课程2:星系
天文名词：星系 

 当遥望星空时，横贯天际、蔚为壮观的银河总能让人们欣然神往，思绪万千。仔细观察的话，我们也能看出银河实际上是由许许多多颗星星所组成的。在天文学中，我们把这种由千百亿颗恒星以及分布在它们之间的星际气体、宇宙尘埃等物质构成的，占据了成千上万亿光年空间距离的天体系统叫做“星系”。我们的太阳就是银河系中普通的一颗恒星。 

　　银河并不是宇宙中唯一的星系：通过各种方法，人们已经观察到的星系已经有好几 万个了！不过，由于距离太遥远，它们看起来远不如银河那么壮丽。借助望远镜，它们看起来还只像朦胧的云雾。离咱们银河系最近的星系——大麦哲伦星云和小麦哲伦星云，距离我们银河系也有十几万光年。一般地，我们把除银河以外的星系，统称为“河外星系”。 

　　星系在早期曾被归到星云中，直到1924年，在准确测定了仙女座星云(现应严格称为“仙女座河外星系”)的距离后，星系的存在才正式确立。 

　　星系的形状是多种多样的。我们可以粗略地划分出椭圆星系、透镜星系、漩涡星系、棒旋星系和不规则星系等五种来。星系在太空中的分布也并不是均匀的，往往聚集成团。少的三两成群，多的则可能好几百个聚在一起。人们又把这种集团叫做“星系团”。 

　　星系和它内部的恒星都在运动中。我们都知道地球绕着太阳旋转，同时太阳也在绕银河系的中心运动，而同时银河系作为一个整体，本身也在运动着。在星系内部，恒星运动的方式有两种：它一面绕着星系的核心旋转，与此同时还在一定的范围内随机地运动(科学家称之为“弥散运动”)。 

　　星系的起源和演化，与宇宙诞生早期的演化密切相关。一般看法认为：当宇宙从猛烈的爆发中产生时，大量的物质被抛射到空间中。形成宇宙中的“气体云”。这些气体云本身处在平衡之中，但是在某种作用下，平衡被打破了，物质聚集在一起，质量高达今天太阳质量的上千亿倍！这些物质团后来在运动中分裂开，并最终形成无数颗恒星。这样，原始的星系就形成了。一般认为星系形成的时期在一百亿年前左右。 

　　而关于星系的演化，历史上一度曾把星系形态的序列当成演化的序列，即认为星系从椭圆形开始，再逐渐发展成透镜型、漩涡型、棒旋型，最后变成不规则型。这种观点今天已基本上被推翻。目前的看法认为这一过程与恒星形成的力学机理相关，但也仍然停留在假说的阶段。 

　　位于银河系之外，由几十亿至几千亿颗恒星以及星际气体和尘埃物质等组成的天体系统，我们称之为河外星系，简称为星系。目前，天文学上把银河系和现在所能观测到的河外星系，合起来叫做总星系。 

　　河外星系本身也在运动。它们的大小不一，直径从几千光年至几十万光年不等。星系的结构和外观是多种多样的，星系的空间分布也是不均匀的。 

　　星系也是成双或成团存在的。我们所在的银河系和它周围30多个星系组成一个集团，叫本星系团。其中离银河系最近的星系有大麦哲伦星系、小麦哲伦星系和仙女座星系等，它们都是我们银河系的近邻。目前已知的星系团就有1万多个。

课程3:星团
天文名词: 星团 

银河系里除了单星、双星外，还有许多由三五成群的在一起，互相有物理联系的恒星组成的多重星系统，称为聚星。按照恒星成员星的数目可称为三合星、四合星等。著名的北斗星中的开阳看起来是两颗星，实际上是有七颗星组成的七合聚星。 

星数超过10个由万有引力联系在一起的星群，称作星团。大的星团有的可包含几十到几十万甚至几百万颗星。冬季夜空中明高的昴星团“七姐妹”是由300多颗星组成的。 

在银河系内有众多的星团，根据恒星密集度的大小，星团分为疏散星团（又称银河星团）和球状星团。 

1.疏散星团（银河星团） 

疏散星团的形状不规则，结构松散，但有共同的运动特性。疏散星团高度集中于银道面两旁，大都分布在银纬－15°～＋15°处，所以称为银河星团，其中大多数成员星属于星族I，是些年轻的恒星。 

