基礎(chǔ)天文考試復(fù)習(xí)提綱

1、第二講：望遠鏡與探測器望遠鏡性能指標(biāo)：聚光能力，也就是有效口徑；天體成像亮度有效鏡面面積有效口徑D2，也就是鏡面越大越好。角分辨能力，取決于光的衍射。分辨本領(lǐng)=1.22/𝑫（弧度）。實用公式：=0.25”*(微米)/D(米)（默認為0.55um）。天文臺址要求：天光背景暗、視寧度好、晴夜數(shù)多、干燥、風(fēng)小、遠離人煙又交通便利、政局穩(wěn)定為何需要建空間望遠鏡？由于大氣窗口，很多波段只能在太空觀測不受大氣影響，圖像質(zhì)量可直接達衍射極限極低的背景天光，大大提升探測靈敏度不受環(huán)境影響，如地面燈光不受天氣影響，如刮風(fēng)下雨第三講：天球坐標(biāo)系；時間與歷法球面三角公式：cos a=cos b co

2、s c + sin b sin c cos A,四方點：天子午圈與真地平相交的兩點為南北點，（靠近北天極的為北點）天赤道與真地平相交的兩點為東西點。（同樣，離北天極較近的為夏至點。）地球表面的冷暖差距不是日地距離差造成的，而是太陽照射角度不同造成的。天體的周日視運動： 永不下落天體：（900）永不上升天體：（900）恒星時(sidereal time： S)：定義：以春分點的周日視運動為依據(jù)建立的時間系統(tǒng)。時間單位：恒星日->春分點連續(xù)兩次上中天的時間間隔。真太陽時(true solar time):定義：以太陽視圓面中心的周日視運動為依據(jù)建立的時間系統(tǒng)。時間單位：真太陽日真太陽連續(xù)兩次

3、下中天的時間間隔。太陽在周日視運動的同時，又以逆時針方向做周年視運動，每日在黃道上自西向東約運行1度，因此真太陽時比恒星時約長4分鐘。協(xié)調(diào)世界時（coordinated universal time, UTC）（協(xié)調(diào)原子時秒長與世界時時刻的時間計量系統(tǒng)）：由于世界時的秒長逐年增加,勢必造成世界時落后于原子時，一年內(nèi)可累計達1秒左右。為避免原子時與世界時產(chǎn)生太大的偏離，1972年決定采用UTC系統(tǒng)。調(diào)整時刻：每年首選是12月31日和6月30日或 3月31日和9月30日的最后一秒，由國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)中心局（IERS）根據(jù)天文觀測做出決定，并預(yù)先通知。儒略歷：置閏：每隔三年一閏，閏年366天，加在2

4、月。平均歷年長： 365.25日；回歸年長：365.2422日。格里哥里歷：置閏：凡是年數(shù)可被四整除的為閏年，世紀(jì)年如1600，1700，1800，要被400整除才是閏年。平均歷年長：365.2425；回歸年長：365.2422日。儒略日（一種不用年、月的長期紀(jì)日法）：起算點：公元前4713年儒略歷1月1日世界時12點（正午）。約化儒略日（MJD，Modified Julian Date）：起算點：1858.11.17 世界時零時MJDJD 2,400,000.5 （式中.5表示把起算點從正午改為子夜）第四講：天體運動；測距；測光當(dāng)行星與太陽角距離達到最大值時，稱為“大距” 。水星的大距角在1

5、8 28°之間，金星的大距則在45°48°之間。行星的會合周期(Synodic Period) ：內(nèi)行星：1/S = 1/T內(nèi) 1/TE； 外行星：1/S = 1/TE 1/T外行星距離的提丟斯-波德定則(Titius-Bode law)：an = 0.4+0.3×2n-2 (AU) (水星n=-, 金星n=2, 地球n=3,火星n=4,小行星n=5,木星n=6)開普勒第三定律：不同行星在軌道上公轉(zhuǎn)周期 T 的平方與行星軌道半長徑 a 的立方成正比 （調(diào)合定律），即地球的直徑大約是月球的4倍，所以在月球軌道處、地球本影的直徑仍相當(dāng)于月球直徑的2.5倍左右

