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1、第1章 天体及其研究的方法1.何谓天体和天体系统？试举例说明。目前把天体认为是宇宙间各种星体的总称，包括恒星（如太阳）、行星（如地球）、卫星（如月球）、彗星、流星体、陨星、小行星、星团、星系、星际物质以及暗物质等。天体系统是指在引力的作用下，邻近的天体会集结在一起，组成互有联系的系统，即互有引力联系的若干天体所组成的集合体，如地月系、太阳系、星系（银河系、河外星系）、星系群、星系团、超星系团等。2.获悉天体信息的主要渠道有哪些？获悉天体信息的主要渠道有电磁波、宇宙线、中微子、引力子、其它（如陨石、宇航取样等）。3.天球是如何定义的？天穹和天球有何区别？天球是以观测者（或地心、日心等）为中心、以
2、任意长为半径的一个假想的球体，在天文学上用作表示天体视位置和视运动的辅助工具。天穹有别于天球。天球是整球，天穹是半球；天球是圆的，而天穹是扁的。4.简要说明天球坐标的一般模式。常用的天球坐标有哪些？试对其进行列表比较。（1）天球坐标的一般模式：天球上一点的位置，可用该点距离天球基本点和基本圈的大圆弧，或大圆弧所对应的圆心角来度量，这种弧长又叫球面坐标。由天球上的纬度和经度所组成的坐标即天球坐标。建立天球坐标必须具备三个条件：第一，选择一个通过球心的直线作为基本轴，或选择一个特定的大圆作为基本圈（基本轴和基本圈平面相垂直）；第二，选择球面上任意点（除极点外）作为基本点；第三，确定度量方向和范围。
3、天球上一点的位置，可用任意一种天球坐标系统来测定。由于所选择的基本点和基本圈的不同，因而得出不同天球坐标系。天球坐标的一般模式是球面三角形，如图2.3（将图号改为与教材相同的图号）。构成这个三角形的三条边，分别属于三个大圆，即基圈、始圈和终圈。三角形的三个顶点是基圈的极点、原点（始圈与基圈的交点）和介点（终圈与基圈的交点）。三边中的基圈和始圈，分别是坐标系的横轴和纵轴，终圈则是可变动的，体现这种变动的是点的经度和点的纬度。通过这两种变动，球面上任何一点的位置，都可以用一定的经度和纬度的结合来确定。前者是点的横坐标，后者是点的纵坐标。（2）常用的天球坐标及其比较要素地平坐标第一赤道坐标第二赤道坐
4、标黄道坐标银道坐标天球轴当地垂线天轴天轴黄轴银轴两极天顶、天底北天极、南天极北天极、南天极北黄极、南黄极北银极、南银极纬圈地平纬圈（等高圈）赤纬圈赤纬圈黄纬圈银纬圈基圈地平圈（有四正点）天赤道（有上、下点）天赤道（有春分、秋分点）黄道（有二分、二至点）银道经圈（辅圈）地平经圈（有子午、卯酉圈）时圈（有子午圈、六时圈）时圈（有二分、二至圈）黄经圈（有二至圈）银经圈始圈午圈午圈春分圈通过春分点的黄经圈通过银心在银道上投影的银经圈原点南点上点春分点春分点银道与始圈的交点纬度高度赤纬赤纬黄纬银纬经度方位（向西度量）时角（向西度量）赤经（向东度量）黄经（向东度量）银经（按逆时针方向度量）应用在天文航海、
5、天文航空、人造地球卫星观测及大地测量等部门都广泛应用它观测恒星、星云、星图等类型的遥远天体常常采用赤道坐标系，它被广泛应用于天体测量中观测太阳以及太阳系内运行在黄道面附近的天体，则采用黄道坐标系对银河系的观测，则要采用银道坐标系5.简述天文仪器、星图和星表等在研究天体中的作用。星图是把天体在天球上的视位置投影到平面上而绘成的图，可用来表示天体的位置、亮度和形态等，它是天文观测所必备的。星表是记载天体各种参数（如坐标运动、星等、光谱型）和特性的表册，实际上就是天体的档案。人们可以在星表中查知天体的基本情况，也可以按星表给出的坐标到星空中寻找所要了解的天体。6.何谓时间？常用的计时系统有哪些？时间
6、有时刻和时段两重含义。时刻是指无限流逝时间中的某一瞬间；时段是指任意两时刻之间的间隔。常见的计时系统有恒星时、太阳时（有视太阳时和平太阳时）、太阴时、历书时、原子时和协调时等。7.已知某地毕宿五（=4h35m）正在上中天，当日太阳的赤经为21h51m44s，时差为-14m13s，求当时该地的平时。先求太阳视时：mt12h（视时与时角相差12个小时，m是太阳视时，t是太阳时角）由于恒星时St，所以tS。S恒星时还等于恒星上中天时的赤经毕宿五。m毕宿五12h。m平m时差毕宿五12h时差4h35m21h51m44s12h（14m13s）8h57m29s。8.在福州某地（=11905E）5月6日用日晷
