天文课后答案、地球概论课后答案

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,人类在地球上成功地实验了这种聚变反应──氢弹爆炸。20世纪60年代后天文学中的四大发现,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。

(5)中国古代天文学发展情况。该阶段中国人已懂得天文定向知识,观象授时、天象记录、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。

天文课后答案、地球概论课后答案

9.计算二分二至时太阳的赤纬、赤经、黄纬、黄经。

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10.已知纬度30°N,恒星时S=6h30m,试推算下列各点的地平坐标和赤道坐标的纬度和经度。

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第三章时间与历法

1.何谓时间?

答:时间有时刻和时段两重含义。时刻是指无限流逝时间中的某一瞬间;时段是指任意两时刻之间的间隔。

2.何谓测时?常用的计时系统有哪些?

答:测时,是时间计量工作的一项内容。古时候是靠立竿见影,测定太阳影子定时间或测定某些恒星的位置来确定时间的。现代则是应用中星仪或等高仪等测时仪器观测选定的某恒星(如太阳)通过的瞬间,再经过归算获得准确的时刻。常见的计时系统有恒星时、太阳时(有视太阳时和平太阳时)、太阴时、历书时、原子时和协调时等。

3.已知某地毕宿五(a=4h35m)正好上中天,当日太阳的赤经为21h51m44s,时差为-14m13s,求当时该地的平时。

答:由平时=视时-时差=(恒星时-太阳赤经+12h)-时差

=4h35m-21h51m44s+12h+14m13s+24h=18h57m29s

4.在成都某地(赤经=104°05′E=6h56m20s E)5月6日用日冕测得视太阳时10h02m,求相应的地方平时及北京时间。(时差为3h24m)

平时=视时-时差=10h02m-3h24m=9h58m36s

北京时间=9h58m36s+(120°-104°05′) ×4m=11h02m6s

5.已知东八区的区时为2000年1月13日8h,求西九区的区时?

答:西九区区时=东八区区时-(8+9)小时=1月12日15时

6.为什么要设立国际日期变更线?

答:我们换算各地的地方时或区时,会产生时间丢失的情况,为此国际上人为设定一条国际日期变更线以求解决这个问题。理论国际日期变更线是180°经线,实际国际日期变更线是一根折线。从西十二区越过日界线到东十二区加一天,反之相反。

7.简述我国及世界时间服务状况?

答:时间服务是指把测得的时间用各种手段播报出去的工作,也称为授时或播时。在古代则采用鸣锣击鼓声音报时等简易的方式,近代的时间服务有无线播报时,电视系统授时。为了统一全世界的时间服务,由国际时间局主持全球的世界时服务工作。二十世纪50年代初出现原子钟以后,原子时服务就成了国际时间局另一项重要的工作内容。时间服务不仅为日常

生活和生产所必需,更重要的是与许多科学实验有密切的关系。在天文学中,世界时服务直接为研究地球自转、天文地球动力学,进而为研究地月系和太阳系的起源和演化提供基本资料;天文历书工作需要以历书时作为标准来编算各种天体的历表。在大地测量中,需要用精确的世界时来确定各个地点的精确坐标;航海航空部门则需要世界时进行天文导航。在空间科学中,人造卫星和导弹的发射、飞行和跟踪,都需要世界时和原子时的高精度时间同步,需要用原子标准时间和频率进行控制。此外,在无线电频谱校准、高容量数字通讯、无线电波传递研究和相对论的检验等工作中,时间和频率标准都有广泛的用途。

世界时间服务主要分为世界时服务和原子时服务。世界时服务,大致可以分为采用原子时以前和以后两个时期。在采用原子时以前,从事时间服务的天文台利用大量的天文测时资料进行误差(包括系统误差和偶然误差)处理,求得精确的世界时。由于天文测时和大量的数据处理费时较多,天文台总是每天先按世界时的近似外推值,用无线电时号的形式发播出去,再根据事后测算的精确世界时对过去已发播的近似值进行修正。这种修正通常是用时号改正数的形式在授时公报中刊布出来,一般大约在无线电时号发播以后二、三个月发表。有时为了满足一些部门的急需,天文台也同时发表一些延迟二、三个星期的快速时号改正数,但精度略低。时号改正数是世界时服务的最后成果。为了提高世界时服务的精度,同时提供世界时的标准,需要将许多天文台所订定的时号改正数进行综合处理,或者直接利用这些天文台的天文测时资料进行综合处理。这样得到的时号改正数称为综合时号改正数,它可以作为某些国家的乃至全球的世界时标准。在采用原子时以后,无线电时号一般均按协调世界时或原子时发播,不再发播精确的世界时时号(仍有少数天文台继续发播),仅用特殊的加重讯号在协调世界时或原子时时号中附带地将其近似值发播出去。在这种情况下,精确的世界时则是在将天文测时资料和协调世界时进行比较并进行数据处理以后以UT1-UTC或UT2-UTC的形式发表的,实质上就是提供世界时和协调世界时的精确差值的资料。目前世界时服务的精度为±1毫秒左右。原子时服务,以原子钟为基础进行的服务,将协调世界时或原子时(二者仅差整秒数)用无线电时号发播出去。时间服务机构根据自己的原子钟所发播的协调世界时或原子时称为地方协调世界时或地方原子时。通过各种时间比对的手段,将各地方机构的原子钟所示的原子时进行比较,经过综合分析处理可以得到协调世界时或原子时的标准。国际时间局所提供的原子时标准称为国际原子时。国际时间局定期发表UTCi-UTC的资料,其中UTC为国际协调世界时,UTCi为第i个天文台所提供的地方协调世界时。

