天文学基础的论文1.doc

1、天文学基础姓名：畅飞虎学号：2010800818院系班级：土木工程与力学学院 工程力学二班联系电话：18797415415日期：2011 年 11 月 9 日 天文学基础摘要：天 文 学 是 一 门 最 古 老 的 科 学 ， 它 一 开 始 就 同 人 类 的 劳 动 和 生 存 密切 相 关 。 它 同 数 学 、 物 理 、 化 学 、 生 物 、 地 学 同 为 六 大 基 础 学 科 。 天 文 学家 观 测 从 行 星 、 恒 星 、 星 系 等 各 种 天 体 来 的 辐 射 ， 小 到 星 际 的 分 子 ， 大 到 整个 宇 宙 。 天 文 学 家 测 量 它 们 的 位 置

2、 ， 计 算 它 们 的 轨 道 ， 研 究 它 们 的 诞 生 ， 演化 和 死 亡 ， 探 讨 它 们 的 能 源 机 制 。 由 于 科 技 的 不 断 发 展 ， 人 们 对 天 文 学 的 定义 ， 研 究 对 象 ， 研 究 范 畴 ， 学 科 分 支 ， 论 研 究 等 方 面 都 取 得 了 突 破 性 的 进 展 。天 文 学 正 朝 着 高 、 精 、 尖 的 方 向 发 展 。 我 们 期 待 着 天 文 学 的 进 一 步 发 展 为 科学 事 业 和 人 们 的 社 会 生 活 造 福 。关 键 字 ： 天 文 学 ， 研 究 对 象 ， 研 究 理 论 ， 天 文

3、学 四 大 发 现 ， 矮 行 星 ， 中子 星 ， 黑 洞通过听天文学基础的课使我对天文学有了一定的了解。天 文 学 是 研 究 天 体 、宇 宙 的 结 构 和 发 展 的 自 然 科 学 ， 内 容 包 括 天 体 的 构 造 、 性 质 和 运 行 规 律 等 。人 类 生 在 天 地 之 间 ， 从 很 早 的 年 代 就 在 探 索 宇 宙 的 奥 秘 ， 因 此 天 文 学 是 一门 最 古 老 的 科 学 ， 它 一 开 始 就 同 人 类 的 劳 动 和 生 存 密 切 相 关 。 它 同 数 学 、 物理 、 化 学 、 生 物 、 地 学 同 为 六 大 基 础 学 科

4、。 天文学主要通过观测天体发射到地球的辐射，发现并测量它们的位置、探索它们的运动规律、研究它们的物理性质、化学组成、内部结构、能量来源及其演化规律。随 着 人 类 社 会 的 发 展 ，天 文 学 的 研 究 对 象 从 太 阳 系 发 展 到 整 个 宇 宙 。 现 在 天 文 学 按 研 究 方 法 分 类已 形 成 天 体 测 量 学 、 天 体 力 学 和 天 体 物 理 学 三 大 分 支 学 科 。 按 观 测 手 段 分类 已 形 成 光 学 天 文 学 、 射 电 天 文 学 和 空间天文学 几个分支学科。“ 几 乎 所 有的 自 然 科 学 分 支 研 究 的 都 是 地 球

5、 上 的 现 象 ， 只 有 天 文 学 从 它 诞 生 的 那 一 天 起就 和 我 们 头 顶 上 可 望 而 不 可 及 的 灿 烂 的 星 空 联 系 在 一 起 。 天 文 学 家 观 测 从行 星 、 恒 星 、 星 系 等 各 种 天 体 来 的 辐 射 ， 小 到 星 际 的 分 子 ， 大 到 整 个 宇 宙 。天 文 学 家 测 量 它 们 的 位 置 ， 计 算 它 们 的 轨 道 ， 研 究 它 们 的 诞 生 ， 演 化 和 死 亡 ，探 讨 它 们 的 能 源 机 制 。自 古 以 来 ， 人 类 一 直 对 恒 星 和 行 星 十 分 感 兴 趣 。 古 代 的

6、天 文 学 家 仅 仅 依 靠肉 眼 观 察 天 空 ， 1608 年 ， 人 们 发 明 了 望 远 镜 ， 此 后 ， 天 文 学 家 就 能 够 更 清 楚的 观 察 恒 星 和 行 星 了 。 意 大 利 科 学 家 伽 利 略 ， 就 是 最 早 使 用 望 远 镜 研 究 太 空 的人 之 一 。 今 天 天 文 学 家 使 用 许 多 不 同 类 型 的 望 远 镜 来 收 集 宇 宙 的 信 息 。 有 些 望远 镜 可 以 收 集 到 来 自 遥 远 天 体 的 微 弱 亮 光 ， 如 X 射 线 。 绝 大 多 数 望 远 镜 是 安 放在 地 球 上 的 ， 但 也 有

