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天体

天体是指宇宙空间的物质的存在形式。天体的集聚,从而形成了各种天文状态的研究对象。人们看到的宇宙物质以各种形式存在着。聚集态者构成星体,弥散状者构成星云,弥漫其间的极其稀薄者则称星际物质,包括星际气体和星际尘埃。所有这些物质统称为天体.人类发射进太空的人造卫星、宇宙飞船、空间实验室、各种探测器则被称为人造天体。 [1]

如在太阳系中的太阳行星卫星小行星彗星流星体行星际物质银河系中的恒星星团星云星际物质星系际物质等。通过射电探测手段和空间探测手段所发现的红外源紫外源射电源X射线源γ射线源,也都是天体。

判断某一物质是不是天体,可以用“三看”来概括:一是看它是不是宇宙中物质的存在形式,星际物质尽管用肉眼看不见,但它是天体;二是看它是不是宇宙间的物质,天体的某一部分不是天体;三是看它是不是位于地球的大气层中,位于外层空间的是天体,位于地球大气层中的不是天体。

很久很久以前,只要不是阴天,人们就可以在夜空中看到星星。在史前时代,地球上的大多数地区都几乎没有光污染,我们的祖先能够看到非常暗的星光,其中的一些天体被今天的人们划分为深空天体。这样,这类天体中的一部分就和我们人类的历史一样古 老了。

深空天体中最显著的当然是一个星系,我们自己的银河;然而我们不会把它计算在内。同样的,我们也不会考虑最显著的“移动”星团大熊座星团,这个星团是由著名的“北斗七星”中的大部分恒星组成的,构成了大熊座中最显著的部分。首先,大部分现代人并不把它们看成是“深空天体”,其次,它们的本质,比如银河是个星系,大熊座的那些恒星是个物理上的星团,是直到现代才逐渐清楚的,因此这种忽视是恰当的。

一些明亮的星团一定也是很早就被人知道了,甚至比有记载的历史还要早。其中当然包括金牛座中的昴星团(M45)和毕星团,它们在肉眼中也很显著,很早就被记录下来(比如最早关于昴星团的确切记录是大约公元前1000到700年的赫西奥德(Hesiod)留下的)。在南半球,两个麦哲伦云(LMC --大麦哲伦云,和SMC -- 小麦哲伦云)当然也是很早以前就被发现了,只是南半球没有多少古代记录被保存下来。

很可能亚里斯多德(Aristotle)在公元前326年左右就对疏散星团M41做了古代的观测记录;这使得这个星团成为古代观测记录中的最暗天体。按照Burnham的说法,根据P. Doig在1925年引用的一份J.E. Gore写的声明,Aristotle有可能在那一时期也观测到了天鹅座的M39,将其描述为“彗星状天体”。 Hipparchus(伊巴谷),著名希腊天文学家,公元前146年到127年在Rhodes进行观测。他是第一位编写星表的天文学家;他在公元前134年观测到了一颗出现在天蝎座的“新星”,可能是这件事促使他编写了这份星表。

在他的星表中包括了两个“云雾状天体”,鬼星团(M44)和英仙座的双星团,后者被称为英仙座h+chi(NGC 869+884,不在Messier星表中)。Ptolemy(托勒密),在他于公元127--151年编写的Great Syntaxas中(通常被称为天文学大成(Almagest)),列出了7个天体,其中3个是一般的星宿,并非物理的天体,2个是从Hipparchus那里继承过来的(M44和英仙座双星团),还有2个是全新的:一个是位于“天蝎座毒刺后面的星云”,被认证为显著的疏散星团M7,它被一些现代的作者提议命名为“托勒密星团(Ptolemy's Cluster)”,另一个则是后发星团,如今被编为Melotte 111(但是不在Messier星表中)。

第一个被发现和记录下来的真正的“星云”天体是仙女座星系(M31),在公元905年左右被观测到,在公元964年被波斯天文学家Al Sufi记录在他的《恒星之书(Book of Fixed Stars)》中。他还提到了一个“云雾状恒星”,位于船帆座Delta星的北侧超过2度的地方,这也是个相当显著的疏散星团IC 2391,船帆座Omicron。书中还包括了Ptolemy的6个天体,以及狐狸座中一个新的“星宿”(事实上是Brocchi星团,Collinder 399,也被昵称为“衣架星团”),因此他一共记录了9个天体。

与这里提到的其他深空天体不同,中国北美洲(很有可能)的古代天文学家在1054年7月4日观测并且记录了一颗超新星的爆发;这颗超新星创造了蟹状星云(M1),最有趣的深空天体之一。

