天文学基础知识资料

2024年2月6日发(作者：纸船和风筝教案)

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天文学基础知识

1.星座中星星的命名规则

星座中星星的命名规则是这样的： 按照每颗星星的亮度， 从明到暗， 每颗星各由一个希腊字母代表。当所有二十四个希腊字母用完后，接着再用阿拉伯数字表示。

2.“星等”的概念

“星等”是天文学上对星星明暗程度的一种表示方法，记为

一律用星等来表示， 星等数越小，说明星越亮，星等数每相差

我们肉眼能够看到的最暗的星是

多颗。满月时月亮的亮度相当于

m。 天文学上规定，星的明暗

1，星的亮度大约相差 2.5 倍。

6 等星（ 6m 星）。 天空中亮度在 6 等以上（即星等数小于

3000

-12.6 等（在天文学上写作 -12.6m）；太阳是我们看到的最

24m 的天体。

6），也就是我们可以看到的星有 6000 多颗。当然，每个晚上我们只能看到其中的一半，

亮的天体，它的亮度可达 -26.7m；而当今世界上最大的天文望远镜能看到暗至

我们在这里说的“星等” ，事实上反映的是从地球上“看到的”天体的明暗程度，在天文学上称为“视星等” 。太阳看上去比所有的星星都亮，它的视星等比所有的星星都小得多，这

只是沾了它离地球近的光。更有甚者，象月亮，自己根本不发光，只不过反射些太阳光，就

俨然成了人们眼中第二亮的天体。天文学上还有个 “绝对星等”的概念， 这个数值才真正反映了星星们的实际发光本领。

3.“天球”的概念

天文学上为了与人们的直观感觉相适应，

把天空假想成一个巨大的球面， 这便是天球。 天球

的中心自然就是我们地球， 它的半径无穷大。 天球只是人们的一种假设， 是一种“理想模型” ，

引入天球这一概念，只是为了确定天体位置等方面的需要。

4.“天赤道”和“天极”的概念

天文学上， 确定天体位置的方法与地球表面非常相似，

而且最重要的天球坐标系，就是赤道坐标系。

也是通过经纬坐标系来实现。

最常用

地球赤道所在平面与天球的交线是一个大圆，这个大圆就称为“天赤道”

球上的投影； 向南北两个方向无限延长地球自转轴所在的直线，

，它就是赤道在天

分别 与天球形成两个交点，

叫作北天极和南天极。 “天赤道”和“天极”是天球赤道坐标系的基准。

5.“黄道”与黄道星座

太阳在天球上的“视运动”分为两种情形，即“周日视运动”和“周年视运动”

。“周日视运

动”即太阳每天的东升西落现象，这实质上是由于地球自转引起的一种视觉效果； “周年视运动”指的是地球公转所引起的太阳在星座之间“穿行”的现象。

天文学把太阳在天球上的周年视运动轨迹，称为“黄道”

，也就是地球公转轨道面在天球上

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的投影。 太阳在天球上沿着黄道一年转一圈， 为了确定位置的方便， 人们把黄道划分成了十二等份（每份相当于 30°），每份用邻近的一个星座命名，这些星座就称为黄道星座或黄道十二宫。这样，相当于把一年划分成了十二段，在每段时间里太阳进入一个星座。在西方，一个人出生时太阳正走到哪个星座，就说此人是这个星座的。

由于我们只有白天才能看到太阳， 而这时是看不到星星的。 所以太阳走到哪个星座， 我们就恰好看不见这个星座。也就是说，在我们过生日时，却恰恰看不到自己所属的星座。

6.“赤经”、“赤纬”的概念

在天球的赤道坐标系中，天体的位置根据规定通常用经纬度来表示，称作赤经（α）

（δ）。我们知道，赤道和地球的公转轨道面也就是黄道是不重合的，二者间有

夹角（天文学中称之为“黄赤交角”

在天球上是固定不变的。 黄道自西向东从赤道以南穿到赤道以北的那个交点，

之为“春分点” ，我们把通过这一点的经线定为天球赤道坐标系经线的

同的是，赤经不分东经、西经，它是从

也不是“度” ，而是时间的单位时、分、秒，范围是

地球纬度类似，只是不称作“南纬”和“北纬”

、赤纬

23°左右的

在天文学中称

）。这样，天赤道和黄道就有了两个交点，而这两个交点

0°。 与地球经度不

0°开始自西向东到 360°。而且，它的单位事实上

0-24 时。天球赤道坐标系的纬度规定与

，天球赤纬以北纬为正，南纬为负。

7.“恒显圈”与“恒隐圈”

地球上不同纬度的地区， 所能看到的星座是不一样的。 对于某一地点， 有些星座是永远也看不到的；反过来呢， 有些星座在那儿一年四季都看得见。 对于一个地方来说，到底哪些星座能看到，哪些星座看不到呢？

