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第1章 宇宙(1)

【天体】宇宙间各种星体的通称。主要有恒星、行星、卫星、彗星、流星体、星云、星团、星际物质等。这些均为自然天体。近年来所发现的红外源、射电源、X射线源和γ射线源等也属于自然天体。

【人造天体】由人工制造并发射到宇宙空间运行着的天体称为人造天体,主要有人造卫星、宇宙火箭、行星际飞船、空间实验室等。自1957年10月4日前苏联发射第一颗人造“小月亮”以来,人造天体已有上万个。我国第一颗人造卫星是在1970年4月24日发射的“东方红”一号,重量是前苏联第一颗人造卫星的2倍(172.82公斤),绕地球一周的时间为114分钟,近地点的高度是441公里,估计寿命为100年(前苏联第一颗仅飞行了100天,美国第一颗飞行了12年,均已坠毁)。

【天球】天体与观测者之间的距离与观测者随地球在空间移动的距离相比要大得多。因此,我们所看到的天体似乎都离我们一样远,仿佛散布在以观测者为中心的一个圆球的球面上。为了便于对天体位置和运动状况的研究,人们假想了一个以观测者为中心,无限大为半径的圆球叫做天球。实际上我们看到的天体是在这个巨大圆球的球面上的投影。在天文学的一些应用中,都用天体投影在天球上的点和点之间的大圆弧来表示它们之间的位置关系。

【子午圈】经过天顶的任何大圆都叫做地平经圈,通过北天极点P的地平经圈称为子午圈。子午圈与地平圈相交于南极点S和北极点N。

【黄极】黄道轴与天球相交的两个点叫黄极。它们与黄道之间的角距离为90°,北黄极为+90°(黄道以北)、南黄极为-90°(黄道以南)。黄极与天极之间的角距离等于黄赤交角。

【黄道面】地球绕太阳公转的轨道平面叫做黄道平面,简称黄道面,它是黄道坐标系中的基本平面。由于地球的公转运动受到其他天体引力的作用,所以黄道面在空间的位置将产生不规则的连续变化。但在变化过程中,瞬时的轨道平面总是通过太阳中心的。

【黄道】地球绕太阳公转的轨道平面与天球相交而成的大圆叫黄道。由于黄道面在空间位置上的变化,所以严格地说应是:瞬时平均轨道平面(即只考虑长期运动的轨道平面)与天球相交的大圆称为黄道。它是太阳周年视运动的轨迹在天球上的投影。

【天文单位】日地之间的平均距离为1.496亿(约为1.5亿)公里。我们把1.5亿公里的日地平均距离近似值定为一个天文单位,用它来计量太阳系里天体之间的距离较为方便。如太阳和冥王星之间的平均距离约为39.5个天文单位。

【光年】光在真空中,在一年的时间内所走的距离叫光年。光年是天文学中常用的距离单位。1光年等于94607亿公里。距离太阳最近的恒星——半人马座的南门二中的比邻星,它与地球的距离约为4.2光年。目前,人类所能探测到的最远天体,距离地球约360亿光年。

【天体系统】宇宙间运动着的天体,因相互吸引和相互绕转,从而形成具有一定层次、并按一定系统进行着的有规律的运动和演化,聚而集成特定的天体物质的组合。

【地月系】地球比月球质量大得多(81倍),地球与月球相互吸引的结果,使月球不停地围绕着地球公转,地球和月球在一起,在宇宙中形成一个很小的天体系统,称为地月系。月球距地球384400公里,成为宇宙中距地球最近的一个星球。地月系也是人类至今能够直接探索的天体系统。

【太阳系】由太阳、行星及其卫星、小行星、彗星、流星体和星际物质所构成的天体系统叫做太阳系。太阳是太阳系的中心天体,其他天体均在太阳的引力作用下围绕太阳公转。太阳的质量占太阳系总质量的绝大部分(99.8%),其他天体的质量总和只有太阳的0.2%左右。除太阳外,太阳系中的主要成员还有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星九大行星,因此太阳系又可称为“行星系”。九大行星都在接近同一平面的近于圆形的轨道上,朝着同一个方向,围绕着太阳公转。这就是行星轨道运动的共面性、近圆性和同向性。九大行星按其性质可以分为三类:类地行星(水星、金星、地球、火星);巨行星(木星、土星);远日行星(天王星、海王星、冥王星)。它们各自有着不同的运动特征和结构特征。九大行星所占的空间范围,其半径不到50个天文单位。整个太阳系也不过是更大的天体系统——银河系的极微小的一部分。