以后一直没有发现新的深空天体,直到1519年,麦哲伦(Magellan)报告说看到了一大一小两个麦哲伦云。这使得1609年Galileo(伽利略)将望远镜引入天文以前,被人们观测到的深空天体总数达到了11个,尽管当时Al Sufi的工作还不被大多数人知道。通过望远镜,伽利略发现鬼星团(M44)不是星云,而是星团。 Nicholas-Claude Fabri de Peiresc(1580-1637)在1610年发现了第一个真正的星云,猎户星云M42,这也是第一个用望远镜发现的深空天体。天主教会天文学家J.-B. Cysatus(1588-1657)在1611年独立发现了M42,但在很长一段时间内,这个天体并不为大众所知。此后不久,1612年,Simon Marius(1570-1624)发现了(独立地重新发现)仙女座星系(当时的仙女座星云,M31)。

Montechiaro公爵的宫廷天文学家Giovanni Batista Hodierna(1597-1660)编写了一份包括40个条目的星表,这些都是他用简单的放大20倍的伽利略式折射镜发现的,其中包括19个真正的云雾状天体,这份星表于1654年在Palermo发表。但这段历史长期被人遗忘,直到1980年代初期才被重新发现(由Serio,Indorato,Nastasi发表在the Journal of the History of Astronomy,第45卷(1985年2月)和第50卷(1986年8月)上)。这份星表中包括了独立重新发现的仙女座星云(M31),猎户座星云(M42),以及Brocchi星团,首次描述了英仙座α移动星团,还至少包括了9个(很可能是13个,甚至可能是15个)真正由他发现的天体:确定由他发现的天体有M6,M36,M37,M38,M41,M47,NGC 2362,NGC 6231,以及NGC 6530(与礁湖星云M8联系在一起的星团),很可能由他发现的有M33,M34,NGC 752,以及NGC 2451,可能由他发现的有NGC 2169和NGC 2175。

Christiaan Huygens(惠更斯)在1656年独立地重新发现了猎户座星云M42,这一发现使这个天体广为所知;他还发现了位于这个星云内部的猎户座四合星中的三颗恒星。

来自Dantzig的Johan Hevel或者Hevelke(更为熟知的名字是Hevelius(赫维留),1611-1687)编写了一份包含1564颗恒星的星表《Prodomus Astronomiae》,和他的星图《Uranographia》一起在他死后发表。他还总结了了一份包含16个条目的列表,其中2个是真正的天体(仙女座星系 M31和鬼星团 M44),其他14个都是星宿或者根本不存在。Derham和Messier花了大量时间去寻找这些“星云”;Messier相信他认证出了其中一对位于大熊座的双星(即M40)我们知道,他认出的很可能不是 Hevelius看到的那对双星。Hevelius还是第一个看见M22的人,但是通常人们认为这个人类最早知道的球状星团是在1665年由Abraham Ihle发现的。

在John Flamsteed(1646-1719)发表于1712年,并在1725年修订的星表《不列颠星表(Historia Coelestis Britannica)》中,提到了几个“星云”和“云雾状恒星”。其中大部分是当时已知的天体(后发星团Mel 111,英仙座h+chi双星团,M31,M42),还有3个独立发现的天体,包括重新发现的不为人知的Hodierna天体NGC 6530(与M8相联系的)和M41,以及一个他自己首先发现的天体,麒麟座12号星周围的NGC 2244(与玫瑰星云NGC 2237-9相联系的星团,两者都不在Messier星表中)。

Gottfried Kirch(1639-1710),一位柏林的天文观测者,以他对恒星和彗星的观测而闻名,他在1681年发现了M11,在1702年发现了M5。

Edmond Halley(哈雷)(1656-1742)在1715年的皇家学会《Philosophical Transactions》上发表了一份包含六个“光点和光斑”的列表,其中包括了他自己发现的球状星云半人马座Omega(1677年在Helena峰旅行时发现)和M13(1714年发现),还有之前已知的天体M42,M31,M22,和M11。

Jean-Jacques Dortous de Mairan(1678-1771),在1731年以前,发现了猎户座大星云北侧一颗恒星周围的星云状物质,后来成为了大家所熟知的M43(这个发现于1733年发表)。此后不久,John Bevis(1695-1771)发现了蟹状星云M1。他还创作了一份星图,他自己称之为不列颠星图(Uranographia Britannica),完成于1750年,但是由于出版商的破产,只有一到两本印刷本被制作出来,附带的星表也从未发表过。Messier一定是得到了这本星图的一份拷备,因为他在对M1,M11,M13,M22,M31,以及M35的描述中,曾经多次提到“英格兰星图(English Atlas)”。奇怪的是,Kenneth Glyn Jones却将M35的发现归功于1746年的de Cheseaux,尽管在这之前Bevis似乎就已经看见它了,因为它出现在他的星图之中。

