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天文学新概论（第五版）——苏宜

这是一篇关于天文学的思维导图，来自苏宜先生的天文学专业书籍《天文学新概论》，主要内容包括：当代天文新视野，20世纪60年代天文学四大发现，恒星的能源和演化机制，黑洞，地外文明，宇宙模型理论，星系，恒星，行星，时间计量序列，天球坐标系，宇宙概观，绪论。本思维导图是作者准备中国科学院大学研究生考试复试时完成的，全部免费。

编辑于2025-08-05 18:25:08

天文学
天体物理
天文学新概论
苏宜

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从光学望远镜到全波段天文学

望远镜的功能

瑞利判据

天文光学望远镜类型

折射望远镜

反射望远镜

折反射望远镜

天文光学望远镜制造史

大型光学望远镜的技术限制

材料及加工工艺的限制

机械和控制系统的限制

全波段天文学

二战后用于战争的雷达等无线电技术用于天文，开辟了射电天文学

20世纪90年代后的光学望远镜

1992年美国凯克10米望远镜

薄镜镶拼技术

由36快六边形镜面组合而成

主动光学和自适应光学系统

欧洲甚大望远镜

由四台口径为8.2米的望远镜组成

采用单块薄镜和150个调整点组成主动光学系统

双子星座望远镜

口径11米光谱巡天望远镜

日本昴星团望远镜

美意德大双筒望远镜

南非大望远镜

西班牙大望远镜

20世纪90年代后的射电望远镜

空天天文探测设备

苏联的载人飞行和月球探测

美国的阿波罗登月设备

水手号和海盗号探测器

先驱者和旅行者号

哈勃空间望远镜

伽利略号、朱诺号、卡西尼号

信使号水星探测器

21世纪的天文望远镜计划

中国的现代天文望远镜建设

20世纪60年代天文学四大发现

脉冲星

概念

脉冲星是快速自转的中子星，但中子星不一定都有脉冲信号

分类

毫秒脉冲星

自转周期小于１０毫秒的脉冲星

类星体

概念

光学性质和恒星类似，但不是普通恒星的一类特殊天体

特点

大红移、远距离、高能量、小尺度。辐射遍及射电波段、光学、Ｘ射线、伽马射线

本质

遥远的活动星系核中心超大质量黑洞的剧烈吸积活动

３Ｋ宇宙背景辐射

大爆炸证据

由于宇宙是绝对黑体，符合黑体辐射的普朗克曲线，观测证明背景辐射符合普朗克曲线

星际有机分子

概念

存在于星际物质或星系际物质中的分子。在恒星间或星系间的光猫空间存在稀薄气体和尘埃，称为星际物质或星系际物质

生命元素

地球上的六种生命元素其中五种广泛存在于星际空间，氨基酸的组成部分也被发现

研究方法

通过研究光谱的吸收线来判断星际物质的化学组成

分子天文学

恒星的能源和演化机制

恒星的能源

爱丁顿的难题

1926年爱丁顿的《恒星内部结构》对恒星来源做了正确的阐述：恒星的能源来自恒星内部的原子核聚变反应。但这在当时并不被物理学家们认可

原子的内部结构

重子/强子

质子、中子、介子、超子

轻子

电子、μ子、t子、电子中微子、μ中微子、t中微子

核素

各同位素的原子核统称为核素

夸克

夸克具有渐进自由，在极短距离和极高温度时，相互之间没有作用。也就是说温度稍低夸克就结合成强子，温度高强子又破碎成夸克

基本粒子标准模型

基本粒子一共61种，48种是组成物质的费米子（包括3色6味正反共18种夸克、和6种轻子，再加上它们的反物质粒子），13种是传递物质作用的玻色子（包括传递电磁作用的光子、传递强相互作用的8种胶子、传递弱相互作用的3种中间玻色子、希格斯玻色子）

