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)
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。
|
|