William Derham(1657-1735)在1733年的皇家学会《Philosophical Transactions》中公布了一张包含16个云雾状天体的列表,其中的14个来自于 Hevelius的星表,其余两个来自Halley的列表。其中只有2个天体是真实的(M31和M7),其他的不是不存在,就是无趣的星宿,这些假天体迷惑着其他使用这张列表的天文学家们(包括Messier在内);这张列表在1734年法国科学院《论文集》中再次发表,并且于1742年被收录在de Maupertuis的《Discours sur la Figure des Astres》一书中。

大约在1746年,Philippe Loys de Cheseaux(1718-51)观测到几个星团和“云雾状恒星”,将它们的位置编成了一份星表。按照Kenneth Glyn Jones以及《Webb协会深空观测者手册(Webb Society Deep-Sky Observer's Handbook)》,第3卷(疏散和球状星团)的说法,其中的8个是首次发现的天体:IC 4665 (第2号,不确定),NGC 6633(第3号),M16(第4号),M25(第5号),M35(第12号,但是参看John Bevis那段的评论),M71(第13号),M4(第19号),和M17(第20号)。此外,他还独立地重新发现了M6(第1号),NGC 6231(第9号)和M22(第17号)。

de Cheseaux将列表交给了Reaumur,并且由他在1746年8月6日法国科学院中公布,但这份列表没有以其他的形式发表过。这份星表直到1884年在Bigourdan对其进行调查研究之后,才开始被更多的人知道。除了观测天空中的云雾状光斑之外,de Cheseaux还可能是第一个用公式表达出奥伯斯佯谬(Olbers' paradox)的人。 Jean-Dominique Maraldi(1709-88),也被称为Maraldi二世,发现了两个球状星团:1746年9月7日发现了M15,1746年9月11日发现了M2。 Le Gentil(全名为Guillaume-Joseph-Hyacinthe-Jean-Baptiste Le Gentil de la Galaziere,1725-92)在1749年10月29日发现了M32,仙女座星系的伴星系。他还在那一年发现了气体星云M8,即礁湖星云(这个星云中的星团之前已经被Flamsteed发现了,参见前文),还可能发现了球状星团NGC 6712。他还独立地发现了Hodierna天体M36和M38。 Abbe Nicholas Louis de la Caille(即Lacaille,1713-62)于1751-52年旅行到南非,并且在那里观测了南天的恒星和深空天体,创造了几个南天星座(其中的大部分仍在使用),编写了包含42个条目的南天深空天体表,其中33个是真实的天体。它们之中的25个是首次发现,至少有两个是独立地重新发现的天体。Lacaille首先发现的天体主要包括船底座Eta星云NGC 3372,球状星团杜鹃座47(NGC 104),大麦哲伦云中的蜘蛛星云NGC 2070,以及旋涡星系M83,这是第一个被发现的本星系群以外的星系。 这是Charles Messier(梅西耶)(1730-1817)开始编写他的星表之前发现的最后一个深空天体。1764年,Messier发现了M3,这是第一个由他首先发现的深空天体。此后的十多年里,Charles Messier独自一人寻找着星团和云雾状天体。在此期间,他发现了27个天体,其中25个是真正的深空天体(其余两个天体是人马座的星云M24和双星M40)。此后一直到1781年,Messier自己还首先发现了另外18个云雾状天体(17个深空天体,加上一个四合星M73),使得他首先发现的天体总数达到43个,还有另外20个天体是独立地共同发现的。

1774年底,Johann Elert Bode(波德)(1747-1826)成功地加入到寻找新云雾状天体的队伍中来:他在这一年的最后一天(12月31日)发现了M81和M82,后来还发 现了另外三个天体(1775年发现M53,1777年发现M92,1779年独立发现M64)。 Bode编写了一份包含75个条目的深空天体星表,于1777年发表在1779年《天文年历(Astronomisches Jahrbuch)》上,标题为《迄今发现的云雾状恒星和星团总表》。然而,按照Kenneth Glyn Jones的说法,这张列表中充斥着大量从Hevelius和其他人那里收集来的不存在的天体和星宿;它只包含了大约50个真实的天体。他后来发现的两个天体,M92和M64,在1779年底被发表在1782年的年历(Jahrbuch)上。另两个由Bode独立共同发现的天体,M48和IC 4665,被公布在他的星图和星表《Vorstellung der Gestirne》中,发表于1782年。 大约5年之后,1779年,当Messier和Bode仍然积极编写他们的星表时,另外5个天文学家也带着成功的深空天体发现加入到这个“俱乐部”中:图卢兹的Antoine Darquier de Pellepoix(Darquier,1718年-1802年)在1月发现了环状星云M57,比Messier稍早一些;他们都是在追踪彗星(1779年Bode彗星)时发现它的。英国天文学家Edward Pigott(1753-1824)在1779年3月23日发现了M64,只比Bode(1779年4月4日)早了12天,比Messier在1780年3月1日独立地发现它早了将近一年。曾在1772和1778年间(因此可能比Bode更早)独立地发现M81和M82的Johann Gottfried Koehler(1745-1801)最迟在这一年,发现了M67,1779年4月11日,在追踪1779年Bode彗星时,发现了M59和M60。当Messier在这一天区另外发现了M58时,Barnabus Oriani(1752-1832)第一个发现了M61。Koehler在1779年发表了一份含有20个条目的星表。最后,Messier的朋友Pierre Mechain(梅襄)(1744-1804)开始了他的天文观测生涯,在1779年6月14日发现了M63,这是第一个由他首先发现的天体。随后,Mechain发现了约25个首次发现的天体,由于他与Charles Messier在观测方面的密切合作,这些天体中的大部分列入了Messier星表之中。由于他确实将他所有的发现都告诉给Messier,因此1947年Helen Sawyer-Hogg决定将其中的另外三个天体也加入到Messier星表中(M105到M107)。