6、，所以絕不會出現(xiàn)“月環(huán)食”。天文單位（A.U.）: 平均日地距離（1天文單位=1億5千萬公里= 1.496×1011米）。光年（L.Y.）：1LY = 9.46×1015米1 秒差距是周年視差為1的恒星的距離：1 秒差距 (pc) = 3.086×1016米=3.26光年 恒星距離的測定：三角視差法 (trignometric parallax) ：利用三角法測量恒星的距離；基線越長，可測量的恒星距離越遠。三角視差測距法只適用于近距離（30-500 pc）的恒星。（周年視差 (annual parallax)以地球軌道半長徑作為基線測量恒星的距離；周年視差是恒星相

7、對于地球軌道半長徑所張的夾角。）造父變星的周光關(guān)系測量法。（最遠距離：20 Mpc）標(biāo)準(zhǔn)燭光法（Standard candle）: L=4D2F。L=constant -> from apparent brightness F can determine Distance D紅移法：1929年Hubble等發(fā)現(xiàn)由星系譜線紅移（z=/0-1）得到的星系退行速度V與星系的距離D成正比，稱為哈勃定律 VH0×D。其中哈勃常數(shù)H070 km*s-1/Mpc。視星等m并不反映天體的真實亮度(因距離可不同)，人們將天體置于10pc(32.6ly)距離處的視星等,可實際反映天體的光度。天體在

8、此距離的視星等叫絕對星等(M)。M=m+5-5 log10 d(pc)絕對星等M與光度L的關(guān)系：M1-M2 =-2.5 log (L1/L2)大氣透射率與波長和天頂距z有關(guān)，z<60o時，大氣質(zhì)量m(z)=1/cos z。消光后星等mz與大氣外星等m0關(guān)系：mz-m0=km(z),k為大氣消光系數(shù)。觀測一顆星在一系列天頂距的星等mz和相應(yīng)的大氣質(zhì)量m(z)，畫mz - m(z)直線(布格直線)，求截距（m(z)=0時）可得與大氣外星等m0，求斜率可得大氣消光系數(shù)k。譜分辨本領(lǐng)(spectral resolution power)：分辨最小波長差的能力，R=/ (R越大，能分辨越小)。棱鏡

9、的分辨率一般為465-147左右。第五講：太陽系太陽系成員：1、太陽2、環(huán)繞太陽的天體a、八大行星b、矮行星c、太陽系小天體：小行星、彗星、流星、隕石。3、行星際物質(zhì)和太陽風(fēng)。類地行星：石質(zhì)行星，水星、金星、地球、火星。特征：體積、質(zhì)量小、密度大、有堅硬的巖石外殼、中心有鐵鎳核、金屬含量高、自轉(zhuǎn)慢、衛(wèi)星少、沒有環(huán)。(地球主要含F(xiàn)e, O, Si, Mg等)巨行星：木星、土星、天王星、海王星特征：體積大、密度小、無固體表面的流體行星、自轉(zhuǎn)快、衛(wèi)星多，有環(huán)帶。木星、土星：主要由H 、He組成；天王星、海王星：主要成分是水、甲烷和氨?；鹦牵夯鹦堑拇髿膺h比地球大氣稀薄，氣壓僅為地球大氣壓的0.5 0.

10、8 。其主要成份是二氧化碳，占95;氮占3，水汽僅占0.01?；鹦窃茖拥闹饕煞质歉杀?。由于火星大氣稀薄而干燥，使火星表面的晝夜溫差變化很大，白天赤道附近最高可達20，晚上最低溫度降到-80。矮行星：和行星一樣圍繞太陽運動，達到流體靜力學(xué)平衡，形態(tài)近球體，唯一的區(qū)別在于矮行星未能清楚軌道內(nèi)的其他小行星，彗星等天體。目前海王星外區(qū)域發(fā)現(xiàn)的矮行星包括2006年列出的冥王星（Pluto）、齊娜(鬩神星)（Eris）、以及2008年歸入此類的妊神星（Haumea）、鳥神星（Makemake）。其中最著名的冥王星（Pluto），2006年前一直被視為第九大行星。由于其總質(zhì)量僅為軌道內(nèi)天體總質(zhì)量的7%，即