这里有一个小窍门，假设一个地点的纬度是φ，那么赤纬小于

远看不到。反之，凡是赤纬大于

-(90° - φ )的天体在这里就永

因此，在天文学上，

(90° -φ )的天体，在这里就总能看到。

赤纬 (90° -φ )称为这一地区的“恒显圈”

，而赤纬 -(90° -φ )叫做该地区的“恒隐圈” 。

比如在北京，赤纬

50°就是北京地区的“恒显圈”

，位于赤纬

50°以上的星星老是在天上，

永远也不会落到地平线下面去。而赤纬 -50°叫做北京地区的“恒隐圈” ，位于赤纬 -50°以南的星星在北京就永远也看不到。

而在赤道上（纬度为 0°），即使赤纬是 +90 °和 -90°的天体也能看到。 也就是说，赤道上没有“恒隐圈” ，在赤道上各个位置的天体都看得见。反之，在地球的南北两极，则始终只

能看到半个天空，另一半天空永远看不到，这两处拥有地球上最大的“恒隐圈”

8.“岁差”的概念

地球就象是一个旋转的陀螺， 而陀螺在旋转时， 它的轴并不是垂直于地面完全不动的，

在微微晃动，这种现象在物理学上称为“进动” 。地球也是这样，它的自转轴在天空中的方向是不断变化的，并不总是指向某一固定点，这在天文学上叫做岁差。

而是

。

9.天体的“自行”

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人们肉眼可以看到的星有 6000 多颗。这些星可以分为两类：一种是行星，也就是太阳系的九大行星。古人观测天空，只看到离我们最近的水星、金星、火星、木星、土星，古人发现

这五颗星的位置总在变化，这说明它们在天上不停地走来走去（这种“走动” ，按现在的说法就是行星的“公转” ），因此称它们为“行”星。而对于另一类星，它们在天上的位置看上

去总是固定不变（当然，这必须排除地球自转、公转造成的星星们看上去的“变动” ），所以称它们为“恒”星。

随着科学的发展，人们逐渐认识到宇宙中的运动是绝对的，而“静止”永远是相对现象。大

量观测表明，恒星并不是固定不变的，它们也在运动。天文学上称之为恒星的“自行”

。其

实，恒星的运动如果与视线平行，我们是看不出来的。所以， 自行的真正定义应该是恒星运动垂直于视线的分量。

恒星自行的绝对速度并不慢， 往往比行星的运动速度快得多，都太遥远了，它们跑得再快，从地球上看去也跟静止差不多。置变化就会较为明显。

只不过除太阳外的恒星离我们但经过上万年之后， 恒星的位

10.“双星”、“聚星”和“星团”

不但看上去离得近， 实际距离也很近的两颗星， 通过万有引力互相吸引， 彼此围绕着对方不停地旋转。 只有这种关系， 才能称作现代天文学意义上的双星。 天文学上把双星中比较亮的一颗称为主星，比较暗的那颗称为伴星。

三颗或三颗以上靠引力聚在一起的星，称作“聚星” 。如果聚星的成员超过了 10 个，一般就称之为“星团” 。

11.“双重星系” 、“星系群”和“星系团”

群星璀璨的星系，也和单个的星星类似， 常常三五成群地聚在一起。与双星、聚星和星团类似，我们称他们为“双重星系” 、“星系群”和“星系团” 。对于双重星系，把较大的叫做主星系，较小的称为伴星系。

12.“星云”与“河外星系”的概念

宇宙空间的很多区域并不是绝对的真空， 在恒星际空间内充满着恒星际物质。 恒星际物质的分布是很不均匀的， 其中宇宙尘埃物质密度较大的区域 （此密度仍然远远小于地球上的实验室真空），所观测到的是雾状斑点，称为星云。

星座介绍部分涉及到的星云类型，主要是“亮星云”和“暗星云”两种。星云本身并不能发光，所以“亮星云”其实是借助别人的力量才“发”光的。假如一片星云附近有一颗恒星，

那这个星云就能反射恒星发出的光而现出光亮来， 这就象月亮反射太阳光一样， 这样的亮星云我们称之为反射星云； 还有一类星云， 在它们中间有一颗恒星， 星云吸收恒星的紫外辐射，再把它转变为可见光发射出来，这样我们也能看见这个星云，这样的亮星云叫做发射星云。

如果在一个星云附近和中央都没有恒星，

那这个星云我们就不能看到，

这样的星云我们就叫

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它暗星云。

河外星系（例如室女座和后发座的河外星系） ，指的是银河系之外的其他星系，通常干脆简称为“星系” ，它们都是与银河系属于同一量级的庞大恒星系统。河外星系一般用肉眼看不

