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天文知识一起来学习

 职中宋肇洋 2017-05-11
 

 
                 天文知识

         

 

 

第一课         天文学史简介

 

人们对自然界有了一个共同的认识:自然界是经历了一个漫长的演化过程,并且这个演化过程仍然在继续进行。从宏观上来说,自然演化史的时空顺序是:宇宙→星系→恒星→太阳系→地球→生命→人类文明社会,而人类的认识史的时空顺序是:人类文明社会→生命→地球→太阳系→恒星→星系→宇宙。由此可以看出,天文学在人类对自然演化史的认识中起到多么重要的作用,天文学在人类文明史中取得了多么辉煌的成果。

在众多的自然现象中,人们发现两个最基本的规律:昼夜交替和寒来暑往,人们就开始对物候和天象进行观测和记录,这就是最早的天文学。

古埃及最大的金字塔——古国王第四王朝国王的墓的北面正中央有个入口,从入口进入地下宫殿的通道与地平线构成30度倾角。为什么是这个角度呢?原来金字塔位于北纬约30度,此通道类似一个望远镜的镜筒正指向北天极,夜晚北极星的光可以从通道射入地下宫内。公元4000年前,古埃及人也根据天狼星和尼罗河涨落的规律,创造了人类最早的太阳历,定一年为365天。

巴比伦人对星空观察非常详细,并在泥板上作记录,公元前2000多年,他们和埃及人定下了沿用至今的黄道12个星座名称,还将1天分成12小时,1小时分为60分钟,1分钟分为60秒,将1周天分为360度,并首用星期的概念。

古印度很早创立并使用了阴阳历的历法,将黄道附近的天区分成27等分,叫27宿。1724年建了天文台。中美洲玛雅人建成的太阳庙,作为确定一年四季中春分、秋分、夏至和冬至日出方位的标志,就是天文观象台。据考证建于公元前约1600年的英国索尔兹伯里以北的石篱村的巨石阵,也标志着春分、秋分、夏至和冬至日出方位。

中国古代有丰富的天象记载,有悠久的观天机构,创制出精良实用的观天仪器,制定出严格的天文历法,提出朴素的宇宙结构理论,涌现出许多杰出的天文学家。如河南省登封县的古观星台仍保存完好,它是元代郭守敬创建的。台身中间的窗口有一横梁,正北地面上有一石圭。每到正午,横梁被太阳照射投出的影子就落在正北方的石圭上。祖先根据立竿见影的科学道理测出一年中影子最长和最短的日子,定为冬至日和夏至日,得出一个太阳年的日期,定出二十四节气。夜晚还在上面观星象。北京的古观象台保存有8架造型精美、刻度准确的青铜观天仪器:黄道经纬仪、赤道经纬仪、天体仪、地平经仪、象限仪、纪限仪、地平经纬仪和玑衡抚辰仪。除此之外,中国还发明了更有民族特色的天文仪器:浑仪、浑象、简仪。南京紫金山天文台都保存着这三种仪器。著名的天文学家有东汉的张衡、南朝的祖冲之、唐代的和尚一行、元代多才多艺的郭守敬,外国的有古希腊的喜帕恰斯和托勒密、波兰的哥白尼、意大利的布鲁诺和伽利略、德国的开普勒和康德及爱因斯坦、荷兰的惠更斯、英国的牛顿和爱丁顿、美国的沙普利和哈勃与央斯基……以后,这里面会有你的大名吗?

1543年,哥白尼建立了日心说,而后牛顿发现了万有引力定律,伽利略发明了天文望远镜,现代科技的发达,射电望远镜、脉冲望远镜、人造地球卫星、空间望远镜、宇航业的发展都给天文学的发展注入了新的活力。人类对宇宙的认识日见丰富,更期待你的加入!                                                        

第二课     参观天文台

 

一、认识天文台的结构

我们学校正对着校门的教学楼顶层,有一个银白色的球体,十分引人注目,它就是天文台。天文台分上下两层。下层的圆柱体形建筑物为通道和小型展厅,顺着旋转形的楼梯上去,就来到了天文台上层,它是天文台的主体。天文台是一种特殊的建筑物,它里面放置着天文观测仪器,将它的半球形房顶打开,天文仪器就可以直接观测太空。为了得到最佳的观测效果,天文台通常修建在远离城市灯光和大气污染的高处。