做为深空发现史上的一块重要的里程碑,包括103个天体的Messier星表最终版本于1781年发表在1784年的法国天文年历(Connaissance des Temps)上。一些Messier个人笔记以及Mechain在1783年5月6日给Bernoulli的一封信中提到天体被扩充到Messier星表中,使天体总数达到110个,全部都是真实的天体(尽管有4个天体曾经失踪了超过一个世纪,还有一些关于M102的争论至今没有定论)。星表中包括了1782年4月以前被人发现的大部分星云,星团和星系,其中M107是Messier天体中最后一个被发现的天体(由Pierre Mechain发现)。

Messier星表的确给伟大的德-英天文学家Friedrich Wilhelm (William) Herschel(威廉赫歇耳)(1738-1822)留下了深刻的印象,当时他因为在1781年发现了海王星而逐渐出名。1781年12月7日,Herschel从他的朋友William Watson那里得到了一份Messier星表的副本。当时他还是Bath的一名风琴演奏家(直到1782年5月他才放弃这一工作),和一名熟练的望远镜制造者。他在1789年8月28日组装起一架48英寸口径,40英尺焦距的巨型望远镜(利用这架镜子观测的第一天,他就发现了土星的一颗新卫星,土卫二),并且利用这架望远镜在英国可见的天区内(即北天)展开了大泛围的搜索。分三步,Herschel发表了包含2500多个天体的星表,其中大部分都是真正的深空天体。他使用的是当时最好的望远镜,因此完全没有竞争者。他的观测是在他妹妹Caroline Lucretia Herschel(卡罗琳.赫歇耳)(1750-1848)的帮助下完成的,她自己也是一位热情的观测者,她发现了Herschel星表中的许多星团和星云(其中包括了独立重新发现的M110,即H V.18,Messier在10年之前发现过的天体,但没有被编入星表中;以及独立重新发现的丢失的Messier疏散星团M48,即H VI.22),还发现了8颗彗星。

William Herschel将云雾状天体分成八类: 亮星云暗星云极暗星云行星状星云超大星云 非常致密的富星星团 由大小(即 明暗)恒星组成的致密星团由恒星组成的松散稀疏的星团 由于当时还不清楚这些天体的本质,因此这种分类法在今天只具有更多的历史意义了。

William(和Caroline) Herschel事实上在1800年前后就将北天几乎全部的天体都发现了。但南半球的天区还等着人们去探索,James Dunlop(1795-1848)在南半球进行了Lacaille之后的首次大规模观测。他和Thomas Makdougall Brisbane爵士(位于Paramatta的Brisbane天文台(1823-1827)的拥有者)一起在1821年来到了澳大利亚的新南威尔士,在那里编写了一份星图(布里斯班星表(Brisbane Catalog),包含南天7000多颗恒星)。他将当时发现的深空天体编成了一份包含629个条目的《新南威尔士观测的南天星云星团表》。这份星表被交给William 赫歇尔的儿子,John Herschel(约翰.赫歇耳),并由他在1827年在皇家学会中公布。由于这项工作,Dunlop获得了皇家天文学会的金奖,以及法国科学院的Lalander奖。然后,这些奖项并不能掩盖他星表中大量“不存在”的天体,以及对天体的糟糕描述,以至于后来几乎无法确切地认证它们:只有大约一半的条目可以与真实的天体相联系。

John Frederick William (John) Herschel(约翰.赫歇耳)(1792-1871)继承了父亲的工作,在1833年出版的星表中增加了525个新条目(北天天体)。但是John Herschel也想编写南天星表,1883年11月13日,他和他的家人登上了开往南非好望角的客轮,于1834年3月4日抵达目的地。在接下来的日子里,他着重研究南天星空。他将观测到的南天云雾状天体编写成了一份包括1713个条目的星表,在1847年发表。显然地,他将他和他父亲的发现,以及其他人发现的深空天体编进了他的那份包含了5000多个条目的总星表(General Catalogue)中。