太阳中微子失踪悬案

观测到的太阳中微子少了2/3。在发现电子中微子可能突变为另外两种中微子后，悬案告破

主序和主序前期

主序星的理论模型

简化假设

五个方程

质量方程

流体静力学平衡方程

光度方程

辐射转移方程

物态方程

主序前

一定量的星际物质受到偶然的引力扰动，如果质量和密度大到一定程度时，引力就会起主导作用使之坍缩成密度更大的星云。密度大到一定程度，星云就会分裂成若干个小团块，这些小团块还会继续分裂。知道团块质量为0.05~150倍太阳质量时，便不再碎裂，形成恒星的前期天体。再经过几万年或者几百亿年（取决于质量，质量大则时间段）就会到达主序。

主序后的演化

主序后

小于2.3倍太阳质量（小质量恒星）

氦燃烧前形成红巨星，不久后烧完氦，最终由于无法进行碳燃烧而变为白矮星，（I型超新星）

2.3~8.5倍太阳质量（中等质量恒星）

氦燃烧后进行碳燃烧，但是时间很短释放巨大能量爆炸什么都不会留下，也有可能不爆炸形成白矮星，但之后吸积足够多的物质还会爆炸。称为I型超新星。当然也有可能没有足够吸积的物质，最终白矮星沦为黑矮星（II型超新星）

大于8.5倍太阳质量（大质量恒星）

碳燃烧得以平稳进行，随后一步步进行氧燃烧、光裂变反应、硅燃烧最终形成铁为止。最终会爆缩，形成中子星或黑洞（是否形成黑洞要看星风损失的质量，如果简并核心质量大于奥本海默极限则会变成黑洞）

