天文知識(shí)大全百科天文小常識(shí)

科學(xué)家如何研究遙遠(yuǎn)的恒星?閃耀的星星們也有出生和死亡?暗物質(zhì)和暗能量如何影響宇宙的演化?進(jìn)行天文科普，學(xué)習(xí)對(duì)象可以從中獲益，進(jìn)而提升全民科學(xué)素養(yǎng)。一起學(xué)習(xí)天文知識(shí)大全百科吧。

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宇宙是如何形成的?

1.科學(xué)家認(rèn)為它起源為137億年前之間的一次難以置信的大爆炸。這是一次不可想像的能量大爆炸，宇宙邊緣的光到達(dá)地球要花120億年到150億年的時(shí)間。大爆炸散發(fā)的物質(zhì)在太空中漂游，由許多恒星組成的巨大的星系就是由這些物質(zhì)構(gòu)成的，我們的太陽就是這無數(shù)恒星中的一顆。原本人們想象宇宙會(huì)因引力而不在膨脹，但是，科學(xué)家已發(fā)現(xiàn)宇宙中有一種“暗能量”會(huì)產(chǎn)生一種斥力而加速宇宙的膨脹。

2.宇宙學(xué)說認(rèn)為，我們所觀察到的宇宙，在其孕育的初期，集中于一個(gè)體積極小、溫度極高、密度極大的奇點(diǎn)。在141億年前左右，奇點(diǎn)產(chǎn)生后發(fā)生大爆炸，從此開始了我們所在的宇宙的誕生史。

3.宇宙大爆炸后0.01秒，宇宙的溫度大約為1000億度。物質(zhì)存在的主要形式是電子、光子、中微子。以后，物質(zhì)迅速擴(kuò)散，溫度迅速降低。大爆炸后1秒鐘，下降到100億度。大爆炸后14秒，溫度約30億度。35秒后，為3億度，化學(xué)元素開始形成。溫度不斷下降，原子不斷形成。宇宙間彌漫著氣體云。他們?cè)谝Φ淖饔孟拢纬珊阈窍到y(tǒng)，恒星系統(tǒng)又經(jīng)過漫長(zhǎng)的演化，成為今天的宇宙。

宇宙是什么?宇宙有多大?宇宙年齡是多少?

宇宙是萬物的總稱，是時(shí)間和空間的統(tǒng)一。從最新的觀測(cè)資料看，人們已觀測(cè)到的離我們最遠(yuǎn)的星系是130億光年。也就是說，如果有一束光以每秒30萬千米的速度從該星系發(fā)出，那么要經(jīng)過130億年才能到達(dá)地球。根據(jù)大爆炸宇宙模型推算，宇宙年齡大約200億年。

宇宙有多少個(gè)星系?每個(gè)星系有多少顆恒星?

在這個(gè)以130億光年為半徑的球形空間里，目前已被人們發(fā)現(xiàn)和觀測(cè)到的星系大約有1250億個(gè)，而每個(gè)星系又擁有像太陽這樣的恒星幾百億到幾萬億顆。因此只要做一道簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)題，你就不難了解到，在我們已經(jīng)觀測(cè)到的宇宙中擁有多少星星。地球在如此浩瀚的宇宙中，真如滄海一粟，渺小得微不足道。

太陽和地球的年齡?

據(jù)估計(jì)太陽的年齡比地球大1000萬-2000年年，而通過放射性計(jì)年，地球的年齡是45億年，因此太陽的年齡是45.1億年。

天文學(xué)中常用天文單位(Astronomical units，縮寫 AU)衡量天體之間的距離，天文單位約等于地球到太陽的平均距離，2012 年起精確定義為 149,597,870,700 米，約 1.5 億千米，或者 8.3167 光分1。另一個(gè)單位是光年，等于真空中光在一 Julian 年(365.25 天)傳播的距離，約為 9.460730×1015m9.460730×1015m 或 6.3241×104AU6.3241×104AU。

除了太陽系中的天體，肉眼或望遠(yuǎn)鏡能看到的其他星星都屬于恒星(注意有一些亮點(diǎn)是星云，即星際塵埃而不是單個(gè)恒星)，離太陽最近的恒星叫做 Alpha Centauri(4.22 光年)。由于這些恒星的距離太遠(yuǎn)，即使用天文望遠(yuǎn)鏡也看不到它們的行星。恒星在空中的相對(duì)位置是幾乎不變的(即使太陽系以驚人的速度繞星系中心旋轉(zhuǎn)，但轉(zhuǎn)一圈仍需要 2.3 億年，所以與其他恒星的相對(duì)位置基本保持不變)。