Herschel的工作最终给“星云”(和星团)的大发现时代做了一个总结。然而,揭露不同的深空天体的本质还需要很长时间,需要新的研究方法(尤其是照相术和光谱分析术):“真正”星云的云雾本质是由英国业余天文学家,光谱分析术的先驱者William Huggins(1824-1910)在1860年代揭示的,直到1920年代,Edwin Hubble(埃德温.哈勃)(1889-1953)才真正揭示出星系的本质实际上是与我们的银河系一样的独立的“岛宇宙”。

天体在某一天球坐标系中的坐标,通常指它在赤道坐标系中的坐标(赤经和赤纬)。由于赤道坐标系的基本平面(赤道面)和主点(春分点)因岁差章动而随时间改变,天体的赤经和赤纬也随之改变。此外,地球上的观测者观测到的天体的坐标也因天体的自行和观测者所在的地球相对于天体的空间运动和位置的不同而不同。

天体的位置有如下几种定义

只考虑岁差运动的赤道面和春分点称为平赤道和平春分点,由它们定义的坐标系称为平赤道坐标系,参考于这一坐标系计量的赤经 和赤纬称为平位置。

进一步考虑相对于平赤道和平春分点作章动的赤道面和春分点称为真赤道和真春分点,由它们定义的坐标系称为真赤道坐标系,参考于这一坐标系计量的赤经和赤纬称为真位置。平位置和真位置均随时间而变化,而与地球的空间运动速度和方向以及与天体的相对位置无关。

考虑到观测瞬时地球相对于天体的上述空间因素,对天体的真位置改正光行差和视差影响所得的位置称为视位置 。视位置相当于观测者在假想无大气的地球上直接测量得到的观测瞬时的赤道坐标星表中列出的天体位置通常是相对于某一个选定瞬时(称为星表历元)的平位置。

要得到观测瞬时的视位置需要加上:

①由星表历元到观测瞬时岁差和自行改正。

②观测瞬时的章动改正。

③观测瞬时的光行差和视差改正。

地球上的观测者至天体的空间距离。不同类型的天体距离远近相差十分悬殊,测量的方法也各不相同。

①太阳系内的天体是一类天体,可用三角测量法测定月球和行星的周日地平视差;并根据天体力学理论进而求得太阳视差。也可用向月球或大行星发射无线电脉冲或向月球发射激光,然后接收从它们表面反射的回波,记录电波往返时刻而直接推算天体距离。

②对于太阳系外的较近天体,三角视差法只对离太阳 100秒差距范围以内的恒星适用。更远的恒星三角视差太小,无法测定,要用其他方法间接测定其距离。

主要有:

分析恒星光谱的某些谱线以估计恒星的绝对星等,然后通过恒星的绝对星等与视星等的比较求其距离 ;

分析恒星光谱中星际吸收线强弱来估算恒星的距离;利用目视双星的绕转周期和轨道张角的观测值来推算其距离;

通过测定移动星团的辐射点位置以及成员星的自行和视向速度来推算该星团的距离;

对于具有某种共同特征的一群恒星根据其自行平均值估计这群星的平均距离;

利用银河系较差自转与恒星视向速度有关的原理从视向速度测定值求星群平均距离。

③对于太阳系外的远天体测量距离的方法主要有:

利用天琴座RR型变星观测到的视星等值;

利用造父变星的周光关系;

利用球状星团或星系的角直径测定值;

利用待测星团的主序星与已知恒星的主序星的比较;

利用观测到的新星或超新星的最大视星等;

利用观测到的河外星系里亮星的平均视星等;

利用观测到的球状星团的累积视星等;

利用星系的谱线红移量和哈勃定律等。

由于天体不是质点,具有一定的大小和形状,天体内部质点之间的相互吸引和自转离心力使得天体的形状和内部物质密度分布产生变化,同时也对天体的自转运动产生影响。天体的形状和自转理论主要是研究在万有引力作用下天体的形状和自转运动的规律。

形状理论

天体的形状理论中,通常把天体看作不可压缩的流体,讨论天体在均匀或不均匀密度分布情况下自转时的平衡形态及其稳定性问题。目前研究得最深入的是地球的形状理论 ,建立了平衡形状的旋转椭球体,三轴椭球体等等地球模型 。来利用专用于地球测量的人造卫星所得的资料,正在与地面大地测量的结果相配合,以建立更精确的地球模型。

天体的自转理论,主要是讨论天体的自转轴在空间和本体内部的移动以及自转速率的变化。其中,地球的自转理论现已讨论得十分详细。地球的自转轴在本体内部的运动形成地极移动(见极移);同时,地球自转轴在空间的取向也是变化的(见岁差章动)。地球自转的速率也在变化,它既有长期变慢,使恒星日的长度每100年约增加(1/1000)秒左右,又有一些短周期变化和不规则变化(见地球自转)。

