天文学｜研究宇宙的科学

发布时间：2025-05-06 12:39

天文学是一门科学，旨在研究整个宇宙，以及构成它的不同物体。它的成员分为逐渐增加的结构：不同大小的恒星，其行星和卫星，加入到星际物质中，形成星系; 反过来，它们被分为星系的聚集体和超星系团。天文学家描述了所有这些天体，研究了它们的构成，并分析了它们之间保持的关系及其随时间的演变。

虽然天文学 - 它是最古老的科学 - 在其早期阶段与宗教和魔术联系在一起，但从未停止或多或少地呈现出科学特征，因为它的结果是基于观察结果而且是由理论模型解释。

天文分支

将现代物理学应用于恒星研究所取得的进展产生了天文科学的两个分化良好的特征：经典天文学和天体物理学。它是第一个最古老的分支这一事实并不意味着它已经不再重要。

反过来，古典天文学又细分为天体测量学和天体力学。第一个是负责恒星的位置，通过系统的空间和时间坐标以及仪器或测量技术的使用越来越准确。根据牛顿万有引力定律，天体力学已经研究了行星，卫星和其他恒星的运动。它的目标是轨道的计算，天文学和星历年鉴的制作（星体坐标图作为时间的函数）。

天体物理学应用于研究恒星自20世纪初以来已经彻底改变物理学的理论和技术。诸如测光，光谱学和天体发射的无线电波或射电天文学的分析等技术在这些技术中脱颖而出。此外，恒星物理学是天体物理学的一部分，其目的是研究这些恒星的结构和组成; 宇宙论，涉及所有天体的起源和演化; 和宇宙学，它转向整个宇宙的结构和演化。

地球运动和太空人的表观运动

由于两个原因，地球相对于太阳的运动特别重要。首先，因为地球被视为几乎所有天文参考系统中坐标的原点，因为大多数测量是从它进行的。其次，因为它可以解释从地球表面观察到的恒星的位移，这使得这种运动被称为显而易见的，以区别于其他系统作为参考。

回转

地球围绕其轴线的旋转是恒星每天从东向西移位的原因。没有参与这一轨迹的唯一天体拱顶点是行星在天球上的旋转轴的延伸，称为天体北极和南极。高度，即由地平线和到达天极的视线形成的角度，是该地方的纬度。在该点上方垂直绘制的线将天球切割成两个点，称为天顶（上部）和最低点（下部），径向相对。另一方面，由天顶，天底和天极界定的最大圆是所考虑点的子午线，从北到南切割地平线。

由于地球自转，恒星描述了两极周围的圆圈。与天极的角距小于其纬度的恒星从不低于地平线，被称为极地。最接近北极的是极星，它与极点的距离仅为0.9°，描述了一个几乎难以察觉的圆。当它们穿过地方的子午线时，恒星达到地平线以上的最大或最小高度。在北半球，北方是唯一一个可以欣赏到北极的极地恒星的方向。南半球则相反。在两极，所有恒星都是极地的; 在赤道上，没有人。

围绕太阳的地球革命

每年，地球围绕太阳描述一个轨道，其平面形成一个23°27'的角度。同样地，对于地球上的观察者来说，太阳不是像其他恒星那样描述天极周围的圆周，而是在进行螺旋运动。他的日常转变描述了一个圆圈，但每天都以不同的高度在地平线上达到高潮。无论日常运动如何，太阳都描述了地球周围明显的一年轨道。这种轨道称为黄道，并指出，在天球上，用十二生肖的12个星座：摩羯座，水瓶座，双鱼座，白羊座，金牛座，双子座，巨蟹座，狮子座，处女座，天秤座，天蝎座和射手座。

过了一年，太阳先后隐藏这些星座，因为赤纬 - 由假想线加入明星赤道面形成的角度 - 范围从+ 2327“和 - 2327'para的冬至（用于在6月21日左右和夏季（12月22日左右）分别在南半球。当太阳在3月21日和9月23日左右位于其轨道与天体赤道之间的交叉点时，这种赤纬为零。反过来，这些点被称为秋分或春分（或第一点白羊座）和春分（或第一点天秤座）。

地球围绕太阳的平移运动和黄道相对于天体赤道的倾斜具有一年四季的存在以及在日夜持续时间内观察到的变化的后果。日出和日落之间的时间D可以通过三角公式计算，其中它是太阳的斜率和地点的纬度。根据该公式，可以获得以度为单位的时间D. 要将其转换为数小时，请记住360等于24小时。

地球围绕太阳的轨道是一个椭圆。在太阳的最远点（远日点），两颗恒星之间的距离为1.521亿公里。它发生在每个7月初。距离太阳（近日点）最近的点，每年1月发生，相当于1.471亿公里的距离。

岁差和变异

当两个不同的力作用在顶部时，其旋转轴会作出反应，垂直移动并影响一种特殊的旋转形式，称为进动。

为什么不地球一个完美的球体，因为地球相对于黄道倾角赤道平面的，作用于地球的旋转轴的引力导致垂直于黄道绕轴的进动。对于地球上的观察者来说，这种转变的结果是天体绕黄道两极旋转。因此，在20世纪80年代，北极是在0.9北极星，接近到2012年越来越多的在14000年，然而，将是织女星，利拉的星座，这将标志着天穹中北极的位置。

进动运动的另一个重要结果是弹簧分度在与太阳轨道相反的方向上的位移。春节点每隔25，700年穿过黄道，对应于岁差运动的时期，因此，在一年多的时间内，该点会提前50'37“。因此，由于恒星的坐标系指的是到目前为止，记录了岁差运动的变化，因此有必要指出它们所指的年份。

