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1、第一章 地球的宇宙环境第1页，共137页，编辑于2022年，星期二第一节第一节 天体和天球天体和天球一、天体和天体系统一、天体和天体系统1 1、天体、天体 天体:在天空中被观测到的、存在于地球大气层以外的物体。包括自然天体和人造天体。自然天体：自然天体：恒星、行星、卫星、彗星、流星体、星云、星系、恒星、行星、卫星、彗星、流星体、星云、星系、星际物质、红外源、射电源、星际物质、红外源、射电源、x x射线源、射线源、r r射线源射线源 人造天体：人造天体：人造卫星、宇宙飞船和天空实验室。人造卫星、宇宙飞船和天空实验室。空中漂浮的云、漂游的气球和运行的飞机是否属于天体？空中漂浮的云、漂游的气球和运行
2、的飞机是否属于天体？2 2、天体系统、天体系统 运动着的天体因相互吸引和相互绕转而构成天体系统。运动着的天体因相互吸引和相互绕转而构成天体系统。“运动着运动着”和和“相互吸引相互吸引”二者缺一不可。二者缺一不可。如果只有天体的惯性直线运动而没有相互吸引，那么各种天体就会横冲直撞，杂乱无章，这样就不会形成天体系统；如果只有相互吸引，而没有天体的惯性运动，最终宇宙物质将聚集一团，也不会形成天体系统。第2页，共137页，编辑于2022年，星期二二、天穹和天球二、天穹和天球 天穹天穹:地平面以上的半球形天空。天穹给人们两点印象：一是无论我们走到哪里，总天穹给人们两点印象：一是无论我们走到哪里，总觉得自
3、己处在天穹的中心位置；二是天穹上镶嵌的日月星觉得自己处在天穹的中心位置；二是天穹上镶嵌的日月星辰各种天体似乎是等距的。辰各种天体似乎是等距的。天球天球:地平面上下两个半球形天空合起来就构成了完整的球形。天球天球以观测者（地心）为球心，以无限远为半径（半以观测者（地心）为球心，以无限远为半径（半径任意），包含一切天体的假想球面。径任意），包含一切天体的假想球面。天球是人们根据天穹现象，按照两个条件设想出来的：第一，它的球心是地心或者说是人的眼睛；第二，第一，它的球心是地心或者说是人的眼睛；第二，它的半径是无穷大的它的半径是无穷大的。第3页，共137页，编辑于2022年，星期二利用天球是为了研究天
4、体的位置和运动。利用天球是为了研究天体的位置和运动。天体的位置天体的位置就是人们从地球上看天体的方向或者说看天体在天球上的投影位置。天体的运动天体的运动就是天体位置的变化。天体的位置和运动也叫天体的视位置和视运动。通常人们所说的天球都是地心天球，但在说明地球公转时，也使用日心天球。第4页，共137页，编辑于2022年，星期二第二节第二节 星星 座座一、星座概述一、星座概述 在晴朗无月的夜晚，抬头仰望星空，繁星密布，数不胜数。那么全天有多少颗星呢？我们说天上星的总数是无限的，而我们肉眼可见的则是有限的。在正常情况下能看到6000颗左右，而在同一时间，同一地点只能看到3000颗左右，如果用望远镜观
5、测的话可以看到几亿颗。银河系的总星数约1500亿颗左右，目前已发现的约10亿颗。我们肉眼所见的恒星，几乎都属于银河系的成员。为了辨认恒星的方便，人们建立了星座系统。第5页，共137页，编辑于2022年，星期二1 1、西方天文学的星座（天球分区）、西方天文学的星座（天球分区）星座星座就是根据恒星之间相互位置所构成就是根据恒星之间相互位置所构成的图形将天空划分的区域。的图形将天空划分的区域。1928年国际天文学联合会规定全天星空划分为8888个星座，个星座，其中北天29个，黄道12个，南天47个。每颗恒星都从属于某一个星座，都有姓名，所谓姓就是它所在的星座，名就是它在星座中的序号或代码，通常是按亮
6、度顺序用希腊字母或数字标出。在一个星座中最亮星称为星、次亮星称为星，依次类推星、星、星、星、星超出24个希腊字母，用数字表示，如天鹅座61星、大熊座80星等。第6页，共137页，编辑于2022年，星期二 对于一些亮星，中国古人还授予专名，如天琴座星（织女）、天鹰座星（牛郎）、大犬座星（天狼）等。星座大小相差悬殊，所含星数也各不相同，星座内的天体不一定有物理联系。不同纬度地区在不同季节内所见星空（即与太阳赤经相差180附近的星空）区域不同。在对待星座的态度上，天文学和占星学各行其道，天文学是观测和研究天体、探索宇宙奥妙的一门科学；占星学是利用星座和天象来决定人的命运的神秘信仰。黄道十二星座为：双