密近双星的演化

两类超新星

Ia型超新星

特点

有硅吸收线，没有强烈的射电辐射

成因

白矮星吸积物质超过钱德拉塞卡极限而形成中子星；密近的白矮星双星猛烈撞击

Ib型超新星

特点

没有硅吸收线，有强烈的射电辐射

成因

尚在争论

恒星演化的最后结局

简并

概念

由于泡利不相容原理不允许电子（费米子）取相同的运动状态，所以当空间占据了电子的所有运动状态时，就不容许有其它电子进入。这种不容许的力称为简并压力

电子简并压

白矮星就是由电子简并压抵抗引力形成的

中子简并压

当白矮星质量持续增大，电子简并压无法抵抗时，落入原子核与质子结合形成中子，此时变成中子星，由中子简并压抵抗引力

两个重要的极限

钱德拉塞卡极限

不可能存在质量超过1.44倍太阳质量的白矮星（超过就变成中子星了）

奥本海默极限

中子星也有质量上限，超过就变成黑洞，但这个上限不好确定，认为是2~3倍太阳质量

球状星团

黑洞

黑洞的数学模型

史瓦西半径

球形无转动的黑洞

克尔半径

因旋转而非球形的黑洞

黑洞的物理机制

黑洞的奇妙性质

视界

引潮力

时空特性

黑洞内部空间是一维的，因为只能坠向奇点。时间也是一维的并且有尽头，在奇点处时间终结

钟慢效应

按照广义相对论，引力也会产生钟慢效应

黑洞无毛

黑洞只有三个信息：质量、角动量、电荷

黑洞的类型

无电荷，无转动——史瓦西黑洞

有电荷，无转动——雷斯勒-诺斯特诺姆黑洞

无电荷，有转动——克尔黑洞

有电荷，有转动——克尔-纽曼黑洞

黑洞蒸发

黑洞周围正负离子对的四种情况

直接湮灭

双双落入黑洞

正粒子落入黑洞而负粒子逃脱

负粒子落入黑洞而正粒子逃脱

这种情况概率最高，负虚粒子在黑洞内部湮灭，而外部有正虚粒子逃脱，就等效为黑洞向外部发射一小点质量，这并没有违背视界内的东西不能逃出视界的基本原则

旋转黑洞造成的时空漩涡

静止界面

旋转的克尔黑洞在视界面外边多出一个临界面，称为静止界面。进入静止界面将在时空拖曳作用下跟随漩涡做圆周运动

能层

视界与静止界面之间的区域叫做能层，进入能层的物体将获得很大的能量和角动量，随着黑洞一起高速旋转

黑洞与黑洞的碰撞

黑洞与黑洞的碰撞后视界总面积会比原先各自的面积之和大

黑洞的吸入物质减少了宇宙的熵，但是其视界面积就是熵，不违背热二律

黑洞的天文观测

巨型黑洞、微型黑洞、中等质量黑洞

黑洞的密度与质量成反比

活动星系核和类星体的能源机制

活动星系核特征

致密核区、核区尺度远小于正常星系、核区光度远大于正常星系

在射电、光学、X射线、γ射线波段都有强烈辐射

光谱为连续谱，有亮而宽的原子和离子的发射线

连续谱和发射线的强度和谱型都有较短时标的变化

活动星系核能源机制

黑洞-吸积盘-喷流模型

三个基本参数：黑洞质量、角动量、吸积率

黑洞吸引物质，使引力势能转变为动能最后产生辐射，恒星级黑洞产能效率为10%（1000g物质落入黑洞将辐射出100g物质的能量，通过质能方程计算），10亿倍太阳质量的黑洞产能效率达40%

类星体是光度最高的活动星系核

人类第一张巨型黑洞照片

宇宙深处的γ射线

γ射线暴的能量远超过超新星，例如在基底星系发现了一起射电暴，50秒内释放了整个银河系200年的辐射总能量

短时γ射线暴

约有30%的γ射线暴持续时间在2s以下，发光机制是两个中子星相撞或黑洞吞食中子星。γ射线暴时长不足2s的称为短爆/I型爆，超过2s的称为长爆/II型爆

辐射机制

短爆

黑洞吞食中子星、中子星间相撞

长爆

超大质量黑洞的超爆

引力透镜

爱因斯坦环

因为引力透镜效应而使远方天体呈环状图像

前置天体

概念

产生引力透镜的中间天体叫做前置天体

可能的天体

有巨型黑洞的星系、星系团、非重子暗物质

引力波

黑洞奇点、白洞、虫洞

地外文明

生命的含义与生命起源概述

地外生命存在的科学依据

20世纪60年代通过射电望远镜发现了遥远星系存在有机分子谱线

1969年陨落在澳洲的麦其逊陨石碎块发现了有机物，包括氨基酸

地外文明探索的艰巨性

据估计银河系中具有相互通信联络可能性的地外文明在银河系中为50万个，如果均匀分布，彼此间最近距离为600光年

已做出的探测努力

系外行星的探测

视向速度法

通过探测单星星系，探测恒星微小运动产生的红移和蓝移即可知道绕转的行星

微引力透镜法

凌星法

直接成像

关于UFO现象

宇宙模型理论

宇宙学和宇宙学原理

宇宙结构学说

古代中国

盖天说

天圆地方

浑天说

天是鸡蛋壳，地是鸡蛋黄

宣夜说

没有有形质的天，日月星辰自然漂浮在空中

子主题

现代宇宙学

观测宇宙学

通过实际观测发现大尺度的宇宙特征

理论宇宙学

通过理论研究宇宙的结构和演化机制

宇宙模型的主要问题

大尺度上天体系统的运动形态、结构特征、演化方式

大尺度上天体系统的结构的模型

等级模型

天体的分布是逐级成团的，任何尺度上，物质分布都具有非均匀性

均匀模型

天体逐级成团的特性到某一尺度上不复存在，在更大尺度上天体的分布基本上是均匀的，各向同性的。（在大于1亿光年的尺度上，均匀模型符合实际情况，所以均匀模型的观点普遍被现代宇宙学者所承认）