【银河系】太阳所在的具有旋涡结构的巨大的恒星系统。银河系包含各种类型的恒星,总数在2亿颗以上。银河系的结构是:在银河系的中心区域,恒星密集,离中心越远恒星的分布越稀疏。银河系有一个很小的致密核心,称为银核。银核的中心称为银心。银核四周也聚集着大量恒星,其侧视图很像体育运动用的铁饼,统称为银盘。银盘中心厚度约为1万光年,边缘厚约1000光年,直径约为8万光年。银盘周围有一些恒星,它们分布在近似球形的范围内,称为银晕。银晕直径约10万光年。银河系是在不断地转动着,银河系的运动称为银河系自转。银河两极(银极)与天极相距62°角。由于银河系的自转才使银盘形成扁的铁饼形。银河系质量很大,约为太阳的1.4×1011倍。它不仅包括2000多亿颗恒星,而且还含有大量的双星、星团、星云和星际物质等。

【河外星系】银河系以外,人们观测到大约10亿个同银河系类似的天体系统,称为河外星系。按其外形和结构可分为旋涡星系、棒旋星系、椭圆星系、不规则星系等。在夜晚,用肉眼能观测到的河外星系有仙女座星云和大小麦哲伦星云。

【本星系群】在宇宙间,星系分布不均匀,有的相互靠近,形成了成群结队的星系“集团”,称为星系群。以银河系为中心,方圆300万光年范围内,包括大、小麦哲伦星云,仙女座大星云等30多个河外星系的星系群,叫做本星系群。

【星系】恒星的巨大集团,称为星系。星系一般包括几十亿、几百亿到上千亿颗以上的恒星。太阳所属的星系称为银河系。银河系和另外大约10亿个同银河类系似的天体系统——河外星系也都属于星系。

【星云】在夜晚星空中看到的云雾状天体。一般分两大类:位于银河系以内,多由星际气体和星际尘埃组成的星云,称银河星云。它是由弥漫在星际空间稀薄气体及尘埃,在邻近恒星的微粒辐射和光辐射的压力下密集在一起形成的。银河系以外的星云,称河外星云,它是由几十亿,几百亿乃至上千亿颗恒星组成的巨大恒星集团,由于距地球极遥远,使它看上去是云雾状光斑,而实际上它是在银河系外的和银河系同级的恒星系统。和恒星相比,云雾状星云具有质量大、体积大、密度小的特点。星云按形状可分为行星状星云、弥漫状星云和球状星云三大类。恒星和星云在一定条件下可以互相转化:星云在高温、高压等条件变化时,可以收缩而形成恒星,恒星到最后阶段,又可以大量抛射物质到宇宙空间,成为形成新的星云的原材料。

【星团】许多恒星在引力的相互作用下,簇聚在一个较小空间范围内的稠密集团就是星团。星团分为疏散星团(已发现约1000个)和球状星团(已发现125个)两大类。研究星团对进一步认识天体演化有重要意义。

【星系团】比本星系群更大的天体系统,包括几百至几千个星系集团,称为星系团。离我们最近的星系团是室女座星系团,直径约850万光年,包含有2500个星系。

【总星系】天文学上,把目前所能观测到的最大范围内的各星系,总称为总星系。总星系包括存在于星系空间的各种天体和天体系统,范围约为以360亿光年为半径的球体。总星系是无限宇宙中的有限部分。

【宇宙】在西方,宇宙这个词在英语中叫Cosmos或Universe,我国战国时的尸佼说过:“四方上下曰宇,往古来兮曰宙”。意思是说把天地上下四方定为宇,时间古往今来称为宙。宇宙就是无边无际(无边界、无形状、无中心)的空间和无始无终的时间的总称。宇宙从时间和空间上来看,虽然都是无限的,但它是由天数大小、质量、高度、光度、温度等方面存着千差万别的具体的天体所组成的物质世界。宇宙中的物质在不断地运动、变化和发展着。随着人类科学的进步,宇宙一定还会更多地为人类所认识。

【恒星】由炽热气体组成的自己能发光、发热的球状或类似球状的天体叫恒星。恒星与我们地球的距离都很远,距地球最近的恒星是太阳(它的光到达地球需要8分多钟的时间),其次是半人马座中的比邻星(它的光到达地球约需4.2光年),有的恒星远达几百或几千光年。恒星的亮度常用星等来表示,恒星越亮,星等越小。恒星表面的温度通常用有效温度来表示,由早O型的几万度到晚M型的几千度,差别很大。恒星的直径有的小到几公里量级,有的大到109公里以上。一般恒星的质量都很大,大约介于太阳质量的百分之几到120倍之间,但大多数恒星的质量在0.1~10个太阳质量之间。恒星的密度量级大约介于109克/厘米3(红超巨星)至1013~1016克/厘米3(中子星)之间。正常恒星的大气化学组成与太阳大气差不多,以氢、氦为主,但也有个别恒星的大气化学组成不同。恒星之所以能发光、发热,是由于它的内部温度高达几百万度乃至数亿度,在那里进行着不同的产能反应(一般为热核反应),并向外辐射大量的能量和抛射物质。一般认为恒星是由星云收缩而成的,主星序以前的恒星因温度不够高,不能发生热核反应,只能靠引力收缩产生能量。进入主星序之后,中心温度高达700万度以上,开始发生氢聚变成氦的热核反应,这是恒星生命中最长的阶段。氢燃烧完后,恒星内部收缩,外部膨胀,演变为表面温度低而体积庞大的红巨星,并有可能发生脉动。那些内部温度上升到近亿度的恒星,开始发生氦碳循环。最后,一部分恒星发生超新星爆炸,气壳飞走,核心压缩成中子星一类的致密星而趋于“死亡”。恒星按光度级可分为:超巨星、亮巨星、巨星、亚巨星、主序星(或矮星)、亚矮星、白矮星;按分布上的相互关系又有双星、聚星、星团等之分;按演化发展的不同阶段,可分为幼年期的红外星,壮年期的主序星,中年期的红巨星和老年期的白矮星、中子星等。恒星也都在不停地运动和变化着,由于它们距我们十分遥远,所以这种变化很难觉察,故而古人称它们为恒星。我们在夜空所看到的点点繁星,大多是恒星,肉眼可看到的恒星,全天有6000多颗。借助望远镜目前可看到几十万乃至几百万颗以上的恒星。