7、鱼白羊金牛座，双子巨蟹狮子座，室女天称天蝎座，人马摩羯宝瓶座。第7页，共137页，编辑于2022年，星期二2 2、我国古代的星空区划、我国古代的星空区划 中国古代天文学把星空分成若干个小区域，称为中国古代天文学把星空分成若干个小区域，称为“星官星官”。在众多的星官中三垣、四象、二十八宿占。在众多的星官中三垣、四象、二十八宿占有很重要的地位，它们是我国古代星空的区划体系，有很重要的地位，它们是我国古代星空的区划体系，跟今天的星座相类似。跟今天的星座相类似。三垣三垣是指紫微垣、太微垣、天市垣。紫微垣包括天是指紫微垣、太微垣、天市垣。紫微垣包括天北极附近的天区，有小熊、大熊、仙王、仙后、天龙北极附近
8、的天区，有小熊、大熊、仙王、仙后、天龙等星座；太微垣包括室女、后发、狮子等星座的一部等星座；太微垣包括室女、后发、狮子等星座的一部分。天市垣包括蛇夫、武仙、巨蛇、天鹰等星座的一分。天市垣包括蛇夫、武仙、巨蛇、天鹰等星座的一部分。部分。二十八宿二十八宿是古人为了观测日月五星的运动而在黄道附近是古人为了观测日月五星的运动而在黄道附近和白道附近选择的和白道附近选择的2828个星官。个星官。第8页，共137页，编辑于2022年，星期二 2828宿可分为四组，每组七宿，分别与四个地平方位、宿可分为四组，每组七宿，分别与四个地平方位、四种动物形象相匹配，称为四种动物形象相匹配，称为四象四象，即东方苍龙、北
9、方玄武、，即东方苍龙、北方玄武、西方白虎、南方朱雀。西方白虎、南方朱雀。角、亢、氐、房、心、尾、箕角、亢、氐、房、心、尾、箕,苍龙象苍龙象，代表东方；，代表东方；斗、牛、女、虚、危、室、壁斗、牛、女、虚、危、室、壁,玄武象玄武象，代表北方；，代表北方；奎、娄、胃、昴、毕、觜、参奎、娄、胃、昴、毕、觜、参,白虎象白虎象，代表西方；，代表西方；井、鬼、柳、星、张、翼、轸井、鬼、柳、星、张、翼、轸,朱雀象朱雀象，代表南方。，代表南方。第9页，共137页，编辑于2022年，星期二3 3、四瓣星图、四瓣星图 为了辨认恒星的方便，已故的华东师大金祖孟和陈自悟教授研究发明了分区星图，即书中的四瓣星图（P19
10、2）。四瓣星图有两大特点四瓣星图有两大特点：其一，它针对初学者的情况将茫茫星空分成四大星区，其一，它针对初学者的情况将茫茫星空分成四大星区，每一瓣就是一个星区。每一瓣就是一个星区。星区的划分是按赤经划分的。赤经属于天球坐标系中的赤道坐标系，相当于地理坐标系中的地理经度，它的度量是以春分点为起点，在天赤道上向东度量的，它既可以用角度单位（0360），也可以用时间单位（024时）。每个星区各跨赤经6时，即90，各区中央赤经分别是0h、6h、12h、18h。每一星区都以其主要的拱极星座命名，分别称为仙后、御夫、大熊、天琴星区。其二，其二，大力进行简化。在全天恒星中精选了20个星座和120颗恒星，图面
11、简洁清晰。另外，P193第10页，共137页，编辑于2022年，星期二 对于这两张图四瓣星图，请同学们重点掌握以下几方面。（1 1）掌握恒星、星座和星区之间的相互位置）掌握恒星、星座和星区之间的相互位置 东西位置：东西位置：因为赤经是向东度量的，因而向赤经大的方向是东，反之为西。不过这样的东西方向是相对而言的，而每个星区的东西方向则是绝对的，左边是东，右边是西，如果把四瓣星图水平放置，东西方向则更好理解。南北位置：南北位置：四瓣星图共同交点是天北极或北极星，在每个星区中向北就是向天北极方向，向南就是向天南极的方向。第11页，共137页，编辑于2022年，星期二（2 2）掌握各个星区的主要星座及
12、其构成的图形）掌握各个星区的主要星座及其构成的图形 仙后星区仙后星区：四个星座。仙后座仙后座形似字母W或反写的M，俗称仙后座W。仙女座仙女座三颗亮星排成一条直线。飞马座飞马座呈一四边形俗称飞马座四边形（东北角一颗星属仙女座），四边形的东边向北延伸直指北极星。南鱼座南鱼座只有一颗亮星，其他星都很暗，沿飞马座四边形的西边向南延伸，即可找到。南鱼座星北落师门，西方称“海角孤星”。第12页，共137页，编辑于2022年，星期二御夫星区：御夫星区：6 6个星座。个星座。御夫座御夫座呈一明显的五边形，我国古时称五车。主星呈一明显的五边形，我国古时称五车。主星（五（五车二）是北天一等亮星。车二）是北天一等亮