11、未能清除軌道內(nèi)其他天體，因此被歸類為矮行星。太陽系小天體：太陽系內(nèi)除行星、矮行星、自然衛(wèi)星外的天體，包括所有的彗星，除已定義為矮行星的所有小行星，特洛伊天體，半人馬小行星（軌道半長軸介于木星和海王星之間，軌道穿過一個或者多個巨行星）。探測系外行星的主要方法：Indirect methods(commonly used):Radial Velocity(Doppler technique)(視向速度)Transit（掩食）Microlensing(微引力透鏡)Kepler衛(wèi)星：Precisely measures the light variations from thousands of di

12、stant stars, looking for planetary transits.第六講：太陽太陽的物理性質(zhì)：太陽半徑：695,500公里，是地球半徑的109倍質(zhì)量：1.989×1030千克,是地球的33萬倍太陽光度：3.854×1026瓦（3.854×1033 erg/s）太陽的化學(xué)組成：氫（73.5%）、氦（24.8%）、氧（0.788%）。太陽與恒星的能源：熱核聚變反應(yīng)：核子1 + 核子2 -> 核子3 + 能量太陽中微子失蹤案: 實際測量到的太陽中微子數(shù)目只有理論計算值的約1/3。2001年，SNO的觀測結(jié)果證實中微子事實上沒有失蹤，只是在離開

13、太陽后轉(zhuǎn)化成中微子和中微子，躲過了此前的探測，同時間接證明中微子具有質(zhì)量。太陽內(nèi)部：太陽大氣有三組成部分：光球、色球、日冕。太陽活動：太陽黑子、日珥、耀斑（色球爆發(fā)）。太陽黑子原理：第七講：恒星演化典型恒星：光度范圍：10-5至106L；質(zhì)量在0.1M(褐矮星)到120 M(超巨星)之間；恒星半徑范圍：從小于0.01R到大于100R。光譜型：（口訣：Oh, Be A Fine Girl, Kiss Me!）赫羅圖：典型恒星的演化通常要經(jīng)歷: 核心氫燃燒的主序星階段(Main Sequence ) 核心氫燃燒枯竭后的紅巨星階段(Red Giant Branch ) 進入核心氦燃燒的水平支階段(H

14、orizontal Branch ) 核心氦燃燒枯竭后的漸進巨星支階段(Asymptotic Giant Branch, AGB) 小質(zhì)量恒星形成行星狀星云(PN)和白矮星(WD)/大質(zhì)量恒星經(jīng)過超新星爆發(fā)形成中子星或黑洞質(zhì)光關(guān)系: 對主序星，指數(shù)在3.5到4.0之間：L/L=(M/M)4.0±0.02 for 0.4M<M<10ML/L=(M/M)3.6±0.1 for 5MM40M 恒星半徑：第八講：雙星與變星雙星的類型：目視雙星、分光雙星、食變雙星（子星相互交食造成亮度變化的雙星）內(nèi)臨界等勢面:同時包絡(luò)兩顆子星并且相接于其間一點(L1)的等勢面；在L1(內(nèi)

15、拉格朗日點),兩顆子星對物質(zhì)產(chǎn)生的作用力正好相等,Roche勢達極大值洛希瓣:由臨界等勢面包圍的空間根據(jù)雙星中的一顆或兩顆子星是否充滿洛希瓣,可以將雙星分為:不相接雙星（兩顆子星均未充滿洛希瓣）、半相接雙星（顆子星充滿洛希瓣,如天琴）、相接雙星（兩顆子星均充滿洛希瓣,有共同對流包層，如大熊W）大陵佯謬:質(zhì)量小的恒星（0.8 M）已是亞巨星，而質(zhì)量大的仍為主序星，為何質(zhì)量小的反而演化得快？根據(jù)恒星演化理論，質(zhì)量越大的恒星主序壽命越短，應(yīng)越早進入巨星階段。解釋：亞巨星子星的前身星是此雙星系統(tǒng)中質(zhì)量較大的主序星,它先演化充滿洛希瓣，物質(zhì)傳輸使得兩子星的質(zhì)量發(fā)生逆轉(zhuǎn)。變星（光變）通常分為三類: 脈動變

