第一章 绪论

第一节 天文总论

[1.1] 何谓天文

天文学是自然科学中的基础学科之一。它的研究对象是广袤无垠的太空中的天体与天体系统，包括天体以外各种形态的物质，以及整个宇宙。天文学是一门基于观测的学科，在天文学中，一切通过理论得到的事实都必须得到观测的检验，天文学观测和研究天体的位置、分布、运动、状态等等。

[1.2] 什么是宇宙？

“宇宙（universe）广漠空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称。宇宙是物质世界。它处于不断的运动和发展中，在空间上无边无界，在时间上无始无终。”——《中国大百科全书·天文学》“四方上下为宇，古往今来曰宙”宇宙，就是一切时间和空间的总和。

[1.3] 什么是天体？

天体顾名思义就是天上的物体，详细的说就是地球大气外的宇宙空间中一切宏观客体的总称，与高中地理课本上的定义不同，天文学上的天体包括从宇宙空间进入大气的客体（如流星），也包括掉落地面的客体（如陨石），也包括地球本身。对于微观的客体，则不属于天体，如：尘埃，有机及无机分子，基本粒子，电磁波，引力场等等。

[1.4] 天文学的意义

（1）作为基础学科的作用

       1.认识客观世界

       2.推动其他学科的研究

（2）与生产实际的联系

       1.时间、历法、年代学

       2.大地测量、导航

       3.太阳活动

       4.宇宙航行

       5.彗星与小行星的监测

（3）天文学的哲学意义

     1.丰富了唯物辩证法的内容

     2.充实了唯物辩证法的根本规律

     3.深化了许多具体的哲学范畴

第二节 宇宙概观

[2.1]天文学中的单位

1.天文单位（AU）：地球与太阳之间的平均距离。一天文单位约等于1.5亿千米，记忆时可以通过记住光从太阳运动到地球需要8分钟，与光速（三十万千米每秒）相乘即可得。

2.光年（ly）：光在真空中传播一年所经过的距离，一光年约等于9.5万亿千米，记忆时亦可通过X=V*T的公式计算。

3.秒差距（PC）：日地距离在某处的张角为一角秒，此处的距离。1PC=1AU/sin1”，计算时可以通过把三角函数近似成圆弧来计算，即一角秒的正弦值约等于其对应的弧度值，一秒差距约等于31万亿千米，必须注意这是一个单位，即两秒差距等于两倍一秒差距的长度，而不等于日地距离张角为两角秒时的距离。

4. 各单位之间的换算关系

    1 pc＝ 3.2616 ly

        ＝ 206 265 au

    1 ly＝ 0.307 pc

       ＝ 63 240 au

    1 au＝ 1.5813×10－5 ly

        ＝ 4.848×10－6 pc

[2.2]宇宙的层次结构

1.      随着人类视野的不断发展，人们看到的空间尺度也越来越多，我们可以把天体分为行星层次，恒星层次，星系层次，宇宙层次四个层次

2.      行星层次：这一层次由大大小小的行星组成，最为典型的代表是地球，行星大多绕恒星运转，最近的研究显示也存在流浪于宇宙空间的行星。

3.      恒星层次：典型代表是太阳，它是离地球最近的一颗恒星，也是太阳系的中心天体。恒星彼此距离非常遥远，离太阳最近的恒星离太阳也有4.27光年，部分恒星如太阳拥有恒星系统，也有很多恒星与其他恒星以双星和聚星形式存在。

4.      星系层次：这一层次的代表是银河系，银河系中约有3000亿颗恒星。

5.      宇宙层次：尺度最大的一个天体层次是整个宇宙。约在不足一百年之前，天文学家发现在我们的银河系之外，存在许多形态各异的与银河系尺度不相上下的星系，即河外星系。它们的数量达千亿量级，并且构成了星系团、超星系团等系统，最远的星系离我们已超过100亿光年。所有星系构成了整个宇宙，也可叫做可观测宇宙。

第三节 各种天体

[3.1]行星和卫星

太阳系有八颗行星，按离太阳远近分别是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。除了水星和金星，其他行星都有或多或少的卫星。在太阳系外也发现了很多行星，称之为系外行星。

[3.2]恒星

按照现代天文学的认识，恒星是质量大多介于0.05 ～ 120太阳质量（m⊙）之间，靠自身的能源发出电磁辐射的天体。恒星被称之为恒星是因为它们在天空中几乎观察不到运动，但是，恒星并不是固定不动的，只是距离遥远，使用特殊的工具很容易发现他们在天球中运动。宇宙中有数量惊人的恒星，光光银河系中就有3000亿颗以上，而银河系只是宇宙中数千亿个星系的一员。