7、些 望 远 镜 被 放 置 在 太 空 中 ， 沿 着 轨 道 运 转 ， 如 哈 勃 太 空望 远 镜 。 现 在 ， 天 文 学 家 还 能 够 通 过 发 射 的 航 天 探 测 器 来 了 解 某 些 太 空 信 息 。天 文 学 的 研 究 范 畴 和 天 文 的 概 念 从 古 至 今 不 断 发 展 。 在 古 代 ， 人 们 只 能 用 肉 眼观 测 天 体 。 2 世 纪 时 ， 古 希 腊 天 文 学 家 托 勒 密 提 出 的 地 心 说 统 治 了 西 方 对 宇 宙的 认 识 长 达 1000 多 年 。 直 到 16 世 纪 ， 波 兰 天 文 学 家 哥 白 尼

8、才 提 出 了 新 的 宇宙 体 系 的 理 论 日 心 说 。 到 了 1610 年 ， 意 大 利 天 文 学 家 伽 利 略 独 立 制 造 折射 望 远 镜 ， 首 次 以 望 远 镜 看 到 了 太 阳 黑 子 、 月 球 表 面 和 一 些 行 星 的 表 面 和 盈 亏 。在 同 时 代 ， 牛 顿 创 立 牛 顿 力 学 使 天 文 学 出 现 了 一 个 新 的 分 支 学 科 天 体 力 学 。天 体 力 学 诞 生 使 天 文 学 从 单 纯 描 述 天 体 的 几 何 关 系 和 运 动 状 况 进 入 到 研 究 天 体之 间 的 相 互 作 用 和 造 成 天 体

9、运 动 的 原 因 的 新 阶 段 ， 在 天 文 学 的 发 展 历 史 上 ， 是一 次 巨 大 的 飞 跃 。19 世 纪 中 叶 天 体 摄 影 和 分 光 技 术 的 发 明 ， 使 天 文 学 家 可 以 进 一 步 深 入 地研 究 天 体 的 物 理 性 质 、 化 学 组 成 、 运 动 状 态 和 演 化 规 律 ， 从 而 更 加 深 入 到问 题 本 质 ， 从 而 也 产 生 了 一 门 新 的 分 支 学 科 天 体 物 理 学 。 这 又 是 天 文 学 的 一次 重 大 飞 跃 。 20 世 纪 50 年 代 ， 射 电 望 远 镜 开 始 应 用 。 到 了

10、20 世 纪 60 年代 ， 取 得 了 称 为 “天 文 学 四 大 发 现 ”的 成 就 ： 微 波 背 景 辐 射 、 脉 冲 星 、 类星 体 和 星 际 有 机 分 子 。 而 与 此 同 时 ， 人 类 也 突 破 了 地 球 束 缚 ， 可 到 天 空 中观 测 天 体 。 除 可 见 光 外 ， 天 体 的 紫 外 线 、 红 外 线 、 无 线 电 波 、 X 射 线 、 射 线 等 都 能 观 测 到 了 。 这 些 使 得 空 间 天 文 学 得 到 巨 大 发 展 ， 也 对 现 代 天 文 学成 就 产 生 很 大 影 响 。 随 着 天 文 学 的 发 展 ， 人

11、类 的 探 测 范 围 到 达 了 距 地 球 约 100 亿 光 年 的 距离 ， 根 据 尺 度 和 规 模 ， 天 文 学 的 研 究 对 象 可 以 分 为 包 括 行 星 系 中 的 行 星 、围 绕 行 星 旋 转 的 卫 星 和 大 量 的 小 天 体 ， 如 小 行 星 、 彗 星 、 流 星 体 以 及 行 星际 物 质 等 。 太 阳 系 是 目 前 能 够 直 接 观 测 的 唯 一 的 行 星 系 。 但 是 宇 宙 中 存 在 着无 数 像 太 阳 系 这 样 的 行 星 系 统 。 现 在 人 们 已 经 观 测 到 了 亿 万 个 恒 星 ， 太 阳只 是 无 数

12、 恒 星 中 很 普 通 的 一 颗 。 人 类 所 处 的 太 阳 系 只 是 处 于 由 无 数 恒 星 组 成 的 银 河 系 中 的 一 隅 。 而 银河 系 也 只 是 一 个 普 通 的 星 系 ， 除 了 银 河 系 以 外 ， 还 存 在 着 许 多 的 河 外 星 系 。星 系 又 进 一 步 组 成 了 更 大 的 天 体 系 统 ， 星 系 群 、 星 系 团 和 超 星 系 团 。 一 些 天 文 学 家 提 出 了 比 超 星 系 团 还 高 一 级 的 总 星 系 。 按 照 现 在 的 理 解 ，总 星 系 就 是 目 前 人 类 所 能 观 测 到 的 宇 宙