现代宇宙学原理

1||| 在宇宙尺度上，空间任一点和任一点的任一方向，在物理上是不可分辨的

2||| 在同一点的不同时刻，各种物理量可以不同，允许宇宙演化，但没有一处是特殊的

大多数宇宙模型遵从宇宙学原理，只有少部分不遵从

牛顿静态宇宙模型

原理

时间和空间是绝对的，相互独立的

时间和空间都是无限的

奥伯斯佯谬

如果无限宇宙中均匀分布着无限多个恒星，那么天空中将是明亮的，因为无限个光点会充斥整个天空，但是在夜晚天空是黑色的

爱因斯坦有限无界宇宙模型

原理

现实的三维空间是无界空间，因为有曲率的三维空间只能是无界有限的空间

宇宙是静态的

宇宙项

爱因斯坦为了坚持宇宙静态模型，在引力场方程引入宇宙项，后来哈勃证明了宇宙膨胀运动，这是没有宇宙项的引力场方程描述的。但今天天文学家又把宇宙项清出来，认为其表征了导致宇宙加速膨胀的斥力

伽莫夫的大爆炸宇宙模型

稳恒态宇宙模型

在大爆炸宇宙模型被冷落的时候，稳恒态宇宙模型提出，虽然哈勃的观测结果支持宇宙膨胀模型，但是由于对于造父变星周光关系零点测定不准导致根据哈勃关系测出的宇宙年龄仅为20亿岁，所以稳恒态宇宙模型在当时仍被接受

标准的大爆炸宇宙模型

讨论范围

10的负4次方秒之后的宇宙演变

宇宙极早期的暴涨模型

讨论范围

10的负44次方s到10的负36次方s

10^-44次方秒以内发生的事情需要用量子引力理论去解释了

在万分之一秒内的难题

视界难题

在10的负36次方秒时，视界（任一点可视范围）只有3*10^-26次方厘米，但是宇宙尺度范围下限是3.8厘米，意味着视界外的世界相比之下如此广阔，以至于不可能演化成大体一致的性质，那为何如今演化成宇宙的各向同性呢？

平直性难题

磁单极难题

由于宇宙创生时，在彼此没有信号的边界上，会产生大量的磁单极，而本身又极少湮灭，但是为什么今天没有观测到磁单极？

奇点问题

暴涨模型

对难题的化解

认为在10的负35次方之前，宇宙的空间尺度并不是3.8厘米，而是比视界小很多，后来由于暴涨而急剧扩大了。今天的可观测宇宙只是均匀区域的一小部分，而磁单极只能在区域之间的交界处产生。帮张墨锡认为宇宙应当是平直的

10^-44s以前

时间和空间都小于普朗克尺度

10^-44s后

引力被分离出来，其余三种作用统一在一起，称为大统一时代

10^-36s后

强作用产生，弱作用和电磁作用仍然统一在一起

10^-10s后

弱作用和电磁作用分离，宇宙出现了不对称性

10^-4s后

属于标准宇宙模型可以描述的

暗物质和暗能量

暗物质

特点

1. 不发射电磁波辐射、不参与电磁作用和强相互作用、只参与引力作用和弱作用

2. 质量大、可成团、运动缓慢远低于光速

3. 寿命长

已知的粒子中没有满足这三个性质的

暗能量

暗能量可能与真空涨落有关，因为根据测不准原理，在极短的时间内能量的不确定性很高，所以可能真空中会产生正负虚粒子对。这个维持涨落的能量称为真空零点能

通过量子场论算出的宇宙学常数或者说是真空涨落能量密度是非常大的，但是观测到的暗能量密度却是非常小的，二者相差120个数量级。但就是这极小的暗能量密度驱使宇宙膨胀

红移与距离的关系

斯优尼亚耶夫-泽尔多维奇效应

对称与破缺、奇点问题

对称性破缺

由于在宇宙早期物质粒子由光子碰撞产生的正反粒子数量相等，在10亿开时就会全部湮灭，那么今天就不会有任何粒子留存。既然今天有粒子，说明物质粒子比反物质粒子多一些，这种不对称性称为对称性破缺

今日的光子数与重子数之比约为16亿:1，反推宇宙早期正反物质粒子产出比是10亿+1:10亿，正是这多的一个正离子不断积累形成了今日的物质世界

奇点问题

黑洞的奇点和宇宙的奇点是相同的难题，只是一个局部，一个整体。关于奇点问题的前景似乎是“量子引力理论”

奥本海默：“当我们初窥宇宙创生之奥秘的时候，心中有一种畏惧感，好像那是凡人所不应该获知的奥秘。”

