天文入门 【含《走进天文》课堂记录】

关于望远镜

望远镜基本知识

望远镜除了人们熟知的折射式望远镜外，还有反射式望远镜、折反式望远镜。在1668年牛顿发明反射式望远镜后，它获得了巨大的发展，目前科研界主要依赖反射式望远镜，反射式望远镜的使用需要相关知识和一定操作、维护能力。但其中的牛顿反射式望远镜（牛反）绝对是物美价廉的选择之一。

望远镜的支架主要分两种：经纬仪和赤道仪。

• 折射镜
• 反射镜
• 折反镜
• 赤道仪
  赤道仪作为支架的特性就是能抵消星球在天空中东升西落的运动，
• 经纬仪
• 天顶镜
  牛顿式反射镜不需要天顶镜。
  天顶镜的意义是在使用目镜安装在尾部的望远镜观测接近天顶的目标时，不需要蹲甚至躺在地上抬头看。它会使画质降低。
• 寻星镜
  可以采取红点式，指星笔和寻星镜三种形式。
• 红光手电
  在足够黑暗以致看不清器材，以及当你需要查询纸质星图的时候，红光手电是最安全的照明。
• 星图
  星图就是星空的地图，标记了各个星星的绝对或相对位置
• 星云滤镜
  这是一项有极大增幅的附件，可以大大压低天空亮度，从而大大改善观测星云类天体时的反差。
• 光害滤镜
  光害滤镜主要就是UHC(Ultra High Contrast)了。它主要滤除常见的人造光和天空中的自然辉光。

口径
即望远镜主镜片的直径，是望远镜最核心的性能指标。
瑞利判据 极限角分辨率\(\theta = \frac{1.22\lambda}{d}\)

焦距
在天文目视中，焦距的意义相当不同。物镜和目镜都有焦距，目镜的焦距可以当作对应显微镜目镜放大倍数（=250/焦距）。望远镜焦距最大的意义是在同目镜下决定望远镜的倍数：
\(放大倍数=\frac{物镜焦距}{目镜焦距}\)
换言之，焦距越长就越侧重高倍，否则侧重低倍。
倍率不是越高越好。
行星摄影需要特别长的焦距，经验公式是最大倍率≈2×望远镜口径（以毫米为单位）
为使焦距更大，可以使用巴罗镜。

焦比
焦比通常用f/x来表示，比如焦距750、口径150的望远镜，焦比就是f/5

调焦座尺寸

反差和解析力

热平衡
对较大型的望远镜，由于镜片与空气的温差扰动了望远镜周围的气流，会需要花一定的时间等镜片冷却后才能达到最佳画质，尤其严肃的是对折反射式望远镜。

中心遮挡

视场
也叫视野。决定透过望远镜能看到多宽广的范围的天空，一般以视直径衡量，2度的视野就是天空中直径2度的一个圆。作为直观的对照，月亮的直径是\(\frac{1}{2}\)度。

射电望远镜

射电望远镜与反射式光学望远镜相似，投射来的电磁波被一精确镜面反射后汇交于一个公共焦点。与光学望远镜不同的就是光学望远镜是对可见光聚焦成像，而射电望远镜则是对长波电磁波进行汇聚。

射电望远镜是指观测和研究来自天体的射电波的基本设备，可以测量天体射电的强度、频谱及偏振等量。包括收集射电波的定向天线，放大射电信号的高灵敏度接收机，信息记录﹑处理和显示系统等。

20世纪60年代天文学取得了四项非常重要的发现：脉冲星、类星体、宇宙微波背景辐射、星际有机分子，被称为“四大发现”。这四项发现都与射电望远镜有关。

工具

stellarium
是一款开源的天象模拟软件。它以3D形式展示了极为逼真的星空，就像你在真实世界使用裸眼，双筒望远镜或天文望远镜看到的一样。

大型设施

HST

哈勃空间望远镜，Hubble Space Telescope
于1990年4月24日由“发现”号航天飞机携带发射升空
光学望远镜
美国空间计划与欧洲航天局合作开发
仍在运行

JWST

James Webb Space Telescope，韦布空间望远镜，哈勃空间望远镜的继任者。
美国航空航天局、欧洲航天局和加拿大国家航天局联合研发
红外线观测用空间望远镜
质量为6.5吨，约为哈勃空间望远镜（11吨）的一半。面积为哈勃空间望远镜的5倍以上。该空间望远镜还能在近红外波段工作、能在接近绝对零度的环境中运行。
詹姆斯·韦布空间望远镜于2021年12月25日发射升空；2022年7月中旬，韦布空间望远镜正式开始工作。