13、星。金牛座金牛座是著名的黄道星座。有一簇是著名的黄道星座。有一簇V V字型的星群，俗称金牛字型的星群，俗称金牛座座V V，主星，主星（毕宿五）位于（毕宿五）位于V V字的一端，是一颗红色亮星。字的一端，是一颗红色亮星。V V字字的西北方有著名的昴星团，俗称七姐妹星团，这是一个著名的西北方有著名的昴星团，俗称七姐妹星团，这是一个著名的疏散星团，由的疏散星团，由280280多颗恒星组成，用小型望远镜可看到几十颗，多颗恒星组成，用小型望远镜可看到几十颗，正常视力可看到正常视力可看到6767颗。颗。猎户座猎户座是全天最壮丽的星座，横跨天赤道，世界各地都能看是全天最壮丽的星座，横跨天赤道，世界各地都能看
14、到，我国古代称到，我国古代称“参宿参宿”。“参宿七星明烛霄，两肩两足三为参宿七星明烛霄，两肩两足三为腰腰”，中部的三星合称参宿三星，传说是猎户的腰带，三星最，中部的三星合称参宿三星，传说是猎户的腰带，三星最北的一颗星正好位于天赤道上，三星向西北自然延伸指向毕宿北的一颗星正好位于天赤道上，三星向西北自然延伸指向毕宿五。五。大犬座大犬座形如砍刀，形如砍刀，星天狼星是全天最明亮的恒星。星天狼星是全天最明亮的恒星。小犬座小犬座恒星很少，主星恒星很少，主星南河三是著名的一等星。南河三是著名的一等星。双子座双子座是黄道星座，成两行排列，双子座是黄道星座，成两行排列，双子座星北河三是一星北河三是一等星。等星
15、。第13页，共137页，编辑于2022年，星期二大熊星区：有四个星座。大熊星区：有四个星座。大熊座大熊座是北天最著名的星座，七颗亮星排是北天最著名的星座，七颗亮星排列成斗状，或者说象个大勺子。人们常用它的两个列成斗状，或者说象个大勺子。人们常用它的两个指极星辨认北极星。民谚有指极星辨认北极星。民谚有“识得北斗，天下好走识得北斗，天下好走”的说法。的说法。牧夫座牧夫座形如风筝或倒挂的领带，主星形如风筝或倒挂的领带，主星大角是大角是北天一等亮星，位于斗柄的自然延伸线上。北天一等亮星，位于斗柄的自然延伸线上。室女座室女座黄道星座，大体呈一不规则的土字形，主黄道星座，大体呈一不规则的土字形，主星星角宿
16、一是一等亮星。角宿一是一等亮星。狮子座狮子座黄道星座，它形如雄狮，由头部的镰刀黄道星座，它形如雄狮，由头部的镰刀和尾部的三角形组成，主星和尾部的三角形组成，主星轩辕十四位于镰刀的柄轩辕十四位于镰刀的柄端，贴近黄道，天枢向天璇作联线并延长两星的七端，贴近黄道，天枢向天璇作联线并延长两星的七倍距离处，即为狮子座。倍距离处，即为狮子座。第14页，共137页，编辑于2022年，星期二天琴星区：天琴星区：有六个星座。天琴座天琴座范围很小，其主星织女星是北天一等亮星。织女星的东南有四个暗星构成小平行四边形，传说是织女织布用的梭子。天鹰座天鹰座靠近天赤道，主星（牛郎星）两边各有一颗暗星组成一条直线，民间俗称
17、扁担星。天鹅座天鹅座呈一明显的十字型，整个星座位于银河之中，主星天津四是一等星，天津意即银河渡口或渡船。天蝎座天蝎座黄道星座，形如张开两螯的大蝎子，主星心宿二是红色亮星，古称大火。诗经中“七月流火,九月授衣”的火指的就是心宿二，其与两侧的两颗暗星合称心宿三星。人马座人马座位于银河系最明亮的部分，是银河系中心方向所在，东部六星组成南斗六星。武仙座武仙座在天琴座的西边，形如反写的K字形，目前太阳正朝这个方向移动。第15页，共137页，编辑于2022年，星期二(3)(3)掌握每一星区的主要亮星及中国名称掌握每一星区的主要亮星及中国名称 仙后星区：仙后星区：只有一颗亮星，即南鱼座的只有一颗亮星，即南鱼
18、座的北落师门。北落师门。御夫星区：御夫星区：集中了七颗亮星，其分布是集中了七颗亮星，其分布是参宿四居中，东西各三，大致呈六边形。参宿四居中，东西各三，大致呈六边形。大熊星区：大熊星区：三颗亮星，大体构成一个等三颗亮星，大体构成一个等腰三角形。腰三角形。天琴星区：天琴星区：有四颗亮星，也大体呈三角有四颗亮星，也大体呈三角形，心宿二除外。形，心宿二除外。(4)(4)掌握各个季节所见的星区掌握各个季节所见的星区第16页，共137页，编辑于2022年，星期二表表11 11 四季所见星区四季所见星区 季节季节星区星区春季春季夏季夏季秋季秋季冬季冬季不可见星区不可见星区仙后仙后御夫御夫大熊大熊天琴天琴上半
19、夜可见星区上半夜可见星区御夫御夫大熊大熊天琴天琴仙后仙后彻夜可见星区彻夜可见星区大熊大熊天琴天琴仙后仙后御夫御夫下半夜可见星区下半夜可见星区天琴天琴仙后仙后御夫御夫大熊大熊第17页，共137页，编辑于2022年，星期二 太阳所在的星区为不可见星区；与太阳相太阳所在的星区为不可见星区；与太阳相反方向的星区为彻夜可见星区；太阳东邻星区反方向的星区为彻夜可见星区；太阳东邻星区为上半夜可见星区，太阳西邻星区为后半夜可为上半夜可见星区，太阳西邻星区为后半夜可见星区。见星区。总而言之，只要我们牢牢掌握四瓣星图中总而言之，只要我们牢牢掌握四瓣星图中的星座和亮星所构成的图形及它们之间的相互的星座和亮星所构成的