爱因斯坦：“宇宙最不可理解的事，是宇宙是可以理解的。”

星系

宇宙岛之争

1755

康德《宇宙发展史概论》提出银河系外还有星系

1850

洪堡把康德说的河外星系称为“宇宙岛”

1920

沙普利-柯蒂斯大辩论。柯蒂斯认为仙女座星云超远在银河系之外，沙普利认为其距离是错的

1924

哈勃发现了仙女座星云中的造父变星，精准测量了距离

星系的分类

分类依据

中央核球相对于外围圆盘的大小

旋臂特征

旋臂或星系盘分解为恒星的程度

椭圆星系

呈椭圆形或正圆形，没有漩涡结构，

漩涡星系

棒旋星系

中心部分不是球状或椭球状，而是棒状，其余各方面和漩涡星系类似

不规则星系

没有可辨认的核、也没有漩涡结构、形状不对称

星系红移和哈勃常数

哈勃关系

通过红移测光度：通过红移量和多普勒公式得出退行速度、根据哈勃关系得出距离、根据视星等和距离得出绝对星等、根据绝对星等得知光度

哈勃年龄

星系的质量和距离

位力定理

星系自转曲线

问题

按照开普勒第三定律，r的三次方比T的平方为常数，所以星系外围的速度按理说应该下降，但是却没有下降反而上升了

解释

漩涡星系有很大一部分质量不在星系的中心区域，而在边缘区以外很远的星系晕中

本星系群

概念

银河系、大小麦哲伦、与其他40个星系组成一个星系群，称为本星系群

星系团和超星系团

星系团

分类

规则星系团

不规则星系团

本超星系团

本星系群、室女座星系团、以及50个左右较小的星系群共同构成一个巨大的扁平状天体系统，称为本超星系团

活动星系/特殊星系

特点

活动星系含有大量非恒星物质，可能发生大规模的涌动、爆发、吸积、喷流

类型

射电星系

爆发星系

核心发生猛烈的爆发

赛弗特星系

蝎虎座BL型天体

互扰星系

两个正在相互密近或碰撞的星系称为互扰星系

恒星

恒星物理方法

电磁波谱与天文大气窗口

天文学家研究恒星主要是研究恒星的电磁波辐射

天文大气窗口

大气层对电磁波的很多波段具有屏蔽作用，但留下了两处透明窗口：光学窗口和无线电窗口

电磁波谱

无线电波段

常用频率描述

光学波段

常用波长描述

射电波段

常用光子能量描述

三种描述方法等价

恒星的亮度、星等、光度

亮度定义

观测点在与星光垂直的平面上，星光产生的亮度

亮度与照度公式

亮度比公式

视星等m

用眼睛或地面仪器测出来的恒星星等称为视星等，其亮度称为视亮度

绝对星等M

星等的确定要考虑大气消光，即要看地球大气外的恒星亮度，与真实亮度相应的星等称为绝对星等

热星等

以光度相当的星等数称为热星等，恒星光度也用无量纲的相对值来表示，指恒星与太阳辐射总功率的比值，或者恒星和太阳光度的比值。不能通过观测，需要通过理论计算

恒星的辐射功率

恒星的整个电磁波谱的辐射总量，单位为瓦特，天文上称为光度

绝对星等、视星等、恒星与太阳距离公式

恒星光度公式

恒星光度测量

维恩位移定律

可以理解为温度高则辐射出波长短的电磁波

斯特藩-玻尔兹曼定律

恒星半径计算

恒星的光谱和分光测量

测量恒星化学成分

由恒星光谱中的暗线是因为恒星大气原子的吸收导致，所以可以测量

测量恒星的磁场

通过塞曼效应，看谱线分裂的宽度来判断磁场强度

恒星物理研究与量子力学

绝对黑体

任何物体都有吸收系数，吸收部分占总能量的份额称为吸收系数，其值在0到1之间

普朗克实验和光子概念

斯特藩-玻尔兹曼定律和维恩位移定律的推导

氢原子谱线结构和玻尔原子模型

量子力学简介

恒星的位置及运动参数

恒星的位置

概念

恒星在三维空间中的位置需要三个坐标参数：赤经、赤纬、距离（基于赤道坐标系）

恒星的距离

三角视差法

分光视差法

恒星的运动参数

概念

恒星在三维空间中的运动需要三个参数说明。沿视线方向运动称为视向运动，沿着视线垂直的平面运动叫做自行

恒星的自行

自行运动分解

自行可以分解为天球球面上沿赤经方向和赤纬方向的球面坐标运动

视向速度

靠近