我校的天文台里面有220MM折射天文望远镜一台,控制台一张,电脑一台,总价值三十多万元。采用单片机控制,全部电动和精密恒动跟踪天体目标。

二、折射望远镜的结构

我校的天文望远镜有主镜、导星镜、寻星镜组成。主镜由220MM的物镜、四种放大倍率的目镜组成。它可以用于对天体的目视、照相、电视显示等,可观测月亮、行星、彗星、星团、星云和双星测角,也可满足特定的天文观测。可观看地面目标景物,白天可作目视和投影观测太阳,描画太阳黑子。导星镜和寻星镜是它的助手,观测时,先用寻星镜找到待观测的天体,将该天体调到视场中央。这时,该天体自然也就在主镜视场中央了。主镜在进行较长时间的观测时,为了及时纠正跟踪中的误差,在主镜旁设一个起监视作用的导星镜。

三、折射望远镜的光学原理

折射望远镜使用折射透镜作为物镜,世界上第一架望远镜就是折射望远镜。现代折射望远镜的物镜由两块、甚至四块透镜组成,可以有效地消除各种像差。    

四、了解天文望远镜的工作步骤

 天文望远镜上有一个轴与天轴平行,叫极轴。另一个轴和极轴垂直,叫赤纬轴。天文望远镜就绕着极轴和赤纬轴旋转,用电脑控制它的运转,监视赤经和赤纬的变化。输入目标星的位置后,启动电脑上的自动寻星系统,自动寻找目标星,找到目标星后,电脑进入自动跟踪状态,保证目标星一直在天文望远镜的视场内,实现电动和精密恒动跟踪。(教师进行操作演示,边演示,边解说。)

 

第三课     美丽的星空

 

星空犹如一部无字天书袒露在我们面前。它蕴藏着无穷的奥秘,它呼唤人们投降向知识的海洋。面对满天闪烁的繁星,我们仿佛进入晶莹的迷宫,让人不由自主地想起牛郎织女七仙女下凡王族星座宝瓶和南鱼等神话故事,中国流传的谚语:三星正南,家家拜年就是指猎户星座的三星在正南天空时,正是除旧岁、迎新年的时刻。

晴朗的夏夜,繁星闪烁,银河像一条明亮的丝带,在天空中从东北向南舒展开来。银河中密集的群星发出耀眼的光芒,使银河呈现出无比壮丽的景象。我们看到的银河是银河系中的一部分。银河系是群星荟萃之地,银河系中包括无以计数的恒星。银河系是宇宙中众多星系中的一个。银河系也只是宇宙中一个很小很小的小岛。在宇宙中还有许多许多像银河系一样的恒星系统,叫“河外星系”。从20世纪初以来,天文学家在宇宙中发现了约10亿个星系。如仙女座河外星系、大麦哲伦星系、小麦哲伦星系等。星系是由成百上千亿颗恒星构成的庞大天体,在星系空间弥漫着气体及星云。如行星状星云、暗星云、猎户座星云、蟹状星云等。

在星空图中,我们看到许多各种符号标出的星星,这是各个等级的星星,是古希腊的喜帕恰斯最早提出的“星等”——在浩瀚无边的星空中,恒星有的光彩耀眼,有的暗淡无光,天文学家们把这种恒星间的亮暗差别分成的许多等级称为星等。星越亮,星等数值越小,反之,星等数值则越大。天文学家把比一等星更亮的定为零等星,比零等星更亮的定为-1等星,以此类推。肉眼能见的最暗的星等为五等星或六等星。

恒星的家叫“星座”。中国古代把恒星天空划分为三垣二十八宿。许多古老的民族都有各自的划分方法,还编织了生动的神话故事。1928年,国际天文学联合会决定,将全天划分为88个星区,就是我们熟悉的88个星座。它们大小不一,形状各异,长蛇阵东西跨越102度,范围最大。45个星座用动物名称命名,有飞禽、猛兽、昆虫、水中动物,其余的为传说中的怪兽,如人马座、麒麟座、摩羯座等,多像星空动物园啊!星空就像一部巨大的天书,具体内容还有待你去阅读

 

第四课       四季星空

 