在采用原子时以前,天文台利用大量的测时资料进行误差处理,求出精确的世界时,在采用原子时以后,无线电时号一般均按协调世界时或原子时发播,不再发播精确的世界时时号,采用特殊的加重讯号在协调世界时或原子时时号中附带的将其近似值发播出去,原子时服务将协调世界时用无线电时号发播出去。

8.何谓历法?常用的历法有哪些?各有哪些特点?试举例说明。

答:历法就是推算日,月,年的时间长度和它们之间的关系,制定时间顺序的法则,或历法就是人为安排年、月、日的法则。常用的历法有太阳历(简称阳历),太阴历(简称阴历),阴阳历。阳历强调回归年,阴历强调朔望月,阴阳历是即考虑回归年又考虑朔望月。

阳历具有以下特点:优点有①历年与回归年同步,故月序与季节匹配较好;②它的置闰为400年97闰或每4年一闰,世纪年份除尽400年是闰年。缺点:①历月人为安排,天数有28、29、30、31天4种,大小月排列不规律;②四季长度不一有90、91和92天3种,上下半年也不相等;③岁首(元旦)没有天文意义;④每个月的星期参数不固定;⑤与月相变化天关,白白浪费了天赐的月相变化周期。

阴历:把朔望月(29.5306天)作为历月的长度,历年的长度:历月×12=354.3671天,与回归年毫无关系。阴历的历月,规定单数的月为30天,双数的月为29天,平均29.5天,并以新月始见为月首。12个月为一年,共354天然而12个朔望月的长度是354.3671天,比历年长0.3671天,30年共长11.013天。因此,阴历以每30年为一个置闰周期,安排在第2、5、7、10、13、16、18、21、24、26、29各年12月底,有闰日的年称为闰年,计355天。例如:回历。但阴历的历年与回归年相差太大,累计到一定的时期会出现月序与季节颠倒的现象,所以缺陷明显。现在除了伊斯兰国家还保留以外,别的地方早已摈弃了。

阴阳历是年,月并重,力求把朔望月作为历月的长度,又用设置闰月的办法,力求把回归年作为历年长度的历法。例如:中国夏历。优点是把两个天赐的周期都应用了,平均历月是月球公转周期,平均历年是地球公转周期。长期使用,对日、地、月三者的关系就不会生疏,看到月份,就可知道在这一年中月球已绕地球转了几圈,看到日期就可知道月相。缺点是平年与闰年有一个月的差值,日期与季节的对应关系有一个月的错动。当设置了二十四个节气,时令是可以掌握的。我国夏历与一般的阴阳历除有共同特点外,还有它独特的地方,表现在①强调逐年逐月推算,以月相定(以合朔为初一,以两朔间隔日数定大、小月);以中气定月序(据所含中气定月序,无中气为闰月)。②二十四气与阴阳历并行使用,阴阳历用于日常记事;二十四气安排农事进程。③干支记法,60年循环。

9.现行阳历是如何演变的?

答:阳历主要是依据回归年周期编历的。现行公历是由儒略历――奥古斯都历――格里历发展而来的。

现行公历的演变过程如下:

①前46年,儒略·凯撒制定新历,又称新太阳历,它规定一个回归年为365.25日,每年12个月,单月31日、双月30天(除2月29日)全年365日,每隔三年置一闰,在闰年时2月份加一天,2月为30日,闰年为366日。

②由于僧侣执行置闰错误,奥古斯都对其做了修正,称为奥古斯都历,规定从公元前8到公元3年不置闰,以后又回到4年一闰,并把8月改为大月31日,这样从2月份扣一日,平年闰年2月份为28日,闰年2月份为29日;形成1、3、5、7、8、10、12为大月,2、4、

6、9、11是小月的历法。

③由于4年一闰精度不够,积累到一定时期春分日会发生变化,为了把春分日还是固定在3月21日,国际规定把1582年10月4日后一天作为10月15日(历史空白10天),把4

年一闰改为400年97闰,凡世纪年被400除尽才是闰年。这就是格里历也是现行公历。

儒略历每年12月,单月31天,双月除2月29日外,其余30天,每隔三年置一润,后奥古斯都把其改为1,3,5,7,8,10,12是大月,2,4,6,9,11,是小月,而且世界协商历史空白10天,使春分日回到3月21日,后又把该历法置闰制度修正为凡世纪年份能被400除尽者才是闰年,其余年份能被4除尽者为闰年,称为格里历,现行阳历就是这样演变的。

第四章星空区划和四季星空

1.何谓星空区划?

答:根据一定的法制,把天空划分成一定的区域。在历史上,不同的民族和地区都有自己的星空区划。国际通行的星空区划88个星座。中国古代的星空区划--三垣,四象二十八宿。

2.88个星座是如何确定的?北天有几个?南天有几个?黄道带有几个?试写出黄道带的主要星座。

答:在公元前650年前后出现在《创世语录》中的就有36个,其中北天、黄道带和南天各12个。公元前270年左右在《天象诗》中共提到了44个星座。其中北天19个(小熊、大熊、牧夫、天龙、仙王、仙后、仙女、英仙、三角、飞马、海豚、御夫、武仙、天琴、天鹅、天箭、北冕、蛇夫等);黄道带13个星座(白羊、金牛、双子、巨蟹、狮子、室女、螯、天蝎、人马、摩羯、宝瓶、双鱼、驶);南天12个星座(猎户、犬、波江、天兔、鲸鱼、南船、半人马、天坛、长蛇、巨爵、乌鸦等)。1922年,国际天文学采纳英国天文学家威廉·赫歇尔提出的星座用赤经线和赤纬线来划分的建议,对历史上沿用的星座名称和范围作了调整,取消了一些星座,最后确定全天星座为88个。其中北天19个,南天47个,黄道12个。黄道带12个星座:双鱼、白羊、金牛、双子、天秤、巨蟹、室女、狮子、天蝎、人马、摩羯、宝瓶。之后,希腊著名的天文学家喜帕恰斯(伊巴谷)编制了一份含星数850

