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第三章　天体的辐射和天文观测 主要内容 天体的辐射 天文观测工具 天体光度测量 天体光谱分析 天文测量 天体距离、大小、质量和年龄的测定 一、天体的辐射 来自宇宙的信息 电磁辐射(electromagnetic radiation) 宇宙线(cosmic rays) 中微子(neutrinos) 引力波(gravitational wave) 1、电磁辐射 电磁辐射是由发生区域向远处传播的电磁场。它以变化的电磁场传递能量、是具有特定波长和强度的波（波动性）波长范围：0.01? ～ 30 m 1 ? = 10-10 m (波长λ)×(频率ν) ＝ 光速c = 3×1010 cms-1 产生电磁波的方式： 能级跃迁 热辐射 电磁振荡等 根据波长由长到短，电磁辐射可以分为射电、红外、可见光、紫外、X射线和γ射线等波段。可见光又可分解为七色光(红橙黄绿青蓝紫) 射电(无线电波)：1毫米 红外线：0.77微米～1毫米 可见光：390纳米～770纳米 紫外线：10纳米～390纳米 Ｘ射线：0.1埃～100埃 g射线：0.1埃 大气窗口(atmospheric window) 地球大气有选择地吸收电磁辐射 只有某些波段的电磁辐射能穿过大气层，达到地面，这些波段称为“大气窗口”。 两个窗口： 光学窗口：波长300nm～700nm 射电窗口：波长1mm～20m 2、宇宙线 天体发出的高能粒子流，主要是电子、质子、α粒子（氦原子核）等。 虽然它们运动很快、穿透力强，但由于它们带有电荷，在到达地球表面之前，不仅会和途中物质发生相互作用，而且会受到宇宙空间磁场的影响，不断改变运动方向。因此很难判断它们的真实源头，在使用它所携带信息上有一定困难。 3、中微子 一种以光速运动的基本粒子，其穿透力极强，停止一个中微子的运动要厚达1光年的铅板。很少与其他物质发生相互作用，可以轻易地从天体内部深处跑出来，带出其他媒体无法传递的信息。现在虽可以探测到它的存在，但还没有很有效的设备去了解和研究它所携带的信息。 4.引力波(引力辐射) 根据广义相对论，引力也可以形成辐射作为天体信息的来源。 引力是一切物质都具有的属性，其大小和物质的质量成正比。天体运动发出的引力波，会携带天体运动状态的信息。目前，虽有一些间接证据，但还很难直接探测记录。 虽然原则上可以从四种来源搜集天体的信息，但迄今为止最主要的来源仍是电磁辐射。 二、天文观测工具 天文观测仪器系统的基本结构 光学望远镜 射电望远镜 空间天文观测 1、光学望远镜 (1) 望远镜的作用： 增加聚光，尽可能多地收集天体辐射的能量(人眼瞳孔直径最大只有8mm) 提高分辨率(人眼看不清月球表面细节，望远镜则可以分辨出来) 望远镜机械装置容易对准天体进行较长时间跟踪观测 (2)总体结构： 光学系统 机械装置: 包括基座、转轴、刻度盘及指标，按转轴方向不同分为赤纬式和地平式。 电控设备: 用于保障观测过程中望远镜对准天体并跟踪天体的视运动 赤纬式装置 两个转轴分别是“极轴”、“赤纬轴” 望远镜绕赤纬轴转动可对向天体的赤纬 绕极轴转动可对向天体的时角(或赤经)，跟踪天体周日视运动 赤道仪 地平式装置 两个转轴分别是“水平轴”和“垂直轴” 绕垂直轴转动可对向天体的地平经度(方位角) 绕水平轴转动可对向天体的地平纬度(高度角) 天体测量仪器(如经纬仪)和人造卫星观测仪器常用地平式 (3)性能指标 口径: 物镜的有效通光直径，用符号D表示。物镜收集星光的能力与其面积(πD2/4)成正比,物镜口径越大，越容易观测到更暗的天体 分辨角θ: 指望远镜刚好可分辨的两个点光源的角距;用于表征望远镜的分辨能力，分辨角越小，分辨能力越高;高品质物镜的分辨角与物镜口径(D)和波长(λ)关系目视观测最敏感的波长为0.55微米，当Ｄ以米为单位时，目视观测分辨角的角秒值为： ;黑白照相观测最敏感波长为0.44微米，当D以米为单位时，黑白照相观测分辨角的角秒值为： ;由于物镜的缺陷和大气的扰动，望远镜实际分辨角要大些 例： 1.口径为10mm的望远镜的目视观测分辨角为多少角秒？ 2.人眼瞳孔直径约为2mm（白昼）~8mm（黑夜），其分辨角的范围大致为多少角秒？ 放大率和底片比例尺:目视望远镜的放大率等于物镜的焦距F与目镜的焦距 f 之比，即G = F/f 目视望远镜可以观测延展天体的放大像，实际上是视角放大。放大率实际是“角放大率”。 一架望远镜配备多个目镜，就可以获得不同的放大率。显然目镜的焦距越短可以获得越大的放大率。但这样并不好，小望远镜用过大的放大率，会使观测天体变得很暗，像变得模糊。 目视望远镜观测一般使用的放大率为30～300倍。 底片