寒来暑往,斗转星移。这说明随着一年四季的变更,四季星空也在变化。由于地球在绕太阳运动过程中,地球和太阳的相对位置不断变化。因此,一年中同是在晚上,不同季节看到的星象是不一样的,下面让我们来看看四季星空。

 

一、春季星空

每年3-5月为春季,我们以4月中旬晚上八九点钟看到的星空中主要星座为例。北斗七星斗柄指向东方。北斗七星南方的是狮子座。其中头部最亮的是1等星轩辕十四,位于黄道上,尾巴在东,主要由3颗星组成一个三角形。它的西边是巨蟹座,大螃蟹中有一个朦胧的光斑,叫蜂巢星团。狮子座的左下方是室女星座,最亮的恒星叫角宿一。从北斗七星的斗柄自然延伸出去,我们会看到牧夫座里的亮星——大角星(0等星)。在狮子座和牧夫座之间是后发座,它不大且无亮星,名气很大:北银极就在这里,而且还包含着许多星系级的天体系统,天文望远镜能揭开它们的秘密。

 
  
 
 
 二、夏季星空

每年6-8月为夏季,我们以7月中旬晚上八九点钟看到的星空中主要星座为例。这时,北斗七星斗柄指向南方。星空中最引人注目的是从东北到南方横跨的茫茫银河。西岸是天琴座的织女星,和它遥遥想望的是牛郎星,属于犹如一只展翅高飞的天鹰座。牛郎星两旁各有一颗小星,传说是牛郎和织女的两个孩子,就是民间传说的扁担星。牛郎星的左下方的东北方有一个大十字形的天鹅座,尾巴上的亮星叫天津四。南方天空中的银河分外明亮,巨大而壮观的天蝎座头朝西,尾向东,形态十分逼真。它的东面是人马座,其中6颗星组成一个类似北斗七星的“斗形”,它叫南斗六星。 

 三、秋季星空

每年9-11月为秋季,我们以10月中旬晚上八九点钟看到的星空中主要星座为例。这时,北斗七星斗柄指向西方。仙后座正出现在头顶天空,它的主要亮星组成一个“W”形,通过其中的a星和k星的连线延长出去,也可以找到北极星。仙后座南方是仙女

座,它的形态虽然没什么显著的特色,但它有一个名气很大的天体,肉眼能见的仙女座星系(M31)。在仙女座东北方的是和仙女、仙后连在一起的英仙座,在仙后座西北方的是仙王座,古希腊神话把它们称为“王族星座”:仙王座是国王,仙后座是王后,仙女座是安德美达,英仙座是帕修斯,飞马座指飞马,鲸鱼座指海怪。秋夜星空的中心是仙女座的邻居——飞马座,它像一匹长着翅膀的飞马。它的南方是双鱼座和宝瓶座,宝瓶座东方是鲸鱼座。秋季虽然亮星不多,但秋季天高气爽,仍然是认星的好时节。 

 
 四、冬季星空

每年12月到第二年2月为冬季,我们以1月中旬晚上八九点钟看到的星空中主要星座为例。这时,北斗七星斗柄指向北方。冬夜星空的中心是猎户座,主要由7颗亮星组成,中间横着的3颗亮星为“腰带”——民间说的“三星”,下面竖着的3颗亮星为宝剑,猎户右肩上的亮星发红,是有名的红巨星参宿四,左腿上的蓝色亮星叫参宿七。在宝剑中间一颗星附近有久负盛名的猎户座大星云,像盛开的棉桃。猎户座的左下方有猎户的两条爱犬——大犬座和小犬座陪伴着它。大犬座中的亮星是全天空看起来最亮的恒星,它就是赫赫有名的天狼星。在猎户座的左上方是一对孪生兄弟——双子座,传说兄弟二人诚挚友爱,感动天神,升为星座。双子座的西边是一头凶猛的野牛,叫金牛座,中间有一团小星,民间称为七姐妹星团,也叫昴星团。金牛座中红色的亮星叫毕宿五,它和轩辕十四、心宿二、北落师门被古人称为“四王星”。金牛座的上方是御夫座,它正处于银河之中,主要有5颗亮星组成五边形,很像风筝,最亮的一颗星叫五车二,它发出黄色光芒,与太阳同属一个恒星系统。

同学们,四季星空奥妙无穷,快睁开你的双眼,和星星交个好朋友吧!它们正等着你!