星团的亮度用“累积视星等”表示，即在星团图像聚集到一点相应的视星等。较亮的疏散星团或银河星团有天蝎座的M6（NGC6405），金牛座的M45昴星团、NGC1647、NGC1746，双子座的M35（NGC2168）等。 

疏散星团的直径从1.5pc到15pc，大多数在2pc到6pc之间。有些银河星团外围部分叫团冕，其内包含了大量的暗星。 

　 
 

天文学家一般是利用高精度观测仪器测定恒星的自行，来研究疏散星团的质量和速度分层效应，并通过星团的各向同性特性来研究星团内恒星的运动。疏散星团的寿命与成员星的个数有关，成员稀少的星团寿命明显低于成员众多的星团。此外还发现，距离银心的距离越远，星团的平均寿命越长。在众多的疏散星团中，极年轻的星团所占比例相当大。 

 在疏散星团中有一类叫移动星团，它们离我们较近，成员星在空间互相平行运动，由于透视效应，我们看起来，这些成员星似乎来自一个辐射点。这种能够看出有辐射点的银河星团叫移动星团。著名的昴星团、毕星团、鬼星团、大熊星团、英仙星团等都是移动星团。除了移动星团外银河星团都有共同的自行。 


2.球状星团 

众多的非常密集的星聚集在一起呈球状或椭圆状的星团叫做球状星团。球状星团所含成员星数一般比疏散星团多，多至几百万颗星。 

确定星团成员星的主要标志是，相邻的恒星靠得很近，它们的空间运动大致相同；它们还作为一个整体在空间运动，其成员星都具有大致相同的自行。球状星团有非常高的光度（绝对星等－4m～－10m）。大部分球状星团的直径在20pc～150pc之间。 
 
 

天蝎座M4（NGC6121）是较亮的球状星团，它距离地球约6800 l.y.，累积视星等为5.93m，视直径约22.8′。猎户座M3（NGC5272）距离我们3.2×104 l.y.，累积视星等为6.2m，视直径为18.6′。在银河系内大约有200多个球状星团。 

银河系中球状星团的银面聚集程度小，而是围绕着银河系中心呈球形分布。球状星团内的大多成员星是星族Ⅱ星，即老年星，最老的恒星的年龄约150亿年。由于球状星团的累积光度很大，所以我们可以观测到较远的球状星团。 

由于在银河系中的球状星团呈球形分布，所以利用球状星团可以很好地测定银河系的中心位置与银盘的直径。 

注：1光年 1 l.y.＝9.460×1012km 

1秒差距 1pc＝3.086×1013km＝3.262 l.y.

课程4:新星
天文名词: 新 星 

 有时在某一星区突然看到一颗原来没有的亮恒星，经过几天到几个月，它又慢慢看不见了。因此，古人就把这类星叫新星。其实，它不是“新产生”的恒星，而是原来就有一颗可能是暗弱的恒星。由于它突然爆发，向外抛射大量物质，光度大增，在一两天内光度增加十几个星等，也就是亮度增长几万倍，使人们误认为“新产生”了恒星。天文学家们已在我们银河系内发现200多颗新星。中国史料里从公元前134年到公元17世纪末，有90颗新星记载，它们是非常珍贵的科学遗产。1975年8月30日晚上8点多钟，世界上一些天文台和天文爱好者，在天鹅座里就看到一颗新星。中国许多天文工作者和天文爱好者都看到了并进行了观测研究。

课程5:超新星
天文名词:超新星 

 另外还有一类爆炸的星规模比新星还大叫做超新星。在大质量恒星演化到晚期，内部不能产生新的能量，巨大的引力将整个星体迅速向中心坍缩，将中心物质都压成中子状态，形成中子星，而外层下坍的物质遇到这坚硬的“中子核”反弹引起爆炸。这就成为超新星爆发，质量更大时，中心更可形成黑洞。 