地球及其它天体的质量很大,牛顿发现的万有引力定律为计算天体质量提供了可能性。假定某天体的质量为M,有一质量为m的行星(或卫星)绕该天体做圆周运动,圆周半径为r,运行周期为T,由于万有引力就是该星体做圆周运动的向心力,故有 GMm/r2=4π2rm/T2,由此式得M=4π2r3/(GT2),若测知Tr,则可计算出天体的质量M

应用万有引力定律测出某天体质量M,又能测知该天体的半径r或直径d,就可求出该天体的密度。即ρ=M/V=M/(4πR3/3)。

星星在天上每日旋转一圈,这运动称为周日运动。把地球自转轴延伸到天球上的位置,就是天球的北极和南极。把地球的赤道伸延到天球上的位置,就是天球赤道了。

有一颗2等星非常接近天球北极,所以看来似乎永远静止不动,其它的星就好像绕着他旋转。我们称这颗星为北极星。因为北极星看来永远静止不动停留在正北方及不会下山,所以我们像居住在北半球的人便可以利用北极星来辨别方向。可惜的是,天球南极附近没有光星,所以没有「南」极星为南半球居民引路。

北极星相对于地面的高度取决于观测者所在地的纬度,例如在北京,北极星会在正北,离地面40 度;在北极,北极星会在头顶(天顶);在赤道的地方,北极星刚好躺在水平线上;而在南半球,北极星是永远不会升出地平在线,所以在南半球是永远看不到北极星。

同样道理,有些星永远不会东升。居住在北半球的人永远看不到接近南天极的星,而居住在南半球的人同样也看不到接近北天极的星。

以上三幅模拟图例显示在北半球可以见到的恒星运动,第一幅指向天球北极方向(你会发现其实北极星并不是完全固定不动的),第二及第三幅分别指向南方及东方。

宇宙是广漠空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称。宇宙是物质世界,它处于不断的运动和发展中。

千百年来,科学家们一直在探寻宇宙是什么时候、如何形成的。直到今天,科学家们才确信,宇宙是由大约150亿年前发生的一次大爆炸形成的。

在爆炸发生之前,宇宙内的所存物质和能量都聚集到了一起,并浓缩成很小的体积,温度极高,密度极大,之后发生了大爆炸。

大爆炸使物质四散出击,宇宙空间不断膨胀,温度也相应下降,后来相继出现在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命,都是在这种不断膨胀冷却的过程中逐渐形成的。然而,大爆炸而产生宇宙的理论尚不能确切地解释,“在所存物质和能量聚集在一点上”之前到底存在着什么东西? “大爆炸理论”是伽莫夫于1946年创建的。

1、恒星世界

凡是由炽热气态物质组成,能自行发热发光的球形或接近球形的天体都可以称为恒星。

自古以来,为了便于说明研究对象在天空中的位置,都把天空的星斗划分为若干区域,在中国春秋战国时代,就把星空划分为三垣四象二十八宿,在西方,巴比伦和古希腊把较亮的星划分成若干个星座,并以神话中的人物或动物为星座命名。

1928年,国际天文学联合会确定全天分为88个星座。宇宙空间中估计有数以万亿计的恒星,看上去好象都是差不多大小的亮点,但它们之间有很大的差别,恒星最小的质量大约为太阳的百分之几,最大的约有太阳的几十倍。

由于每颗恒星的表面温度不同,它发出的光的颜色也不同。科学家们依光谱特征对恒星进行分类,光谱相同的恒星其表面温度和物质构成均相同。

恒星的寿命也不一样,大质量恒星含氢多,它们中心的温度比小质量恒星高的多,其蕴藏的能量消耗比小的更快,故过早地戕折,只能存活100万年,而小质量恒星的寿命要长达一万亿年.

恒星有半数以上不是单个存在的,它们往往组成大大小小的集团。其中两个在一起的叫双星,三、五成群的叫聚星,几十、几百甚至成千上万个彼此纠集成团的叫做星团,联系比较松散的叫星协。

2、另一类天体“黑洞”