此外，地轴进行前后运动或称为章动的平衡。由太阳和月亮对地球赤道施加的吸引力引起的这一运动时期为18。6年。

天文距离的测量

为了计算地球与行星或恒星之间的距离，可以根据距离的大小使用几种技术。通常，距离越大，测量的可靠性越低。最常用的程序如下：

三角测量或视差法。当从地球表面的两个不同点进行测量时，观察恒星位置的变化，这种昼夜差异（或视差）允许计算该恒星的距离。因此，可以测量从地球到月球或到附近行星的距离。

然而，这种方法对于计算给定恒星的距离无效，因为与最近的恒星的距离相比，两个观察点之间的间隔是微不足道的。在这种情况下，可以测量所谓的年度视差，即当从地球轨道的相对点记录其位置时星的位移。然而，这种替代方法仅允许距离大约100光年远的恒星的定位。

造父变星方法

距离也可以根据恒星的内在亮度与从地球观察到的恒星之间的关系来确定。这个过程需要绝对光度的知识，这对于称为造父变星的恒星来说是可能的，它具有周期性振荡的辉光的特性。因此，实验确定了与地球的距离已知的一些造父星的周期与亮度之间的关系。根据这种关系，知道恒星的周期及其表观亮度，可以计算出它的绝对大小，从而计算出它的距离。

转为红色

在20世纪20年代，观察到从遥远星系产生光的光谱射线被转移到光谱的红色部分，即移动到较低频率的区域。这可以通过以下事实来解释：由于宇宙的普遍膨胀，星系以与其距离成比例的速度远离地球。相反，由于称为多普勒效应，会产生光谱线向红色的移动（如果移动接近，则产生的位移将是蓝色）。间隔速度与哈勃常数提供的距离之间的关系，其值大约为每千兆距离75km / s（百万分之一= 3.26×106光年）。

雷达和激光测量

近地球为月球例如天体的距离的评价，可以通过发行无线电波，其中，反映了星的表面上之后，再次由地球接收制成。通过这种方式，可以非常精确地获得距离（误差范围为一公里）。

使用激光束可以获得更高的精度，激光束由月球表面通过1969年阿波罗十一号航天器宇航员安装的反射器返回。

单位- 在太阳能系统，被作为衡量标准地球和太阳，被称为之间的平均距离的天文单位（AU）和其值，由国际天文学联合会成立于1976年，是149.597.870km。

对于更远的距离，使用光年（al）或parsec（pc）。光年对应于一年中光的行进距离，而parsec对应于年度视差为1的恒星的距离。这些单位的比率如下：1 = 9.4653 x 1012km = 0.3066 parsec = 63.240 UA 1 pc = 30.857 x 1012km

= 3.262 al

= 206.265 UA

还使用多个quiloparsec（1Kpc = 103pc）和megaparsec（1Mpc = 106pc）。距离太阳系最近的恒星是Proxima Centauri，位于距地球1.31 parsec或4.3光年。

天体力学。天体力学的研究对象是行星，卫星和其他太空人的运动。当所有人都通过引力的作用时，对这些运动的观察使得能够详细阐述适用于轨道计算及其及时解决的一般引力理论。

关于行星运动的法律在17世纪早期由约翰内斯·开普勒阐述，如下：

（1）行星围绕太阳旋转在椭圆轨道上，太阳占据了其中一个焦点。

（2）在每个行星的运动中，将行星与太阳结合在一起的矢量半径扫过的区域与通过它们所花费的时间成比例。

（3）行星恒星旋转次数的平方与其轨道大轴的立方成正比。

然而，开普勒定律是凭经验确定的，没有提到太阳与行星之间的相互作用。牛顿的发现是，地球施加在身体上的力量，以及我们称之为重量的力量，也是行星运动的原因。这个力称为重力，通过万有引力法则定义：两个主体相互吸引的力（F）直接正比于它们的质量的产物（M1，M2），并且反比于距离的平方（R），其将它们分开。这种关系在数学上表达为：

其中G是重力常数，即6.67×10-8 cm3 / g.s2。

大号= 6 ，6 7 。1 0- 1 1 。米2k g2

有可能证明每个物体在另一个物体的引力作用下，根据所涉及的总能量描述了一个可能是圆锥形或椭圆形，抛物线形或双曲线形的轨道。

还有另一个方面，牛顿定律概括了开普勒的定律。由于这个定律具有普遍性，它不仅适用于行星运动，也适用于在重力作用下运动的任何其他物体系统，如卫星或恒星二元系统（两颗恒星围绕彼此旋转），在引力的作用下）。虽然牛顿的引力定律已经被爱因斯坦的引力场理论（广义相对论）所纠正，但对于绝大多数轨道计算而言，它是足够准确的。只有在存在非常强烈的引力场的情况下进行位移才能观察到爱因斯坦的理论更精确。

因此，例如，两种水星轨道理论提供的数据给出了不同的结果，在这种情况下，通过实验参数，证实了相对论理论的更高精度。

通过牛顿定律，可以确定行星的位置随时间的变化。为此，它必须计算其轨道的所有数据，椭圆的大小，椭圆与黄道面的位置和椭圆的这个计划的方向，除了在椭圆地球的位置在给定时间。问题是这些不是两个相互作用的物体，如太阳和行星，而是其他行星的作用的影响，必须加以考虑。该程序是基于先前对轨道的计算，好像它只是两颗恒星的问题，以及后来对其他行星影响的分析。这些影响称为干扰，当它们围绕平均值振荡时被归类为周期性的，而且是世俗的，当它们随着时间的推移而变化已经观察到行星轨道的大小及其倾斜仅受到周期性扰动。