CSST

预计2026年发射
中国巡天空间望远镜，英文名 China Space Station Telescope
中国载人航天工程规划建设的大型空间天文望远镜
口径2米，兼具大视场和高像质的优异性能，并具备在轨维护升级的能力
被称为“中国哈勃”，精度与哈勃望远镜相当，但视场可达到哈勃望远镜的300倍。

FAST

500米口径球面射电望远镜（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope，FAST）
位于中国贵州省黔南布依族苗族自治州。
于2011年3月25日动工兴建；于2020年1月11日通过中国国家验收工作，正式开放运行。

LaMOST（郭守敬望远镜）

大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜
中国科学院国家天文台承担研制
世界上口径最大的大视场兼大口径的望远镜。
一架视场为5度横卧于南北方向的中星仪式反射施密特望远镜。
LAMOST于1997年立项，2001年动工，2009年6月通过国家验收，2012年9月启动正式巡天。
巡天是一种对天空进行逐块扫描的系统观测方式，是人类探寻宇宙信息的基本手段。

冰穹A

Keck

暗天体

Chandra

高温高压高磁场天体

天文现象、观测对象

观测对象：月球、太阳、几大行星、星团、星云、星系、彗星、流星雨

天文大潮

天文大潮，是指太阳和月亮的引潮合力的最大时期（即朔和望时）之潮。由于海洋的滞后作用，海潮的天文大潮一般在朔日和望日之后一天半左右，即农历的初二、初三和十七、十八日左右。世界最大的天文大潮奇观是在浙江的钱塘江大潮。

地磁暴、极光（Aurora）

地磁暴
是太阳风高速等离子体到达地球空间后，引发产生的最具代表性的全球空间环境扰动事件。
通常以地磁指数来表征地磁暴的大小。一般用Kp指数和Dst指数这两类地磁指数来划分。在研究中通常采用Dst指数分级，而在预警应用中采用Kp指数。

Kp指数
由全球地磁台网中13个地磁台站的K指数计算得到的，用于表示全球地磁活动性，每3小时一个值，取值范围从0到9，共分28级：00，0+，1-，10，1+,…,9-，90。其值逐渐增大表示地磁扰动逐渐增强。在日常的应用中，一般把Kp=5、6称为中小地磁暴，Kp=7、8、9称为大地磁暴。
以欧洲为例，KP3就覆盖了冰岛全境以及挪威、瑞典、芬兰北部大部分地区，如果强度到KP6，英国北部、拉脱维亚、爱沙尼亚等地都有机会看到。

极光产生的条件有三个：大气、磁场、高能带电粒子。
现代物理学对极光产生原理有详细描述，地球上的极光是由于来自磁层和太阳风的带电高能粒子被地磁场导引带进地球大气层，并与高层大气（热层）中的原子碰撞造成的发光现象。极光不只在地球上出现，太阳系内的其它一些具有磁场的行星上也有极光。

太阳风是指太阳外层大气向外射出的高速稳定粒子流，太阳的色球层外面是日冕层，日冕上有冕洞，冕洞就是太阳风的「风源」

极光并不是越往北越容易看到，通常会出现在极光带Auroral Oval内，也就是围绕地球磁极的一个环形区域。

G 分级
NOAA（National Oceanic and Atmospheric Administration，美国国家海洋和大气管理局） 使用一个名为 "G 分级" 的五级系统来表示观测到的和预测到的地磁活动的严重程度。该等级用于快速显示地磁暴的严重程度。该等级从 G1 到 G5 不等，G1 为最低等级，G5 为最高等级。低于磁暴等级的情况被标为 G0，但这一数值并不常用。每个 G 级都有一定的 Kp 值。从 Kp 值为 5 的 G1 到 Kp 值为 9 的 G5 不等。

太阳周期

第25个太阳周期于2019年12月正式开始。从那时起，太阳活动开始慢慢加剧，预计2025年7月达到峰值，然后回落，到2030年左右，本轮周期结束。

https://www.spaceweatherlive.com/zh-cn.html

星座

北环极星座（North circumpolar constellations）
我们从北边的天空开始，也就是那些总是能看见的恒星区域，最突出的是北斗七星（the Big Dipper）
四颗组成 "碗"，三颗组成 "柄"。
在北斗七星的 "碗"的末端，在北斗七星的 "天枢"（Dubhe）和 "天璇"（Merak）之间描出一条线，并将其延伸到它们之间的五倍距离，就可以找到北极星。
这颗恒星的亮度并不比北斗七星中的恒星亮多少。
北极星是小熊座（Ursa Minor the Little Bear）中最亮的恒星，它包含了“小北斗星”（the Little Dipper）。小北斗星也是由七颗星组成的，其中四颗在碗里，三颗在柄上。由于其中四颗星很暗，所以很难看到。