颗的星表,他把蛇夫座分为长蛇座与蛇夫座,把半人马座的东部分出来称为豺狼座;把黄道带上的驶并入金牛座,后来才划归蛇夫座。公元2世纪,希腊天文学家托勒密总结了古代天文学成就,写成了巨著《天文学大成》,他把黄道带的螯座改为天秤座,把犬座分为大犬和小犬,并增设小马座和南冕座,到此合计有48个星座,北天星座的名称基本上就确定下来了。

到17世纪初,德国的天文学家拜尔(1572~1625)从航海学家西奥图的记录中得知南天的一些星座,他在《星辰观测》一书中,除了上述48个星座之外,又增写了南天极附近的12个星座:蜜蜂(后改为苍蝇)、天鸟(后改为天燕)、蝘蜒、剑鱼、天鹤、水蛇、印第安、孔雀、凤凰、飞鱼、杜鹃、南海。这样,就有了60个星座。另外,北天的后发座之名早已有了,只是喜帕恰斯和托勒密的著作中一直没有把它列进去。1624年天文学家巴尔茨斯在北天增设鹿豹、麒麟和天鸽3个星座,并在南天增设菱形网座(后称网罟座);1669年,洛耶尔从南天的人马座中分离出南十字座;1690年,波兰天文学家在他编制的星表里又增加了7个北天星座:猎犬、蜥蜴(后改为蝎虎)、小狮、天猫、六分仪、盾牌和狐鹅(后改为狐狸),至17世纪中,已确定星座73个。18世纪50年代,法国天文学家拉卡伊利到好望角作了四年(1750~1754)的天文观测,并于1763年出版了包括3000颗星的星表,在表中,他命名了13个新星座,例如:玉作(后改为玉夫)、化学炉(后为天炉)、时钟、抽气唧筒(后为唧筒)、南极、矩尺、望远镜、显微镜、山案、绘架和罗盘。至此计有86个星座。

之后,有些天文学家为了迎合统治者的心意或出于自己的爱好,竟随心所欲地乱设星座,如有的因爱猫而设"母猫"星座。因此,当时星座的名称曾达到109个。最初,星座只指星群。随着科学的发展,人们研究的天体越来越多,对这些天体位置的确定,需要对星空进行区划。于是,在星座的概念中又增加了区域的含义,星座不只代表星群,而且还代表了这些星群所在的天区(这在开篇曾介绍过)。最初星座的界线是随意确定的,没有规律可循,只要将星座的亮星全部纳入其中就行了,如英国天文学家弗兰姆斯蒂所绘制的星座界线便是如此。1841年,英国天文学家威廉·赫歇尔提出星座用赤经线和赤纬线来划分,这一建议以后被国际天文组织所采纳,所以现在星空的界线虽然曲折和不规则,但线条是平直的。

1922年,国际天文学大会召开,会议根据近代天文观测成果,对历史上沿用的星座名称和范围作了调整,取消了一些星座,最后确定全天星座为88个,(除了上述86个之外,又把南船座拆为船帆、船底、船尾3个星座,故总数为88个)其中北天29个,黄道12个,南天47个。1928年,国际天文联合会正式公布了这88个星座,并规定以1875年的春分点和赤道为基准的赤经线和赤纬线作为划分星座范围的界线,从此,88个星座成为全球通用的星空区划系统。

3.简述中国的三垣二十八宿。

答:三垣指北天极的三个较大的天区,分别为:(1)紫微垣(又称中官或紫微官):为三垣的中垣,位居北天中央,作"皇宫"之意,多以帝族和朝官的名称命名。(2)太微垣:为三垣的上垣,位居于紫微垣之下的东北方,作"政府"之意,多用官名命名。(3)天市垣:为三垣的下垣,位居紫微垣之下的东南方,作"天上的集贸市场"之意,多以货物,量具,市场,地名等命名。二十八宿:是中国古代星空区划体系的主要组成部分,主要位于黄道区域,因之间跨度大小不均匀,又分四大星区,称为四象。

4.何谓星图?主要类型有哪些?如何使用活动星图?

答:(1)星图:是把天体在天球上的视位置投影到平面上面而绘成的图,可用来表示天体的位置、亮度和形态等,它是天文观测所必备的。

(2)星图的种类因划分方法不同而不同,主要有:按投影分:有以天极为中心的极投影星图,中纬度天区圆锥伪投影星图,天赤道或黄道为基准圆筒投影星图;按用途分:有为认证某个天体或某种天象所在位置的星图,有为对比前后发生变化的星图;按内容分:有只绘恒星的星图和绘有各种天体的星图;按对象分:有供专业天文工作者使用的专门星图,还有为天文爱好者编制的简明星图;按成图手段分:有手绘星图、照相星图和计算机绘制的星图等;按出版的形式分:有图册和挂图等。

(3)使用方法:使用时,旋转底盘,是底盘上的日期和上盘时间正好与观测的日期和时刻想吻合,则上盘地平圈透明窗口内显露出来的部分星象即为当时可见的星空。然后,把活动星图举过头顶,是星图上的南北方向同大自然的南北方向一致,便可以按图所示去辨认星座。

5.何谓星表?主要类型有哪些?