20、图形及它们之间的相互位置，就等于掌握了一张简单明了的星图，心位置，就等于掌握了一张简单明了的星图，心中有了这样一张全天星图，再知道各个季节所中有了这样一张全天星图，再知道各个季节所见的星区，就可以方便地观测星空了，这是观见的星区，就可以方便地观测星空了，这是观测星空必不可少的准备工作。测星空必不可少的准备工作。第18页，共137页，编辑于2022年，星期二第三节第三节 恒星和星系恒星和星系一、恒星的概念一、恒星的概念 恒星是由炽热气体（恒星是由炽热气体（H H、HeHe）组成的，能够自身发）组成的，能够自身发光发热的球形或类似球形的天体。光发热的球形或类似球形的天体。恒星在天空中的相对位置似乎
21、是固定不变的。所以古恒星在天空中的相对位置似乎是固定不变的。所以古人误认为是不动的，为了与运动比较明显的行星相区别，人误认为是不动的，为了与运动比较明显的行星相区别，称其为称其为“恒星恒星”，意即永恒不动之星。十八世纪以来天文，意即永恒不动之星。十八世纪以来天文学研究证明，恒星本身也在不断地运动，其位置也是变化学研究证明，恒星本身也在不断地运动，其位置也是变化的。的。恒星空间运动速度是很高的，据资料表明，在地球上看恒星空间运动速度是很高的，据资料表明，在地球上看起来，运动最快的恒星是开普坦星，运动速度为起来，运动最快的恒星是开普坦星，运动速度为294294公里公里/秒，其次是巴纳德星，为秒，其
22、次是巴纳德星，为140140公里公里/秒。秒。第19页，共137页，编辑于2022年，星期二 恒星的空间运动速度可分解为两个分量，即视向速度和切向速度。视向速度视向速度沿着观测者视线方向的分量沿着观测者视线方向的分量（以接近我们为负值，远离我们为正值）；切向速度切向速度沿着与观测者视线垂直方向的分沿着与观测者视线垂直方向的分量。量。恒星的视向速度对恒星之间相对位置没有什么影响，而恒星相对位置的改变或星座形状的变化主要是切向速度或者说主要是恒星自行造成的，由于不同的恒星具有不同的自行方向和速率，这样必然会引起恒星之间相对位置的改变。教材中是以北斗七星的自行和北斗形状的变化来说明这个问题的（P24
23、图2-2）。第20页，共137页，编辑于2022年，星期二二、恒星的自行与星座形状变化二、恒星的自行与星座形状变化 恒星每年在天球上移动的角距离叫恒星的自行。恒星每年在天球上移动的角距离叫恒星的自行。恒星自恒星自行的速度，一般都小于行的速度，一般都小于0.1/0.1/年年,目前为止只发现有目前为止只发现有400400多颗恒多颗恒星的自行速度超过星的自行速度超过0.1/0.1/年年,其中自行最快的是巴纳德星其中自行最快的是巴纳德星为为0.31/0.31/年。可见恒星是不恒的。从图年。可见恒星是不恒的。从图2-22-2可以看出，可以看出，北斗七星都有较大的自行。七颗星中，从北斗二到北斗北斗七星都有
24、较大的自行。七颗星中，从北斗二到北斗六，自行的方向和速度大体相同，但是北斗一和北斗七六，自行的方向和速度大体相同，但是北斗一和北斗七自行方向却与众不同自行方向却与众不同二者的方向几乎与其他五星相二者的方向几乎与其他五星相反。北斗七星形象的变迁，主要是由于这二星与其他五反。北斗七星形象的变迁，主要是由于这二星与其他五星自行方向不同步造成的。图星自行方向不同步造成的。图2-22-2还可以看出北斗七星在还可以看出北斗七星在前后前后1010万年的时间内变化是非常明显的。万年的时间内变化是非常明显的。总之，恒星是由炽热气体组成的球状天体，恒星的名字是总之，恒星是由炽热气体组成的球状天体，恒星的名字是名不
25、符实的，恒星也在不停地运动，既有视向运动也有切向运名不符实的，恒星也在不停地运动，既有视向运动也有切向运动，而且运动速度是很高的。恒星每年在天球上移动的角距离，动，而且运动速度是很高的。恒星每年在天球上移动的角距离，称为恒星的自行，由于恒星自行没有统一的方向和速率，使恒称为恒星的自行，由于恒星自行没有统一的方向和速率，使恒星之间相对位置在不断改变。星之间相对位置在不断改变。第21页，共137页，编辑于2022年，星期二三、恒星的发光与光谱三、恒星的发光与光谱1 1、恒星的发光、恒星的发光 这里指的是发射可见光，恒星能够发光其温度必然很高，这里指的是发射可见光，恒星能够发光其温度必然很高，为什么