紫移

远离

红移

主星序

主星序：是恒星在赫罗图上集中在一条对角线条带上的自然现象。这个现象符合斯特藩-玻尔兹曼定律

光谱型

哈佛分类法

根据恒星表面温度划分光谱型OBAFGKM

Oh, Be A Fine Girl Kiss Me

赫罗图

丹麦天文学家赫茨普龙和美国天文学家罗素各自独立提出了恒星光谱型和光度之间存在关系，并以图形表示，称为赫罗图

主序星

概念

是恒星一生中处于稳定阶段的恒星，占整个生命时长的90%。是主星序上的恒星

质光关系

主序星的光度大约与恒星质量的3.5~4次方成正比

恒星质量范围

当恒星质量过小时，无法发生热核反应

当恒星质量越大则生命时长越短，质量越小则生命时长越长

当恒星氢核燃料消耗殆尽，恒星就进入晚年离开主星序

褐矮星

褐矮星不是恒星，质量从17倍木星质量到0.08倍太阳质量，由自身引力收缩而自主发光的天体，这是在胚胎时期中途流产的恒星，因为质量不够所以不能产生热核反应

双星

双星的概念

两颗恒星绕着彼此的公共质心旋转，恒星中至少半数以上是双星

食双星

当双星的轨道面和我们视线几乎在一个平面的时候，就会发生掩食现象，这类双星称为食双星

分光双星

概念

由于一些距离较远的双星角直径小于望远镜分辨能力的极限以下，但可以通过光谱线判断是双星，这类双星称为分光双星

分类

单光谱分光双星

指只能看到一颗星的光谱，谱线有周期性红移和紫移

双光谱分光双星

指能明显看出是两颗星光谱叠加的

密近双星

概念

两颗星靠的很近，在引力影响下恒星的物质相互交流

分类

不接密近双星

仅仅出现引力变形而没有物质交流

半接密近双星

只有一颗巨星的物质单方面的流向伴星

密接密近双星

双方都有物质交流

天体测量双星

有些双星的平面接近与视线垂直，通过望远镜观测其不走直线的自行即可判断为双星，这种方法判定的双星称为天体测量双星

聚星

天文学上将3颗到10几颗恒星聚在一起的称为聚星

由双星测定恒星的质量

星团、星云、星际物质

星团

概念

由十几个至几百万个恒星聚集在一起的恒星集团，称为星团

星云

分类

发射星云

如果星云中或附近有高温的大质量恒星，紫外辐射使星云气体受激辐射，则称为发射星云

反射星云

如果星云中或附近有较低温温的普通恒星，紫外辐射不够强，星云物质只能反射恒星的光，则称为反射星云

暗星云

如果星云附近没有恒星，则星云本身无处发光，称为暗行星

这三类星云组分没区别

组成

气体、尘埃

星际物质

广义的星级物质包括了星云

组成

原子、分子、电子；直径小于1微米的冰、硅酸盐、石墨小颗粒

不稳定恒星

变星

侠义定义

亮度有变化的恒星称为变星，这是一个相对的概念因为但凡是恒星就会变化，变星或不稳定恒星指的是在较长时间（几年、几天、几小时）内，亮度有明显变化的恒星

广义定义

凡物理性质随时间变化的星，都叫变星

分类

物理变星

亮度变化的原因有真正的物理因素的称为物理变星

几何变星

比如食双星

脉动变星

类型

长周期变星

数量占脉动变星的三分之一，主要是红巨星和红超巨星

原因

星体有节奏的膨胀和收缩，这是主序星演化到晚期脱离主星序后出现的一种结构不稳定的现象

判断

周期在70~700天，周期不稳定

造父变星

判断

周期在1~50天、周期非常稳定的脉动变星

天琴座RR型变星

数量占脉动变星的四分之一

判断

周期0.05~1.2天

损耗机制

损耗的困惑

由于脉动变星的体积胀缩会由于摩擦力而振动衰减，但是都没有明显观测到这一现象

阀门效应

恒星收缩时恒星大气层下电离区透明度减少，保住了一部分辐射能量，在膨胀时释放出去，就这样一份份保住和释放能量才得以克服摩擦。这种能量补给方式被称为阀门效应

特殊变星

非径向脉动

脉动变星都是沿着半径变化的径向脉动，但还有一类非径向脉动，这开辟了星震学。太阳表面任何一点都存在周期为5分钟的上下振动现象，这是由10的七次方以上的非径向脉动模式的叠加