答:星表:星表就是记载天体各种参数(如坐标运动、星等、光谱型)和特性的表册,实际上就是天体的档案。人们可以在星表中查知天体的基本情况,也可以按星表给出的坐标到星空中寻找所要了解的天体。

星表类型因划分标准不同而不同,如按制作手段就分可分出照相星表等等。著名的照相星表有德国天文学会编制的照相星表(AGK1、AGK2、AGK3)、美国耶鲁大学天文台编制的耶鲁星表,好望角天文台编制的照相星表等。为了专业的需要,有些天文学家编制了同一类或同一特性的天体的星表,如双星星表、变星星表、高光度星、星表、磁星星表、白矮星星表,射电星表、光谱星表、星云星团表、红移星表、银河系星表、太阳系星表、彗星表、流星表等等。在星云星团表中,现在常用的是以下三种:一是法国天文学家梅西叶在1784年编制的星云星团表,称梅西叶表,用M表示,表中记有110个"星云星团",用数字编号表示,如M31,即仙女座大星云,经后人观测,在110个"星云星团"中,只有几个是真正的星云,其它都是河外星系;二是丹麦天文学家德雷耶于1888年编制的星团星云总表,简称NGC 表,记有7840个星团星云;三是IC表,是NGC表的补充。

6.何谓天球仪?如何使用天球仪?

答:天球仪是用来表述各种天体坐标和演示天体视运动的天球模型,它将主要天体的视位置投影到球面上,而使其与实际星空相吻合。它可作为缩小了的星空一幅立体星图。

使用方法:先作三项校正,然后再进行观测。(1)纬度校正:转动子午圈,使仰极在北点(或南点)的高度等于当地的地理纬度,使得天球仪正确显示地面上某点的观测者所见的星空。(2)方位校正:纬度校正后,移动天球仪,是天球仪上的方位与当地的实际方位相重合,这样天球仪上所显示的星际星空相一致了。(3)时间校正:若要使天球仪上的星空与观测时间的星空相符合,应先在黄道上找到当日视太阳的位置,并将当日视太阳置于午圈下,然后按照正午前1小时向东转15度,正午后一小时向西转15度的比例,转动天球仪,调整到观测时刻。此时,出现在地平圈以上的星空,就是当地可观测的星空。若已知的观测时刻是北京时间,则先换算为地方视时,再校正。

7.简述四季星空的特点。

答:(1)春季星空:大熊座高悬北天。春季星空最显眼的是春季大三角,它是由牧夫座的大角星,室女座的角宿一和五帝座构成的。还有一颗亮星为狮子座的轩辕十四。(2)夏季星空:夏季星空最引人注目的是夏季大三角,它是由天鹅座的天津四,天鹰座的牛郎星和天琴座的织女星构成的。夏季星空中的代表星座是位于南天正中的天蝎座,而该星座的最亮的一颗星为心宿二。人马座位于夏季银河最明亮的部分。(3)秋季星空:最靠近北天极的为仙后座。秋季星空最引人注目的是由飞马座α星、β星、γ星和仙女座α星构成的秋季四边形。秋季星空中还有一颗在南天的亮星,即北落师门。(4)冬季星空:冬季星空中最显眼的是冬季大三角,它是由小犬座的南河三,大犬座的天狼星和猎户座的参宿四构成的。除外,由小犬座南河三,大犬座天狼星,猎户座的参宿七,金牛座的毕宿五,御夫座的五车二和双子座的北河三构成冬季六边形也让人注目。

第五章天文观测工具和手段

1.获得宇宙信息的渠道有哪些?主要探测器有哪些?

答:主要渠道有:

(1)电磁波(2)宇宙线(3)中微子(4)引力子(5)其它(如陨石、宇航取样等)主要探测器:各种粒子探测器空间探测器等

2.人类探索宇宙的基本方法和工具主要从哪几个方面进行?

答:方法:从目视观测到仪器(望远镜、分光镜、CCD、干涉仪等)观测;从光学波段到射电波段、红外波段、紫外波段、以致全波段;从地面观测站到太空实验室。

主要工具:(1)望远镜包括光学观测,射电观测,空间观测等;(2)光谱分析仪;(3)干涉仪;等等。

3.简述人造卫星--航天器的分类,组成和轨道特征

答:航天器种类繁多,按是否载人,可分为无人航天器和载人航天器两大类。若按照所执行的任务和飞行方式可作进一步划分。载人航天器可分为载人飞船、航天飞船、太空实验室和空间站等几种。

航天器的组成见图。

天文课后答案、地球概论课后答案

航天器的轨道特征:航天器轨道是指航天器在太空中飞行时质心的运动轨迹。按航天器任务,一般可有人造卫星运行轨道,行星探测器轨道等几类;按飞行范围,又可分为绕地球质心运行段,绕月球质心运行段,绕太阳质心运行段和绕行星(地球除外)质心运行段等不同的阶段。航天器的轨道一般由开普勒轨道和轨道摄动两部分组成。

(1)人造卫星轨道:人造卫星轨道是在地球引力作用下,环绕地球运动时其质心的运动轨迹。一般卫星飞行高度500-600KM之间,多数运行方向和地球自转相同。

(2)月球探测器轨道:月球探测器受地月引力共同作用,轨道按顺序首先分为环绕地球的停泊轨道和地月之间的饿转移轨道,若要软着陆还要设计着陆轨道,若要返回地球的探测器,还要返回轨道。

行星探测器轨道;行星探测器轨道按运动过程中受到的主要天体的引力,可分为绕地心运动阶段,绕日心运动阶段和绕行星质心的运动阶段。这3个运动阶段分别与地球引力作用,太阳引力作用,行星引力作用相对应。

4.何谓虚拟天文台?原理如何?建设虚拟天文台有何意义?