【超新星】光度突增到原来的1000万倍以上的新星。它是恒星最激烈的爆发现象。爆发结果是恒星完全瓦解成为星云,或抛射掉大部分质量,遗留下来的部分物质收缩为白矮星、中子星或黑洞,从而进入恒星演化的终结阶段。在银河系里,已发现四颗超新星,其中,以1054年所发现的超新星最为著名,最近发现的蟹状星云就是超新星爆发的遗迹。

【中子星】主要由简并中子组成的致密星叫中子星。其质量下限为0.1太阳质量,上限在1.5~2太阳质量之间,其半径典型值约为10公里。其结构大致是:外层有一厚约1公里的固体外壳,密度约为1011~1014克/厘米3,由各种原子核组成的点阵结构和简并的自由电子气所组成。由外壳向内是一层主要由中子组成的流体,密度约为1014~1015克/厘米3,在这一层中,还有少量的质子、电子和μ介子。对于中子星的内部,目前只知其密度高达1016克/厘米3,至于是何物态,目前尚无定论。中子量是在1932年发现中子后不久就提出的。一般认为中子量可能是超新星爆发的产物。

【脉冲星】1967年发现的一种高速自转的有强磁场的中子星,因其能发出极规则而短促的无线电脉冲而得名。其脉冲周期短而稳定,约在0.033~3.745秒之间,年变化率在百万分之一以内。由于中子星两极有固定的亮斑,因此每转动一周,亮斑发出的光束就给地球送来一个或两个脉冲信号,进而产生脉冲现象。脉冲星离地球很远,距离为300至55000光年,半径为10~30公里,是一种很小很小的天体。

【黑洞】是广义相对论所预言的一种特殊天体。由于一定质量的天体物质,高度聚集在一很小的体积内,从而产生巨大的引力场,这一引力场足以捕获所有物质和辐射,以致它不发出任何的光线,而成为暗天体,故称黑洞。黑洞的基本特征是具有一个封闭的视界。所谓视界,就是黑洞的边界。外来物质和辐射都可被其吸引进入视界以内,而视界以内的任何物质都难以逃脱其吸引范围跑到视界以外去。

【类星体】于20世纪60年代初发现,目前认为是星系一级的天体。其主要特征是:在天文照相底片上为一恒星状(点状)的天体,发射较强的紫外光和红外光,光谱中有宽度较大的发射线,发射线有红移现象,而且是已知天体中红移量最大的。有些类星体不仅有较强的光学辐射,也有较强的无线电辐射,这种类星体又称为“类星射电源”。

【亮度】在天文学中,天体亮度指天体在观测点和视线垂直的平面上所生的照度,常用视星等表示。

【星等】表示天体相对亮度的等级。古代天文学家把全天肉眼可见的星,按其感觉亮度分为六等。最亮的20颗星定为一等,最暗的定为六等。一等星的平均亮度是六等星的100倍。星等相差一等,其亮度相差2.512倍。因而星等值愈小,其亮度愈大。目前星等范围从最亮的太阳为—26.74等,到最暗的25等星。星等按其探测器的不同,又可分为目视星等、照相星等、仿视星等、光电星等、热星等等各种星等系统。

【星座】人们为了便于认识恒星,从古代起就把天球划分成若干区域,这些区域称为星座。星座是以本区域中较亮的星及其邻近的恒星联合组成各种图形,多以动物或希腊神话中的人物来命名。如大熊座、仙后座、御夫座。按照国际规定,整个天球分成88个星座。这88个星座按在天球的不同位置和恒星出没的形式,又划成5个大区域,即拱极星座、北天(40°—90°)星座、黄道12星座(天球上黄道附近星座)、赤道带星座(10个星座)、南天星座。

【星图】把分布在天球上的恒星,按它们在球面上的视位置投影在平面上的图。是根据当地的地理经纬度绘制的。可以在任何指定日期和时刻找到所需要的天空星座的星图,叫“活动星图”。

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