7、测得视太阳时10h02m，求相应的地方平时及北京时间（时差为3m24s）。平时视时时差10h02m3h24m9h58m36s。北京时间9h58m36s（12011905）4m=9h58m36s3m40s=10h2m16s。9.已知东八区的区时为2009年10月29日8h，求西九区的区时。西九区区时东八区区时（89）小时2009年10月29日8h17h2009年10月28日15h。10.何谓历法？常用的历法有哪些？各有哪些特点？（1）历法是推算日、月、年的时间长度和它们之间的关系，制定时间顺序的法则。（2）常用的历法有太阳历（简称阳历）、太阴历（简称阴历）、阴阳历。阳历强调回归年，阴历强调朔望月
8、，阴阳历是即考虑回归年又考虑朔望月。阳历的特点：优点：历年与回归年同步，故月序与季节匹配较好；它的置闰为400年97闰或每4年一闰，世纪年份除尽400年是闰年。缺点：历月人为安排，天数有28、29、30、31天4种，大小月排列不规律；四季长度不一有90、91和92天3种，上下半年也不相等；岁首（元旦）没有天文意义；每个月的星期参数不固定；与月相变化天关，白白浪费了天赐的月相变化周期。阴历（回历）的特点：把朔望月（29.5306天）作为历月的长度，历年的长度历月12354.3671天，与回归年毫无关系。阴历的历月，规定单数的月为30天，双数的月为29天，平均29.5天，并以新月始见为月首。12个
9、月为一年，共354天然而12个朔望月的长度是354.3671天，比历年长0.3671天，30年共长11.013天。因此，阴历以每30年为一个置闰周期，安排在第2、5、7、10、13、16、18、21、24、26、29各年12月底，有闰日的年称为闰年，计355天。但阴历的历年与回归年相差太大，累计到一定的时期会出现月序与季节颠倒的现象，所以缺陷明显。现在除了伊斯兰国家还保留以外，别的地方早已摈弃了。阴阳历的特点：年、月并重，力求把朔望月作为历月的长度，又用设置闰月的办法，力求把回归年作为历年长度的历法。优点是把两个天赐的周期都应用了，平均历月是月球公转周期，平均历年是地球公转周期。长期使用，对日
10、、地、月三者的关系就不会生疏，看到月份，就可知道在这一年中月球已绕地球转了几圈，看到日期就可知道月相。缺点是平年与闰年有一个月的差值，日期与季节的对应关系有一个月的错动。当设置了二十四个节气，时令是可以掌握的。11.我国的农历具有阴阳历特点外，还有哪些独特之处？我国的农历除了具有阴阳历的共同特点外，还有其独特之处。具体表现在：强调逐年逐月推算，以月相定（以合朔为初一，以两朔间隔日数定大、小月）；以中气定月序（据所含中气定月序，无中气为闰月）。二十四气与阴阳历并行使用，阴阳历用于日常记事；二十四气安排农事进程。干支记法，60年循环。12.现行阳历是如何演变的？阳历主要是依据回归年周期编历的。现行
11、公历是由儒略历奥古斯都历格里历发展而来的。前46年，儒略凯撒制定新历，又称新太阳历，它规定一个回归年为365.25日，每年12个月，单月31日、双月30天（除2月29日）全年365日，每隔三年置一闰，在闰年时2月份加一天，2月为30日，闰年为366日。由于僧侣执行置闰错误，奥古斯都对其做了修正，称为奥古斯都历，规定从公元前8到公元3年不置闰，以后又回到4年一闰，并把8月改为大月31日，这样从2月份扣一日，平年闰年2月份为28日，闰年2月份为29日；形成1、3、5、7、8、10、12为大月，2、4、6、9、11是小月的历法。由于4年一闰精度不够，积累到一定时期春分日会发生变化，为了把春分日还是固
12、定在3月21日，国际规定把1582年10月4日后一天作为10月15日（历史空白10天），把4年一闰改为400年97闰，凡世纪年被400除尽才是闰年。这就是格里历也是现行公历。儒略历每年12月，单月31天，双月除2月29日外，其余30天，每隔三年置一润，后奥古斯都把其改为1，3，5，7，8，10，12是大月，2，4，6，9，11，是小月，而且世界协商历史空白10天，使春分日回到3月21日，后又把该历法置闰制度修正为凡世纪年份能被400除尽者才是闰年，其余年份能被4除尽者为闰年，称为格里历，现行阳历就是这样演变的。13.已知2009年2月25日，3月27日，4月25日，5月24日，6月23日，7月