下面,我们简单的说说宇宙“黑洞”天体的成因。大家可能知道我们太阳系引力场最大的是太阳,而银河系则早在一百亿年前就形成了一个引力场极高、密度极大的漩涡中心。通过科学界的研究认证,银河系中心存在超大密度和引力场非常强的“黑洞”天体,致使大量的恒星系不断地向银河系中心聚集。在银河系核心强引力的作用下,一些不断聚集在银河系中心的恒星系又被不断地压缩,使银河中心的超大质量天体密度变得越来越大,最终将导致银河系中心的引力场越来越强。由于银河中心剧烈的物质核聚变,使银河系中心的温度继续急剧增高,引力也继续急剧加大。其又会将大部分靠近的恒星继续压缩成为一个密度不断增高、引力不断加大的新天体。此时,银河中心也就形成了连光线也都难以逃脱的强引力“黑 洞”类天体。其实,这个“黑洞”并不黑,只是因为银河系内的所有物质射线全都被它吸引了,连光线也不再折射出来,所以我们就不会看到这个天体的存在,自然而然的也就形成了黑色。 银河系既然如此,而其它的星系和浩瀚的宇宙中心也是一个样子的。宇宙中数不清的“黑洞”类天体继续不断地增大,最终使宇宙各星系的所有物质被自身的“黑洞”吞并,然后再由一个超大质量的“黑洞”天体将所有的小质量的“黑洞”吞并成为一个奇点,宇宙又回到了大爆炸的初期状态。

现代科学家将宇宙黑洞定性在超新星爆炸坍塌后,在不断地进行压缩成为高质量的“黑洞”类天体。究竟一颗恒星在坍塌过程中,是什么物质产生的密度极高、引力场极强的类天体呢?我们知道,恒星是由物质的核聚变形成的,是否是由不同的物质粒子在不断地被引力场压缩重组后形成一种我们人类还不能解释的一种新的物质体系呢?也有可能会形成一个超级的原子,在超级引力场的作用下,空间所有物质的原子都被压缩在一起。这个巨无霸的超级宇宙原子具备了所有物质原子的形态,内核是由所有物质的质子和中子形成的正电荷中心,核外围绕着所有被压缩物质的负电子荷云团。这个宇宙原子构成了空间强大的电力场,在电力场的周围构成了强大的宇宙磁场。在经过数十亿年后,这个不断运动着的超级宇宙原子的核心温度在不断地增长、裂变、膨胀,最终走向大爆炸极限,而后又形成了一个崭新的物质宇宙时空系。当宇宙构成一个巨大的原子后,宇宙空间已不复存在,没有了物质的分类,也不再会有光线的存在,只有电场和磁场,这就是宇宙的循环过程。

是由受太阳引力约束的天体组成的系统,它的最大范围约可延伸到1光年以外。太阳系的主要成员有:太阳(恒星)、八大行星(包括地球)、无数小行星、众多卫星(包括月亮),还有彗星、流星体以及大量尘埃物质和稀薄的气态物质。在太阳系中,太阳的质量占太阳系总质量的99.8-,其它天体的总和不到有太阳的0.2-。太阳是中心天体,它的引力控制着整个太阳系,使其它天体绕太阳公转,太阳系中的八大行星(水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星)都在接近同一平面的近圆轨道上,朝同一方向绕太阳公转。

八大行星中,一般把水星、金星、地球和火星称为类地行星,它们的共同特点是其主要由石质和铁质构成,半径和质量较小,但密度较高。把木星、土星、天王星和海王星称为类木行星,它们的共同特点是其主要由氢、氦、冰、甲烷、氨等构成,石质和铁质只占极小的比例,它们的质量和半径均远大于地球,但密度却较低。冥王星是一颗矮行星。 行星离太阳的距离具有规律性,即从离太阳由近到远计算,行星到太阳的距离(用a表示)a=0.4+0.3*2n-2(天文单位)其中n表示由近到远第n个行星(详见上表) 地球、火星、木星、土星、天王星、海王星的自转周期为12小时到一天左右,但水星、金星自转周期很长,分别为58.65天、243天,多数行星的自转方向和公转方向相同,但金星则相反。 除了水星和金星,其它行星都有卫星绕转,构成卫星系。

在太阳系中,现已发现1600多颗彗星,大多数彗星是朝同一方向绕太阳公转,但也有逆向公转的。彗星绕太阳运行中呈现奇特的形状变化。 太阳系中还有数量众多的大小流星体,有些流星体是成群的,这些流星群是彗星瓦解的产物。大流星体降落到地面成为陨石。 太阳系是银河系的极微小部分,它只是银河系中上千亿个恒星中的一个,它离银河系中心约8.5千秒差距,即不到3万光年。太阳带着整个太阳系绕银河系中心转动。可见,太阳系不在宇宙中心,也不在银河系中心。 太阳是50亿年前由星际云瓦解后的一团小云塌缩而成的,它的寿命约为100亿年。

我们站在地球上仰望星空,看到天上的星星好像都离我们一样远。星星就好像镶嵌在一个圆形天幕上的宝石。

实际星星和我们的距离有远有近,我们看到的是它们在这个巨大的圆球球面上的投影,这个假想的圆球就称为天球,它的半径是无限大。而地球就悬挂在这个天球中央。

星星在天空中移动的方向并不是杂乱无章的,而且星座的形状并不会改变。星星从东方的地平线爬上来,爬到最高点(中天),然后往西方沉下去。看起来就像整个天球围绕着地球旋转一样。相信大家都明白,地球并不是宇宙的中心,星体并不会绕着地球转。星体在天空中绕着我们旋转,是因为地球自转而产生的错觉,天球本身是不会移动的。我们身在地球中,并不会感觉自己在转动的,就好像我们乘坐火车时看见窗外的景物向后移动,而并不感觉到自己在移动中。