答:虚拟天文台是利用最先进的计算机和网络技术将各种天文研究资源(观测数据、天文文献、计算资源等)甚至天文观测设备,以标准的服务模式无缝地汇集在同一系统中。天文学家可以方便地利用虚拟天文台系统,享受其提供的丰富资源和强大服务,使自己从数据收集、数据处理等事务中摆脱出来,而把精力集中在自己感兴趣的科学问题上。

原理:巡天,就是对整个天区进行观测、普查。如果利用伽马射线巡天、X射线巡天、紫外巡天、光学巡天、红外巡天和射电巡天所得到的观测数据,用适合的方法对数据进行统一规范的整理、归档,便可以构成一个全波段的数字虚拟天空;而根据用户要求获得某个天区的各类数据,就仿佛是在使用一架虚拟的天文望远镜;如果再根据科学研究的要求开发出功能强大的计算工具、统计分析工具和数据挖掘工具,这就相当于拥有了虚拟的各种研究设施。这样,由数字虚拟天空、虚拟天文望远镜和虚拟研究设施所组成的机构便是一个独一无二的虚拟天文台。

意义:虚拟天文台是21世纪天文学研究的一个重要发展方向。它的使用将使天文研究再次发生重大变化。各种天文研究资源都以统一的标准服务模式无缝地汇集在虚拟天文台系统中。天文学家只需登录到虚拟天文台门户便可以享受其提供的丰富资源和强大的服务,使自己从数据收集、数据处理这些繁琐的事务中彻底摆脱出来,而把精力集中在自己感兴趣的科学问题上。虚拟天文台将使天文学研究取得前所未有的进展,将成为开创“天文学发现新时代”的关键性因素。同时,它作为网络时代天文研究的基础平台,为普及大众天文学基础教育提供便利。

第六章天体物理性质和距离的测量

1.天体的亮度与视星等有何关系?

答:用眼睛可直接观测到天体辐射的可见光波段,人们对天体发光所感觉到的明亮程度称为亮度。表示天体明暗程度的相对亮度并以对数标度测量的数值定义为视星等。星等是天文学史上传统形成的表示天体亮度的一套特殊方法。星等越小,亮度越亮。星等相等1级,亮度相差2﹒512倍。

2.简述天体光谱分析的原理。

答;根据基尔霍夫定律:每一种元素都有自己光谱;每一种元素都能吸收它能发射的谱线。我们对天体的光谱进行分析就能知道它们的化学组成和物理性质。

3.测定天体的距离有哪些方法?

答;不同的天体,距离测定的方法是不一样的。例如:恒星距离的测定:

(1)测定较近的恒星用三角视差法。

(2)测定较远的恒星用分光视差法

(3)测定更远的恒星用造父周光关系测距法。

(4)测定极远的恒星用谱线红移法。

4.如何对天体进行大小测量?

答;不同的天体,大小测量的方法是不一样的。对较近天体可以直接测角直径再根据距离得出它们的大小,对恒星可用月掩星法,干涉法,光度法测大小。

5.天体质量测定有哪些方法?

答;天体质量测定主要根据万有引力定律。但不同的天体质量测定的具体方法有不同。例如:(1)地球质量的测定:①早期测定地球质量的方法之一,是1798年英国学者卡文迪许设计的扭称法。②方法之二是天平法;③现代用人造地球卫星测定地球质量,是根据牛顿修正后的开普勒第三定律计算的。

(2)月球质量的测定:通过测定地月系的质心位置,推算月、地质量比求出月球质量。(3)太阳质量的测定:通过地球对其绕转用万有引力定律来推导。

(4):行星质量的测定:对有卫星的行星可根据牛顿修正后的开普勒第三定理求质量,对没有卫星的行星可用摄动法求质量

(5)恒星质量的测定:迄今除太阳外,只对某些物理双星的质量根据其轨道运动进行过直

接测定。对其它恒星的质量,只能根据它们的光度进行间接测定。①物理双星质量的测定;

②单独恒星质量的测定。

(6)星系的测定质量:确定星系质量的常见方法有以下几种:①由星系的旋转曲线确定质量(旋涡星系)或恒星速度的弥散确定质量(椭圆星系);②双星系质量确定可利用测定双星的方法估计双星系的质量。③应用维里定律可求出星系团的质量。④利用引力透镜研究星系团质量。现代天文学家用哈勃望远镜作宇宙深处暴光拍摄,得到引力像后再进行计算求出质量。

6.如何确定恒星的年龄?

答;不同的恒星年龄测定方法不同。

(1)赫罗图法(2)估算法(3)利用放射性同位素

7.何谓恒星的演化年龄?它怎样说明恒星的年轻或年老?

答:恒星的演化年龄=恒星的现有年龄/恒星的寿命。

演化龄越接近1,恒星越老;演化龄越接近0,恒星越年轻。

第七章太阳系

1.托勒密的宇宙地心体系的要点是什么?现代人的评价如何?

答:要点:

(1)地球位于宇宙中心静止不动。

(2)每个行星都在一个叫"本轮"的小圆形轨道上匀速转动,但地球不是均轮中心,而是与圆心有一定的距离。他用这两种运动的复合来解释行星运动中的顺行、逆行、合、留等现象。(3)水星和金星的本轮中心位于地球与太阳的连线上,本轮中心在均轮上一年转一周;火星、木星和土星到它们各自的本轮中心的连线始终与地球到太阳连线平行,这三颗星每年绕其本轮中心转一周。

(4)恒星都位于被称为"恒星天"的固体壳层上,日、月、行星除上述运动外,还与恒星一起每天绕地球转一周,以此解释各种天体的每天东升西落现象。

现代人的评价:托勒密的宇宙地心体系是错误的,是唯心的。但是,在当时条件下,它所推算出的行星位置与实际观测结果,是相当符合的。当时认为这个宇宙体系似乎是合乎情理的完美的数学图解。只是后来被教会所利用,成为上帝创造世界的理论支柱。

2.哥白尼的宇宙日心体系的要点是什么?现代人评价如何?

