简明天文学课后答案

第一章绪论

1.简述天文学的研究对象，研究方法和特点？

答：天文学的研究对象是天体，其研究的基本方法是对天体的观测，包括目视观测和仪器观测。它的研究特点是：

（1）大部分情况下人类不能主动去实验，只能被动观测。

（2）强调对天体进行全局、整体图景的综合研究。表现观测上是全波段、全天候。在理论上依赖模型和假设。

（3）需用计算机把观测所获得的大量原始资料进行整理。使天文学研究发生重大变化的另一个技术进步是快速互联网技术，这使得异地天文数据的交换和处理成为可能，使得观测数据具有巨大的科学产出的潜在意义。目前，虚拟天文台的提出和建设对天文研究意义深远。（4）具有大科学的特征，需要大量投资。（5）以哲学为指导。

2.研究天文学的意义有哪些？

答：天文学与人类关系密切，天文学对于人类生存和社会进步具有积极重要的意义，突出表现在以下几个方面：

（1）时间服务：准确的时间不单是人类日常生活不可缺少的，而且对许多生产和科研部门更为重要。最早的天文学就是农业和牧业民族为了确定较准确的季节而诞生和发展起来的。现代的一些生产和科研工作更离不开精确的时间。例如，某些生产、科学研究、国防建设和宇航部门，对时间精度要求精确到千分之一秒，甚至百万分之一秒，否则就会失之毫厘，差之千里。而准确的时间是靠对天体的观测获得并验证的。

（2）导航服务：对地球形状大小的认识是靠天文学知识取得的。确定地球上的位置离不开地理坐标，测定地理经度和纬度，无论是经典方法还是现代技术，都属于天文学的工作内容。（3）人造天体的成功发射及应用：目前，人类已向宇宙发射了数以千计的人造天体，其中包括人造地球卫星、人造行星、星际探测器和太空实验站等。它们已经广泛应用于国民经济、文化教育、科学研究和国防军事。仅就人造地球卫星而言，有通讯卫星、气象卫星、测地卫星、资源卫星、导航卫星等，根据不同需要又有地球同步卫星、太阳同步卫星等。所有人造天体都需要精确地设计和确定它们的轨道、轨道对赤道面的倾角、偏心率等。这些轨道要素需要进行实时跟踪，才能保持对这些人造天体的控制和联系。这一切都得借助天体力学知识。

（4）导航服务：天文导航是实用天文学的一个分支学科，它以天体为观测目标并参照它们来确定舰船、飞机和宇宙飞船的位置。早期的航海航空定位使用六分仪（测高、测方位）和航海钟，靠观测太阳、月亮、几颗大行星和明亮恒星，应用定位线图解方法来确定位置，其精度较低，且受天气条件限制。随着电子技术的进步，已发展了多种无线电导航技术来克服这方面的缺陷。宇宙航行开始以后，为了确定飞船在空间的位置和航向，天文导航也有相当重要的作用。目前，全球卫星定位系统（GPS）技术的应用，使卫星导航更精确。卫星导航不仅普遍用于航天、航空、航海，而且还用于陆面交通管理。

（5）探索宇宙奥秘，揭示自然界规律：随着对宇宙认识的深入，人类从宇宙中不断获得地球上难以想象的新发现。例如，19世纪初有位西方哲学家断言，恒星的化学组成是人类永远不可能知道的。但过了不久，由于分光学（光谱分析）的应用，很快知道了太阳的化学组成。其中的氦元素就是首先在太阳上发现的，25年后人们才在地球上找到它。太阳何以会源源不断地发射如此巨大的能量，这是科学家早就努力探索的课题。直到20世纪30年代有

人提出氢聚变为氦的热核反应理论，才完满地解决了太阳产能机制问题。几十年后，人类在年代后天文学中的四大发现，60世纪20 地球上成功地实验了这种聚变反应──氢弹爆炸。．

令人大开眼界。从地心说、日心学到无心学是人类认识宇宙的三个里程碑。（6）研究天文与地学的关系：地球作为一颗普通的行星，运行于宇宙空间亿万颗星体之间，地球的形成、演化及

重大地质历史事件无不与其宇宙环境有关。事实表明，地球本身记录了在地质历史时期所经历的天文过程的丰富信息。例如，地球自转变慢，就是通过古代珊瑚化石的研究证实的。珊瑚也象树木年轮那样具有年带。珊瑚每天周期性地分泌碳酸钙，在身上形成一条条日纹。3.2亿年前的珊瑚化石，每个年带含有400条日纹，表明那时地球一年自转400圈，说明那时地球自转比现在快得多。这与理论推算的结果十分一致。人们很早就注意到地质现象普通存在着周期性，而天体星系的运行及演化也无一不按自己的规律进行，并且地质周期同天文周期存在着某些对应关系。太阳绕银河系中心运动的周期大约是2.5亿年，这叫做太阳的银河年。在一个银河年中，太阳处于银河系不同位置，由于宇宙环境的变化，会给太阳和地球带来影响。