如果你从北斗七星的星碗中走过北极星，再往前走等距离，就会看到一组醒目的星群，这些星群组成了一个明显的字母M或W。这就是仙后座（Cassiopeia, Queen of Ethiopia）。

猎户座
赤道带星座之一，位于双子座、麒麟座、大犬座、金牛座、天兔座、波江座与小犬座之间，其北部沉浸在银河之中。猎户座主体由参宿四和参宿七等4颗亮星组成一个大四边形，面积为594平方度，居第26位。纬度变化位于+85°和−75°之间可全见，最佳观测月份为1月。
猎户座中最亮的是参宿七（猎户座β，Rigel）它的视星等为0.12等，在全天的亮星中排在第七位，绝对星等为-7.84等，表面温度12000开尔文。参宿四（猎户座α星，Betelgeuse），它是全天第九亮星，亮度在0.06等和0.75等之间变化，亮度变化周期为5年半，属于不规则变星。每年一月底二月初晚上八点多的时候，猎户座内连成一线的参宿一、参宿二、参宿三三颗星正高挂在南天，所以有句中国民谚“三星正南，就要过年”。

彗星

彗星（Comet），是指进入太阳系内亮度和形状会随日距变化而变化的绕日运动的天体，呈云雾状的独特外貌，也是中国神话传说的扫帚星（星官名）。
彗星分为彗核、彗发、彗尾三部分。彗核由冰物质构成，当彗星接近恒星时，彗星物质升华，在冰核周围形成朦胧的彗发和一条稀薄物质流构成的彗尾。彗星的质量、密度很小，当远离太阳时只是一个由水、氨、甲烷等冻结的冰块和夹杂许多固体尘埃粒子的“脏雪球”。当接近太阳时，彗星在太阳辐射作用下分解成彗头和彗尾，状如扫帚。彗星以椭圆形、抛物线和双曲线这三种轨道围绕太阳运行。

天狼星 Sirius

拜耳编号为大犬座α（Alpha Canis Majoris，缩写为α CMa）
夜空中最亮的恒星，视星等-1.46，几乎是全天第二亮星老人星的两倍。
天狼星是一个双星系统，由主序星（天狼星A）和微弱白矮星（天狼星B）组成。
天狼星之所以看起来如此明亮，一方面是因为它的光度，另一方面是因为它靠近太阳系。

恒星的演化

所有的恒星都从通常被称为星云或分子云的气体和尘埃坍缩中诞生。在几百万年的过程中，原恒星达到平衡的状态，安顿下来成为所谓的主序星。
恒星大部分的生命期都在以核聚变产生能量的状态。最初，主序星在核心将氢融合成氦来产生能量，然后，氦原子核在核心中占了优势。像太阳这样的恒星会从核心开始以一层一层的球壳将氢融合成氦。这个过程会使恒星的大小逐渐增加，通过次巨星的阶段，直到达到红巨星的状态。
质量不少于太阳一半的恒星也可以经由将核心的氢融合成氦来产生能量，质量更重的恒星可以依序以同心圆产生质量更重的元素。像太阳这样的恒星用尽了核心的燃料之后，其核心会塌缩成为致密的白矮星，并且外层会被驱离成为行星状星云。
质量大约是太阳的10倍或更重的恒星，在它缺乏活力的铁核塌缩成为密度非常高的中子星或黑洞时会爆炸成为超新星。
虽然宇宙的年龄还不足以让质量最低的红矮星演化到它们生命的尾端，恒星模型认为它们在耗尽核心的氢燃料前会逐渐变亮和变热，然后成为低质量的白矮星。
恒星的演化必定以三种可能的冷态之一为终结：白矮星，中子星，黑洞。

天文观测常识

星等
星等（magnitude）是衡量天体光度的量。星等值越小，星星就越亮；星等的数值越大，它的光就越暗。在不明确说明的情况下，星等一般指目视星等。
星等数每相差1，亮度大约相差 2.512 倍。
太阳 －26.7 等，满月 －12.6 等，金星最亮时可达 －4.9 等
我们把肉眼能够看到的最暗的星设定是 6 等星（6m 星）
天空中亮度在 6 等以上（即星等数小于 6）也就是可以看到的星有 6000 多颗。当然，同一时刻我们只能看到半个天球上的星星，即 3000 多颗。而当今世界上最大的天文望远镜能看到暗至 24m 的天体，而哈勃望远镜能拍摄得到的最暗星等达 30m。

光度
恒星的真正亮度还可用光度表示。光度就是恒星每秒钟辐射的总能量。恒星的光度由它的温度和表面积决定。
绝对星等相差 1 等，光度相差 2.512 倍。
恒星之间的光度差别非常大。
光度大的恒星叫做巨星，光度小的称为矮星。
太阳是一颗黄色的矮星，相比之下光度比较弱。但还有比它更弱的矮星。
光度用每秒辐射多少尔格（尔格/秒）来表示。它是恒星本身所固有的，表征其辐射本领的量。