　　现在已发现多颗超新星，它们大多在河外星系中，在我们银河系里只发现8颗超新星。历史上最有名的超新星要数1054年出现在金牛座中的那颗了，关于这颗超新星，中国宋史中有详细的记载：“至和元年五月，晨出东方，守天关，昼见如太白，芒角四出，色赤白，凡见二十三日。”这是指公元1054年7月4日早晨4点多钟，在金牛座天关星附近看到的超新星，它开始的亮度和太白金星亮度差不多，经过23天，又慢慢暗下去了。 

　　1731年，一位英国天文爱好者在这个位置上观测到一个畸形天体枣外形似螃蟹，叫蟹状星云。可想而知，蟹状星云就是1054年那颗超新星爆发抛出的物质。它是一个不满千岁的天体，是天体中的“婴儿”。 

　　1987年2月23日，在大麦哲伦星系中观测到一颗超新星SN1987A，成为轰动世界的新闻。

“吉林一号”陨石 
 

著名的美国亚利桑那州巴林杰陨石坑 
 

陨石着陆冲击地面形成的坑穴叫陨石坑。美国的亚利桑那洲温斯洛的大陨石坑，直径达1240米，深达170米，是世界上最著名陨石坑。地质学家认为它是25000年以前一颗直径约50m，重2×105t的流星体撞击形成的。近代由于航空、航天、遥感等高精技术的发展，已发现全球有130个大的陨石坑。陨石坑的辨认也不简单，主要靠岩石来判断。陨石坑的周围可能有许多锥形岩石的顶点常指向坑的中心。1991年美国科学家用发射性同位素技术，测出了墨西哥湾尤卡坦半岛奇克休卢镇附近的大陨石坑的年龄，此陨石坑的直径约180km，测得的年龄为6505.18万年。 

陨石的保护和鉴别 

当火流星出现的时候要注意记录火球出现的时刻、颜色、运动的方向、运动的速度和声音及这些现象的变化。陨石降落的现场要尽量完善地保护起来等专业人员考察和处理。对于散落的小陨石收集时，注意鉴别陨石和小石块。鉴别方法有如下： 

（1） 陨石有黑色或深褐色的熔壳（小于1mm厚）。 

（2） 陨石的熔壳上往往有大小不等、深浅不等的凹坑，叫气印。 

（3） 陨石的密度约2.8g/cm3一般比地球上的石头的密度（约3.8 g/cm3）小些。 

为什么要保护陨石呢？这是因为研究陨石对研究地球的形成及生命的起源有很高的价值。我们知道，陨石是太阳系这最古老、最原始的天体物质，它的存在年龄与地球相当，在46亿年左右。而地球上现存的最古老的岩石只有38亿年，有近8亿年的地球演变过程人类从地球本身无法探知，只有借助于这些天外来的“不速之客”来回答。另外，研究陨石对于探索生命的起源也有很大帮助，如紫金山天文台王思潮研究员在1983年陕西强县降落的陨石中发现了有机物质，引起了世界天外界的重视这就是说形成地球生命的有机物有可能是被陨石带入地球，并在地球适宜环境下不断得以发展、演化的。在人类的生命起源和演化理论的争论中，这一发现起了至关重要的作用。 

南非发现世界上最大的陨石坑 

 南非科学家此前宣布，他们发现了迄今世界上最大和最古老的陨石坑。 

　　南非威特沃特斯兰德大学的古人类学家托比亚斯当天在约翰内斯堡举行的一个以人类发展为主题的演讲会上公布了他们的这一最新研究成果。 

　　托比亚斯教授介绍说，这个陨石坑位于南非中部自由州省的弗里德堡城。坑的直径为250至300公里，弗里德堡就位于陨石坑的中心位置。 

　　他说，人们原来一直将这个坑看作是古老的火山口。但科学家经过研究发现，这里石头中的矿物质成分与火山石不同，其成分表明它应该是地球以外的星体撞击地球后产生的。科学家初步认定，这个陨石坑形成于21亿年前，是目前已知的形成年代最久远的陨石坑。这个陨石可能来自彗星或者某个行星，撞击时的速度应为每小时4万至25万公里之间。 

　　据有关资料介绍，此前世界上公认的最大的陨石坑位于加拿大安大略地区的萨德伯里陨石坑，它的直径为200公里。而最著名的陨石坑当属墨西哥尤卡坦地区的奇卡拉布陨石坑。一些科学家认为正是这个陨石坑形成时引起的地球气候变化导致了恐龙的灭绝。 