26、恒星的温度会很高呢？这里有发展阶段问题，也有质为什么恒星的温度会很高呢？这里有发展阶段问题，也有质量大小问题。就前者而言，恒星同任何物质一样，也是有生量大小问题。就前者而言，恒星同任何物质一样，也是有生有灭的，恒星的发光现象是它生命过程中某一阶段的现象。有灭的，恒星的发光现象是它生命过程中某一阶段的现象。就质量大小而言，恒星能够发光，其质量必然很大，如果没就质量大小而言，恒星能够发光，其质量必然很大，如果没有巨大的质量，就不会有很高的中心温度，那么究竟多大质有巨大的质量，就不会有很高的中心温度，那么究竟多大质量的天体才能发光才算是恒星呢？根据对恒星质量的统计，量的天体才能发光才算是恒星呢？根据
27、对恒星质量的统计，大多数恒星的质量不小于太阳质量的大多数恒星的质量不小于太阳质量的10%10%，不大于，不大于1010倍的太倍的太阳质量。阳质量。第22页，共137页，编辑于2022年，星期二2 2、恒星的光谱、恒星的光谱 不同波长或不同颜色的光，按其波长顺不同波长或不同颜色的光，按其波长顺序排列成的彩色光带称为光谱。不同的恒星序排列成的彩色光带称为光谱。不同的恒星其温度、压力、磁场和化学成分存在差异，其温度、压力、磁场和化学成分存在差异，表现出不同的光谱类型，我们通过对遥远恒表现出不同的光谱类型，我们通过对遥远恒星的光谱分析，就能了解到恒星有关的理化星的光谱分析，就能了解到恒星有关的理化性质
28、。性质。2020世纪初美国哈佛大学天文台的师生们世纪初美国哈佛大学天文台的师生们对对5050万颗恒星的光谱进行研究，并把它们分万颗恒星的光谱进行研究，并把它们分成七种类型：成七种类型：光谱型的代号是一句俏皮的英文：光谱型的代号是一句俏皮的英文：Oh!Oh!Be A Fain Girl Kiss Me.Be A Fain Girl Kiss Me.第23页，共137页，编辑于2022年，星期二表表12 12 恒星的光恒星的光谱类谱类型型光谱型光谱型颜色颜色表面温度表面温度典型恒星典型恒星O O兰兰40000-2500040000-25000参宿一、参宿三参宿一、参宿三B B兰白兰白25000-1
29、100025000-11000参宿二、参宿七参宿二、参宿七A A白白11000-750011000-7500天狼、织女天狼、织女F F黄白黄白7500-60007500-6000老人、南河三老人、南河三G G黄黄6000-50006000-5000太阳、南门二太阳、南门二K K橙橙5000-35005000-3500大角、北河三大角、北河三M M红红3500-25003500-2500参宿四、心宿二参宿四、心宿二第24页，共137页，编辑于2022年，星期二 恒星的颜色、温度与光谱型的关系如上恒星的颜色、温度与光谱型的关系如上表，按温度的高低，恒星可归纳为三类：高表，按温度的高低，恒星可归纳为
30、三类：高温型（温型（O O、B B、A A），质量大，光度强；中温型），质量大，光度强；中温型（F F、G G），质量和光度居中，太阳就是一颗），质量和光度居中，太阳就是一颗典型的典型的G G型星；低温型（型星；低温型（K K、M M），质量小，光），质量小，光度低。度低。1919世纪中叶以前，人们对于恒星的化学世纪中叶以前，人们对于恒星的化学组分、物理性质无从知晓。组分、物理性质无从知晓。18251825年德国哲学年德国哲学家孔德断言：家孔德断言：“恒星的化学组分是人类绝对恒星的化学组分是人类绝对不能得到的知识不能得到的知识”。3030年后分光技术和照相年后分光技术和照相技术诞生，人类通过光
31、谱分析得知了恒星的技术诞生，人类通过光谱分析得知了恒星的化学组分。化学组分。第25页，共137页，编辑于2022年，星期二四、恒星的亮度与光度四、恒星的亮度与光度1 1、亮度与视星等、亮度与视星等 亮度是指地球上的受光强度，即恒星的明暗程度。亮度是指地球上的受光强度，即恒星的明暗程度。这里包含者距离的因素。视星等就是按恒星的亮度划分的等级。视星等就是按恒星的亮度划分的等级。在公元前二世纪希腊天文学家喜帕恰斯在编制星表时，根据恒星的相对亮度分成六等，最亮的十五颗星为一等星，而把正常视力所能辨认的最暗的星称为六等星，这种划分完全是人为的。后来，由于光学和光学仪器的发展，人们发现一等星刚好比六等星亮