见，就是通过一般望远镜去观察，也还是一片雾气，跟星云简直一样。

所以以前人们一直把

它们也当做星云， 称为河外星云。 后来经过深入的研究，

天文学家才发现二者完全是两码事：

河外星云实际上是和我们银河系类似的星系，而上面所说的真正的“星云” ，都是我们银河系的内部成员， 是由气体和尘埃组成的。 因此，现代天文学再也不用 “河外星云” 这个词了，而一律改称“河外星系” 。

13.“变星”的概念

凡是能够观测到亮度变化的恒星，都称为变星。变星主要分为造父变星和食变星两类。

食变星实际上是双星系统造成的， 两颗星彼此绕着对方旋转， 其轨道面恰好和它们与地球的

就把亮星

不再遮光

连线平行。 这样，当比较暗的一颗星转到比较亮的那颗星和我们地球之间的时候，

的光遮住了一部分， 于是总的亮度就减退了。 当这颗暗星转到亮星的一旁或后面，

的时候，系统又恢复了最大观测亮度。这类变星的代表是英仙座的大陵五。

另一类变星的变光现象，

一的直径是我们太阳的

确实是由它自己造成的， 如仙王座的造父一。 天文学家发现， 造父

30 倍，约 4000 万公里。 它就像人体的心脏一样，

总在不停地搏动—

“脉动

500 万公里。 膨胀时它的亮度就减弱，

收缩时亮度就增加，

像造父一这样由于体积的变化导致的变光称为

—膨胀与收缩， 直径前后相差达

搏动的周期也就是它亮度变化的周期。

变星”。有些脉动变星的变光周期与它的亮度有严格的对应关系，利用这一点，天文学家就

可以确定它与地球之间的距离，因此这类变星又有“量天尺”之称。

14.恒星的颜色与其表面温度的关系

其他所有恒星也和太阳一样，是炽热的大火球。不过，它们的表面温度并不相同，

发现，恒星的表面温度越高，它发出的光线的颜色越偏向紫色，温度越低，越偏向红色。因

此，通过恒星的颜色，可以较为粗略地判断出该恒星表面温度的相对高低。

天文学家

天文学常数

长 度

1 天文单位（ AU ） =1.E11 米

1 光年 =9.460536E15 米 =63239.8 天文单位

1 秒差距（ PC） =3.085678E16 米 =206264.8 天文单位

1 英里 =1.609344 公里

1 埃 =1E-8 厘米 =1E-10 米

=3.261631 光年

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时 间

日：

平恒星日（从春分点到春分点）

=86164.094

平太阳秒

=86164.102 平太阳秒

地球平均自转周期（从恒星到恒星）

平太阳日

=86400

平太阳秒

月：

交点月 =27.21222 日 =27 日 5 时 5 分 35.808 秒

分点月（春分点到春分点）

=27.32158 日 =27 日 7时 43 分 4.512 秒

近点月 =27.55455 日 =27 日 13 时 18 分 33.124

秒

朔望月 =29.53059 日 =29 日 12 时 44 分 2.976

秒

恒星时 =27.32166 日 =27 日 7 时 43 分 11.424

秒

年： 食年（黄白交点到黄白交点）

=346.6200 日

回归年（春分点到春分点）

=365.2422 日

格里历年 =365.2425 日

儒略年 =365.2500 日

恒星年 =365.2564 日

近点年 =365.2596

1. 宇宙：全部时间、空间和所有天体的总称。

2. 天体：即大气层以外的物体，包括日月星辰和人造天体在内。

3. 天球：以观察者为中心，以足够远的距离为半径作一个球面，观察者所看到的

天体的位置就是天体投影在这个球面上的图像，

人们可以借助几何学知识，

用球面上的坐标

来表示天体的位置。 至于天体到观察者之间的距离是感觉不到的， 也不能用球面坐标来表达，天文学上称这样一个球面为天球。

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4. 天穹及地平圈：人们仰望天空时，直观感觉到与地平线相接的半个球面称之为“天穹” ，它是天球的一部分。 当一个人站在地面上某一地点时， 他所见到的天与地相接的大圆为地平