A类特殊星

这类星没有或者只有很小的亮度变化，但是磁场和光谱都有周期性变化

早型发射星

指光谱型属于O、B，光谱中有发射线的星

SS433星

是一个蓝色巨星和另一个黑洞或中子星组成的双星

船底座h星

1820年突然爆发，1843年停止爆发，二十世纪以来再度喷发

麒麟座V838星

爆发变星

类型

耀星

判断

在很短时间内，星等亮度突然增加，增加率超过0.3个星等的星称为耀星

特点

一般几分钟或几小时又恢复到正常状态

新星

判断

在1~2天中亮度迅速增加，到达极大时又逐渐减弱，在几年或几十年后慢慢消失，称为新星

原因

由白矮星和巨星组成的密近双星，由于白矮星把巨星外层的氢核拉到自己，积累到一定程度就会引发氢核的聚变反应，突然爆发。所以可能会产生多次爆发

超新星

判断

和新星类似，光变幅度更大

原因

恒星演化的最后阶段，辐射压力突然消失只剩下强大的引力，物质在很短的时间里迅速拥向中心，从而引发的爆炸，爆炸后

与新星的区别

新星是局部爆发，抛射的物质只有太阳的千分之一，超新星抛射物质可达数倍太阳质量

行星

IAU定义：太阳系行星的定义

IAU：国际天文学联合会

IAU的新决议

行星的定义

位于围绕太阳的轨道上

有足够大的质量来克服固体应力以达到流体静力平衡的形状（近于球形）

已经清空了轨道附近的区域

矮行星的定义

位于围绕太阳的轨道上

有足够大的质量来克服固体应力以达到流体静力平衡的形状（近于球形）

没有清空轨道附近的区域

不是一颗卫星

矮行星不是行星

太阳系小天体的定义

除了行星与矮行星，其它所有围绕太阳系运动的天体

重要决议

太阳系只有八大行星，冥王星是矮行星，矮行星不是行星

行星发现简史

水金地火木土是自古已知的

1781年英国威廉·赫歇尔观测到天王星

1846年法国勒维叶和英国亚当斯根据天王星轨道异常算出了海王星

行星运动方程

万有引力定律

二体问题的微分方程

开普勒三定律

定律

行星轨道是椭圆，太阳位于椭圆轨道的一个焦点上

行星在相等的时间内扫过相等的面积

多体问题与摄动方法

二体问题

三体问题

庞加莱证明了：找到三体问题的全部代数函数形式的解是不可能的

摄动理论/微扰理论

拉格朗日平动点

在平面圆型限制性三体问题中引入第三个为无限小质量体，对另外两个大天体不产生影响，那么在这个平面中可以找到5个点作为特解，这些点称为拉格朗日平动点

摄动力、潮汐现象与洛希极限

摄动力

在二体问题中，一个天体相对于另一个天体做轨道运动，则引入第三个天体对轨道的天体施加的力称为摄动力

月离理论

确定月球的轨道十分复杂，有几百项因素

潮汐现象

塑望时，太阳月球引潮力叠加在一个方向，大潮。上下弦，太阳和月球的引潮力有抵消，小潮。

行星运动轨道和视运动规律

轨道根数

概念

决定轨道在空间的位置和行星在轨道的位置需要六个常数，称为轨道根数。有：倾角i、升交点黄经Ω、近日点角距w、半长轴a、偏心率e、过近日点时刻t

计算星历表问题

已知6个轨道根数，求任意时间行星位置

定轨问题

观测行星位置，求轨道根数

行星的视运动规律

相对于太阳的行星视运动

