轨道道其他行星的轨道平面都与地球轨道平面基本其他行星的轨道平面都与地球轨道平面基本一致，冥王星的轨道平面却与其呈很大夹角一致，冥王星的轨道平面却与其呈很大夹角（1717）。）。其他行星的轨道几乎是完美的圆形，而冥王其他行星的轨道几乎是完美的圆形，而冥王星的轨道是一个有很大偏心率的椭圆形星的轨道是一个有很大偏心率的椭圆形 对太阳系边缘的新认识对太阳系边缘的新认识柯伊伯带的发现意味着，柯伊伯带的发现意味着，在海王星轨道之外、离太在海王星轨道之外、离太阳约阳约50个天文单位的区域，个天文单位的区域，并不是由冥王星占统治地并不是由冥王星占统治地位的空旷地带，而有许多位的空旷地带，而有许多“居民居民”。近几年来人们不断发现更近几年来人们不断发现更大的柯伊伯带天体，其中大的柯伊伯带天体，其中2003UB313甚至比冥王星甚至比冥王星还要大。还要大。冥王星失去行星地位冥王星失去行星地位2006.8.24，国际天文学联合会第26届大会投票决定，将冥王星列入“矮行星”。小天体小天体 小行星 彗星 流星体小行星小行星 小行星是指那些围绕太阳运转但体积太小而不能称之为行星的天体。最大的小行星直径不过1000千米，而小的则只有几百米。岩石物质组成 形状不规则体积小特点火星和木星轨道之间分布小行星带分布示意图小行星带分布示意图小行星照片小行星照片小行星小行星Ida及其卫星及其卫星探测器拍摄到的小行星图像探测器拍摄到的小行星图像彗星彗星 彗星在天空中不常见，因其外貌独特，在西方称之为发星，中国称之为扫帚星。物质组成：运动轨道：独特结构：由掺杂着尘埃的冰冻物质组成偏心率很大的椭圆轨道彗核 彗发 彗尾哈雷（16561742），英国天文学家，格林尼治天文台第二任台长。1676年建立了南半球第一个天文台，测编了包括341颗南天恒星的星表。1705年出版彗星天文论说一书，预言了将于1758年回归的彗星同1456、1531、1607、1682年出现的是同一颗彗星。当这颗彗星于1758年重新出现时，哈雷已经长眠于地下16年了。为纪念他，人们把这颗彗星命名为哈雷彗星。海尔波普彗星1997年3月27日摄于意大利彗彗星星的的轨轨道道 由于彗星轨道的偏心率很大，轨道十分扁长，所以彗星的绕转周期很长。周期小于200年的即为短周期彗星。著名的哈雷彗星周期为76年，最近一次回归是1986年。彗核3A.U彗发2A.U彗尾彗彗星星的的结结构构流星体流星体 流星体实质上也是环绕太阳运转的小型天体，其体积非常小。流星体闯入地球大气层，在80110千米高空与大气摩擦燃烧而发出强光，便称为流星。如果流星体在大气层中没有完全燃烧而坠落到地表，便是陨星。陨石：主要由硅酸盐组成。占陨星的92.8%。陨铁：主要由铁、镍金属组成。占陨星的5.7%。石铁陨星：介于二者之间。流星体 流星 陨星陨星的分类流星雨吉林一号陨石吉林一号陨石1976年3月8日降落于吉林市郊。重达1770千克，是目前已知的最重的陨石，图中标尺为30厘米。陨陨星星 显微镜下火星陨石的不寻常的管状结构，被认为是火星上曾经存在生命的证据。南极发现的陨石，其结构与科学家估计的火星岩石十分相似。有人认为它来自火星。形成于180万年前。南极发现的陨铁，含有大量的铁和镍。可能是一颗已毁灭的小行星内核的一部分。历史上的流星雨历史上的流星雨 我国有着世界上最丰富和最系统的天象纪录。对狮子座流星雨的爆发就记载有7次之多。其中一次发生在400多年前。“明嘉靖十二年（1533年）十月初八夜，万星纵横流飞，俄陨如雨，至天曙方止。”1833年11月12日夜，美国东部波士顿地区的居民被一种从未见过的天象惊住了（如上图），他们看到天空中的流星如雪片似的飞舞，成千上万颗的流星从狮子座那里射向四面八方，持续六、七个小时，总数多达20余万颗。