圈，也就是天穹与地平线相接的大圆。

5. 天赤道：地球赤道平面延展以后与天球相交的大圆即为天赤道。

6．黄道：地球绕太阳公转的轨道平面延展以后与天球相交的另一个大圆。

7．黄赤交角及度数：黄道与赤道的交角就是地球自转轴倾斜的角度，称为黄赤交角，约等

于 23° 26′。

8．天文单位及数值：以一个假想的、质量为零的无摄动行星，公转周期为

椭圆轨道的半长径

.一般可任为是地球到太阳的平均距离

365.26 历书日的

,长度约

1Au =0km 。）

,或地球公转规道的半长径

为 1.5 亿公里，以 Au 表示。（ 1976 年国际天文联合会天文常数系统所取的值为：

9．光年及数值：天文上常用的一种尺度单位叫光年，即以光速走一年所通过的路程。一光年约为 9.5× 1015 米。

10．秒差距及数值：秒差距是一个便于理论计算的距离单位，约等于

视差值刚好等于

1"的恒星距离，符号为

3.26 光年。其定义为

pc，1pc=206265Au ≈ 3.26 光年。

二、何谓恒星、 星座？国际天文联合会将全区划分为多少个星座？我国古代又是如何划分和命名星空的？（ 20 分）

答：恒星是指自身可以通过聚变反应发光，辐射出巨大能量的星体，而它们在天体

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上的相对位置基本不变的星体。

星系是由一定数目的天体相互作用形成的系统。

星座是为了

辨认恒星而使用的一种划分天空区域的方法， 每个星座占一定的天区， 按该区域中恒星的排布图形，用希腊神话中的人屋、动物和器俱等命名。

国际天文联合会将全天区划分为 88 个星座。我国古代的命名法是将星空分为若干星官，北极附近的一些星官分属三垣： 紫微垣、 太微垣和天市垣。 延着黄道的二十八个星官称为二十八宿。

三、简述太阳系和太阳系的基本结构及组成成员。

（20 分）

答：太阳系共有九大行星，

66 个卫星，还有一些其它小天替，处于主导地位的是中心的恒

99.86%.从中心到边缘

,太阳系中九大行星的排布为：

星——太阳，其质量占太阳系总质量的

水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星。除了行星、卫星、小行

星、彗星这些密集的小天体外， 太阳系还存在着辐射带、 磁层和太阳风这些连续形态和离散的离子形态的物质。

太阳的直径约为

140 万公里，质量 2× 1030 千克，平均密度

1.4g/cm3 。其分层

结构从中心向外依次为：核反应区；辐射区；对流区或对流层；光球层；色球层；日冕。

四、试说明全波段天文学是指什麽含义？（

20 分）

答：全波段天文学是指从波长最长的无线电波到波长最短的 射线，天体发出的所有电磁波都落在天文学家的视野之内，基于这种层次上的天文学研究， 就是全波段天文学。 最初，人类只能利用光学望远镜接收光学波段的天体辐射； 二战后， 无线电技术用于天文观测， 开辟了射电天文学， 加大了观察宇宙的范围， 红外材料的运用又扩大了观测范围， 使红外波段的

观测成为可能；星载天文仪器、各种专用天文卫星、宇宙飞船、轨道天文台、轨道空间站和

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空间望远镜都加入到了天文观测的行列，人类探索宇宙的历程发展到全波段天文学的新阶段，天文学家的视野更开阔了 ,人类认识宇宙的能力达到了前所未有的高度。

五、简述现代“标准宇宙模型”的内容及大爆炸的宇宙进程？（

20 分）

答：“标准宇宙模型”也就是“大爆炸宇宙模型”

的原始基本粒子突发膨胀而开始创生的，

，其基本内容是：宇宙是由高温高压状太下

由膨胀导

电子等， 逐渐产生由轻到重

恒星等宇宙中的

这些基本粒子开始时几乎全部都是中子，

各种粒子进一步形成星系、

致的温度下降， 使中子按照放射性衰变过程自由的转化为质子、

的各种化学元素。 随着整个宇宙的膨胀和降温，

天体，然后沿着天体演化的阶梯一直延续到现在。

大爆炸的宇宙基本进程：

第一个画面，时标

10－ 4 秒，温度 >10 万亿开，宇宙温度大于强子的阈温；第二个画面，时

13.82 秒，温度 30

3

标 0.01 秒，温度 1000 亿开，宇宙温度小于强子阈温；第三个画面，时标

亿开，此时宇宙温度小于轻子的阈温，轻子不再由光子碰撞产生出来；第四个画面，时标

分 40 秒，温度 9 亿开，此时宇宙温度远小于轻子的阈温，所有能量转化为物质的反应都已

停止，物质已全部产生出来；第五个画面，时标

度低到原子核和电子可以组成原子，

透明。 宇宙的尺度虽已膨胀到相当的规模，

70 万年，温度

3000 开，在此之前，宇宙温

宇宙变得对辐射

自由电子突然消失光子可以自由穿行，

但各种物质粒子大体均匀分布在空间中，

在此之

后的漫长时间里， 宇宙膨胀降温， 辐射压力越来越小， 直至阻止不了星系级乃至恒星级质量的成团屋质在万有引力作用下凝聚压缩。这时，星系和恒星就逐渐形成；第六个画面，在150～

200 亿年，温度 2.7 开，宇宙依然在膨胀。