13、的 范 围 ， 半 径 超 过 了 100 亿 光 年 。 在 天 文 学 研 究 中 最 热 门 、 也 是 最 难 令 人 信 服 的 课 题 之 一 就 是 关 于 宇 宙起 源 与 未 来 的 研 究 。 对 于 宇 宙 起 源 问 题 的 理 论 层 出 不 穷 ， 其 中 最 具 代 表 性 ，影 响 最 大 ， 也 是 最 多 人 支 持 的 的 就 是 1948 年 美 国 科 学 家 伽 莫 夫 等 人 提 出 的大 爆 炸 理 论 。 根 据 现 在 不 断 完 善 的 这 个 理 论 ， 宇 宙 是 在 约 137 亿 年 前 的 一次 猛 烈 的 爆 发 中 诞 生 的

14、 。 然 后 宇 宙 不 断 地 膨 胀 ， 温 度 不 断 地 降 低 ， 产 生 各 种基 本 粒 子 。 随 着 宇 宙 温 度 进 一 步 下 降 ， 物 质 由 于 引 力 作 用 开 始 塌 缩 ， 逐 级成 团 。 在 宇 宙 年 龄 约 10 年 时 星 系 开 始 形 成 ， 并 逐 渐 演 化 为 今 天 的 样 子 。 天 文 学 研 究 的 对 象 有 极 大 的 尺 度 ， 极 长 的 时 间 ， 极 端 的 物 理 特 性 ， 因 而 地 面试 验 室 很 难 模 拟 。 因 此 天 文 学 的 研 究 方 法 主 要 依 靠 观 测 。 由 于 地 球 大 气 对

15、 紫 外辐 射 、 X 射 线 和 射 线 不 透 明 ， 因 此 许 多 太 空 探 测 方 法 和 手 段 相 继 出 现 ， 例 如 气球 、 火 箭 、 人 造 卫 星 和 航 天 器 等 。 天 文 学 的 理 论 常 常 由 于 观 测 信 息 的 不 足 ， 天 文 学 家 经 常 会 提 出 许 多 假 说来 解 释 一 些 天 文 现 象 。 然 后 再 根 据 新 的 观 测 结 果 ， 对 原 来 的 理 论 进 行 修 改 或者 用 新 的 理 论 来 代 替 。 这 也 是 天 文 学 不 同 于 其 他 许 多 自 然 科 学 的 地 方 。 天 文 学 的 不 断

16、 发 展 使 得 人 们 对 行 星 以 及 宇 宙 中 的 天 体 有 了 更 加 精 确 的 定 义 。在 2006 年 8 月 24 日 在 捷 克 首 都 布 拉 格 举 行 的 第 26 届 国 际 天 文 学 大 会中 确 认 了 矮 行 星 的 称 谓 与 定 义 ， 决 议 文 对 矮 行 星 的 描 述 如 下 ： 1、 以 轨 道 绕着 太 阳 的 天 体 ； 2、 有 足 够 的 质 量 以 自 身 的 重 力 克 服 固 体 应 力 ， 使 其 达 到 流体 静 力 学 平 衡 的 形 状 （ 几 乎 是 球 形 的 ） ； 3、 未 能 清 除 在 近 似 轨 道 上

17、 的 其 它小 天 体 ； 4、 不 是 行 星 的 卫 星 ， 或 是 其 它 非 恒 星 的 天 体 。 在 行 星 的 基 本 定 义上 ， 科 学 家 们 大 致 上 认 同 这 样 的 说 法 ： 直 接 围 绕 恒 星 运 行 的 天 体 ， 由 于 自身 重 力 作 用 具 有 球 状 外 形 ， 但 是 也 不 能 大 到 足 够 让 其 内 部 发 生 核 子 融 合 。矮行星的家 族 成 员 有 冥 王 星 、 卡 戎 星 、 齐 娜 星 、 谷 神 星 。 矮 行 的 基 本 特 点是 外 幔 和 表 面 由 冰 冻 的 水 和 气 体 元 素 组 成 的 一 些 低 熔

18、 点 的 化 合 物 组 成 ， 有的 其 中 混 杂 着 的 一 些 由 重 元 素 化 合 物 组 成 的 岩 石 质 的 矿 物 质 ， 厚 度 占 星 体 半径 的 比 例 相 对 较 大 ， 但 所 占 星 体 相 对 质 量 却 不 大 ， 内 部 可 能 有 一 个 岩 石 质 占主 要 物 质 组 成 部 分 的 核 心 ， 占 星 体 质 量 的 绝 大 部 分 ， 星 体 体 积 和 总 质 量 不 大 ，平 均 密 度 较 小 ， 一 些 大 行 星 的 卫 星 也 具 有 这 种 类 似 冰 矮 星 的 结 构 。中子星（neutron star）又名波霎。它是恒星演化