32、100倍。视星等与亮度有这样的数量关系：星等值越小，亮度星等值越小，亮度越大；星等呈等差级数，而亮度呈等比级数，一等星越大；星等呈等差级数，而亮度呈等比级数，一等星和六等星，星等相差和六等星，星等相差5 5等，而亮度相差等，而亮度相差100100倍。星等每相倍。星等每相差一等，亮度相差差一等，亮度相差2.5122.512倍。倍。第26页，共137页，编辑于2022年，星期二恒星视星等与亮度之间有这样的关系式:m mn n2.52.5（lgEmlgEmlgEnlgEn）这就把视星等与亮度联系起来了，如果我们以0等星的亮度为单位，取n=0,En=1,则上式可写成：m m2.5lgEm2.5lgEm
33、 这公式叫普森公式，公式表明只要知道某恒星亮度就可以推算出以0等亮度为单位的星等数。请注意，星等数可以是任意正数或负数，过去只分为六等，而星等数越小，亮度越大。太阳的视星等为-26.74等,满月时月亮的视星等为 -12.73等，金星最明亮时为-4.22等、天狼星为 -1.45等。5米望远镜能够看到23等星，我校配置的22CM的望远镜可看到12等星。第27页，共137页，编辑于2022年，星期二2 2、光度与绝对星等、光度与绝对星等 光度是指恒星本身的发光强度，按光度划分的等级，称光度是指恒星本身的发光强度，按光度划分的等级，称为绝对星等。为绝对星等。对于亮度和视星等之间的数量关系也同样适应于光
34、度和绝对星等，即绝对星等相差一等，光度相差2.512倍。地球上的人们看到的恒星亮度取决于两个因素：一是恒星本身的发光强弱，这就是光度；二是恒星距我们的远近。发光强度即光度相同的两颗恒星距我们近的，显得亮些，距我们远的显得暗一些。很显然亮度不能代表恒星真正的发光本领，即不能代替光度。为了比较不同恒星真正的发光本领，我们设想将所有的恒星都移到某一标准距离处，然后比较它们的亮度。那么这个标准距离下的亮度就是光度，标准距离下的视星等就是绝对星等。这个标准距离是多少呢？天文学上规定为10秒差距。第28页，共137页，编辑于2022年，星期二 秒差距是一种距离单位，在天文学上有它自己的距离单位，由于用公里
35、、米表示恒星的距离，数值过于庞大，所以在天文学上采用了天文单位、光年、秒差距等距离单位。天文单位天文单位(AU)(AU)一个日地平均距离（地球轨道半长一个日地平均距离（地球轨道半长轴），轴），其值为149600000公里。光光 年年光在真空中一年中走过的距离。光在真空中一年中走过的距离。1光年=9.461012公里=63240AU 秒差距秒差距在周年视差为在周年视差为11情况下恒星的距离。情况下恒星的距离。恒星周年视差简单地说就是日地平均距离在恒星处的张角。因日地平均距离是不变的，故恒星愈远，周年视差愈小，如果周年视差为1，即日地平均距离在恒星处的张角为1,则该恒星的距离为1秒差距。1秒差距=
36、3.091013公里=206265AU 3.26光年第29页，共137页，编辑于2022年，星期二 在以上这三种距离单位中，天文单位主要用来表示行星到太阳的距离，而光年和秒差距则用来表示恒星的距离。我们还回到光度和绝对星等的问题上来，为了比较恒星真正的发光本领，人们设想把所有恒星都移到一个标准距离处，这个标准距离就是10秒差距。因此，光度就是恒星在10秒差距处的亮度，绝对星等即恒星在10秒差距处的视星等。如果某恒星位于10秒差距以内则其亮度大于光度，视星等小于绝对星等；反之，如果某恒星在10秒差距以外，则亮度小于光度，视星等大于绝对星等。P28错误 视星等与绝对星等之间的关系式为：M Mm m
37、5 55 lg d5 lg d 该公式表明，只要知道某恒星实际距离（秒差距），就可以由它的视星等m推算出其绝对星等M。第30页，共137页，编辑于2022年，星期二例如，已知太阳的视星等m=26.74，太阳距离=1AU=1/206265秒差距，求太阳的绝对星等。解：M=m55lgd=26.7455lg1/206265=+4.9 可见，尽管看上去太阳很明亮，如果将它放在10秒差距位置上，也只有大约5等星的亮度。五、恒星的多样性（一）双星和星团 一般的恒星是单个存在的，但在已经认识的恒星中大约有1/3是成双成对的，称为双星。组成双星的两颗星称为子星，其中较亮的一颗为主星，较暗的一颗为伴星。第31页