答:要点:

(1)地球不是宇宙的中心,太阳才是宇宙的中心。太阳运行的一年周期是地球每年绕太阳公转一周的反映。

(2)水星、金星、火星、木星、土星五颗行星同地球一样,都在圆形轨道上匀速地绕太阳公转。

(3)月球是地球的卫星,它在以地球为中心的圆轨道上每月绕地球转一周,同时月球又跟地球一起绕太阳公转。

(4)地球每天自转一周,天穹实际不转动,因地球自转,才出现日月星辰每天东升西没的

周日运动,是地球自转运动的反映。

(5)恒星离地球比太阳远得多。

现代人的评价:由于科学水平及时代的局限,哥白尼的日心体系也有缺陷。主要有三个:①把太阳作为宇宙的中心,且认为恒星天是坚硬的恒星天壳;②保留了地心说中的行星运动的完美的圆形轨道;③认为地球匀速运动。然而哥白尼是第一个以科学向神权挑战的人,他的历史功绩在于确认了地球不是宇宙的中心,从而给天文学带来了一场根本性革命。哥白尼的宇宙日心体系是人类对天体和宇宙的认识过程中的一次飞跃,是唯物主义认识的胜利。

3.太阳的基本结构如何?有何特点?

答:太阳从中心到边缘可以分为核反应区、辐射区、对流区和太阳大气几个组成部分。太阳大气由里向外又可分为光球、色球和日冕三个层次。

(1)核反应区是太阳的产能区。这里进行着四个氢核聚变成一个氦的热核反应。在反应中损失的质量变成了能量,这样才能连续不断地维持着太阳辐射。

(2)辐射区辐射从内部向外部转移过程是多次被物质吸收而又再次发射的过程。因此,从太阳核心到表面的行程,就逐步降低它的频率,变为硬X射线,软X射线,远紫外线,最后以可见光的形式和能量更低的其它形式向外辐射。从太阳内部向外部的温度变化必须保证各层次的辐射压强和重力的平衡,才能维持太阳整体的平衡和稳定。

(3)对流区能量主要靠对流向外传播。在这里,由于外层氢的电离造成此层内气体比热增加,破坏了辐射平衡所要求的温度梯度,从而破坏了流体静力学平衡,产生流动,进而发展为湍流,湍流区会产生噪声,即低频率的声波。对流区及其下面部分是看不见的,合称为太阳内部或太阳本体。它们的性质只能靠同观测符合的理论计算来确定,对于太阳大气,其性质主要由观测来确定。

(4)光球层实际上是一个非常薄的发光球层。就是我们用肉眼看到的太阳圆盘。光球中布满米粒组织,在光球的活动区,有太阳黑子、光斑。

(5)色球层实际上是由一种细长的炽热物质构成的。色球的亮度只有光球的万分之一。由于磁场的不稳定性,色球经常产生激烈的耀斑爆发,以及与耀斑共生的日珥等,色球层随高度增加,密度急剧下降。

(6)日冕是极端稀薄的气体层,它的亮度比色球更暗。它主要是由高度电离的离子和高速的自由电子组成,日冕物质以很高的速度向外膨胀,形成所谓的"太阳风"。

4.根据大行星的特性,简述行星有几种分类?

答:行星的划分有三种:

(1)以地球轨道为界,以内的叫地内行星,以外的叫地外行星;

(2)以小行星带为界,以内的叫内行星,以外的叫外行星;

(3)根据行星的各种理化性质,过去人们把九大行星分成两类,即"类地行星"--包括水星、金星、地球和火星;"类木行星"--包括木星、土星、天王星和海王星。冥王星属于哪类有不同的看法。最近有人把行星分为三类,即水星、金星、地球和火星仍为"类地行星",木星和土星为"巨行星",天王星、海王星和冥王星均为"远日行星"。

5.太阳系中有特色的卫星举几例。

答:至2003年统计数据,人类发现的太阳系卫星有131颗,很多很有特色,例如:

(1)月球是地球的天然卫星。

(2)火卫一和火卫二的外形很像两块马铃薯。它们自转与公转周期相同。

(3)木卫一近球体,是一颗干燥的星球,有广泛的平原和起伏不平的山脉,它的最大特点

是有一些活火山。木卫二是颗由厚厚冰层覆盖着的岩石球体。木卫三不仅是木卫中最大的卫星,也是太阳系卫星中最大的一颗。木卫四表面布满环形山。木卫十三,被认为太阳系中最小的卫星。

(4)土卫六,是最先发现的一颗比月球还要大的土星卫星,也是太阳系中目前所知的唯一有大气的卫星。土卫二,属于太阳系表面亮度最高的卫星。

(5)天王一至天王五属于规则卫星,但逆行。

(6)海卫一和海卫二,它们一大一小、一近一远、一逆行一顺行、一个轨道圆一个轨道扁。(7)冥王星的卫星转动周期与冥王星的自转周期相同,是同步卫星。

6.太阳系小天体有哪些?有何特性?