13、22日，8月20日均为朔日；又知春分在3月20日，谷雨在4月20日，小满在5月21日，夏至在6月21日，大暑在7月23日；问：公历2009是闰年还是平年？如果是闰年的话，闰几月？农历大小月如何安排？（1）2009年尾数是9，天干序号9，即天干为“壬”；地支序号200912所得的余数5，即地支为“辰”；故公历2009年相当于壬辰年。另法：N2009360m，求得N26，查表可知为已丑年。（两种方法所得出来的结论不同，不知道怎么回事？查了2009年的农历应当是已丑年。）（2）闰年（闰五月）。（3）农历大小月安排：二月大月、三月小月、四月小月、五月大月、闰五月小月、六月小月。方法：2月25日至3月2
14、7日，期间共30天，此月为大月；中气春分（3月20日）在此期间，即该月包含中气，故该月不闰。又如，6月23日至7月22日，中气大暑（7月23日）不在此期间，即该月不含中气，又由于该月的前一或两个月内并非含有两个中气，故该月为闰月，即闰五月。其他月份的推算方法同这两个例子。具体如下表所示。朔日历月天数（大小月安排）中气历月安排2月25日3月27日30天（大月）春分（3.20）农历二月4月25日29天（小月）谷雨（4.20）农历三月5月24日29天（小月）小满（5.21）农历四月6月23日30天（大月）夏至（6.21）农历五月7月22日29天（小月）大暑（7.23）农历闰五月8月20日29天（小月
15、）农历六月第2章 银河系和河外星系1.银河和银河系有何区别？银河是银河系在天球上的投影。银河系是一个星系，是由众多恒星组成的庞大天体系统，是构成可观测宇宙的基本成员。2.太阳在银河系中的位置是如何确定的？通过测定位于银河两侧、绝对星等相同的两颗恒星的视星等，然后计算出这两颗恒星的距离，再算出银核的位置，接着通过接收银核的射电来确定太阳距离银核的距离。据最新研究资料，银盘直径约8.5万光年，银盘中间厚、外边薄，中间的核球直径约1万光年，银盘靠近核球的地方厚约36千光年，边缘只1千光年。太阳在银盘中位于距银心大约2.4万光年的地方，它到银盘边缘的距离为1.66.4万光年不等，太阳附近的银盘厚度约为
16、3千光年。3.银河系的结构如何？它是怎样旋转的？银河系的结构包括四个部分，即银盘、银晕、银核和旋臂。银河系中心部分接近于刚体转动，外围部分接近于开普勒转动，中间部分比较复杂。像银河系这样的转动称为较差自转。4.银河系的核心是如何活动的？旋臂又是怎样运动的？（1）研究银核，现在主要的手段是通过射电、红外、X射线和射线波段观测。近年来，由射电和空间探测，在距离银河系中心约12ly的范围内，发现有两个射电辐射很强的射电源（人马座A和人马座B）。此外，红外天文卫星（IRAS）也发现了一个红外源（IRS16），它与上述的两个射电源位置完全重合，因此，现在很多天文学家认为银河系中心可能有黑洞。由射线天文卫
17、星探测发现银河系的高银纬处存在着弥散的射线辐射，专家分析认为可能来自中子星，也可能与发物质有关。因为暗物质与正常物质相遇发生湮没，可同时产生射线。最近，爱因斯坦天文台卫星观测还发现距离银心小于几光年范围内有一个低能X射电源和高能X射电源，有强磁场和喷流现象。（2）银河系属于旋涡星系，有旋臂。但是旋开还是旋闭目前有争议。银河的旋臂是怎样产生的，又是怎样长期得以维持的？近年来，有不少人对这些问题进行研究，并提出了一些看法。例如，美籍华裔科学家林家翘和徐遐生于1964年提出了一个密度波理论用以说明星系旋臂存在。他们认为，星系的旋臂是作较差自转的很扁的盘状星系里引力的相互作用所产生的密度型。在理论上可
18、以证明密度较大的角速度转动着，而且角速度的数值同离星系中心的距离有关。这样，波型和星系物质就有了相对速度，波型经过处，物质密度增大5%左右，使得气体集聚，形成新的恒星，或者凝聚为固体质点。这就说明了为什么在星系的旋臂里观测到很多年轻的恒星、星协、星团和较多的气体、尘埃。这个理论引起了人们的重视，但也有许多问题尚待解决，这个理论只证明了密度波的可能存在，不会被较差自转所破坏，因而能说明旋臂形态的持久性，但它没有回答密度波是怎样产生的，也未能说明与旋臂有关的许多观测事实。5.河外星系如何分类？河外星系是指银河系以外的星系统。按照形态（或称哈勃分类法）可把星系分为椭圆星系、旋涡星系、棒旋星系、透镜星
