文科物理- 第2章 永恒的经典第1节 天体运动与历法.ppt

工程学院 文科物理教研组物理科学概论第二章 永恒的经典 第一节 天体运动与历法1地 球地球与月球系统月球嫦娥奔月天体的分类： 自然天体2我们的太阳 系太阳系八大行星：水星、金 星、地球、火星、木星、土 星、天王星、海王星天体的分类： 自然天体3456宇宙是不是就是指银河系呢？浩瀚的宇宙中，银河系只是普通一员， 在银河系之外，还有许多庞大的天体系统 ，称为河外星系或星系 无边无际的宇宙中，大约有10亿多个河外 星系，星系离我们都很遥远，最远的超过130 亿光年7河外星系（银河系以外的星系）仙女座星系（草帽星系），它是肉眼所能看见的最遥远的天体，距地 球230万光年，它在帮助天文学家确定宇宙膨胀中起了重要作用8大麦哲伦云 小麦哲伦云9几种典型的椭圆星系10几种典型的旋涡星系11几种典型的棒旋星系12典型的不规则星系13天体运动的分类：天文学现象 v可见宇宙中的物质组成 ：可见宇宙中的普通 物质是由原子组成，而原子由原子核和电子 组成，原子核又由质子和中子组成，质子和 中子又由夸克等基本粒子组成基本粒子是 一切物质的基本单元，如同英语里的“字母 ”一样。

v宇宙中四种基本力：引力、电磁力、强力（ 核力）和弱力 14大爆炸与宇宙起源天体运动的本原动力 ：宇宙大爆炸 15膨胀的宇宙（如同一个人使劲吹气球）充当这种膨胀的斥力是暗能量（人们目前 无法得知其究竟为何物而姑且取的名字） 16v天体在本原动力以及引力场的作用下产生了 天体运动的公转和自转，包括银河系在内的 诸多星系除去自转外还要围绕宇宙中心做公 转运动 v在银河系中，太阳系是围绕着银河中心运转 ，也称为太阳系的公转运动太阳系中的八 大行星除去围绕太阳进行公转外还要自转， 这种自转现象是宇宙中一切天体基本的运动 规律，是昼夜变化的原因所在 17太阳占太阳系总质量的太阳占太阳系总质量的99.87%99.87%托勒密的“地心说” 哥白尼的“日心说” 《天体运行论》18太阳系八大行星水 星金 星地 球火 星木星土星 天王星 海 王 星19飞抵太阳系上空，鸟瞰整个太阳系的壮丽景象，那些大行星都在自西向东也就是逆时针围绕太阳转，它们绕太阳转的路线也就是天文学家常说的轨道也挺圆，再看看，它们基本都在一个平面上围绕太阳转悠这就是行星运动三个主要特性正因为行星运动具有共面性、同向性、近圆性才使当年的天文学家在地球上能分辨出它们是太阳系的成员。

行星运动三大特性20共面性：共面性：八大行星绕日公转的轨道面几乎在同一平面上我们把地 球公转的轨道在天球上的投影，叫做黄道它的轨道面叫做黄道面 各大行星的轨道面和黄道面之间的夹角（轨道倾角）都很小冥 王星：17°同向性：同向性：八大行星的公转的方向都与地球的公转方向相同(自西向 东)21近圆性：近圆性：八大行星的公转轨道同圆相当接近大多数行星 公转轨道椭圆的偏心率不超过0.1冥王星：0.25偏心率偏心率(e)(e)是焦点到椭圆中心的距离与椭圆半长轴之比， 它决定椭圆的行状如果e=0,轨道就是圆22冥王星冥王星是距离太阳59亿公里，质量是地球质量的0.0024倍，体 积为地球的0.009倍，赤道半径约为2400公里冥王星表面冥王星及其卫星•西方：普洛托（Pluto）赤道半径：1150km 黄赤交角：122.5° 自转周期：6.39天 公转周期：247.7年冥王星的公转周期为248年，它绕太阳公转的轨道是一个扁长的 椭圆形，冥王星的公转轨道面与黄道面有17度的交角，因而冥王星 有时在八大行星的上面运行，有时又跑到了它们的下面 232006年8月24日在捷克首都布拉格举行的国际天文学联 合会26届大会投票表决,部分通过新的行星定义,放弃将冥 王星之外的太阳系八大行星称为“经典行星”的说法,确认 太阳系只有金星、土星、木星、水星等八颗行星,冥王星 被排除在行星之外,“降级”成为“矮行星” （代号：134340 号小行星） 。