[3.3]星团

恒星具有集群分布的特性，除了双星和聚星这种简单的恒星系统之外，还存在着由众多恒星组成的更大系统——星团，星团分为两种：疏散星团和球状星团

1.      疏散星团：疏散星团，顾名思义就是其中恒星分布的较为疏散的星团，这类星团均匀的分布在银河系盘面上，也较为年轻。

一个典型的疏散星团：

2.      球状星团：成员非常密集，整体呈球状，其中的成员通常较为年老，球状星团分布在以银心为中心的大球体（银晕）中。

一个典型的球装星团：

[3.4]星云

构成星云的，是各种星际物质，这些物质主要由气体和尘埃构成，它们填充在恒星间的星际空间，星际物质中密度相对较高的构成了星云

星云按照发光机理分类，可分为三种：暗星云，发射星云，反射星云

暗星云：这种星云本身不发光，也无法被直接观测到，但是因为它们遮挡了背景中的星光，所以在空间中如同一个巨大的空洞，故而得名暗星云。

著名的马头星云就是一个暗星云：

发射星云：这类星云中往往有大质量恒星存在，大质量的恒星温度很高，会发出紫外辐射，紫外辐射是一种电离辐射，能够电离星云中的气体，气体被电离后发光，从而被人们看见，得名发射星云，发射星云通常呈红色。

一个典型的发射星云：

反射星云：反射星云和地球之间往往有恒星存在，这些恒星发出的光会照亮反射星云中的尘埃，被反射的光进入观测者的眼睛，从而得名反射星云，反射星云的颜色与照亮它的恒星有关。

图中蓝色的即为反射星云：

除了上述按照发光原因分类的星云，星云按照成因分类还可分为一下几种：

超新星遗迹：这类星云的成因是超新星爆发，在超新星爆发后，大质量恒星的外层被抛出形成了超新星遗迹，这类星云常常被观测到有体积扩大的趋势，超新星遗迹中常含有中子星或者黑洞。

超新星遗迹：

行星装星云：这类星云由中等质量的恒星在生命末期抛出其外壳得到，通常呈均匀的球形，其中常常有白矮星。

行星状星云：

[3.5]星系

星系是宇宙中一种较大的恒星系统，通常由数千万颗恒星构成。

星系按照外形分类，可分为椭圆星系，透镜星系，漩涡星系，棒旋星系，不规则星系

椭圆星系：整体呈椭圆形，按照离心率从小到大分成E0-E7 8种，其中E0为正圆形，这种星系中年老的恒星较多，星云较少。椭圆星系中质量较大的是宇宙中最大的一种星系，而质量较小的则常为其他星系的卫星星系。

典型的椭圆星系：

透镜星系：这种星系具有盘状结构，但是没有旋臂，被单独归为一类，型号为S0型。

漩涡星系：这种星系由圆球状的核心与盘绕在核心周围的旋臂构成，其中核心处的恒星较为年老，旋臂处的恒星较为年轻，漩涡星系中富含星云，质量中等，通常比最大的椭圆星系小。漩涡星系按照旋臂缠绕的从密到疏分为Sa，Sb，Sc三型。

漩涡星系：

棒旋星系：和漩涡星系几乎相同，唯一的区别是棒旋星系中间没有核球而是一个棒状的核心，银河系是一个棒旋星系。

棒旋星系：

不规则星系：这类星系形状不规则，通常不是一开始就形成的，而是被其他星系通过引力干扰发生了形变形成的，银河系的两个卫星星系（大、小麦哲伦云）就是不规则星系。

不规则星系：

第四节 四季星空

[4.1]天体的周日视运动

地球在自西向东自转，因为运动的相对性，地球上的人们只能观测到所有天体绕着地轴的延伸（称之为天轴）自东向西运动，周期与地球自转周期一致，为24小时左右，这就是天体的周日视运动。

在地球不同纬度的观测者看到的周日视运动形式不同，这是因为不同纬度天极（天轴在天球上的投影）高度不同造成的，如在两极，天极位于天顶，观测者看到的天体都绕着平行于地平线的圆运动；在赤道地区，天极位于地平线上，所有天体沿垂直于地平线的圆运动

三张图分别为两极，赤道，一般地区的情况

[4.2]太阳的周年视运动

由于地球在自转的同时还绕日公转一年里，太阳相对于背景恒星移动一周，而地球自转的平面于公转的平面存在一定夹角，称之为黄赤交角，这导致了太阳每天正午的高度也不同。对于地球上的观测者，把地球赤道面延伸到天球上，称之为天赤道，把地球公转轨道面投影到天球上（即太阳的周年视运动轨迹），称之为黄道，黄道与赤道相交于两点，称之为春分点和秋分点。地球的公转方向是自西向东，故太阳的周年视运动也是自西向东。

天赤道与黄道的简图：

[4.3]黄道星座

黄道星座指的是黄道经过的星座的总称，俗话说黄道十二星座，但是实际上黄道星座有十三个：双鱼座，白羊座，金牛座，双子座，巨蟹座，狮子座，室女座，天秤座，天蝎座，巨蛇座，人马座，摩羯座，宝瓶座。

[4.4]四季星空的变化

因为太阳的周年视运动，太阳在星空背景上的位置在不断变化，而星星只能在晚上看到，故而夜晚看到的星座在一年里也在发生不断的变化。如图所示，如在春季地球上看到太阳在双鱼座，白羊座，金牛座，所以在黑夜人们看到的就是与之相对的室女座，天秤座，天蝎座对应的天区，就是这样，地球上的人们在不同的季节看到不同天空。

[4.5]春季星空

[4.6]夏季星空

[4.7]秋季星空

[4.8]冬季星空