38、，共137页，编辑于2022年，星期二双星可分为光学双星和物理双星两类：双星可分为光学双星和物理双星两类：光学双星光学双星两颗恒星接近同一视线方向，在天球上两颗恒星接近同一视线方向，在天球上看上去很靠近，实际上在宇宙空间却相距甚远，当它看上去很靠近，实际上在宇宙空间却相距甚远，当它们经过一段时期的运动之后，就逐渐分开了。们经过一段时期的运动之后，就逐渐分开了。物理双星物理双星这类双星不仅在天球上的视位置比较靠近，这类双星不仅在天球上的视位置比较靠近，而且在宇宙空间也相距很近（彼此之间不超过而且在宇宙空间也相距很近（彼此之间不超过20AU20AU），），这是真正的双星。如天狼星就是一对肉眼可见的
39、双星，这是真正的双星。如天狼星就是一对肉眼可见的双星，北斗七星的开阳也是肉眼可见的双星。北斗七星的开阳也是肉眼可见的双星。聚星聚星两颗以上恒星聚集在一起（两颗以上恒星聚集在一起（310310颗），其中颗），其中3 3颗星称为三合星，四颗聚在一起称四合星。颗星称为三合星，四颗聚在一起称四合星。星团星团1010颗以上的恒星聚集在一起，称为星团。最颗以上的恒星聚集在一起，称为星团。最著名的星团是昴星团，每到深秋（著名的星团是昴星团，每到深秋（1111月初），在黄昏月初），在黄昏后的东方天空，就会出现七颗美丽漂亮的星星聚集在后的东方天空，就会出现七颗美丽漂亮的星星聚集在一起，即昴星团。一起，即昴星团。
40、第32页，共137页，编辑于2022年，星期二（二）不稳定恒星（二）不稳定恒星 当恒星内的引力与向外的气体压力处当恒星内的引力与向外的气体压力处于不稳定时（不平衡），恒星就处于不稳于不稳定时（不平衡），恒星就处于不稳定状态，就会发生膨胀或收缩现象，它所定状态，就会发生膨胀或收缩现象，它所表现出来的首先是亮度变化，能在较短时表现出来的首先是亮度变化，能在较短时间内（几年或更短时间内）被仪器观测到，间内（几年或更短时间内）被仪器观测到，这类恒星称为不稳定恒星。主要有变星、这类恒星称为不稳定恒星。主要有变星、新星、超新星、脉冲星、中子星等。新星、超新星、脉冲星、中子星等。1 1、变星、变星 大多数恒
41、星的光度在短时间内是不变大多数恒星的光度在短时间内是不变的，太阳就是这样，但有些恒星在几年、的，太阳就是这样，但有些恒星在几年、几日甚至在几小时内其光度就会发生明显几日甚至在几小时内其光度就会发生明显变化，这类恒星称为变星。它分为三类：变化，这类恒星称为变星。它分为三类：第33页，共137页，编辑于2022年，星期二 几何变星几何变星因几何位置的变化而形成的变星。如双星因几何位置的变化而形成的变星。如双星因引力作用而相互绕转，在绕转的过程中，有时会出现因引力作用而相互绕转，在绕转的过程中，有时会出现一颗星将另一颗星全部或部分遮掩的现象，从而造成亮一颗星将另一颗星全部或部分遮掩的现象，从而造成亮
42、度的变化，这种变星就属于几何变星，也称食变星。度的变化，这种变星就属于几何变星，也称食变星。脉动变星脉动变星由于恒星本身的周期性的膨胀或收缩而由于恒星本身的周期性的膨胀或收缩而造成亮度变化的变星。膨胀时亮度增大，收缩时亮造成亮度变化的变星。膨胀时亮度增大，收缩时亮度减小。脉动变星占变星总数的半数以上，脉动周度减小。脉动变星占变星总数的半数以上，脉动周期也叫光变周期，短的不足期也叫光变周期，短的不足1 1小时，长的可达小时，长的可达1010年以年以上。上。爆发变星爆发变星就是恒星本身的爆发现象而造成的亮就是恒星本身的爆发现象而造成的亮度变化的变星。这类变星常表现为在短时间内亮度度变化的变星。这类
43、变星常表现为在短时间内亮度突然增强。突然增强。第34页，共137页，编辑于2022年，星期二2 2、新星和超新星、新星和超新星 通常将亮度突然增强通常将亮度突然增强9 9个星等以上爆发个星等以上爆发变星称为新星。新星并非真正的变星称为新星。新星并非真正的“新星新星”，它们原来就存在，只是原来太暗，没有，它们原来就存在，只是原来太暗，没有被人们观测到，当其亮度突然增强时才被被人们观测到，当其亮度突然增强时才被人们看见。这类恒星往往在几天内亮度突人们看见。这类恒星往往在几天内亮度突然增加然增加9 9星等以上，以后在几个月到几年时星等以上，以后在几个月到几年时间里，亮度又逐渐恢复到原来状态。间里，亮
44、度又逐渐恢复到原来状态。爆发规模超过新星，亮度突然增加爆发规模超过新星，亮度突然增加1717个星等以上的爆发变星，称为超新星。恒个星等以上的爆发变星，称为超新星。恒星爆发的结果，有的完全瓦解为星云，有星爆发的结果，有的完全瓦解为星云，有的抛掉大部分物质，收缩为白矮星、中子的抛掉大部分物质，收缩为白矮星、中子星、黑洞等进入恒星演化的终了阶段。星、黑洞等进入恒星演化的终了阶段。第35页，共137页，编辑于2022年，星期二图图11 11 超新星爆发超新星爆发第36页，共137页，编辑于2022年，星期二3 3、脉冲星和中子星、脉冲星和中子星图图12 12 白矮星白矮星图图13 13 中子星中子星第