16、星（pulsating）、爆發(fā)變星（eruptive）、食變（eclipsing variables）脈動變星分類：經(jīng)典造父變星（I型）：銀道面附近，星族I，光度大室女W造父變星（II型）：遠離銀道面，星族II，年齡大天琴RR 型星：周期短（<1天），光度?。ㄔ旄缸冃堑墓庾冎饕獊碜员砻鏈囟鹊淖兓遗c半徑變化反位相）爆發(fā)變星包括激變變星和超新星。激變變星：包含一顆白矮星的半相接雙星。分類：新星(novae)、再發(fā)新星(recurrent novae)、類新星變星(nova-like variables)、矮新星(dwarf novae)、磁激變變星（magnetic white dwar

17、f binaries）超新星：大質(zhì)量恒星死亡前的爆炸過程（或白矮星吸積超過1.4 M后的爆炸過程（Ia）。爆發(fā)規(guī)模遠大于新星，爆發(fā)時釋放總能量1044-1048J, 亮度突然增加一百億倍，變幅超過17等，比一般星系總光度還亮。分類：根據(jù)光譜譜線的差異，分成I型超新星和II型超新星。I型：光譜中沒有氫線；II型：有氫線。II型超新星在峰值后光度的變化會有一個平臺。（如超新星1987A）第九講：致密天體白矮星基本特征：質(zhì)量M 0.2-1.2 M(平均0.6 M) ；半徑R 5×108-109cm ；白矮星質(zhì)量上限(Chandrasekhar極限質(zhì)量)：對He白矮星,Mch1.44 M/對

18、CO白矮星,Mch1.4 M。中子星：特征質(zhì)量M1.4 M, 半徑R10 km。脈沖星的斜轉(zhuǎn)子模型：傾斜自轉(zhuǎn)的磁中子星；脈沖周期= 自轉(zhuǎn)周期；輻射能源:中子星轉(zhuǎn)動能；輻射機制：磁偶極輻射 B 108-1013G。燈塔效應(yīng)：強磁場 輻射呈束狀；傾斜轉(zhuǎn)子 輻射周期性掃過觀測者產(chǎn)生脈沖信號。根據(jù)無毛定理，黑洞可分為按黑洞的質(zhì)量來劃分：原初(Primordial )黑洞：宇宙大爆炸產(chǎn)生,其中一些(1015g)正在死亡；恒星級(Stellar Mass)黑洞( 10M)：大質(zhì)量恒星死亡的產(chǎn)物；中等質(zhì)量(Intermediate Mass)黑洞( 103M)：星團內(nèi)部大質(zhì)量恒星死亡的產(chǎn)物？超大質(zhì)量(Sup

19、ermassive )的黑洞( 106-109M)：存在于許多星系的中心。伽瑪暴(Gamma-Ray Bursts)是來自宇宙空間的伽瑪射線在短時間內(nèi)突然增強的現(xiàn)象。The isotropic distribution（各向同性分布）means that the bursts must originate at cosmological distances, far beyond our Milky Way galaxy.第十講：星團、星系介質(zhì)疏散星團 球狀星團星際介質(zhì)主要包括星際氣體和星際塵埃。星際氣體主要由H構(gòu)成（90%按數(shù)密度），其次為He（9%），以及少量金屬元素；按不同環(huán)境下H的存在

20、方式不同，可以分為電離氣體、中性原子氣體和分子氣體。（后兩種在銀河系占比最多。）星際塵埃成分：硅（silicate）或石墨（graphite）微粒, 外面被冰或二氧化碳包裹。星際消光：星際塵埃對星光的吸收和散射造成星光強度的減弱。星際紅化：星際塵埃對星光的散射隨波長的變化而不同,對藍光散射較多而對紅光散射較少,因而造成星光顏色偏紅。星際塵?？梢杂行У匚展鈱W(xué)和紫外光子，在紅外波段產(chǎn)生輻射。第十一講：銀河系銀河系主要成分：銀盤（disk）、核球（bulge）、銀暈（halo）。銀河系是一個具有旋渦結(jié)構(gòu)的盤狀星系。質(zhì)量1012M，直徑105ly (>30 kpc)星族I恒星：年輕的、富金屬恒