19、到末期，经由重力崩溃发生超新星爆炸之后，可能成为的少数终点之一。简而言之，即质量没有达到可以形成黑洞的恒星在寿命终结时塌缩形成的一种介于恒星和黑洞的星体，其密度比地球上任何物质密度大相当多倍。中 子 星 的 表 面 温 度 约 为 一 百 一 十 万 度 ，辐 射 射 线 、 射 线 和 和 可 见 光 。 中 子 星 有 极 强 的 磁 场 ， 它 使 中 子 星 沿 着 磁极 方 向 发 射 束 状 无 线 电 波 （ 射 电 波 ） 。 中 子 星 自 转 非 常 快 ， 能 达 到 每 秒 几 百转 。 中 子 星 的 磁 极 与 两 极 通 常 不 吻 合 ， 所 以 如 果 中 子

20、 星 的 磁 极 恰 好 朝 向 地 球 ，那 么 随 着 自 转 ， 中 子 星 发 出 的 射 电 波 束 就 会 像 一 座 旋 转 的 灯 塔 那 样 一 次 次 扫过 地 球 ， 形 成 射 电 脉 冲 。 人 们 又 称 这 样 的 天 体 为 “脉 冲 星 ”。天 文 学 家 称 这 种 由 于 恒 星 死 亡 形 成 的 天 体 为 恒 星 级 黑 洞 。 一 般 认 为 ， 宇宙 中 的 大 多 数 黑 洞 是 由 恒 星 坍 缩 形 成 的 。 此 外 ， 在 许 多 恒 星 系 的 中 心 也 有 一个 因 引 力 坍 缩 而 形 成 的 超 大 质 量 黑 洞 ， 比

21、如 在 类 星 体 星 系 的 中 心 。 在 宇 宙 诞生 初 期 可 能 曾 经 形 成 过 很 多 微 型 黑 洞 （ 太 初 黑 洞 ） ， 这 些 黑 洞 的 体 积 很 小 ，质 量 相 当 于 一 座 大 山 。黑 洞 本 身 不 可 见 ， 但 可 以 用 至 少 两 种 方 法 检 测 出 它 的 存 在 。 当 一 个 黑 洞吸 引 尘 埃 、 气 体 或 恒 星 时 ， 它 的 强 大 引 力 会 把 这 些 物 质 撕 碎 成 原 子 微 粒 ， 原子 微 粒 会 从 黑 洞 的 边 缘 沿 螺 旋 线 坠 向 中 心 ， 速 度 会 越 来 越 快 ， 直 至 达 到

22、 每 秒九 百 多 公 里 。 当 物 体 被 黑 洞 吞 没 时 ， 会 因 为 互 相 碰 撞 而 使 温 度 上 升 到 几 百 万度 ， 并 发 出 射 线 和 射 线 。 在 宇 宙 中 ， 只 有 黑 洞 能 使 物 体 在 密 集 的 轨 道 上加 速 到 如 此 高 的 速 度 ； 也 只 有 黑 洞 才 会 以 这 种 方 式 发 射 射 线 和 射 线 。 任 何 物 质 或 辐 射 到 达 黑 洞 边 缘 ， 越 过 它 的 视 界 就 永 远 消 失 了 。 在 黑 洞 的 奇 点附 近 ， 现 有 的 任 何 物 理 定 律 都 是 不 适 用 的 。 黑 洞 的 奇

23、 点 和 我 们 现 已 认 识 的 宇宙 中 的 所 有 物 质 状 态 截 然 不 同 。 到 目 前 为 止 ， 还 没 有 任 何 科 学 方 法 能 用 来 测量 黑 洞 。 现 在 我 们 说 找 到 了 一 个 黑 洞 都 是 通 过 间 接 途 径 推 算 出 来 的 。通 过 学 习 天 文 学 基 础 这 门 课 程 ， 我 对 天 文 学 的 定 义 、 研 究 方 向 、 研 究 领域 、 研 究 理 论 以 及 矮 行 星 和 中 子 星 等 重 要 的 天 体 有 了 系 统 的 了 解 。 它 也 丰 富了 我 的 知 识 体 系 ， 拓 宽 了 我 的 知 识 面 。 我 期 待 天 文 学 取 得 更 大 的 进 展 ， 也 期待 我 国 的 科 学 事 业 的 发 展 越 来 越 好 。