45、37页，共137页，编辑于2022年，星期二 脉冲星脉冲星是一种具有短周期脉冲的新型恒星。能够是一种具有短周期脉冲的新型恒星。能够发出很强的无线电波，而且是脉冲式的，故称脉冲星。脉发出很强的无线电波，而且是脉冲式的，故称脉冲星。脉冲的频率很稳定，脉冲周期很短，在冲的频率很稳定，脉冲周期很短，在0.00160.0016秒秒4.34.3秒。秒。但一次脉冲所能释放的能量却相当于全球每年用电量的一但一次脉冲所能释放的能量却相当于全球每年用电量的一亿倍。脉冲星是亿倍。脉冲星是19671967年被发现的，其后被天文学家证年被发现的，其后被天文学家证实为快速自转的中子星，脉冲周期就是其自转周期。实为快速自转
46、的中子星，脉冲周期就是其自转周期。中子星中子星是由中子组成的高密度天体，其半径只是由中子组成的高密度天体，其半径只有有10102020公里，但却与具有一般恒星的质量。因此，密度公里，但却与具有一般恒星的质量。因此，密度相当高，高达相当高，高达108109吨吨/立方厘米（立方厘米（1 1亿至亿至1010亿吨）。由亿吨）。由于高密度产生高温高压，在这种条件下，电子才有足够于高密度产生高温高压，在这种条件下，电子才有足够的能量打进质子，并与质子结合成中子，形成中子星。的能量打进质子，并与质子结合成中子，形成中子星。中子星往往是新星、超新星爆发后的残骸，是恒星演化中子星往往是新星、超新星爆发后的残骸，
47、是恒星演化的终了阶段。的终了阶段。第38页，共137页，编辑于2022年，星期二 如果残核质量大于3M恒星还会进一步收缩最终形成黑洞。图图14 14 想象中的黑洞想象中的黑洞图图15 15 超新星爆炸成黑洞超新星爆炸成黑洞图图16 16 想象中的黑洞想象中的黑洞第39页，共137页，编辑于2022年，星期二（三）主序星、红巨星、超巨星、白矮星（三）主序星、红巨星、超巨星、白矮星 在在20世纪初，当一批恒星的温度被测出以后，许世纪初，当一批恒星的温度被测出以后，许多天文学家就试图用作图的方法来寻找恒星的温度与多天文学家就试图用作图的方法来寻找恒星的温度与光度的关系。在光度的关系。在1907年，荷
48、兰的天文学家赫茨普龙研究年，荷兰的天文学家赫茨普龙研究得出恒星的颜色与光度之间存在着统计关系，得出恒星的颜色与光度之间存在着统计关系，1911年他年他以恒星的颜色为横坐标，光度为纵坐标，作了一幅以恒星的颜色为横坐标，光度为纵坐标，作了一幅图。图。1913年美国天文学家罗素研究恒星光谱与光度年美国天文学家罗素研究恒星光谱与光度的关系，并画出了一系列表明光度与光谱的关系图。的关系，并画出了一系列表明光度与光谱的关系图。经过研究对比，人们发现光谱类型、恒星颜色、表经过研究对比，人们发现光谱类型、恒星颜色、表面温度三者是等价的，罗素与赫茨普龙所作的工作面温度三者是等价的，罗素与赫茨普龙所作的工作是一样
49、的，所以后来将这类光度是一样的，所以后来将这类光度颜色图统称为赫颜色图统称为赫罗（罗（HR）图。）图。第40页，共137页，编辑于2022年，星期二从赫罗（从赫罗（HR）图上可以看出，大多数分布于自左上角至右下角）图上可以看出，大多数分布于自左上角至右下角的对角线上。这就是说大多数恒星的光度随温度的增加而增大，的对角线上。这就是说大多数恒星的光度随温度的增加而增大，这些恒星分布在一个条带上，称为主序星。另外，恒星光度大这些恒星分布在一个条带上，称为主序星。另外，恒星光度大小不仅同它的表面温度有关，而且还同它的发光面积有关，主小不仅同它的表面温度有关，而且还同它的发光面积有关，主序星的光度与温度
50、的关系表明，它的表面积既不是特别大，也序星的光度与温度的关系表明，它的表面积既不是特别大，也不特别小。不特别小。同主序星相比，同主序星相比，HR图上有三类特殊恒星，即红巨星、超巨星图上有三类特殊恒星，即红巨星、超巨星和白矮星。红巨星温度较低，但是同温度相仿的主序星相比光度和白矮星。红巨星温度较低，但是同温度相仿的主序星相比光度较大，这说明在一定表面温度下，红巨星的体积比主序星大得多。较大，这说明在一定表面温度下，红巨星的体积比主序星大得多。因此，红巨星的概念，既有光度大的涵义，也包含着体积大的意因此，红巨星的概念，既有光度大的涵义，也包含着体积大的意思。思。超巨星分布在超巨星分布在HR图的上方