21、星（金屬豐度為太陽值的0.1-2.5倍）主要位于銀盤中，繞銀心作圓軌道運動；如疏散星團星族II恒星：年老的、貧金屬恒星（金屬豐度為太陽值的0.001-0.03倍），主要位于銀暈和核球中，以銀心作為中心球?qū)ΨQ分布繞銀心作無規(guī)則的橢圓軌道運動；如球狀星團。由銀心附近恒星的運動推測在銀心集中了4×106 M的質(zhì)量；人馬座(Sagittarius)A的尺度<10AU -> 超大質(zhì)量的黑洞銀河系的起源：初始狀態(tài)：約100-140億年前，原初氣體云（只由H和He構(gòu)成，沒有重元素）(100 kpc) 在引力作用下坍縮；有可能由幾塊較小的云并和成一塊大的；在坍縮過程中形成致密的核心和云塊

22、；云塊在坍縮過程中不斷碎裂成為更小的團塊銀暈形成：約100億年前，團塊形成第一代（星族II）恒星（球狀星團）；球狀星團保持坍縮氣體云的特征：球?qū)ΨQ分布，以無規(guī)則軌道繞銀心旋轉(zhuǎn)。第一代恒星中的超新星爆發(fā)使氣體云中重元素豐度逐漸增大，迄今球狀星團中的恒星只剩下低質(zhì)量恒星。銀盤形成：氣體收縮的同時旋轉(zhuǎn)加快，形狀變扁，銀盤出現(xiàn)；銀盤密度不斷增加，第一代星族I恒星形成，恒星以圓軌道繞銀心轉(zhuǎn)動；隨著恒星的演化和超新星爆發(fā)，新生恒星金屬元素豐度逐漸增加銀河系外暈可能形成于銀河系和其他小星系間的相互作用。第十二講：河外星系1924年，哈勃分解出“仙女座大星云”(M31) 中的造父變星。證實“仙女座大星云”確實

23、是恒星系統(tǒng)。由造父變星周光關(guān)系估計“仙女座大星云”的距離150 kpc（實際距離800kpc）> 銀河系最遠的球狀星團的距離(100 kpc)。->因此“仙女座大星云”必定是河外星系!根據(jù)星系形態(tài)的不同，哈勃首先提出星系可以分為橢圓星系(E)、透鏡狀星系(S0/SB0)、旋渦星系(S)、棒旋星系(SB)和不規(guī)則星系(Irr)5種類型，稱為哈勃分類。銀河系可能是一個SBb或SBc型星系。自下而上模型（bottom-up）:較小的（106M)、不規(guī)則星系首先形成；星系合并形成較大的（109-1011M）星系；在引力的作用下聚集成星系團和超星系團，產(chǎn)生星系團間的巨洞。觀測證據(jù)：Hubbl

24、e空間望遠鏡的深場觀測發(fā)現(xiàn)位于2000 Mpc距離之外存在大量的不規(guī)則的小星系（超過同類星系在近距離星系中的比例）。本星系群(the Local Group)：銀河系所處的星系群，大小約1Mpc。由銀河系、仙女星系（M 31）等附近約30個星系組成。包含3個旋渦星系（銀河系、M 31、M 33），4個不規(guī)則星系（大、小麥哲倫云等），和20多個橢圓星系。不規(guī)則星系團形態(tài)松散，主要由旋渦星系組成規(guī)則星系團結(jié)構(gòu)致密、球?qū)ΨQ分布，主要由橢圓星系和透鏡狀星系組成活動星系（表現(xiàn)出強烈的活動性）：射電星系（radio galaxies）、賽弗特星系(Seyfertgalaxies)、蝎虎（BL Lac）天體、類星體(quasars)星系的活動源于核心區(qū)域（活動星系核）超大質(zhì)量（106-1010 M）的黑洞，黑洞的物質(zhì)吸積提供了活動星系的能源。黑洞吸積盤周圍區(qū)域的結(jié)構(gòu)(1)寬發(fā)射線區(qū)，大小約幾光月，其中電離氣體具有較高的（104km/s）運動速度；(2)窄發(fā)射線區(qū)，大小約10-104光年，其中電離氣體具有較低的（103km/s）運動速度。(3)塵埃環(huán)，在寬線區(qū)和窄線區(qū)之間，大小約10-103光年。第十三講：宇宙學(xué)宇宙學(xué)原理：在大尺度上宇宙是均勻的；在大尺度上宇宙是各項