海尔大学的教授奥姆斯特德当时写道：数不清的流星射向四面八方，几乎没有空隙，流星宛如雪花，纷纷飘落，每一朵雪花就是一颗亮晶晶的流星。第二天黄昏，有一些好奇的目击者还跑出门去等待夜幕的降临，他们真担心天上的星星是不是都掉光了。流星雨形成示意图流星雨形成示意图太太阳阳系系的的结结构构和和运运动动行星运动遵循开普勒三定律行星公转的共面性、近圆性、同向性行星的分布里密外疏开普勒定律开普勒定律第一定律：行星绕日公转轨道是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上。第二定律：行星向径（行星与太阳的连线）在相等的时间内扫过相同的面积。即行星公转的面积速度保持不变。第三定律：任何两行星绕日公转周期的平方之比等于它们到太阳距离的立方之比。轨道定律面积定律周期定律轨道定律轨道定律远日点近日点cab椭圆的偏心率ec/a行星公转轨道的偏心率均很小，说明行星公转轨道接近于圆形。行行星星公公转转的的轨轨道道参参数数与日距离e值轨道倾角水星0.4AU0.2067.00 金星0.70.0073.40地球10.01700火星1.50.0931.90木星5.20.0481.30土星9.60.0552.50天王星19.30.0510.80海王星30.10.0061.80b/a=0.98面积定律面积定律行星的轨道速度（角速度、线速度）随与日距离而变：近日点附近，公转较快，远日点附近，公转较慢。因轨道偏心率很小，故速度变化程度不大。周期定律周期定律 若：、分别代表地球的周期和距离，则：=1年，=1天文单位，那么对于任一行星来说：行星公转特点行星公转特点共面性近圆性同向性行星公转平面大体位于同一平面上，都接近于黄道平面。行星绕日公转的轨道近于圆形。行星绕日公转的方向相同，均自西向东。多数小行星和卫星也具有以上特点。大多数行星的自转也是自西向东的。太阳也是自西向东自转的。行星的分布里密外疏行星的分布里密外疏40AU30201051.5天海土木火0.4水0.7金1地1.5火提丢斯波得定则 0.4+0.32n 1776年定则发表1781年赫歇尔发现天王星1801年皮亚齐发现谷神星63太阳系的起源太阳系的起源关于起源的假说现代星云说星云说灾变说俘获说太阳星云的形成星云盘的形成原始太阳和圆环体的形成太阳和行星的形成太阳系形成星星云云说说形成太阳系的物质基础是弥漫星云 形成太阳系的动力是星云的自引力 德国哲学家康德1755年提出 法国天文学家拉普拉斯1796年提出 灾变说灾变说太阳形成后，约距今20亿年前，一个较大的恒星走近太阳，其引力从太阳上拉出一部分物质，这些物质在绕转太阳的过程中，逐渐凝成行星。太阳其他恒星俘获说俘获说星云物质约六、七十亿年前，太阳将某星云中的一部分吸引到自己周围而形成太阳系。太阳星云的形成太阳星云的形成太阳系是由同一星云太阳星云演化而来的。太阳星云是银河星云在收缩过程中碎裂而形成的大量碎块中的一块。星星云云盘盘的的形形成成太阳星云在自引力作用下不断收缩，旋转速度加快，受惯性离心力作用，星云越来越扁，形成星云盘。原原始始太太阳阳和和圆圆环环体体形形成成随收缩的进行，旋转速度加快，惯性离心力也随之增大，当离心力足以同自引力抗衡时，星云盘不再收缩，原地停留形成几个同心圆环。星云盘中心进一步收缩增温，形成原始太阳。太太阳阳及及行行星星形形成成原始太阳持续收缩增温，开始核反应，成为一颗恒星。圆环体物质通过碰撞吸积，逐渐形成各行星。太太阳阳系系形形成成受太阳风影响，离日较近的部分，较轻的元素被驱逐到较远的位置上，因此类地行星质量小而密度大。