中国古代天文

七月流火，九月授衣。——《七月》

二十八星宿，是中国古代天文学家为观测日、月、五星运行而划分的二十八个星区，由东方青龙、南方朱雀、西方白虎、北方玄武各七宿组成。

东方七宿（青龙）：角、亢、氐、房、心、尾、箕
南方七宿（朱雀）：井、鬼、柳、星、张、翼、轸
西方七宿（白虎）：奎、娄、胃、昴、毕、觜、参
北方七宿（玄武）：斗、牛、女、虚、危、室、壁

阅读《夜观星空》

天文单位
天文学中计量天体之间距离的一种单位。以A.U.表示，其数值取地球和太阳之间的平均距离。
1A.U.=149,597,870千米，据雷达天文观测，由光速和单位距离光行差tA导出。一般用以计量太阳系中各天体间的距离。

奥尔特云
包围着太阳系的彗星云

比邻星
南门二（半人马座α）三合星的第三颗星，依拜耳命名法也称为半人马座α星C。

它与半人马座α星AB共同构成三星系统，科幻小说《三体》正以此为背景。

是离太阳系最近的恒星（4.25光年）
是一颗红矮星，亮度很暗，1915年才被发现。
目前已经发现了3颗其周围的行星。其中比邻星b位于宜居带，可能存在生命。

本星系群
指银河系和相邻仙女星系、麦哲伦星云等50个星系组成了一个规模较小的集团，包括银河系在内的一群星系。本星系群中的全部星系覆盖一块直径大约1000万光年的区域。本星系群又属于范围更大的室女座超星系团。

银河系
直径约9万光年的盘状银河系有一个明亮的银心，靠近核球的恒星间距很小。
银河系的旋臂从银心伸出，延伸成一个扁平而对称的风车形。太阳位于从银心到银河系边缘的2/3处，在猎户臂的内环边上。这里是银河系的郊区。在这些邻居中，最容易被看见是诸如猎户腰带上的蓝巨星和超巨星。这些质量远超太阳且力量强大的恒星构成了旋臂。

具体来说，我们的太阳系处于两个主旋臂——盾牌-半人马座旋臂和英仙座旋臂之间，位于名为猎户臂或猎户支臂的小支臂内。

蓝巨星是年轻的恒星，而银心中黄色和红色的恒星占据主导。蓝巨星一生短暂，会以惊人的速度挥霍自己的燃料，最终会演化成红巨星，不久可能以超新星爆炸的方式谢幕。

《走进天文》

徐晓杰 南京大学天文与空间科学学院 副教授
平时 50% 出勤+提问+随堂测试
课程论文 50% 关于天文/科学/科学史 及其应用的思考

9.27

星期x的词源：英文/日语
月火水木金土日
星期一：Monday，Moon
星期二：Tuesday，Tiwesday，“战神日”。Tiw是
星期三：Wednesday，Woden’s day，“Woden”是风暴之神，“风神日”。
星期四：Thursday，雷神（Thor）
星期五：Frigg’s day。Frigg是北欧神话中主司婚姻和生育的女神，也是Woden的妻子。
星期六：the day of Saturn，Sat。urn农神。

为什么英语中「oct-」「dec-」等前缀和月份错位两个数字？
https://www.zhihu.com/question/20947199

天文工作者在干什么

一些历史相关的天文工作
北斗七星岩画
夏商周断代 周召共和 天再旦
天关客星，为星名。这里的“天关”是古代的星名，处于金牛座；“客星”是中国古代对新星和超新星的称谓。

一些天文相关的论点与论证

天文学产生的前提是生产和生活的需求
天文学的诞生服务与生产和生活
不同的天文文化反映了不同民族的文化特性

• 五千年气候变化与朝代更迭（竺可桢）
  明末
  苏州 西山 原名洞庭山 太湖冻灾

一些问题
全球变暖？
气候变化是否决定历史走向？

10.11

第谷·布拉赫（Tycho Brahe，1546－1601），丹麦天文学家和占星学家。
1572年，第谷发现仙后座中的一颗新星，后来受丹麦国王邀请，在汶岛建造天堡观象台，发现了许多新的天文现象。
第谷·布拉赫曾提出一种介于地心说和日心说之间的宇宙结构体系，十七世纪初传入我国后一度被接受。第谷编制的一部恒星表相当准确仍然有价值。

10.25

亚里士多德
布鲁诺
最后的传统天文学家：第谷
开普勒
伽利略

徐光启 徐家汇
孙元化

文一教授的书 科学革命的密码

11.22

12.20

椭圆星系、漩涡星系、不规则星系