　　托比亚斯说，同奇卡拉布陨石坑一样，弗里德堡陨石坑的形成也应该对地球的气候及生物的演化产生过重大的影响，只是其具体影响还有待于科学家们的深入研究。 

陨 石 收 藏 



　　天上掉馅饼是不太可能的，但是从天上掉下和黄金一样值钱的东西却有可能，那就是很多人都想不到的陨石。 
今年45岁，他有双重身份，一方面是加州大学洛杉矶分校的教授，另一方面是全球最权威的陨石收藏家。从23岁起，黑格就开始收集陨石，当时还没有人意识到那是可以卖钱的好东西。到现在为止，黑格拥有的陨石成为世界上最大的私人陨石收藏。虽然自1990年起，也有其他人进入这个行当，但从实力和收藏规模来说还没有人能和黑格相比。最初黑格收集陨石只是出于兴趣，但后来他发现陨石因为稀有而珍贵，也可以卖好价钱。现在在专业的陨石市场上，贵的价格为每克超过8美元，几乎和黄金价格一样。就算最一般的每公斤也在30美元左右。如果是含有稀有金属的陨石，那么价格就难以计量了。 
 

 黑格收集陨石的经历很像电影《夺宝奇兵》的情节，充满惊险、刺激和传奇色彩。为了寻找从天而降的财富，他的足迹遍及地球上除南极以外的所有大陆。在智利、纳米比亚、澳大利亚、墨西哥和埃及，他都有在旷野中九死一生的经历。只要美国航天航空局预报什么地方什么时候将会有流星雨，他都会在准确的时间赶到那里。无论在什么地方，无论搭乘什么交通工具。除了自己寻找陨石，他还向当地人收购，当地人只要找到陨石，不论大小，黑格都会用现金收购。1992年，黑格在阿根廷以重金收购了一块重达37吨的陨石，那是他一生中看到的最大的陨石。但是在把陨石运出海关时，阿根廷政府以走私罪罪名将他逮捕，认为这块罕见的陨石归阿根廷国家所有。后来黑格被释放了，但陨石就被永远留在了阿根廷。 

　　没有流星雨的时候，黑格也会自己搜寻陨石。他主要在非洲的沙漠地带搜寻，因为那里的陨石从来没被人捡走。黑格驾驶着滑翔降落软翼机在沙漠上方120米的高处慢慢飞翔，只要看到有突出物就降落，然后用金属探测器搜索。一般人认为这样无异于大海捞针，不过黑格20多年来在沙漠中发现的陨石占他私人收藏的相当一部分。 

　　目前，黑格的陨石收藏按市场价计算已经超过3000万美元，随着越来越多人开始收集陨石，他的收藏只会成倍地增值。 

　　由于其来源的特殊性和未来增值的潜力，黑格的陨石收藏排在世界十大宝藏的第七位。

课程7:恒星的能源 
 

 像太阳那样，恒星在其一生的大部分时间，辐射的能源是由其中心区热核反应提供的。很多恒星最重要的热核反应是氢核聚变为氦核（氢燃烧）。氢燃烧有两种反应：质子—质子反应的产能率大体上正比于温度的4次方；而碳氮循环的产能率正比于温度的18次方。中心温度高于1.6×107K的恒星，碳氮循环占优势；中心温度较低的恒星，质子—质子反应为主。当温度低于7×106K时，这两种反应都不起作用。 

 在恒星演化的后阶段，发生其它的热核反应。例如，温度接近2×108K时，3个氦核可聚变成一个碳核（氦燃烧）：34He→12C＋γ（γ代表光子），因为α粒子就是氦原子核，这个反应又称为“3α反应”。碳核又可通过更复杂的反应聚变成氧、钠、镁……。碳之后的反应对恒星能量的贡献很小，它们主要的作用在于恒星内部合成了重元素。