相对于恒星的视运动

行星的会合周期

概念

行星相对于太阳的某一个特殊位置重复的周期，称为行星的会合周期。比如地内行星两次上合的周期，或者地外行星两次冲的周期

公式

日食与月食

行星际飞行器的轨道问题

活力公式

三种宇宙速度的计算

第一宇宙速度

正圆轨道a=r，r取地球半径，利用黄金代换并且忽略飞行器m，则可求得

第二宇宙速度

令a=∞，故第二宇宙速度=根号二倍第一宇宙速度

第三宇宙速度

逃逸速度等于根号二倍环绕速度，地球环绕太阳速度为29.8km/s，逃逸速度为42.1，减去地球速度可知为12.3，注意这是脱离地球后仍需要的速度，再由于能量和速度的平方成正比，所以第三宇宙速度的平方=第二宇宙速度的平方+12.3的平方=16.7

轨道设计

飞行过程

出发阶段

从地表发射脱离地球引力

中途阶段

进入到目标行星引力范围

到达阶段

如果是略过中间目标，为则双曲线轨道；，如果是要成为目标行星的人造卫星则减速

同步卫星轨道的计算

结果：卫星到地面为35788km

太阳系小天体

小行星

三种起源假说

一颗行星大爆炸产生的

大行星受到意外撞击产生的

在太阳系早期一颗未发育成熟的大行星裂解后产生的

研究意义

保留太阳系早期信息

航天安全

资源价值

地球安全

彗星（脏雪球）

距离太阳＞4au

没有尾巴，称为慧核

距离太阳≈3au

表面开始融化、升华，朦胧的大气包裹在慧核周围，没有尾巴，称为慧发

具体太阳≈2au

出现彗尾

海外天体与柯伊伯带

流星与陨石

狮子座流星雨

来源于一颗坦普尔-塔特尔的彗星，每33.2年与地球有一次最近点，在天球的狮子座区域内，其散落物高速冲入地球大气摩擦燃烧形成狮子座流星雨

时间计量序列

恒星时与平太阳时

恒星时

春分点连续两次经过某地子午线的时间间隔，称为一个恒星日

太阳时

真太阳时

由于椭圆轨道公转速度本身不均匀，就像时快时慢的钟表，所以一般不用真太阳时

平太阳时

假想一个在天赤道上匀速运动的“平太阳”，其两次经过子午线的时间间隔为恒定的 24小时

假设

太阳沿赤道做周年运动

运动速度均匀

运动周期为一个回归年

区时与世界时

区时

全球一共有24个区，每个区经度跨15°

世界时

由于航天、通信、航海等需求，通常采用0时区为世界时，或格林尼治时

国际日期变更线

太平洋中经度180°的线为日界线

恒星时与平太阳时的换算

时间间隔的换算

恒星时和平太阳时一年刚好差一天，每天差4分钟

时刻的换算

天体时角

历法

公历

又称格里历，前身为儒略历，为恺撒大帝采纳索西琴尼的意见制定的

农历

纪年和儒略日

纪年

公历纪年以耶稣诞生为起点，称为公元元年

儒略日

干支纪法

黄道13星座

由于太阳的周年视运动，所经历的天空位置划分了13个星座，由于地球自转轴的进动，古希腊时期太阳直射春分点时位于白羊座，但是现在已经到了双鱼座；

现代时间服务工作

协调世界时

由于世界时可能走快或走慢，而原子时却不会，所以协调世界时(UTC)会迁就地球钟，比如如果地球钟走快了1s，那么协调世界时就会减去1s

天球坐标系