 
 
  
 
 
 第五课    秋季星空

 

秋高气爽,繁星闪烁,秋季星空十分迷人。今天,我们先来认识北极星。

一、北极星

因为地球自转轴的北极正指向小熊座的2星,因此,它又叫北极星。在壮丽的恒星天空中,北极星和北斗七星像指路灯塔,似报时鸣钟,自古以来就是人们最熟悉的星星朋友。北极星现在在很靠近地球北极所指向的天空,因此,看起来它总在北方天空,并由此而大名鼎鼎。其实,它只是一颗普通的二等星。离我们约400光年,是小熊座中最亮的恒星,中国古代称它为“勾陈一”或“北辰”,正处于小熊的尾巴尖端。(注:北极星的“皇位”存在着轮流坐庄的可能,5000年前,天龙座中最亮的恒星是北极星——“右枢”,到了公元14000年前后,织女星将获得北极星的美名。地球自转轴这样摆动一周的时间大约是26000年。这说明一切事物都是在运动的,静止只是暂时的,是相对的,运动变化才是永恒的!)

二、北斗七星

北斗七星属于大熊座的一部分,位于大熊的背部和尾巴,7颗星中有6颗是2等星,一颗是3等星。通过斗口的两颗星连线,朝斗口方向延长5倍远,就找到了北极星。有一首认星歌唱到“认星称从北斗来,由北往西再展开。”中国古籍曰“斗柄东指,天下皆春;斗柄南指,天下皆夏;斗柄西指,天下皆春秋;斗柄北指,天下皆冬。”不同季节,北斗七星的位置是不同的。

三、秋夜星空

秋季,北斗七星已来到北方低空,长江流域以南的地区很不容易见到它了,但我们仍有替代北斗七星的“助手”——仙后座。它正处于头顶高空,主要亮星组成一个“W”形,特别像王后头上戴的王冠,象征王权。通过a星和k星的连线延长出去约7倍远,就找到了北极星。仙后座南方就是美丽动人的仙女座,犹如希腊神话中的安德美达仙女正端坐在王后的南边,倾听各位的述说。在仙女座的东北方是和仙女、仙后连在一起的英仙座,他英姿飒飒,披着斗篷,右手握着一把剑,右腿成弓字步,左膝点地,双足各长一对飞羽。他就是英俊潇洒的帕修斯。他和国王、王后、安德美达、海怪(鲸鱼座)、飞马正在聚会呢。秋夜星空的中心是飞马座。它像一匹长着翅膀的飞马,头颈部的三颗小星连成一个小三角形,而四颗星形成的“大四边形”就是马的身躯,这就是飞马座的标志,也就是人们常说的秋季四边形,飞马前腿伸向前方,似乎正在奋蹄奔腾,“天马行空”也。飞马座的南方是双鱼座和宝瓶座。双鱼座像“<”形状,它像两条朝不同方向游去的小鱼,在水面上形成两道水痕,渐渐向星际远去。宝瓶座像是一位仙女手捧宝瓶,向人间倾倒幸福之水。双鱼座和宝瓶座都是黄道星座。

四、流星雨

流星雨是一种异常美丽壮观的景象。流星雨出现时,众多流星从天空中的某一点辐射出来,像是骤然盛开的燃烧的菊花。在行星际空间内,流星体有时会组成流星群,当地球与流星群相遇时,就会有大量的流星进入地球大气,从而形成壮观的流星雨。流星雨以其辐射点所处的星座的方向命名,如宝瓶座流星雨、狮子座流星雨都是指流星群从宝瓶座、狮子座这两个方向而来。流星雨往往在每年大致相同的日子里重复出现。狮子座流星雨大约33年出现一次,它的每一次出现都成为令人惊心动魄的奇观,同时为科学家提供了珍贵的研究机会。今年11月18、19日凌晨都有狮子座流星雨的奇观出现,大家可以亲眼目睹这一天象奇观。世界上最早关于流星雨的记载,出自公元前687年的中国,古人这样记述天琴座流星雨:“夜中星陨如雨。”历史上最为罕见壮丽的流星雨是1833年11月12日的狮子座流星雨。那天深夜,无以计数的流星,闪着炽烈的白光从天空泼洒而下,像闪亮的雪片纷纷飘落,其壮观景象令观者目瞪口呆。 