2425开普勒行星运动定律：开普勒第一定律——椭圆定律 所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭 圆的一个焦点上开普勒第二定律——面积定律 对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时 间扫过相等的面积开普勒第三定律——周期定律 所有行星轨道半长轴的三次方跟它的公转周期的 二次方的比值都相等行星的运动是太阳吸引的缘故，并且力的大小与行星的运动是太阳吸引的缘故，并且力的大小与 到太阳距离的平方成反比到太阳距离的平方成反比 26其它天体运动观测现象：v行星凌日现象：当其它行星和地球两者的轨道 处于同一个平面上，而太阳、其它行星、地球 三者又恰好排成一条直线时，在地球上可以观 察到太阳上有一个小黑斑在缓慢移动 水星凌日 金星凌日 27v星体的红移效应：当我们接收到不断靠近地 球的天体发出的光时，会发现接收到的光波 长被压缩了，反之被拉长这就是天文现象 中的多普勒效应 28v星系并合图像：两个或两个以上星系并合成 一个更大星系29天体运动构成了宇宙太空缤纷多彩的 星空世界，在天体引力场的作用下也形 成了宇宙空间物质的时空变迁，使我们 的宇宙物质空间变得越来越神秘。

也正 是由于天体的不停运动，才有行星上的 四季和昼夜变化，以及很多天文现象被 我们人类所观测到 30天文与历法文化：中国古代天文简史v原始社会人们开始注意到月亮圆缺和太阳升 落的变化，从而产生了方向、时间的概念v奴隶社会天文学逐步得到发展夏朝已有历 法的基本轮廓，所以今天的农历也称为“夏 历” v春秋时期，人们已将一年分为春、夏、秋、 冬四季天文学是一门古老的科学，自有人类文明史以来， 天文学就有重要的地位它与我们人类的生活、 生产密切相关，是自然科学中发展得最早的一门 科学 31v封建社会秦汉时期，天文学有了很大发展，全国 制定统一的历法司马迁参与制定的《太初历》 ，具有节气、闰法、朔晦、交食周期等内容，是 中国有完整资料的第一部传世历法v隋唐时期，又重新编定历法，并对恒星位置进行 重新测定来自唐中宗李显时期绘的星图就包含 了1350多颗星，这反映了中国在星象观测上的高 超水平 32v宋元时期，制造、改进了许多天文仪器北宋 苏颂等人的“水运仪象台”，以水为动力，带 动一套精密的机械，既可观测天体，又可演示 天象，还能自动报时，成为世界上著名的天文 钟 v元代郭守敬与王恂等人还创造了中国古代最精 密的历法—《授时历》，规定一年为365．2425 天，这和现行公历—格里高利历是一样的，但 比格里高利历早了300多年。

33登封观星台位于河南登封，建于元朝初年，是中国现 存最早的天文台 34v明代末年，一批懂天文学的耶稣会传教士来华传 教，中国学者向他们学习了欧洲天文学的计算方 法，促进了中国天文学进一步发展徐光启等人 翻译了一批欧洲的天文学著作，并制作了一些天 文仪器，安装在北京天文台v清初，汤若望对《崇祯历书》进行了改编，连同 他编撰的新历本一起上呈清政府，得到颁发实行 新历本定名为《时宪书》，而删改后的《崇祯 历书》更名为《西洋新法历书》 35北京古观象台，建于1442年 36v历法定义：根据天象变化的自然规律，计量较长 的时间间隔，判断气候的变化，预示季节来临的 法则v纵观中国古代历法，所包含的内容十分丰富，大 致说来包括推算朔望、二十四节气、安置闰月以 及日月食和行星位置的计算等v天干和地支天干：甲、乙、丙、丁、戊、己、 庚、辛、壬、癸；地支：子、丑、寅、卯、辰、 巳、午、未、申、酉、戌、亥 天文与历法文化：历法知识 37主要的历法知识： v夏历、殷历、周历 ：这三种历法的主要区别在于正月的时间不 同以冬至所在的月份为子月冬至一般是 夏历十一月周历建子，以子月为正月；殷 历建丑，以十二月为正月；夏历建寅，以一 月为正月。