（7）探索地外生命和地外文明：人类在探索宇宙奥秘过程中，对地外生命和地外文明的寻求是最令人神往的。我们认为宇宙是一个和谐的整体，它不会偏爱地球。像地球这样一个充满生机的星球，在宇宙中应该是不少的。人类怀着极大的好奇心希望在太阳系以内或以外找到生命，更盼望能觅到自己的知音。近几十年来，世界各地常有不明飞行物（简称UFO）的报道。虽然至今仍没有确切证据确认外星人曾拜访过我们地球，但是人类还是在继续努力地寻找地外文明。

3.了解天文学的科学分支。

答：传统的天文学分为天体测量学、天体力学和天体物理学。二级分支如下：

（1）天体测量学：又可球面天文学、方位天文学、空间天文学和天文地球动力学。

（2）天体力学：又可分摄动理论、天体力学定性理论、天体力学数值方法、历书天文学、天体的形状和自转理论和天体动力学。

（3）天体物理学：分为太阳物理学、太阳系物理学、恒星物理学、星系天文学、高能天体物理学、恒星天文学、天体演化学、射电天文学和空间天文学。

目前，著名天文学家王绶琯院士又提出新的学科分类，包括理性工具分类、观测工具分类和研究目标分类（参见教材）。

4.简述古代天文学的起源和发展。

答：天文学是与人类文明同时发端的一门古老的学科。人类在有文字记载之前，由于农牧业生产和实际生活的需要，就开始注意某些显著的天象。自从有了文字以后，天文学便在人类文明的发祥地萌芽并诞生了。这便是古代天文学的起源。在世界文明古国，早期天文学都得到发展。（1）古埃及天文学发展情况。该时期埃及人已经掌握了一定天文知识。注意天狼偕日的现象，认识太阳在恒星间一年移动一周，并制定历法规定一年长度为365天一年12个月，每月30天，年末再加5个附加日。

（2）巴比伦和亚述古代天文学发展情况。该时期巴比伦和亚述人制定了接近科学实际的阴阳历，规定了大小月，还认识了12个月和五星的运行规律，他们还认识到黄道和白道，月食一定发生在望，并且只有当以月亮靠近黄白交点时才能发生食。

（3）古印度代天文学发展情况。此阶段印度人创立了阴阳历，把黄道天区划分为27个相等的部分，与恒星月周期相等。

（4）古希腊天文学发展情况。希腊人继承了巴比伦和亚述人的文化遗产，在天文学方面做

出了重要的贡献，并出现了四大学派，即：爱奥尼亚学派，毕达哥拉斯学派，柏拉图学派和亚历山大学派。特别是托勒玫集古希腊天文学的成就提出“地心宇宙体系”对后期天文学发展影响很大。

天象记录、观象授时、该阶段中国人已懂得天文定向知识，中国古代天文学发展情况。）5（．编制历法，并有24节气的全部名称，还提出朴素的宇宙观。

5.简述欧洲15`，16，17，18，19，20世纪天文学发展的特点及成就。

答：15世纪前，科学服从教会，天文学没有多大的发展；15世纪后，欧洲资本主义兴起。两个世纪里，从哥白尼到伽利略再到牛顿是近代天文学建立和发展时期，天文学从单纯描述天体的几何关系推进到研究天体之间的相互作用的新阶段；18，19两个世纪，科学技术进步，各种观测

设备精度提高，导致一系列重大发现。在天体测量学、天体力学、太阳系研究、恒星天文学、天体物理学方向各有重大成就；20世纪的天文学，发展迅速，成就辉煌。如发现九大行星之一冥王星及其卫星。证明黑洞的存在，系统的认识银河系，确定河外星系的概念等等。

6.简述中国天文学从古至今的发展过程。

答：中国天文学从古至今的发展大致经历了以下6个过程：（1）萌芽和体系形成：中国天文学最能清楚的表明天文学由萌芽到早期形成和发展的一般过程。（2）早期综合和发展；秦汗时期为综合和发展在诸侯割据时期各地发展起来的天文学创造了条件，历代帝王对天文学的重视也推进天文学的综合发展。

（3）继续发展和繁荣：秦汉之后，我国天文学研究逐渐走向繁荣发展阶段，在历法，仪器天文实测方面有不少创新。

（4）由鼎盛时期到相对滞后：从宋初到明末，天文学也随着生产的发展取得了许多重要成就。（5）与西方天文学交融：明朝万历年间，是西方科学知识最早传入中国的时候。随着时间的推移，中国天文学逐渐与西方天文学融合。

