通俗天文学.pdf

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书籍描述

内容简介
这本书首先简单描述了天体的运行情况,如太阳系、如何确定天体的位置、地球的周年运动等;然后讲述了观察天体的工具——望远镜——的发展变化,从最初的折射望远镜到反射望远镜,再到折反射望远镜,以及后来的光学望远镜、射电望远镜、太空望远镜;接下来用通俗易懂的语言详细论述了夜空中著名的恒星、行星、星团、星系,以及彗星、流星、极光等各种情况;最后带领我们去探索地外生命,如UFO、地球的起源、寻找太阳系和银河系等。
这本书用流畅的文字和形象的描述将复杂的天文知识直观化、简单化、亲切化,让天文学这个名词变得不再高深得难以触及,让普通人轻轻松松就能看懂天文学知识。

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作者简介
西蒙·纽康(1835年3月10日-1909年7月11日),美国籍加拿大天文学家、数学家,在钟表学、经济学、数学上有着重要贡献。1835年3月10日,他出生于加拿大的新斯科舍省;1857年,在华盛顿史密松研究所第一任所长Joseph Henry的推荐下进入航海天文年历编制局从事计算工作,同时进入哈佛大学学习,于1858年毕业;1861年,美国总统林肯任命他为美国海军的数学教授,一直到去世;1897年,他担任美国数学学会会长,第二年卸任后创建了美国天文学会,并担任第一任会长(1899年-1905年);1909年7月11日,在华盛顿哥伦比亚特区逝世。

目录
第一章 天体的运行
第一节 我们的星辰系统
第二节 天界现象
第三节 时间和经度的关系
第四节 如何确定天体的位置
第五节 地球的周年运动及其结果

第二章 望远镜
第一节 折射望远镜
第二节 反射望远镜
第三节 折反射望远镜
第四节 望远镜摄影术
第五节 大型光学望远镜
第六节 射电望远镜
第七节 太空望远镜

第三章 太阳、地球、月球
第一节 太阳系的结构
第二节 太阳
第三节 地球
第四节 月球
第五节 月食
第六节 日食

第四章 行星及其卫星
第一节 行星的轨道
第二节 水星
第三节 金星
第四节 火星
第五节 小行星群
第六节 木星及其卫星
第七节 土星及其卫星
第八节 天王星及其卫星
第九节 海王星及其卫星
第十节 以前的大行星冥王星
第十一节 太阳系的比例尺
第十二节 引力和行星的称量


第五章 彗星和流星
第一节 彗星
第二节 流星

第六章 恒星
第一节 星座
第二节 恒星的本质
第三节 恒星的距离
第四节 恒星系统
第五节 星云

第七章 星系和宇宙
第一节 银河系
第二节 河外星系
第三节 膨胀的宇宙
第四节 大爆炸宇宙学
第五节 微波背景辐射
第六节 宇宙的组成
第七节 宇宙的结构
第八节 宇宙的演化

第八章 探索地外生命
第一节 不明飞行物——UFO
第二节 地球生命之源
第三节 探索太阳系
第四节 探索银河系

文摘
第三章 太阳、地球、月球
第一节 太阳系的结构
现在,我们已经了解了地球及其周围的天体是如何构成一个团体的。在宇宙中,这个团体是非常渺小的,而且无不足道,但对于我们有着重要意义,是我们生存的基础。在详细介绍太阳系的重要组成部分之前,我们先来简单解释一下太阳系的结构。
我们首先想到的是太阳。既然这个团体是以太阳这个名字命名,由此可知太阳的重要性。太阳位于太阳系中央,是一个能够发光发热的巨大球体,将光和热不停地向外辐射,并且通过自己的引力维持着太阳系的运行。
接着是各种行星。它们环绕着太阳周围,沿着各自的轨道运行,其中一个就是我们赖以生存的地球。行星(planet)一词的本来含义是游移不定,古人以这个词为它们命名的原因是,它们不像恒星一样在天空中的位置固定不变,而是不停地在恒星之间穿梭。行星可以分为两类:一类是大行星,另一类是小行星。
在太阳系中,有8颗大行星,它们是除了太阳之外的最大天体。它们与太阳之间的距离有近有远,好像是以有规律的方式排列而成。最近的是水星(5800万千米),而最远的是海王星(大约是45亿千米)。水星绕着太阳运行一周的时间不足三个月,而海王星却要花费将近165年的时间。
根据八大行星的质量和结构,可以将它们分为两类:一类是类地行星,另一类是类木行星,即与地球相似的行星和与木星相似的行星。类地行星的主要成分是石和铁等物质,体积小,密度大,自转速度慢,而且卫星少。类地行星有水星、金星、火星;类木行星的主要成分是氢、氦、冰、氨、甲烷等物质,体积大,密度小,自转速度快,而且卫星多,周围是由碎石、冰块或者气尘形成的光环。类木行星有土星、天王星、海王星。
大行星分为两群,由一道相当宽的空隙隔开。内层是4颗类地行星,它们要比外层的类木行星小很多,而这4颗行星的体积总和还不到外层天王星体积的1/4。
两群大行星之间的空隙是无数小行星(asteroids)。与大行星相比,它们非常渺小。它们几乎全部位于一条非常宽的带子中,这条带子的起点在距离地球不远的地方,终点在10倍个地日距离外。其中,大部分小行星位于带子的中间部分。它们与大行星的主要区别是:数量特别多。我们已经知道的小行星有一万多颗,而且还在不断地发现新的小行星,所以小行星的总数无法确定。
在太阳系中,第三类天体是卫星(satellites),月亮(moon)就是其中之一。这些小天体常常围绕着大行星运行。最内层的水星和金星没有卫星,地球只有一颗卫星(我们所熟悉的月亮),而外层土星已经被发现的卫星有62颗,木星被发现的卫星是66颗(截止到2012年2月)。因此,除了水星和金星之外,每一颗大行星都可以看成是类似于太阳系的小系统的中心,好像太阳系中心的太阳一样。这些小系统也是以中央主星命名的。于是,便出现了火星系——火星及其两颗卫星;木星系——木星及其66颗卫星,还有木星光环;土星系——土星及其62颗卫星,还有土星光环……
在太阳系中,第四类天体是彗星(comets)。它们绕着太阳运行的轨道是扁扁的椭圆。只有彗星接近太阳时我们才能看见它们,但对于它们中的大部分来说,往往要经过几百年甚至几千年才会出现一次。即使是彗星出现时,如果出现不利情况,我们依然无法看见它们。
除了上述的各个天体之外,许多微小的岩石块(我们叫做流星体)都沿着一定的轨道绕着太阳运行,它们与小行星和彗星有着一点联系。我们无法看见它们,除非是它们进入到地球周围的大气层中,那时我们将它们称为“流星”(shooting stars)。
接下来,我们以由近到远的顺序观察一下太阳周围的行星表:

行星 卫星 有无光环
内层大行星 水星(Mercury) — 无
金星(Venus) — 无
地球(Earth) 1颗 无
火星(Mars) 2颗 无
小行星 — 无
外层大行星 木星(Jupiter) 66颗 有
土星(Saturn) 62颗 有
天王星(Uranus) 27颗 有
海王星(Neptune) 13颗 有

不过,我们不会根据这个表格顺序讲述各大行星。在我们描述完太阳之后,将会跳过水星和金星,开始论述我们的地球和月亮,然后再返回去谈谈其他行星。
第二节 太阳
太阳位于太阳系中央,同时是太阳系中最大的天体,当然会引发大家的好奇心。我们知道,太阳是一个能够发光发热的巨大球体,但球体的大小是多少呢,它距离我们多远呢?如果我们知道了太阳到地球的距离,那么就能算出太阳的大小。根据几何知识可知,我们首先测量出太阳直径在我们视野中的视角,然后借助于太阳到我们的距离就能得出太阳的直径。这是一个非常简单的三角问题。现在,我们精确测量出太阳直径在我们视野中的角度是32分,这让我们明白太阳与我们的距离是太阳直径的107.5倍,所以用日地距离除以107.5得出的就是太阳的直径。
太阳到地球的平均距离是14960万千米,除以107.5得出太阳的直径大约是139万千米,大约是地球直径的110倍。由此可知,太阳的体积大约是地球体积的130万倍。
不过,太阳的平均密度是地球平均密度的1/4,大约是水的密度的1.4倍。太阳的质量大约是地球质量的33.2万倍。
太阳表面的重力大约是地球表面重力的28倍。如果人们可以站在太阳上,那么,一个普通人的重量大约是2吨,完全可以将自己压倒。
对于我们来说,太阳非常重要,因为它可以提供光和热。如果没有太阳,地球将会永远是黑夜,而且很快就会陷入永恒的严寒中。大家都知道,在晴朗的夜晚,地面白天从太阳中吸收的热量会慢慢散发到空中,所以夜晚比较冷。假如失去白天的输入,热量将会一点点地流失掉。我们想象一下,如果失去了太阳会出现什么情况:首先会失去光明,月亮和许多行星会变得暗淡,甚至无法看见它们。空中布满了平时很难见到的众多星星,但由于它们距离我们非常遥远,所以无法带给我们光明和温暖。这时候,人们会感觉到寒冷,好像进入冬天的夜晚一样。但是,这只是开始,由于黎明不会来临,所以气温会一直下降,直到比南北极更加寒冷。由于缺少阳光,光合作用无法进行,植物无法成长。不过,这已经无关紧要了,因为不断下降的气温会将全部生物冻死。由于水能够很好地储存热量,所以海洋温度的下降比较慢。不过,几个月之后,所有的海洋都会结出厚厚的冰。如果温度继续下降,空气将会变成液体,最后地球成为银白色的毫无生机的星球。经过几个世纪的持续降温,地球的温度不会高于2K(零下271.15摄氏度)。
现在,我们回到现实中,分析一下无比重要的太阳吧!
平时,我们常常看见的太阳表面被称为“光球”(photosphere),便于与外部的透明部分和内部看不见的部分相区分。在我们眼中,光球的各个部分相同,没有什么不同,但通过添加滤光镜的望远镜会发现,表面布满了斑点。我们经过更认真的观察得知,这是光球表面许多不规则的小颗粒造成的。
对比光球各个部分的光度会发现,球面中心要比边缘部分明亮得多。即使不用望远镜也能看出这种区别。如果我们用一块黑玻璃挡住眼睛或者黄昏期间观察落日,便会发现太阳边缘的亮度比较低,而最边缘亮度大约是中央亮度的1/2。此外,边缘和中央的颜色也有一定的区别,边缘要比中央暗红许多。
我们仅仅能够观察到光球,无法观察到内部结构。虽然光球看起来很光滑,好像皮球一样,但光球的密度非常低,大约是空气密度的万分之一。当我们观察光球时,需要穿过几万千米的“太阳大气”。由于这种大气非常厚,所以光球的边缘比较红,在太阳大气更高更冷的地方,那里的光更红,而且更加微弱。

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