因而夏、商、周三种历法合称为 “三正”38v阴历、阳历、阴阳历 ：阴历也叫“太阴历”，有些地方叫月亮年，是按照月 亮圆缺的一个周期为一个月，十二个月为一年这种历 法只管月亮圆缺，不管四季寒暑变化阳历也叫公历现代天文学把用公历计算的年，叫太 阳年太阳年以地球绕太阳一周(约365.256天)为一年 为方便计，以365天为一年，叫平年余下的时间，每四 年加一天，这一年叫闰年但这样每四年又亏44分56秒 ，所以每400年少三个闰年阳历的4、6、9、11是小月 ，30天；2月28天(平年)；其余的月份是大月，31天阴阳历也叫阴阳合历，是我国长期使用的农历，也叫 夏历阴阳历的月平均长度接近“朔望月”年的平均 长度接近太阳年朔望月”是指月亮绕地球一周的时 间，为29天12小时44分03秒为方便，定为大月30天， 小月29天这样，每年比太阳年少11天，因此采用每19 年闰7个月的方法与太阳年取得一致39v年、岁、公元、年代、世纪：年相当于我们今天的阴历年，一年12或13个月（354 或384日）岁相当于今天的阳历年，一年12个月（365或366日 ）公元是公历的纪元，始行于6世纪它以传说中的 耶稣基督诞生的那一年作为公元元年，常用A．D表示 。

而耶稣诞生前的年代被称为“公元前”，常用B．C 表示公元元年相当于我国西汉平帝元始元年 年代是指一个世纪中的某一个10年，如说19世纪50 年代，就是从1850年开始的那10年 世纪一词意思是100年从耶稣诞生那一年算起， 公元元年至100年为一世纪 40v纪时法、纪日法、纪月法、纪年法：古人纪时，按照天色把一昼夜分成若干时段，日出 前后叫旦早朝晨，日落之时叫夕暮昏晚汉武帝太 初历法改革以后，一昼夜正式定为十二个时段，叫 做十二时辰，并取名为夜半、鸡鸣、平旦、日出、 食时、隅中、日中、日昳、晡时、日入、黄昏、人 定古人还用十二地支来表示十二时辰，每一地支 代表一个时辰（两个小时），在时辰表示上，23-1 点为子时，1-3点为丑时，3-5点为寅时，5-7点为卯 时……依次类推 41古代的干支纪日法，干是天干，支是地支十干和 十二支依次组合，形成“六十甲子”：甲子 乙丑 丙寅 丁卯 戊辰 己巳 庚午 辛未 壬申 癸酉甲戌 乙亥 丙子 丁丑 戊寅 己卯 庚辰 辛巳 壬午 癸未甲申 乙酉 丙戌 丁亥 戊子 己丑 庚寅 辛卯 壬辰 癸巳甲午 乙未 丙申 丁酉 戊戌 己亥 庚子 辛丑 壬寅 癸卯甲辰 乙巳 丙午 丁未 戊申 己酉 庚戌 辛亥 壬子 癸丑甲寅 乙卯 丙辰 丁巳 戊午 己未 庚申 辛酉 壬戌 癸亥用上述“六十甲子”来记录日序，从甲子开始到癸 亥结束，六十天为一周，循环记录。

42v古代纪月，一般是按序数来纪，如一月、二月、三月 ……只是把一月称作正月，或元月，十一月叫冬月， 十二月叫腊月 v古代纪年的方法：（1）谥号纪年法先秦时一般用 王侯即位的年次前边加上谥号来纪年，如鲁隐公元年 ，齐醒公十年等，这种纪年方法叫谥号纪年法2 ）年号纪年法公元前141年，汉武帝刘彻即位，使 用年号“建元”，首创年号纪年法以后历代帝王都 仿照他而建制自己的年号如汉武帝建元元年，明太 祖洪武三十一年，清圣祖玄烨六十一年3）干支 纪年法它是运用十天干与十二地支相配合而形成的 纪年方法天干地支循环相配成六十个不同的组合， 每个单位代表一年，一个轮回是60年，周而复始，循 环不已 43v二十四节气：古代把一年分为“二十四节气” ，每月正好两个 节气它是用来表示一年里天时和气候变化的24个 时期，也就是表示地球在围绕太阳公转的轨道上运 行的24个不同的位置二十四节气的名称如下：立春，雨水，惊蛰，春分 ，清明，谷雨，立夏，小满，芒种，夏至，小暑， 大暑，立秋，处暑，白露，秋分，寒露，霜降，立 冬，小雪，大雪，冬至，小寒，大寒， 44v置闰：置闰就是安排闰日和闰月阳历有闰日或阴历(农历) 有闰月的一年都叫闰年。

阳历一般每4年有一个闰年平年365日，闰年366日， 这。