（6）近代，现代天文学的发展：随着科学技术的发展，仪器的精密，对天文学的研究更为全面与深入，成立全国权威的天文机构，取得不少研究成果。21世纪初，我国天文机构实行了改革和重组，国家天文台的设立，标志我国天文学发展进入一个里程碑式的新阶段。

第二章天球与天球坐标

1.解释下列名词。

天体天体系统天球地心天球日心天球地轴天轴黄轴银轴赤道天赤道黄道银道

地极天极黄极银极地平圈天顶天底东点西点南点北点上点下点春分点秋分点夏至点冬至点子午圈卯酉圈春分圈时圈六时圈经度方位时角赤经黄经银经

纬度高度赤纬黄纬银纬

天体：宇宙间名种星体的总称或宇宙中所有物质的总称。包括恒星、行星、卫星、彗星体、陨星、小行星、星团、星系、星际物质、暗物质等。（天体可为自然天体和人造天体，天体也分为可视天体和不可视天体（暗物质）) 。

天体系统：在引力作用下，邻近的天体会集结在一起，组成互有联系的系统，就是天体系统。天球：以任意长为半径的一个假想的球体，若以观测者为中心，称为观测者天球。它是天文学用作表示天体视位置和视运动的辅助工具。

地心天球：以地心为中心的天球。

日心天球：以日心为中心的天球。

地轴：地球在自转过程中，若不考虑公转因素，从地表到地内假设就有一连串不动的点，连接这些不动的点所构成的线就是地轴。地球就是绕着假想的地轴自转的。

天轴：地轴任意或无限延伸就成天轴。

黄轴：与黄道垂直，连接北黄极与南黄极的连线就是黄轴。

银轴：与银道垂直，连接北银极与南银极的连线就是银轴。

赤道：既垂直于地轴，又通过球心的平面与地表相割面成的圆，称为赤道，它是地球上最大的圆。．

天赤道：与北天极和南天极距离相等，且垂直于天轴的大圆，称为天赤道。或指地球赤道平面任意扩展与天球相割而成的圆，称天赤道。

黄道：黄道面与天球相交的大圆称为黄道。或：地球公转的轨道无限扩大与天球相交而成的圆。银道：指银河系平面无限扩大与天球相交而成的圆。天文界规定银道面与天赤道交角为63度26分。为银道坐标系的基圈。

地极：地轴与地表相交的点就是地极。有南、北两极

天极：天轴与天球相交的点就是天极。有南天、北天两极。

黄极：通过天球中心作一垂直于黄道面的直线，使该线与天球相交于两点。其中靠近北天极P 的称为北黄极K，靠近南天极P′的另一点称为南黄极K′。

银极：在银道两侧与银道相距90度的两点，称为银极。

地平圈：通过地心并垂直于观察者所在地点的垂线的平面与天球相割面成的圆为地平圈，也就是人们平时所说的地平线（没有如此严格的定义）。

天顶：沿观测者头顶所延伸的方向作铅直线向上无限延伸，与天球相交的点称为天顶（Z）

天底：天球上距天顶180度的点，既铅直线在观测者脚底向地面以下无限延伸，与天球相交的另一点称为天底（Z′）

东点、西点、南点、北点：合称四方点（或四正点）。子午线与地平圈相交的两点中，靠近南天极的那一点称为南点（S）。靠近北天极的那一点称为北点（N）。自北点顺时针旋转90度的那一点为东点（E），与东点相距180度的点称为西点（W）

上点：午圈与天赤道的交点（Q），或天赤道对地平圈最大的距点之一。

下点：天赤道上与Q相距180度的点，既子圈与天赤道交点（Q′），或天赤道对地平圈最大的距点之一。

二分、二至点：黄道与天赤道有两个交点，既春分点（r）和秋分点（Ω）。在北半球看来，春分点是升交点，秋分点是降交点。夏至点是黄道上的最北点，冬至点是黄道上最南点。

子午圈：通过天顶与北天极又过北点和南点所作的大圆PZSP`Z`NP

卯酉圈：通过天顶和天底同时又过东西点的大圆ZEZ`W

春分圈：通过春分点的时圈。

时圈：第一赤道坐标系中它的经线，是天球上通过北天极与南天极的圆，在此改称时圈。

经度：终圈所在平面与始圈所在平面之间的夹角（某地经线所在的平面相对本初子午线所在的平面夹角就是该地的地理经度）。

方位：在地平坐标系中的经度称为方位（A），它是天体对于午圈的角距离。

时角：在第一赤道坐标系中的经度称为时角，是天体相对于Q点所在的时圈的角距离。

赤经：在第二赤道坐标系中的经度称为赤经，是天体相对于春分圈的角距离。

黄经：在黄道坐标系中的经度称为黄经，是天体对于春分点所在的黄经圈的角距离。

银经：在银道坐标系中的经度称为银经。

纬度：天体相对基圈的角距离（某地法线与赤道平面的交角就是某地的地理纬度。它以赤道面为起始在经线上度量）。

高度：在地平坐标系中的纬度称高度（h），即天体与地平圈的角距离，就是天体光线与地平面的交角，也就是天体仰角。它用角度表示，以地平圈为起点沿天体所在的地平经圈向上或向下度量。赤纬：在第一赤道坐标系中的纬度称赤纬，是天体相对于天赤道的角距离，即天体视方向与天赤道的平面的交角，用角度表示。以天赤道为起始，在天体所在的时圈上向北或向南度量。