那我們看到的星空是如何變化的呢?由于地球每 24 小時(shí)由西向東自轉(zhuǎn)一圈，所以我們?cè)诘厍蛏峡吹降男强沼蓶|向西圍繞地球旋轉(zhuǎn)。長(zhǎng)時(shí)間曝光的照片可以很好地展示星星的軌跡(如果站在北極點(diǎn)，那么星空的旋轉(zhuǎn)中心會(huì)在正上方，如果站在赤道，旋轉(zhuǎn)中心會(huì)在地平線上，且南北各有一個(gè)。如果站在南極點(diǎn)，則旋轉(zhuǎn)中心同樣在正上方但旋轉(zhuǎn)方向卻與北極的相反。

一個(gè)常見的問題是為什么白天看不到星星和月亮。這是因?yàn)榘滋礻柟庹樟亮舜髿庵械膲m埃和云，相比之下星星的亮度太暗了所以肉眼不容易看到。許多時(shí)候月亮也會(huì)在白天出現(xiàn)，只是因?yàn)殛柟馓敛蝗菀鬃⒁獾健?/p>

季節(jié)與晝夜

圖 ：黃赤交角示意圖

如圖 ，地球繞太陽公轉(zhuǎn)軌道所在的平面叫黃道平面，而地軸與黃道平面有大約 23.5?23.5? 的傾角，所以當(dāng)?shù)厍蜻\(yùn)動(dòng)到太陽的一側(cè)時(shí)，太陽直射到北回歸線(北緯 23.5?23.5? 的緯線)，這一天就叫做夏至，當(dāng)?shù)厍蚶@太陽旋轉(zhuǎn) 90?90? 后，太陽直射到赤道上，這一天就叫做秋分，而地球再公轉(zhuǎn) 90?90? 到另一側(cè)時(shí)，太陽直射到南回歸線，這一天就是冬至，再公轉(zhuǎn) 90?90?，陽光再次直射到赤道上，這一天就是春分。注意這是對(duì)北半球而言，南半球相反。因此季節(jié)的變化本質(zhì)上是太陽直射點(diǎn)的變化，與地球與太陽的距離關(guān)系不大，事實(shí)上在北半球的冬季地球到太陽的距離要小于夏季的距離。

回想第一節(jié)的太陽系模型，由于地球到太陽的距離遠(yuǎn)大于二者的半徑，所以可以近似認(rèn)為太陽照到地球的光都是平行的，這樣，任何時(shí)刻只有半個(gè)地球被照亮，這半個(gè)地球就是白天，而另外半個(gè)是晚上。由于地軸的傾斜，北半球某條緯線以上的地區(qū)在夏天會(huì)被全部被照亮，這樣無論地球自轉(zhuǎn)多少，這些地區(qū)都是白天，這就形成了極晝。與此同時(shí)，南半球某條緯線以上的地區(qū)全部沒有陽光，就形成了極夜。同理，在冬天(也就是南半球的夏天)南極附近會(huì)出現(xiàn)極晝而北極附近出現(xiàn)極夜。另外在赤道，晝長(zhǎng)(白天的長(zhǎng)度)和夜長(zhǎng)(夜晚的長(zhǎng)度)一年四季都相等。

天球坐標(biāo)系

下面我們來更具體地描述星空。由于天體離我們足夠遙遠(yuǎn)，來自天體的光線已近似于平行光，這時(shí)候我們已經(jīng)失去了確定遠(yuǎn)近的能力(當(dāng)然事實(shí)上我們有其他的辦法確定天體的視向距離)，而僅僅知道天體的方位，所有的天體都彷佛分布在一個(gè)球面上。假定圍繞著我們有一個(gè)大圓球，它的半徑比我們所能看到的最遠(yuǎn)的天體的距離還要大得多，這個(gè)假想的球體稱為天球。觀測(cè)者總是處于天球的中心，這是因?yàn)橛^測(cè)者的任意位移(包括地球的公轉(zhuǎn))都比天球半徑小得多，可以忽略不計(jì)。天體和觀測(cè)者眼睛連成的直線與天球面的交點(diǎn)，也就是天體在天球面上的投影，稱為天體的視位置。

為了定量地表述天體在天球上的位置，我們需要建立球坐標(biāo)系(正如我們描述地球上某個(gè)地點(diǎn)需要使用經(jīng)度和緯度一樣)，最常用的兩個(gè)天球坐標(biāo)系是地平坐標(biāo)系和赤道坐標(biāo)系。