第六课           太阳系


太阳系与我们的关系最为密切,它是我们最熟悉的一个星系。

太阳系包括太阳和围绕太阳运转的八大行星、彗星、小行星和石块、尘埃等。太阳系时刻处于快速运动之中,它很像一架庞大的机械:太阳居于中心做着自转;九大行星在各自的轨道上自转并且绕太阳公转。小行星、彗星、石块等在太阳系中穿行、运转。         

一、太阳系的形成

大约100亿年前,大量尘埃微粒和气团涡流在宇宙空间。后来,这些尘埃和气体逐渐聚集在一起,形成一个庞大而炽热的不断旋转的圆盘。随后这个圆盘甩出许多圆环,这些圆环的微粒又聚集起来,构成一个个巨大的火球,然后开始冷切。大约在50亿年前,圆盘变成了太阳,火球冷却后就变成了现在的地球、火星等八大行星,太阳系于是形成了。

二、太阳系的运动状况

早在公元2世纪,古希腊天文学家托勒密认为,宇宙中的太阳及星辰都围绕地球转动。这就是统治了人类意识1000多年的“地心说”。到16世纪初,波兰天文学家哥白尼推翻了“地心说”,提出了“日心说”,他认为太阳居于太阳系中心,行星围绕太阳运转。后来17世纪的英国大科学家牛顿进一步研究了太阳系中的天体运动规律。他发现由于太阳和行星之间存在着万有引力的作用,因此行星能围绕太阳永不停息地运动。

三、太阳系的行星                               

太阳系的行星组成了一个转动的世界,八大行星在各自的轨道上按逆时针方向绕太阳运行。行星间在结构、体积等方面存在很大差异,有些行星是气体行星,例如天王星;有些则是固体行星,例如地球。最大的行星是木星,最小的行星是水星(以前是冥王星)。按照距离太阳从远到近的顺序,八大行星依次为:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。(冥王星已被除名,因此太阳系只有八大行星了)

太阳系      九大行星(原有数据)

九大行星

名称

水星 

Mercury

金星 

Venus

地球 

Earth

火星 

Mars

木星 

Jupiter

土星 

Saturn

天王星 

Uranus

海王星 

Neptune

冥王星 

Pluto

与日距离

57.9

106.2

149.6

227.9

778.0

1427.0

2870.0

4496.0

5946.0

赤道半径

2440

6050

6378

3395

71400

60000

25900

24750

1350

公转周期

87.9天

224.7天

1年

1.9年

11.8年

29.5年

84年

164.8年

247.9年

公转速度

47.89

35.03

29.79

24.13

13.06

9.64

6.81

5.43

4.74

自转周期

58.6天

243天

23时56

24时37

9时50

10时14

16时

18时

9天6时

质量

0.05

0.82

1

0.11

317.94

95.18

14.63

17.22

0.0024

体积

0.056

0.0856

1

0.150

1316

745

65.2

57.1

0.009

平均密度

5.46

5.26

5.52

3.96

1.33

0.70

1.24

1.66

1.50

表面状态

固体

云 固体

固体

固体

卫星数

0

0

1

2

16

22

15

8

1

光环

 

注:与日距离单位:百万千米          赤道半径单位:千米          公转平均速度单位:千米/秒 

平均密度单位:克/立方厘米           质量、体积以地球为1

小实验:                        

 材料:1:10种颜色的橡皮泥。

 2:一张大些的白纸。

步骤:1、将橡皮泥做成大小不同的团。

      2、将代表太阳的大橡皮泥放纸的右上角。

      3、按照离太阳由近到远的顺序依次用橡皮泥排出行星的位置。

四、太阳的未来

太阳已经辉煌灿烂了50亿年,现在正处在壮年期,稳定地释放着光和热。它核心的氢燃料经过50亿年将被耗尽,然后,它就开始衰老,变成一颗鲜红明亮的红巨星。到那时,它的直径要比现在大250倍,地球的轨道将被太阳的轨道环抱。太阳变成红巨星后,将开始收缩,日核也将变成一个极小极密的核。接着风烛残年的太阳就会成为一颗与地球差不多大小的白矮星。再过十几亿年,太阳将不断冷却,最终变成一颗又冷又暗的黑矮星,太阳也就结束了自己辉煌的一生。

 

 

 

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