19、系、不规则星系五大类。按活动强度可分为正常星系和活动星系。6.河外星系是如何运动的？河外星系的运动有自转，还有星系彼此间也有相对运动。 7.何谓总星系？它与宇宙有何区别和联系？（1）“总星系”这个名词是20世纪30年代出现的，虽然这个词至今仍在有，但它的含义并不十分明确。总星系可以理解为观测所及的星系和星系际物质的总称。（2）区别和联系：宇宙是有其具体的（物质、运动、时间和空间等）而不是抽象的含义。总星系是观测所及的，是科学宇宙。而哲学宇宙从时间来说是无始无终，从空间来看无边无际。8.银河系是怎样起源和演化的？根据迄今为止有关银河系的观测资料，从弥漫说出发，在100多亿年前，有一个很大的星系际
20、云，在自引力作用下收缩，在收缩中分成几个云，其中一个大云形成银河系，二个小云分别形成大小麦哲伦星云。大云收缩中成为球状，开始时内部密度比较均匀，由于湍流和其它原因。逐渐出现了一些密度较高的区域，这些区域就形成球状星团。收缩中，云的中心密度增加最快，逐渐形成一个中心密集区，受到这中心密集区的吸引，球状星团向它降落，围绕着中心密集部分，也就是围绕着银心，在偏心率很大而且对银道面倾角也很大的椭圆轨道上转动起来，球状星团原来形成的地方就是它椭圆轨道上离银心最远的一点。随着大云的收缩，内部运动渐趋一致，有一个转动方向占了上风，而且由于角动量守恒，转动加快，尚未形成恒星的小云互相碰撞，损失能量，扁化为银盘
21、，盘内逐渐形成了大量的恒星，它们都在大致圆形的轨道上绕着银心转动。在此之前，球状星团中那些较大质量的成员星已经演化到了晚期，它们通过爆发曾把自己内部的重元素抛到星际空间，这样，新形成的恒星是由加进了不少重元素的星际物质形成的，所以它们都含有较多的重元素。有一部分球状星团会瓦解。它们的成员星就成为单独存在的一类恒星，我们今天观测到的球状星团的成员星也都是这类恒星，支持了这种看法。这类恒星的质量都比较小，和太阳质量相差不多，这是因为，那些质量较大的恒星由于演化较快，抛射出大量物质后已经变成了中子星或黑洞，剩下的就只有质量小的恒星了。随着银河系中心部分物质密集程度的增强，对这类恒星的吸引增强，使之轨
22、道变小，今天观测到的这类恒星的运动轨道比原来的轨道小了不少，在银河系的核心部分，恒星高度密度，恒星之间常常会彼此碰撞，甚至会有两个恒星合成一个的，这就加快了演化的速度。所以，在银河系的核心，常常会出现超新星爆发，形成大大小小的黑洞，而且小的黑洞还会合成大的黑洞。随着演化的进行，银河系的核心部分还形成了一个大小约20光年30光年的银核，它发出很强的射电辐射。在这个区域内部，恒星更加密集，而且其中心有一个大小约两光年的核心，这可能是一团磁场很强，转动很快，密度比较大的等离子体。银核发出很强的辐射。银核已发生过不只一次活动，在银核周围观测到许多射电源，就是银核活动时抛出的电离气体云，它们不断发出热辐
23、射。今天观测到的高银纬星云，则可能是在一千三百万年前一次较为厉害的活动中抛射出来的；形成旋臂的物质，也很可能至少有一部分是从银核抛射出来的。最近宇宙学家提出一种“碰撞星暴”的恒星形成假说。即认为两个星系之间碰撞时，气体云朝着较大星系的中心集聚凝结，与此同时，低密度的气体云凝聚块以非常高的速度凝结，并发生爆炸。形成恒星。这种理论还有待于新的观测研究来证实。总之，银河系从形成起，在运动中演化，不断地成长和发展。9.河外星系是怎样起源和演化的？河外星系的起源演化是个较复杂的问题，目前流派较多，但没有一种理论能被多数人所接受。关于星系的起源较流行的看法是：在宇宙热大爆炸后的膨胀过和中，分布不均匀的星系
24、前物质收缩形成源星系，再演化成星系。关于星系前物质，有人认为是弥漫物质，也有人主张是超密物质。关于原星系的诞生，有两派见解，一派是引力不稳定假说，另一派是宇宙湍流假说。对星系的演化有几种不同的见解，早在20世纪30年代，人们曾把哈勃序列看成演化序列。但是星系演化途径究竟是从椭圆星系到旋涡星系再到不规则星系，还是相反，即从不规则星系到旋涡星系再到椭圆星系，这个问题有争论十几年之久。归纳起来有以下几种：一种看法认为星系形成之初是形态最简单的球状气团，由于自转逐渐变扁，同时发生收缩，密度增大，气体凝聚为恒星，扁平部分形成旋涡，旋涡逐渐松卷以至消失。也就是强调星系是从椭圆星系，经过旋涡星系，最后演化成