黄纬：在黄道坐标系中的纬度称黄纬，是天体相对于黄道的角距离，用角度表示。以黄道为起始，在天体所在的黄经圈上向北或向南度量。．

银纬：在银道坐标系中的纬度称银纬，用角度表示。以银道为起始，在天体所在的银经圈上向北或向南度量。

2.写出下列两个天球大圆的两极。

地平圈：天顶（Z）和天底(Z′) ；子午圈：东点（E）和西点（W）；

天赤道：北天极（P）和南天极（P′）卯酉圈：南点（S）和北点（N）

黄道；北黄极（K）和南黄极K′；六时圈：上点（Q）和下点（Q′）

3.写出下列天球的大圆的交点。

答：

子午圈与地平圈：南点（S）和北点（N）；子午圈与天赤道：上点（Q）和下点（Q′）；

子午圈与卯酉圈：天顶（Z）和天底(Z′)；子午圈与六时圈：北天极（P）和南天极（P′）天赤道与地平圈：东点（E）和西点（W）；天赤道与黄道：春分点（Υ）和秋分点（Ω）

4.方位，时角，赤经,黄经四者的度量方向是怎样的？为什么要按这样的方向度量？

答：①方位：天文学以地平南点为原点，在地平圈上向西度量（因天体周日运动向西），自0度到360度，南，西，北，东四点的方位角分别为0度，90度 180度 270度，测量学里以北点为起点的。②时角：是第一赤道坐标中的经度，是天体相对于子午圈的角距离，即天体所在时圈与子午圈的交角，实质上是两圈所在平面夹角。以上点为原点，沿天赤道向西度量（因天体周日运动向西），用时间单位表示可记为时（h）、分（m）、秒（s）。③赤经是第二赤道坐标中的经度，是天体相对于春分圈的角距离。也就是天体上中天时的恒星时，上中天恒星的赤经是子午圈上的恒星与春分圈的角距离。即可用时间单位表示，记为时（h）、分（m）、秒（s）也可用角度单位表示，自0°至360°。④黄经是黄道坐标系中的经度，是天体对于春分点所在的黄经圈的角距离。以春分点为原点，沿黄道向东度量(因太阳系内天体周年视运动的总趋势向东)，自0°至360°。

5.在福州（北纬26度）观测北天极，它的高度是多少？在广州，北京又是多少？

答：在福州（北纬26度）观测北天极高度是26度。（因为北天极高度等于当地的纬度）

广州：23度；北京：40度。

6.春分点的赤经赤纬黄经黄纬各是多少？

答：都是0度

7.北天极的黄纬和黄经是多少？北天极的赤纬和赤经是多少？

答：黄纬：66度34分；黄经：90度。赤纬：90度；赤经：0度。

8.地平坐标系、第一赤道坐标系、第二赤道坐标系、黄道坐标系和银道坐标系各有什么特点？各有什么用途？试列表说明。

要素地平坐标第一赤道第二赤道坐黄道坐标银道坐标

标坐标

银轴天轴当地垂线天球黄轴天轴

轴北银极、南北黄极、南黄极两极天顶、天底北天极、南北天极、南银极天极天极

银纬圈地平纬圈纬圈（等高线）赤纬圈赤纬圈黄纬圈地平圈（有四正点）银道天赤道（有天赤道（有基圈黄道（有二分、二上、下点）至点）春分点、秋分点）．

经圈地平经圈（有子午、时圈（有子时圈（有二黄经圈（有二至银经圈

圈）分、卯酉圈）午圈、六时（辅二至点）

圈）圈）通过银心在通过春分点的黄春分圈午圈午圈始圈银道上投影经圈

的银经圈

银道与始圈原点南点上点春分点春分点

的交赤赤高银黄纬

赤经（向方位（向西度量时角（向黄经（向东度量经银经（按时针方向度量度量

量

观测太阳以及对银河系应观测恒星、星云、星图在天文航海、天类型的遥远天体常常采观测，则航空、人造地球阳系内运行在赤道坐标系，它被广泛采用银道星观测及大地测道面附近的天体用与天体测量标则采用黄道坐等部门广泛应

系9.计算二分二至时太阳的赤纬、赤经、黄纬、黄经。

节气太阳赤纬太阳赤经太阳黄纬太阳黄经