答:太阳系中的小天体包括小行星、彗星和流星体等。

(1)小行星大多数分布在火星和木星轨道之间,构成小行星带。它们绕太阳沿椭圆轨道运行,偏心率和与黄道的交角都比大行星大,而比彗星小。小行星的大小和质量都是很小的。小行星的表面反照率有很大的差异。此外,还有一些不在小行星带内的小行星,如近地小行星。近地小行星按轨道特点可以把它们分成三类:①阿坦型,其轨道半长径小于1.0天文单位;②阿波罗型,其轨道近日距小于1.0天文单位;③阿莫尔型,其近日距小于1.3天文单位。

(2)彗星由冰物质组成。呈云雾状的较小天体,一般肉眼看不到。彗星可分为周期彗星和非周期彗星,对于周期彗星又有长短之分,一般以长于200年周期的称为长周期彗星。一个发育完整的、运行到太阳附近的彗星则由彗核、彗发和彗尾组成。

(3)流星体的质量一般较小,大多数流星体只是很小的固体颗粒。有些流星体是成群地沿着相似轨道绕太阳公转,只是过近日点先后不同,构成流星群。当流星体在轨道运行中经过地球附近时,受地球引力的影响,就会高速闯入地球大气,跟大气摩擦而把动能转化为热能,使流星体燃烧发光,呈现为"流星现象"。若流星体与地球大气摩擦燃烧未尽,落入地面则成为陨星,而地面坑称为"陨石坑"。陨星一般分为三类,石陨星、铁陨星和石铁陨星。

7.说明狮子座流星雨的成因。

答:由于坦布尔--塔特尔彗星瓦解物构成的流星群在轨道运行中接近地球,受地球引力的影响,高速闯入地球大气。人们在地球上观测好似从天空狮子座射出的流星雨,我们就以这个星座命名,称为狮子座流星雨。因该流星群绕日周期约为33~34年,所以狮子座流星暴大约也是33~34年,但若受木星和土星引力摄动影响很大,流星群轨道会发生偏移,大规模的流星雨可能就不出现。

8.试说明地球与太阳系其它行星比较有那些独特的地方?。

答:首先它与太阳的距离适中,加上自转与公转周期相当,使得地球能均匀地接收适量的太阳辐射。其次,地球的质量虽不大,但密度较大,由重元素组成,具有一层坚硬的岩石外壳,能贮存液态水。第三,在地球引力作用下,大量气体聚集在地球周围,形成包围地球的大气层。第四,地球大气中含氧丰富,高空氧在太阳紫外线作用下形成臭氧层,臭氧层吸收太阳紫外线辐射,使之不能到达地表。第五,地球磁场在太阳风的作用下形成了磁层,它对太阳风带来的高能粒子具有阻挡及捕获作用,使地球上的有机体免受侵害。第六,在类地天体上存在多种地质过程,地球是太阳系行星中唯一发生板块构造运动的星体。第七,在月地系统中,月球对地球旋转轴的倾斜度起着稳定作用,这在其它行星中也是独有的。可以说,目前地球是太阳系中唯一适合生命演化和人类发展的"得地独厚"的星球。

9.康德-拉普拉斯星云说的要点是什么?现代人如何评价?

答:康德星云说要点:太阳系的所有天体是从一团由大小不等的固体尘埃微粒所构成的弥漫物质形成的。万有引力使得微粒互相接近。天体在吸引力最强的地方开始形成。先形成中心天体--太阳。外面的微粒在太阳吸引下,向中心下落时与其他微粒碰撞,便斜着下落,绕太阳转动起来。开始有不同的转动方向。后来,有一个方向占了上风。于是在太阳周围形成了一个转动着的固体微粒云。这些转动着的微粒又逐渐形成几个引力中心,这些引力中心最后形成了朝同一方向绕太阳公转的行星。行星的自转是由于落在行星上面的微粒把角动量加到行星上而产生的。卫星的形成过程与行星类似。离太阳越远的行星,密度越小。提出了行星轨道偏心率和倾角的起源、行星的质量分布,卫星的形成、彗星的形成、土星的光环的形成等,比如认为土星光环是由于土星过近日点时,太阳的热使其轻物质上升,后来这些轻物质形成了土星环。

拉普拉斯星云说的要点:太阳系是一个气体星云收缩形成的。星云最初体积比现在太阳系所占的空间大得多,大致呈球状。温度很高,缓慢地自转着。由于冷却,星云逐渐收缩,由于角动量守恒,星云收缩时转动速度加快。在中心引力和离心力的联合作用下,星云越来越扁。当星云赤道面边缘处气体质点的惯性离心力等于星云对它的吸引力时,这部分气体物质便停止收缩。停留在原处,形成一个旋转气体环。随着星云的继续冷却和收缩。分离过程一次又一次地重演。逐渐形成了和行星数目相等的多个气体环。各环的位置大致就是今天行星的位置。这样,星云的中心部分凝聚成太阳。各环内,由于物质分布不均匀,密度较大的部分把密度较小的部分吸引过去。逐渐形成了一些气团。由于相互吸引,小气团又聚成大气团,最后结合成行星。刚形成的行星还是相当热的气体球,后来才逐渐冷却、收缩、凝固成固态的行星。较大的行星在冷却收缩时又可能如上述那样分出一些气体环,形成卫星系统。土星光环是由没结合成卫星的许多质点构成的。

现代人的评价:在康德时代,所掌握的太阳系的知识是很不充分的。只发现了六颗大行星。小的卫星、小行星都还没有发现。对中心天体太阳,还不知道能源来自氢氦聚变,只认为它是一团火,在这样知识的基础上,康德得出太阳系起源的理论是很不容易的。就康德星云说的主要观点来看,认为太阳和整个太阳系是由一团弥漫物质遵循力学规律,由内部的矛盾运动逐渐形成的,这个基本观点是正确的。在今天看来仍是一个有科学根据的设想,仍然是今天天体演化学说的出发点,但康德对行星公转成因的论点则是错误的。由于碰撞的随机性,很难出现公转一个方向占优势的倾向。即使有一个方向占一些优势,获得的速度也一定很小。它的离心力不足以克服中心吸引力,而这个问题在拉普拉斯的学说中解决得比较自然。康德的星云说和拉普拉斯的星云说基本观点是一致的,都认为太阳系所有天体都是由同一原始星云按照客观规律逐步演变形成的。由于科学水平的限制。这两个学说也有不少的缺点和错误,他们都没有说明太阳系角动量分布异常的问题。另外,拉普拉斯假定星云开始是热的也与现在的观测事实不符。按照今天的理解,从星云到太阳系的过程,首先是在银河星云中产生太阳星云,然后太阳星云变成星云盘,最后是星云盘中产生太阳和行星。

10.灾变说为什么不能正确地说明太阳系的起源问题?