距日较远的类木行星质量大而密度小。行星周围的残余物质在较小的范围内重演行星的形成过程，产生卫星。第三讲 月球和地月系一、一、月月 球球（一）月球的距离和大小q月地平均距离：384 400公里q半径：1738公里，地球赤道半径的27.25%q表面积：地球表面积的7.4%q体积：地球体积的2.03%q质量：7.1961022kg，地球质量的1/81.3q平均密度：3.34g/cm3，约为地球的60.5%q月面重力加速度：1.622m/s2，约为地面的1/6据测定，月球的地平视差为57，它与地球半径r 和月地距离d 的关系为：csc57=d/rd=rcsc57=60r即月地距离为地球半径的60倍。在地球半径（6371km）已知的条件下，求得月地距离为 384 400km。图 2-17 地平视差天体位于天顶时，视差为零；天体位于地平时，视差最大，称为天体的地平视差已知月地距离，就可以根据月球的视半径推算它的线半径。由观测得知，月球的地心平均视半径为1533，于是求得月球的半径（r）为：r384 400sin15331738km 月球质量的测定。从地月系质心分别至地球和月球质心的距离之比，即为二者质量的反比率。4671km/379729km=1/81.3 已知月球的质量和体积，不难得出其平均密度为3.341g/Cm3。进而求知月面的重力加速度为1.622m/s2，约为地面重力加速度的1/6。（二）月球表面q月海q月陆q环形山q辐射纹q月谷（三）月面的物理状况l没有大气，声音得不到传播。没有大气，声音得不到传播。l没有大气，月球天空没有人们所没有大气，月球天空没有人们所熟悉的熟悉的“天气天气”变化。变化。l由于得不到大气和水分的调节，由于得不到大气和水分的调节，月面的温度变化十分剧烈。月面的温度变化十分剧烈。l结构：月壳、月幔和月核三个同结构：月壳、月幔和月核三个同心圈层。心圈层。二、地 月 系（一）地月系的绕转图2-18 月球和地球都绕它们的共同质心而运动（共同质心在地球内部位置的变化）q月球绕转地球v轨道形状椭圆，偏心率0.0549；v白道：月球轨道在天球上的投影；v黄白交角：白道面相对于黄道面的交角（5 9）；v周期：27.32日（恒星月）；v速度：角速度：33 /小时，线速度1.02km/s。q几个概念v恒星月：月球在白道上连续两次通过同一恒星（无明显自行）所需的时间：27.3217日。v塑望月：从这一次新月（或满月）到下一次新月（或满月）所经历的时间：29.5306日。v近点月：以月球近地点为参考点，月球的公转周期：27.5546日。v交点月：以月球升交点（或降交点）为参考点，月球的公转周期：27.2122日。q依月球公转周期可求出月球公转角速度：36027.3217日=13.2/日即为月球公转平均角速度q由于月球公转轨道是个椭圆，所以公转速度是不均的。近地点最快，约为15/日；远地点最慢，约为11/日。l月球在公转轨道上平均每日自西向东移行了13.2，因地球自转所造成的月球自东向西的周日视运动，必然逐日向后推迟，地球自转13.2约需52分钟，所以月球每日出没地平的时间平均向后延迟52分钟。这就是我们日常所见明月当空逐日推迟的道理。q月球绕地的角速度为1310/日，太阳周年运动速度为59/日，二者相差：1310/日-59/日=1211/日此即月球相对于太阳的会合速度，月球以此速度赶超太阳的周期为：360 1211=29.53(日)图2-19 月球的同步自转，使它始终以同一半球对着地球q月球自转v月球自转与其公转同步，即方向相同，周期相等。因此称同步自转；v大体上只看到相同的半个月面。地球（二）月相和朔望月q月相变化的因素：太阳照射方向；地球