25、不规则星系的。有人根据这个把椭圆星系称为“早型”星系，把旋涡和不规则星系称为“晚型”星系。另一种看法也认为：形态序列就是演化序列，但方向相反：从不规则星系，经过旋涡星系到椭圆星系。即从不规则开始，因自转而获得轴对称，最后演化成球状星系。现在知道，椭圆星系和旋涡星系中都有老年星，而且年龄相差不多。此外，质量、扁度等这些量上的差别也表明，星系的形成序列不是演化序列，各种类型星系彼此不能相互转化。第三种见解认为，演化取决于星系的质量和角动量。第四种观点认为，星系的形态结构的不同，取决于形成时的初始条件（密集、速度弥散度，角动量分布，温度，湍流，磁场等）及其差别。目前对星系演化过程比较流行的看法认为：
26、原始星系云在收缩过程中，出现第一代恒星，在原星系的中心区，收缩快，密度高，恒星形成率也高，形成旋涡星系的星系核或形成椭圆星系整体。星系的自转离心力阻止赤道面上的进一步收缩，并造成不同扁率，气体的随机运动和恒星辐射加热等因素，使得部分气体未聚合成星胚，并因碰撞作用而沉向赤道面，形成旋涡星系和不规则星系，结果使星系从形成之初就已经定形并保持下来，不再显著变化。在几亿年期间，由原星系形成的为年轻星系，在此之后的百亿年中，一般而言，星系的演变十分缓慢，除因邻近的伴星系的潮汐作用等因素造成质“桥”、“尾”或“剥却”星系外围物质外，星系的一般结构无大变化。对椭圆星系来说，可能由于初始密度，初始速度，弥散度
27、都较大，恒星形成率一开始就非常高，气体几乎全部用来形成恒星，星系中恒星是无碰撞的，所以椭圆星系形成后形态基本不变，旋涡星系的第一代恒星诞生率低，所以有部分气体保存下来，计算表明，不同的初始密度和初始速度弥散度，可以形成核球和星系盘之间大小比例不同的星系，这就可以用来大致解释旋涡星系的Sa、Sb、Sc三种次型，不规则星系的恒星诞生率更低，至今尚有较多气体遗留下来，在规则星系团中，物质密度和速度弥散度都大，成员中椭圆星系最多，在不规则星系团中，密度较小，椭圆星系较少。在富星系团中，旋涡星系少，而在富星系团的中心区域，则完全观测不到旋涡星系。旋涡星系主要是场星系或疏散星系群的成员，正好反映出那里的密
28、度和速度弥散度都低。旋涡星系和棒旋星系的旋臂以及棒旋星系里的棒是如何形成的，如何演化的，这是星系起源演化研究至今还未解决的问题之一，有人认为，旋臂是星系核抛射物质的产物，而较差自转是旋涡结构的成因，旋臂的演化趋向是旋开还是旋闭至今尚无定论。除了由动力学原因造成星系形态的变化外，星系中恒星的形成和演化过程是决定星系化学成分、星气比例、光度、颜色等物理量随时间演化的主要因素。一般来说，大质量恒星比小质量恒星演化快得多。大质量恒星在演化过程中合成碳、氧、铁这类重元素，通过爆炸形式把它们送回星际介质。小质量恒星则合成较轻的氦等轻元素，以较平稳的形式返回小量物质，因此，不同质量恒星的比例是控制星系化学演
29、化的最重要因素之一。另外，处在不同距离的星系也将反映出宇宙中星系的演化史，而哈勃空间望远镜为人类了解遥远的星系提供了手段。近期，还有人提出暗物质与星系形成有关。认为宇宙开始包含均匀分布的暗物质和正常物质，大爆炸后数千年暗物质开始成团，暗物质确定宇宙中物质的总体分布和大尺度结构。正常物质在引力作用下向高密度区域聚集，形成星系和星系团。这种观点也有待进一步证实。10.什么叫引力不稳定假说？什么叫宇宙湍流假说？（1）引力不稳定假说：认为宇宙在早期由原子核、电子、光子和中微子等组成，在温度降到4000K以前，处于辐射占优势的辐射时期，此时在各种相互作用中，引力不居主要地位，当温度降到4000K左右，复
30、合时期开始，宇宙等离子中性化，宇宙从辐射占优势时期开始转入实体占优势时期。在复合时期前后的30亿年期间，星系团规模的引力不均匀性开始出现并逐渐增长，这时宇宙物质就因引力不稳定而聚成原星系。计算表明，如果天体形成于复合前或复合初期，则先形成星系团或超星系团，再碎裂而成星系或恒星，如果天体形成于复合晚期，则先形成105太阳质量的结构，一部分保留至今成为球状星团，大部分则聚合成星系、星系团。（2）宇宙湍流假说：认为在宇宙等离子物质复合以前，强辐射压可能引起湍动涡流。物质中性化以后，辐射不再影响物质运动，涡流的碰撞，混合，相互作用产生巨大的冲击波，并形成团块群。再演变为星系。这一学说较自然地说明了星系
31、和星系团的自转起因。计算表明，实体占优势时期形成的结构物质为105太阳质量；复合时期形成的结构物则是1012太阳质量。11.试用宇宙大爆炸模型解释宇宙的形成。弗里德曼的宇宙大爆炸模型提供了始于一个“奇点”、一种密度无限大的状态的可能性，并因膨胀而转化为各种密度较低的状态，由于空间是按照宇宙间物质的量而弯曲的，因此这导致两种不同的结果，即如果物质的量少于某个临界数值，则膨胀将会永远继续下去，星系团就会彼此越离越远，这时，宇宙是“开放的”。如果物质的量大于这个临界数值，那么引力就会十分强大，足以使空间弯曲到这样的地步：先是使膨胀停止下来，继而又使之转变为坍缩，于是宇宙又重新恢复到某件超密状态，这样
32、宇宙称为“闭合的”。该理论认为宇宙开始于一次爆炸。在初期，温度极高，密度极高，整个范围达到热平衡，物质成分即由平衡条件而定，由于不断膨胀，辐射温度及密度都按比例地降低，物质成分也随之变化。温度降到十亿度左右时，中子失去自由存在的条件，与质子结合成重氢，氦等元素。当温度低于百万度之后，形成元素的过程也结束了。这时的物质状态是质子，电子以及一些轻原子核构成的等离子体，并与辐射之间有较强的耦合，从而达到平衡。以后继续冷却，到四千度左右，等离子体复合而变成通常的气体，与辐射的耦合大大减弱。从此，热辐射便很少受到物质的吸收或散射，自由地在空间传播。进一步地膨胀使辐射温度再度下降，气态物质开始形成星系或星
33、系团，最后形成恒星，演化成为我们今天所看到的宇宙。第3章 太阳系1.托勒密的宇宙地心体系的要点是什么？现代人如何评价？（1）要点：地球位于宇宙中心静止不动。每个行星都在一个叫“本轮”的小圆形轨道上匀速转动，但地球不是均轮中心，而是与圆心有一定的距离。他用这两种运动的复合来解释行星运动中的顺行、逆行、合、留等现象。水星和金星的本轮中心位于地球与太阳的连线上，本轮中心在均轮上一年转一周；火星、木星和土星到它们各自的本轮中心的连线始终与地球到太阳连线平行，这三颗星每年绕其本轮中心转一周。恒星都位于被称为“恒星天”的固体壳层上，日、月、行星除上述运动外，还与恒星一起每天绕地球转一周，以此解释各种天体的
34、每天东升西落现象。（2） 现代人的评价：托勒密的宇宙地心体系是错误的，是唯心的。但是，在当时条件下，它所推算出的行星位置与实际观测结果，是相当符合的。当时认为这个宇宙体系似乎是合乎情理的完美的数学图解。只是后来被教会所利用，成为上帝创造世界的理论支柱。2.哥白尼的宇宙日心体系的要点是什么？现代人如何评价？（1）要点：地球不是宇宙的中心，太阳才是宇宙的中心。太阳运行的一年周期是地球每年绕太阳公转一周的反映。水星、金星、火星、木星、土星五颗行星同地球一样，都在圆形轨道上匀速地绕太阳公转。月球是地球的卫星，它在以地球为中心的圆轨道上每月绕地球转一周，同时月球又跟地球一起绕太阳公转。地球每天自转一周，
35、天穹实际不转动，因地球自转，才出现日月星辰每天东升西没的周日运动，是地球自转运动的反映。恒星离地球比太阳远得多。（2）现代人的评价：由于科学水平及时代的局限，哥白尼的日心体系也有缺陷。主要有三个：把太阳作为宇宙的中心，且认为恒星天是坚硬的恒星天壳；保留了地心说中的行星运动的完美的圆形轨道；认为地球匀速运动。 然而哥白尼是第一个以科学向神权挑战的人，他的历史功绩在于确认了地球不是宇宙的中心，从而给天文学带来了一场根本性革命。哥白尼的宇宙日心体系是人类对天体和宇宙的认识过程中的一次飞跃，是唯物主义认识的胜利。3.简述太阳系的结构及运动特征。（1）行星和卫星的轨道运动：行星绕太阳运行的轨道是椭圆，设
36、此椭圆的半长轴和半短轴分别为a和b，则其偏心率为，当e0时，则椭圆变为正圆。轨道面对于黄道面的倾角为i来表示，如果i90，就表示运动是自西向东的。大行星的轨道运动特点：共面性：由于i都很小（除水星轨道面对不变平面的倾角大写，约7，其余都小于330），表明大行星的公转轨道面几乎都在一个平面上。同向性：行星绕太阳转动的方向都一样，自西向东。近圆性：大多数行星的轨道偏心率都很小，即行星的公转轨道接近正圆，除水星为0.20563外，其余行星的轨道偏心率都小于0.1。遵矩性：即“提丢斯波得定则”，它可以写成经验公式（天文单位）。其中，n为行星的序号。特别地，对于水星n不取1，取才与实际符合。对于这个定则
37、，也可以写成（为常数）。除了海王星以外，其余行星都比较符合此定则。卫星轨道运动特点：一般把轨道具有共面性、同向性和近圆性的卫星叫做规则卫星，反之称为不规则卫星。有些卫星的轨道面同行星的轨道面倾角大于90，他们绕行星运动的方向和行星绕太阳运动的方向相反，称逆行卫星。太阳系的卫星中，既有规则卫星，又有不规则卫星；既有顺行卫星，又有逆行卫星。（2）太阳系天体的自转：自转在天体中是很普遍的现象。天体的自转也就是天体绕着自己内部的一条假想的线的旋转运动，是研究天体演化的重要资料。下表列出大行星的自转周期和自转轴对公转轴的倾角，行星自转周期以恒星周期来表示，即以春分点来量度的某一行星自转一周的时间，如地球
38、自转的恒星周期为23小时56分4.1秒。行星自转方向以行星自转轴对公转轴的倾角来表示，如地球的为2326；大于90者，称为反向自转，金星是反向自转，而天王星几乎是躺在它的公转轨道上作侧向自转。行星自转的恒星周期赤道和轨道倾角水星58.65天28金星243天177地球23h56m4s.12326火星24h37m22s.62359木星9h50m.5（赤道）305土星10h14m2644天王星（24 3）h9755海王星（24 3）h2848在卫星中，有些自转周期与公转周期相同，这种自转称为同步自转，是行星和卫星之间潮汐作用的结果。例如，月球、木卫一、木卫二、木卫三、木卫四、海卫一、火卫一和火卫二等
39、都是同步自转。（3）太阳系角动量的分布：行星绕太阳运动是一种曲线运动，所以行星都具有角动量。如果轨道是正圆，则角动量j等于行星的质量m、线速度v和轨道半长轴a的乘积，即。可以证明，天体在椭圆轨道上运动时，上式仍然适用。同理，行星自转也有角动量，叫做自转角动量。计算表明，太阳占太阳系质量的99.865%，其角动量只占太阳系总角动量的不到0.6%，而只占太阳系总质量0.135%的行星、小行星、卫星等，它们的角动量却占了太阳系总角动量的99.4%以上，这就是太阳系的角动量分布异常。在卫星系统的角动量分布情况同行星系统不一样。只有月球轨道的角动量比地球的自转角动量大4倍，对于其余卫星系统，都是作为天体
40、的行星的自转角动量比卫星绕行星的轨道角动量大十倍到一百多倍。 4.试分析行星的视运动特征。（1）行星相对于太阳的视运动：地内行星相对于太阳的视运动：地内行星相对太阳的黄经相等时，称为“合”，即行星合日。“合”分为上合（距地球最远）和下合（距地球最近）。在合日时，行星被太阳光辉所淹没。经过上合以后，地内行星逐渐偏离太阳向东，东行几个月后，行星与太阳的距离达到最大，称为“东大距”。这段时间，太阳落山后，它出现在西方天空，也叫做“昏星”，这时的金星我国叫“长庚星”。东大距后，它又一天天地靠近太阳，当它的黄经再次等于太阳黄经时，叫下合，这时它重新消失在太阳的光辉里，我们看不见它。自此以后，它又偏离太阳
41、，往太阳西侧运行，这时的行星由昏星变为“晨星”，清晨在东方天空出现，这时的金星我国叫“启明星”，此后它偏离太阳的距角一天天增加，一直到“西大距”时为止。西大距后，地内行星与太阳距角逐渐减小，直到再一次上合，以后再重复上述的运动。地外行星对于太阳的视运动：当地外行星和太阳的黄经相等时，称为“合”，这时它与太阳同升同落，我们看不到它。过一段时间，当地外行星同太阳黄径相差90时，且在视太阳的东边，称为“东方照”，此时半夜左右它从东方升起，太阳升起时，它已转到南方最高位置。当行星和太阳黄经相差180时的位置叫做“冲”，即行星冲日。这时行星日落时升起，日出时下落，整夜都可以观测到，冲是观测地外行星的大好
42、时机。当行星和太阳黄经相差270时，且在视太阳的西边，叫做“西方照”，此时太阳落山后，它出现在南方天空，于半夜时下落，之后再到合的位置。同理，因行星轨道不是正圆，每次冲，行星与地球距离不同，距离最近的冲，叫“大冲”。（2）行星相对于恒星的视运动：行星有时向着赤经增加方向运动，与太阳周年视运动方向一致，叫做“顺行”，而有时又向着赤经减少的方向运动，称为“逆行”。顺行的时间长，而逆行的时间短。由顺行转为逆行或由逆行转为顺行，要经过“留”，行星在视运动路线上的运动不是均匀的，在留的前后移动较慢，似乎是相对静止不动的。行星视运动的不同特点的出现都具有周期性，各行星的周期长短不等。5.如果地球近点年的周
43、期E365.2596天，水星T87.97天，金星T=224.701天，试求出它们的会合周期S。水星与金星均属地内行星，按公式（S为会合周期，P为水星或金星的恒星周期，E为地球的恒星周期），将已知数值代入，即得P水星115.93 天，P金星583.924天。 6.太阳的基本结构如何？有何特点？太阳从中心到边缘可以分为核反应区、辐射区、对流区和太阳大气几个组成部分。太阳大气由里向外又可分为光球、色球和日冕三个层次。核反应区是太阳的产能区。这里进行着四个氢核聚变成一个氦的热核反应。在反应中损失的质量变成了能量，这样才能连续不断地维持着太阳辐射。辐射区辐射从内部向外部转移过程是多次被物质吸收而又再次发
44、射的过程。因此，从太阳核心到表面的行程，就逐步降低它的频率，变为硬X射线，软X射线，远紫外线，最后以可见光的形式和能量更低的其它形式向外辐射。从太阳内部向外部的温度变化必须保证各层次的辐射压强和重力的平衡，才能维持太阳整体的平衡和稳定。对流区能量主要靠对流向外传播。在这里，由于外层氢的电离造成此层内气体比热增加，破坏了辐射平衡所要求的温度梯度，从而破坏了流体静力学平衡，产生流动，进而发展为湍流，湍流区会产生噪声，即低频率的声波。对流区及其下面部分是看不见的，合称为太阳内部或太阳本体。它们的性质只能靠同观测符合的理论计算来确定，对于太阳大气，其性质主要由观测来确定。光球层实际上是一个非常薄的发光
45、球层。就是我们用肉眼看到的太阳圆盘。光球中布满米粒组织，在光球的活动区，有太阳黑子、光斑。色球层实际上是由一种细长的炽热物质构成的。色球的亮度只有光球的万分之一。由于磁场的不稳定性，色球经常产生激烈的耀斑爆发，以及与耀斑共生的日珥等，色球层随高度增加，密度急剧下降。日冕是极端稀薄的气体层，它的亮度比色球更暗。它主要是由高度电离的离子和高速的自由电子组成，日冕物质以很高的速度向外膨胀，形成所谓的“太阳风”。7.根据大行星的特性，简述行星有几种类别。以地球轨道为界，以内的叫地内行星，以外的叫地外行星。以小行星带为界，以内的叫内行星，以外的叫外行星。根据行星的各种理化性质，过去人们把九大行星分成两类
46、，即“类地行星”包括水星、金星、地球和火星；“类木行星”包括木星、土星、天王星和海王星。冥王星属于哪类有不同的看法。最近有人把行星分为三类，即水星、金星、地球和火星仍为“类地行星”，木星和土星为“巨行星”，天王星和海王星为“远日行星”。8.举几例太阳系中有特色的卫星。至2003年统计数据，人类发现的太阳系卫星有131颗，很多很有特色。月球是地球的天然卫星。火卫一和火卫二的外形很像两块马铃薯。它们自转与公转周期相同。木卫一近球体，是一颗干燥的星球，有广泛的平原和起伏不平的山脉，它的最大特点是有一些活火山。木卫二是颗由厚厚冰层覆盖着的岩石球体。木卫三不仅是木卫中最大的卫星，也是太阳系卫星中最大的一
47、颗。木卫四表面布满环形山。木卫十三，被认为太阳系中最小的卫星。土卫六，是最先发现的一颗比月球还要大的土星卫星，也是太阳系中目前所知的唯一有大气的卫星。土卫二，属于太阳系表面亮度最高的卫星。天王一至天王五属于规则卫星，但逆行。海卫一和海卫二，它们一大一小、一近一远、一逆行一顺行、一个轨道圆一个轨道扁。9.太阳系小天体有哪些？有何特性？太阳系中的小天体包括小行星、彗星和流星体等。小行星大多数分布在火星和木星轨道之间，构成小行星带。它们绕太阳沿椭圆轨道运行，偏心率和与黄道的交角都比大行星大，而比彗星小。小行星的大小和质量都是很小的。小行星的表面反照率有很大的差异。此外，还有一些不在小行星带内的小行星，如近地小行星。近地小行星按轨道特点可以把它们分成三类：阿坦型，其轨道半长径小于1.0天文单位；阿波罗型，其轨道近日距小于1.0天文单位；阿莫尔型，其近日距小于1.3天文单位。彗星由冰物质组成。呈云雾状的较小天体，一般肉眼看不到。彗星可分为周期彗星和非周期彗星，对于周期彗星又有长短之分，一般以长于200年周期的称为长周期彗星。一个发育完整的、运行到太阳附近的彗星则由彗核、彗发和彗尾组成。流星体的质量一般较小，大多数流星体只是很小的固体颗