答:灾变说有十几个,他们的共同点是都认为太阳系这样一个天体系统是宇宙间某一罕有的、巨大变动的产物。第一个灾变说出现在星云说之前,是法国的动物学家布封于1745年提出的,他受到1680年大彗星扫过太阳的启发。认为太阳形成后,有一巨大彗星掠碰到太阳边缘,使太阳旋转起来,同时碰出一些物质也绕太阳旋转,最后形成行星。当时欧洲宗教反动势力还很强大,这个学说一发表就受到反动势力的迫害。他被迫于1751年宣布放弃其看法。这个学说否认上帝创世。但它的科学内容是错误的。大多数的灾变说都出现在康德和拉普拉

斯星云说之后,他们企图以外来因素解决太阳系角动量的特殊分布问题,比较著名的学说有1900年美国地质学家章伯伦提出的"星子说"。同年美国天文学家摩尔顿发展了这一学说。他们认为,以前有一颗恒星运行到离太阳几百万公里的地方。使太阳正面和反面激起两股巨大的潮,正面抛出的物质沿恒星离去的方向偏转,反面抛出的物质则相反方向偏转,它们逐渐化合成环绕太阳的星云盘,然后凝聚成许多固态质点,再聚成星子,最后形成行星。1916年,英国天文学家金斯提出了著名的"潮汐说"。他假定有一巨大的恒星接近太阳。在它的作用下表面产生了很大的潮。反面潮比正面潮小得多。很快衰落。正面潮相当大,物质被经过的恒星拉出来,逐渐脱离太阳,形成了个雪茄烟形的长条。在恒星离开太阳的时候,它对长条的吸引使长条朝恒星离去的方向弯曲,并获得了角动量,以后这些物质就一直绕太阳转动,长条内气体凝聚,集结成各个行星,长条中部较粗,所以由中部物质形成的木星、土星较大。金斯以后,又提出了不少灾变说,其中每一个都增加了更多的偶然因素。如1929年捷弗里斯的"碰撞说"认为,另一颗恒星与太阳擦边相碰,这使太阳自转起来,碰出的物质形成了行星。1936年里特顿发展了美国罗索的想法,提出了"双星说"认为太阳的伴星被第三颗恒星碰撞后,伴星和那个恒星朝不同的方向弹开了,中间拉出一长条物质,被太阳俘获,形成行星系。1945年霍意尔提出"超新星说",认为太阳的伴星是超新星,爆发后由于反弹作用离开了太阳,它抛出的一部分物质被太阳俘获后形成了行星,超新星抛出的物质包含许多重元素,这样可以说明地球和行星里重元素的来源,还有一些灾变说,都是为了说明观测事实,假设了许多因素。银河系里恒星的空间密度很小,平均每35立方光年体积才有一颗恒星,所以两颗恒星接近到能起潮的机会是很小的。经计算大约每两千亿年才有一次,能够碰撞的机会就更少了。可是发现银河系内的行星系统可不是罕见的现象,观测表明,在离太阳相当近的恒星中,就已经发现了十来颗恒星的周围有看不见的伴星,其中一部分伴星很可能是行星。因为它们质量小,与行星差不多。而灾变说只以机率很小的偶然因素解释行星系统的产生是普遍规律。金斯说:"地球和生命都是宇宙间例外的现象。"事实上,这些灾变说也不能解释太阳系角动量特殊分布问题从太阳分出的物质很容易扩散,不可能凝聚成行星。因此,这些学说都逐渐被否定了。

11.戴文赛的新星云说的要点是什么?他如何解释太阳系的主要特征?

答:要点:(1)银河星云靠自引力而收缩,内部出现旋涡流,便使这个原始的星云碎成上千个小云,其中的一个就是形成我们太阳系的原始星云--太阳星云。(2)原始星云一面自转,一面因自吸引而收缩,在收缩过程中由于角动量守恒,自转逐渐加快,使星云逐渐变扁,当原始星云赤道处自转速度大到惯性离心力等于中心部分的引力时,这部分物质便不再收缩,而留在该距离处绕中心部分转动,原始星云的其他部分在继续收缩,不断有物质留在赤道附近,于是形成了扁扁的,内薄外厚的连续的星云盘。原始星云在收缩中密度变大,最后演化为太阳,并且发出辐射。(3)当星云盘中的固体微粒很小时,随着气体分子一起作布朗运动,相互碰撞,结合成较大的颗粒(称碰撞吸积),便可以在星云盘内形成薄薄的尘层。当尘层物质密度增加到足够大时,就会出现引力不稳定性,尘层分裂瓦解为许多粒子团,粒子团可以经过自吸引而收缩,很快形成星子。最大星子就成为行星胎,再进一步吸积小星子及残余物质而形成行星。

对太阳系主要特征的说明:

(1)行星轨道运动和自转:行星绕太阳公转轨道的共面性、同向性和近圆性,是它们在转动着的茫茫的尘层中形成的必然结果。在尘层内刚形成的星子,起初绕太阳在近圆形的轨道上作开普勒运动。因为太阳和行星是由同一星云组成的,所以太阳自转与行星公转方向必然相同。行星自转起源于星子的撞击,即星子把角动量带给行星,一般说来,许多星子撞击的

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