天球上的坐标系统

为了准确形容天上星体的位置,天文学家制订了一套坐标系统来标示星体在天球上的位置。 这套坐标系统和地球上惯用的经纬度坐标十分相似。

这套坐标系统把天球分为赤纬及赤经。赤纬的算法是从天球赤道开始至两极止,天球赤道是0度,向北至天球北极是+90 度, 向南至天球南极是 -90 度。赤经的算法较特别,和地球经度(由-180度至+180度)的算法不同, 赤经是在天球赤道自西向东由0小时至24 小时。和时间一样,赤经的每小时可分为60分,每分可再细分为60秒(注:赤经的分秒并不等如角度用的角分角秒) 。赤经计算的起点为春分点,春分点是天球赤道黄道的两个相交点其中一个(另一个是秋分点)。

像转动中的陀螺一样,地球的自转轴在太空中其实并不固定,而是以26000年的周期在转动,这个运动称为岁差,所以,春分点和天球北极的位置亦会非常缓慢地移动。所以,当我们使用天球坐标来标示天体的位置时,应该同时指出是哪一年的坐标,例如公元2000年。

NEOCam探测器是美国宇航局一项旨在监测近地小天体的空间望远镜项目的核心技术设备

北京消息,据美国宇航局网站报道,一项可以帮助美国宇航局提升其未来针对小行星和彗星侦测追踪能力的红外探测器通过了关键的设计阶段测试。

这一探测器名为“近地天体相机”(NEOCam),在模拟深空环境温度和压力条件下的测试中达到了设计指标。“近地天体相机”是未来即将计划实施的一项空间小行星探测望远镜项目的核心设备。出版的《光学工程杂志》上将会公布这一探测器的设计和指标细节。

这一探测器将会被作为美国宇航局公布的一项新计划的组成部分,这一大胆计划将首次着眼于识别并捕获近地小行星并将其拖拽至地球附近空间供宇航员就地开展研究工作。

美国宇航局近地天体项目办公室执行主管林迪·约翰逊(Lindley Johnson)表示:“这一探测器项目的实施标志着美国宇航局‘发现项目’及其‘天体物理学研究与分析项目’对于创新技术的投入,这将改善我们未来保护地球,应对外来天体撞击风险的能力。”

所谓近地天体,一般是指距离地球轨道在2800万英里(约合4500万公里)范围内的小行星或彗星体。小行星并不会自己发光,它们只能反射太阳光。取决于一颗小天体对阳光的反照率有多高,一颗小型但具有高反光表面的小天体看上去可以和一颗较大型但是具有低反光表面的小行星显示相似的光学观测特性。因此,在光学波段进行的此类观测有时会有明显的误差。

即将发表的这篇论文的合著者,美国宇航局喷气推进实验室的NEOWISE项目首席科学家艾米·门泽(Amy Mainzer)表示:“红外探测器是一个强大的工具,可以用于小行星的分析和确认。当你使用红外探测器观察小行星,此时你所观测的是其发出的红外热辐射,这将让科学家们更精确的限定其大小,甚至还可以告诉你一些有关其组成成分的信息。”

NEOCam探测器的主要突破在于提升其性能的稳定可靠性,并显著降低其质量,以便可以被搭载在卫星上发射升空。一旦被发射,这台空间望远镜将会被定位于4倍于地月距离的位置上,在这里这台设备将不分昼夜地监视接近地球附近空间的小天体,而不会受到云层或任何其它因素的干扰。

这一设备的开发成功是美国宇航局喷气推进实验室与它的科学伙伴罗彻斯特大学(负责进行设备测试工作)以及特雷迪成像技术公司(设备的开发)之间紧密合作的成果。

罗彻斯特大学的克莱格·麦克默提(Craig McMurtry)表示:“我们很高兴的看到新一代的探测器在灵敏度方面远远超过了上一代的同类设备。”

美国宇航局的NEOWISE项目是先前WISE,即“广域红外巡天探测器”的延长任务,该探测器于2009年12月发射升空,在红外波段对整个天空扫描两次。在此期间它共拍摄了270万个天体目标的图像,从遥远的星系到地球附近的小行星和彗星。NEOWISE则完成了对太阳系内部小天体,小行星和彗星的巡天探测。该任务执行期间所取得的新发现包括21颗彗星,超过3.4万颗小行星以及134颗近地小天体。

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