课程8:恒星的距离 

从恒星光谱研究发现，同样光谱型的恒星中总有几条谱线的强度只随光度而异。对于三角视差测得出距离的恒星，可由其视星等和距离算出光度或绝对星等，因而可做出以谱线强度为横坐标，以光度（绝对星等）为纵坐标的“归算曲线”。然后对于待测距离的同一光谱型恒星，先测量其谱线强度，再利用归算曲线得出它的光度（绝对星等），进而得到它的距离，这称为“分光视差”。用这种方法得到了几万颗恒星的距离，尤其是三角视差法无效的远星距离，但仍不适用于难观测光谱的暗恒星。 

造父变星有光变周期与光度的周光关系，可由观测某颗造父变星的光变周期来得到它的光度，进而得出距离，这称为“造父视差”。双星观测可算出轨道要素而求得视差——称为“力学视差”。利用星团成员的运动数据求出视差——称为“星群视差”。迄今不仅测定出大量银河系恒星的距离，还测定出较近星系中的恒星距离。

课程9:恒星的结构 

 跟太阳类似，恒星辐射传来的仅是它们大气的信息，通常得不到它们内部的观测资料。只能根据恒星的观测资料（总质量、光度、表面温度、化学成分），藉助于已知的物理规律，进行理论的演绎来计算恒星内部结构模型。 

恒星的主要成分是氢，恒星一生的大部分时间处于氢燃烧维持稳定平衡状态（“主序”阶段），其辐射功率与内部产能率保持平衡。应当指出，像可控核电厂那样，恒星通过自身调整来达到平衡。如果恒星产能率大于辐射功率，那么超额能量会引起星体膨胀，接着，内部温度下降，从而使对温度很敏感的热核反应的产能率迅速降低，消除了超额能量，平衡得以恢复。另一方面，如果内部产出的能量偏少，星体就会收缩，引起内部温度升高，核反应的产能率相应增加，直至能量的得失相等。

课程10:河外星系的特征 

大小：椭圆星系的大小差异很大，直径在3300多光年至49万光年之间；旋涡星系的直径一般在1.6万光年至16万光年之间；不规则星系直径一般在6500光年至2.9万光年之间。当然，由于星系的亮度总是由中心向边缘渐暗，外边缘没有明显界线，往往用不同的方法测得的结果也是不一样的。 

质量：星系质量一般在太阳质量的100万至10000亿倍之间。椭圆星系的质量差异很大，大小质量差竟达1亿倍。相比之下，旋涡星系质量居中，不规则星系一般较小。 

运动：星系内的恒星在运动，星系本身也有自转，星系整体在空间同样在运动。星系的红移现象：所谓星系的红移现象，就是在星系的光谱观测中，某一谱线向红端的位移。为什么有这种位移呢？这种位移现象说明了什么呢？根据物理学中的多普勒效应，红移表明被观测的天体在空间视线方向上正在远离我们而去。1929年，哈勃发现星系红移量与星系离我们的距离成正比。距离越远，红移量越大。这种关系被称之为哈勃定律。这是大爆炸宇宙学的实测依据。 

分布：星系在宇宙空间的总体分布是各个方向都一样，近于均匀。但是从小尺度看，星系的分布又是不均匀的，与恒星的分布一样，有成团集聚的倾向，大麦哲伦星系和小麦哲伦星系组成双重星系。它们又和银河系组成三重星系。加上仙女座大星系等构成了本星系群。 

演化：作为庞大的天体系统来说，星系也是有形成、发展到衰亡的演化过程。星系从形态序列看有椭圆星系、旋涡星系和不规则星系。这种形态上的差别是否代表它们演化阶段的不同呢？谁属年轻？谁是中年？谁算老年？现在仍未有结论，尚处于探索之中。

课程12:行星和恒星看起来有什么不同 
 单用肉眼来分别的话，行星的光度很稳定，换句话说，行星在天上几乎是不眨眼、不闪烁。而一般恒星则会闪个不停，眨个不断，特别是在冬天的时候最明显，为什么？因为冬天风大呀！而且行星的颜色也很清楚，如金星是白色，火星是红色，木星是亮黄色，土星是土黄色，只要您认真看，一定可分辨出各行星的颜色

课程13:天球 
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。 

周日运动 

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。 

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，春分点是天球赤道和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2000.0年。

图1:

图2:
http://www.tianlang.com.cn/twkp/twzs/img/projection1.jpg

图2: