普通天文学ch1

普通天文学

——第一章 绪 论

讲授人：罗 佳

武汉大学测绘学院

关于课程（一）

课程内容

介绍天文学的产生、发展以及相关的基本原理和 方法

课程目标

了解天文学的产生和发展 掌握天文学相关基本原理和方法 为后续高级课程做准备 拓展知识面

2008年09月

关于课程（二）

授课方式与教材

课堂讲授，《天文学教程》（上）

学习方法

课堂听讲、讨论为主；课后学习为辅 课后收集、整理和阅读资料

考核方法

课堂测试和期末闭卷考试 考试范围为课堂讲授内容，强调基本方法和概念 平时成绩45％，期末考试成绩55％

关于选课

第2次课登记姓名、班号和学号，另外，每班推荐一个课 代表，留下电子邮件和电话联系方式 选课截至时间：开课后第2周（第2次课结束）之前

2008年09月

内容提要（CH. 1）

为什么要学习天文学 天文学的研究内容 天文学的分支 天文学的起源和发展 中国天文学

2008年09月

为什么要学习天文学

与人类的生存和发展息息相关

时间、空间…

后续专业课程的基础

大地测量学 地球物理学 天文观测 天文测量 坐标与参考框架 天体力学

拓展视野，增进专业素养

上知天文、下知地理

…

2008年09月

天文学的研究内容

宇宙

“四方上下曰宇，古往今来曰宙，以喻万物” （《淮南子⋅原道训》） 天文学是人类观测研究各种自然天体和天体系 统，研究它们的位置、分布、运动、结构、物理 状况、化学组成以及起源和演化规律的一门自然 科学

宏观

把质量范围在10-15克，尺度范围在5-10厘米以 上的物质客体及其现象的总和称为宏观世界

2008年09月

宇观

1962年，著名天文学家戴文赛（1911-1979） 提出了宇观的概念——“大质量加大尺度，既是宇 观过程的特征，又是它的条件”。“大”是宇观世界 的特征，区别于广义的宏观世界，在宇观世界 中，物质具有高密度、高温度、高压、大质量、 大尺度、大时标等特征，运动速度大甚至接近光 速，万有引力起主要作用并服从相对论力学规 律，如天文学中研究的星系、星系团、总星系以 及距地球数百亿光年的宇宙

天体（body）

天体是宇宙各种物质客体的总称

2008年09月

国际制单位的前缀

T G M k d c m μ n 太 吉 兆 千 分 厘 毫 微 纳 1012 109 106 103 10－1 10－2 10－3 10－6 10－9

2008年09月

时间

平太阳日，一个平太阳日的1/86400为1s 1960，规定1900年地球公转周期的 1/31556925.9747为1s 1967，铯133原子基态的两个超精细能级之间跃 迁对应辐射9192631770个周期为1s

2008年09月

• 时刻准确度 ±5纳秒 • 精密定位定轨 • 卫星导航 ±20纳秒 • 电子侦察卫星 ±10纳秒 • 巡航导弹 ±50纳秒 • 卫星测轨 ±50纳秒

• 高速数字通信网 ±0.5微秒 • 电力传输网 ±1微秒 • 电视校频

频率稳定度 优于±1×10-13 ±2×10-13 ±5×10-13 ±5×10-13 ±1×10-12 ±5×10-12 ±1×10-11 ±5×10-12

2008年09月

时间

国家授时中心http://www.time.ac.cn

2008年09月

长度

m :光在真空中1/299792458s的时间间隔 所经路程的长度 1AU = 1.4959787×1011m 1LY = 63240AU

质量

1kg 1M๏ =1.989×1030kg

2008年09月

天文学的分支

天体测量学

球面天文学、方位天文学、实用天文学、天文地 球动力学等

天体力学

摄动理论、天体力学定性理论、天体力学数值方 法、历书天文学等

天体物理学

太阳物理学、恒星物理学等

2008年09月

天文学的起源和发展

占星术、对天体的崇拜

占星术基于比较严谨和 精确的天文观测 相对于一无所知，用占 星的观点去解释某些现 象无疑是一种进步 神职人员大都有很高的 社会地位，且往往能够 在心理上给普通人很大 的帮助 对现在人类的文明和文 化产生了深远影响：“将 星”，“福星”，“寿星”

2008年09月

天圆地方

具有代表性的有中国的“盖天说”和古希腊泰勒斯 （Thales, ~B.C. 625 – ~B.C.547）的学说

地球是圆球形的

古希腊科学家Pythagoras（约前580-约前 500）最早明确记录地球是圆球形的 埃拉托斯特尼 （Eratosthenes, B.C.276 – B.C.194）第一次测量和计算了地球的半径 地球在宇宙中的地位如何？

2008年09月

地心说

Aristotle (前384-前322) Ptolemacus (90-168)

• 著有长达十三卷的巨著《天文学大 成》很好的总结了古希腊的天文学 成就，对后世天文学和数学的发展 产生了深远影响。他还发现了大气 折射、月球运动的出差等天文现 象。他的占星学著作《四书》是西 方占星学的经典。他本人反对信奉 上帝，所以其著作长期被罗马天主 教定为禁书

2008年09月

2008年09月

日心说

古希腊的阿利斯塔克 （Aristarchus B.C. 310 – B.C.230）提出 的完整的日心地动说 Copernicus, 16世纪

正确的宇宙观

Bruno (1550?-1600) Tycho (1546-1601) Kepler (1571-1630) Galileo (1564-1642)

2008年09月

Galileo (1564-1642)

• 于1609年制造了世界上 第一台实用的天文望远 镜，以大量的观测证据支 持了哥白尼的理论，并完 成了《关于托勒密和哥白 尼两大世界体系的对话》 一书 • 直到1642年1月8日去 世，伽利略的很多成果也 未能发表 • 在这一年的12月25日， 牛顿诞生了

2008年09月

万有引力定律

Newton (1643-1727)

• 建树太多，经典力学体系 的创始人和奠基人 • Newton晚年进行十年的 神学研究

2008年09月

现代物理和现代观测技术

对太阳系的观测 对恒星的研究 对银河系以及河外星系的研究 宇宙的起源和演化 …

2008年09月

中国天文学

萌芽和体系的形成

前6000，房

舍和墓葬有一定的走向 前2500，陶尊上有标示日出的陶文 前2500-前2000，已有一套观察日月星辰确定季节的方 法，并设有专职官员“火正” 《尚书·尧典》中记载“寅宾出日，平秩东作，日中星鸟， 以殷仲春”

• 恭敬的迎接太阳升起，如果量测是正东升起，昼夜等长，且鸟星 在在黄昏时升到中天，则可以确定时仲春（春分）

前1600 -前1000，商代使用回归年，朔望月，干支纪 日，采用阴阳历；另外，在甲骨卜词中有相当数量的日月 食，新星，超新星的记载

2008年09月

半坡遗址

2008年09月

陶尊上的日出

2008年09月

商代甲骨

2008年09月

西周天文学已经相当发达和普及，诗经“七月流 火，九月授衣” 前770 –前222，春秋战国时期在《春秋》和 《左传》中已有丰富的天文资料

• 前644，落在宋国的陨石是世界最早的陨石纪录 • 前687，天琴座流星雨的纪录 • 形成了一些天文学理论，“杞人忧天”

2008年09月

• 《左传》庄公七年条云:“ 夏,恒星不见,夜明也.星陨如雨,与雨偕 也”

2008年09月

天文学理论

• 浑天说

– 石申建立？ – 天地都是浑圆形状

• 宣夜说

– 天无形质，日月星辰靠 “气”浮于空中

• 具有时空观的概念

– “宇宙”

2008年09月

早期的综合发展

秦汉时期，国力强大，对天文学十分重视；观测 方法和研究手段已经十分精湛，有丰富和连续的 天象纪录

• 《汉书·五行志》有太阳黑子，超新星等记载 • 汉武帝七年编制太初历，岁首与现代相同，将年终置闰 改为置闰月，并一直沿用至今

2008年09月

继续发展到繁荣

自三国到隋、唐、五代时期，中国天文学逐步走 向繁荣 三国时，吴国太史令陈卓综合古代的星表，编制 具有283星宫和1465颗恒星的星表，一直沿用到 近代 330，东晋虞喜发现岁差 443，南朝何承天编制元嘉历，

2008年09月

北齐张子信历30年观测发现太阳周年运动的不均 匀性 462，祖冲之制定大明历（第一次引入岁并把恒 星年和回归年加以区分） 604，隋刘焯基于前人成果编制了皇极历 唐李淳风研制可同时测定天体赤道坐标和黄道坐 标的浑天仪 唐一行和南宫说等人将天文观测用于测地，求得 1°子午弧长

2008年09月

鼎盛到相对落后

1006，宋景德三年记录了发生在豺狼座的超新 星， 1054，宋至和元年记录了发生在金牛座的超新星 沈括研制改进了一些观测仪器，创造了我国唯一 的一部阳历——十二气历，未被实行

2008年09月

宋元佑七年，苏颂、韩 公廉制造了可自动演示 天象和自动守时的水运 仪象台，后还制造了人 可入内观看的浑天象

2008年09月

元郭守敬（1231-1316）为编制新历，主持制造 仪器和观测工作。

他研制的许多新仪器，极大充 实了当时世界上最大的大都天文台——玲珑仪， 简仪，浑天象，仰仪，高表，景符等

2008年09月

1220，耶律楚材发现寻斯干城的月食时刻与大明 历所推算的时刻不同，提出了“里差”即地理经度 的概念，后苏天爵据此提出地方时的概念

2008年09月

1279，王旬和郭守敬主持进行了一次空前规模的 天文大地测量，南起海南（N15），北至北海 （贝加尔湖，N65），全国设定27个观测点，测 定极高，节气早晚，昼夜长短等，积累的数据编 制了授时历，该历一直沿用到明亡

2008年09月

浑仪

2008年09月

简仪

2008年09月

天象仪

2008年09月

北京观象台

2008年09月

登封观星台

2008年09月

漏壶

• “午时三刻”？ • 中国古人将1昼夜分为12 个时辰，子时、丑时、寅 时、卯时、辰时、巳时、 午时、未时、申时、酉 时、戌时、亥时；如子时 从现在的23点到1点 • 但是时辰的刻度太大，不 便于精确计时，所以又将 一昼夜分为100刻，而刻 度的单位源于漏壶中的刻 度

2008年09月

与西方天文学交融

明帝国万历时期，徐 光启与利玛窦合译 《几何原本》和《测 量法义》

2008年09月

明帝国崇祯时期，政府命徐光启等人组成历局， 经5年努力于崇祯七年完成137卷《崇祯历书》但 未颁布

2008年09月

清军入关后，汤若望将 《崇祯历书》删减为103 卷，并更名为《西洋新法 历书》进呈清政府，依此 编制《时宪历》，一直沿 用到清未帝退位

2008年09月

中国台湾发行的纪念邮票

2008年09月

清帝国康熙乾隆时期进行了两次经 纬度测量，建立了以北京为中心的 经纬网 1669，继汤若望之后，政府命南 怀仁任钦天监监正，他先后主持建 造了8件天文仪器，其中7件为西式

2008年09月

黄道经纬仪

2008年09月

武成永固大将军炮

2008年09月

近现代中国天文学的发展

清帝国后期 中华民国时期 中华人民共和国时期

2008年09月

清帝国后期

• 1859，李善兰与伟烈亚力合译赫歇尔《天文学纲 领》，中译名《谈天》 • 1862，清政府在同文馆内设“天文算馆” • 1877，法国传教士在上海徐家汇设立天文台，后又在 佘山建天文台 • 1894，日本在台湾建测候所 • 1900，德国在青岛设气象天测所

2008年09月

中华民国时期

• 1912，采用世界通用公历，并结合中国实情，将当年 定为中华民国元年 • 1912，国民政府将钦天监更名为中央观象台，从事日 历和天文年历的编撰 • 1922，在北京成立中国天文学会，后创刊《天文学会 会报》；1930，更名为《宇宙》；1947停刊 • 1934，在南京建紫金山天文台 • 1938，紫金山天文台迁往昆明

2008年09月

中华人民共和国时期

• 1949之后，先后建立紫金山天文台，北京天文台，陕 西天文台，云南天文台，及许多观测站 • 1958，建立南京天文仪器厂 • 2000，重组几个重要的天文台成立国家天文台 • 2001，陕西天文台改为国家授时中心

2008年09月

思考题

课堂作业：“午时三刻”折算成现在的时刻是 多少？

提示：1昼夜分为12个时辰，1昼夜的时间长度 又可分为100刻

家庭作业：你认为中国的围棋是否和天文或 占星有关？试收集有关资料，印证推断

2008年09月