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天文辅导材料2(四季星空)


福州一中天文社社团辅导材料(3)
专题二 四季星空

星空是天文爱好者了解宇宙的窗口。 季节的变换也反映在星空之中。 在开始星空之旅之 前,我们需要了解一些预备知识。 1.天体的距离尺度与视亮度的衡量方法 1.1 天体的空间距离(中) 在太阳系内,我们一般用天文单位(AU)来计量天体之间的距离。天文学家把地球到 太阳的平均距离定为 1 个天文单位。根

据 2012 年 8 月在北京召开的第 28 届 IAU 大会的决 议,1AU= 149597870700m,即约 1.496 亿千米。有时,人们可以简略地认为 1AU=1.5 亿 km。 衡量恒星之间的距离,或星系之间的距离,我们常用光年(ly) 。1 光年是指光线在 1 个儒略年(365.25 日)的时间里所通过的直线距离,约为 9.46 万亿 km。比如距离太阳最 近的恒星半人马座的比邻星距离我们 4.22 光年。仙女座星系距离我们约 250 万光年。 还有一种距离单位叫做秒差距(pc) 。1 秒差距相当于 206265AU。 ▲习题: 2-1 请用科学计数法表示以下数量: 1AU=________________km,1ly=_________________km。 2-2 计算: 1ly=____________AU,1pc=____________ly。 1.2 用角距离衡量天体的距离(易) 在天球上,天体之间的距离是用 角度衡量的。比如秋季星空中的“秋 季四边形” , 四边形的对角线上两颗恒 星的角距离约为 20°。有一种粗略的 估计角距离的方法:把你的一只手举 平伸直, 然后将手掌竖起在眼睛前方。 闭上一只眼睛,用另一只眼睛和手与 要测量的星星比较,就可以大致得出 天体之间的角距离了。小指的宽度约 相当于 1° ,拇指的宽度约是 2° ,拳头 的宽度约为 10° ,张开五指,拇指与小 指之间的宽度约为 20° ~25° 。 (见图)

◆例 2-1:显微镜座距离地球的距离是( ) 。 A.小于 20 光年 B.33 光年 C.大于 50 光年 D.没有意义 ◇解:星座是一个范围概念,指示恒星位于天球上某个特定的区域。在该区域内的恒星有远 有近,因此说“某某星座距离地球有多少光年”没有任何意义。答案选 D。 1.3 天体的亮度与星等(中) 视星等,是指人们用肉眼所看到的星等。视星等是表示宇宙中肉眼可见星星的亮度,数 值越小亮度越高,反之越暗。 天上的繁星有明有暗,人们用星等表示天体的亮度。例如:在地球上看,太阳是最明亮 的天体。经过计算,它的视星等为-26.7 星等。满月是-13 星等。有时为了简略,也可以叫 “等” 。如:金星最亮时为-4.7 等。太阳以外最亮的恒星是天狼星,视亮度为-1.4 等。狮子 座的轩辕十四是 1.3 等的恒星。金牛座的昴星团约为 1.6 等。肉眼所见的最远天体——仙女 座星系(梅西耶星表第 31 号天体,所以又叫 M31)为 3.4 等。肉眼所见的天体最暗为 6.5 等。公元 1054 年超新星爆发的遗迹——金牛座的蟹状星云(M1)为肉眼所不能看到的 8 等。镜面直径(口径)8 米的巨型光学望远镜的极限星等达到 25 等以上。 根据计算,1 等星的亮度要比 6 等星亮 100 倍,即 m 等星比 m+1 等星亮 2.512 倍。 ◆例 2-2:A 星视星等值比 B 星小 10 等,它的亮度是 B 的( )倍? A 10000 B 100 C 10 D 1/10000 ◇解:视星等的数值越小则亮度越大,所以 D 选项是错的。视星等每相差 5 等,亮度相差 100 倍。而本题相差 10 等,则亮度相差 1002 倍,即 10000 倍。故选择 A。 1.4 绝对星等(难) 是不是越靠近地球的恒星越明亮呢?这可不一定呢。比如仙女座星系看起来比织女星 暗,但它的实际发光能力比银河系要大得多。天文学家为了衡量恒星真实发光能力(光度) , 我们引入绝对星等这个概念。具体做法是:把要比较光度的恒星“移动到”10 秒差距(32.6 光年)的位置,运用计算公式,得出它们在那个位置的视星等,这样就可以进行比较了。 绝对星等与视星等的换算关系(推导从略,可查阅书籍) :

m ? M ? 5 lg r ? 5
m-M 称为距离模数,r 为天体的距离以 pc 为单位。该公式又称为距离模数公式。 ◆例 2-3:已知织女星的视星等为 0 等,织女星距离地球 7.67 秒差距,求织女星的绝对星 等。 ◇解:将视星等 m=0,距离 d=7.67pc 代入距离模数公式 M=m+5-5lgd??(1) ,有: M=0+5-5lg(7.67pc),解得:M=0.576。 ◆例 2-4:已知太阳的视星等为-26.7 等,求太阳的绝对星等。 ◇解:1 秒差距=206265 天文单位,取其倒数代入(1)式,又将 m=﹣26.7 等代入(1) 式, 解得:M=4.8。 (注:太阳的绝对星等是一个常用的数据)

2.拱极星区(北半球) 北极星是地轴 (自转轴) 指向的那颗恒星。 北半球的人们可以通过北极星找到北方。 这里 通过说明寻找北极星的方法, 顺带介绍北半球 拱极星区的知识。 值得注意的是, 目前的北极星是小熊座的 最亮星勾陈一(? UMi) 。但由于地轴并不是 永远指向一个方向。所以北极星的“称号”不 会永远被勾陈一所占据。公元 14000 年前后, 北极星将是织女星。 2.1 用北斗七星找北极星(易)

图 2-3 拱极星区星图(北半球中纬度可见) 图 2-2 北斗七星 星名 中文星名 天枢 天璇 天玑 天权 玉衡 摇光 开阳 西文星名 Dubhe Merak Phecda Megrez Alioth Mizar Alkaid 视星等 1.8 2.4 2.4 3.3 1.8 1.9 2.3 距离(光年) 123.8 79.5 83.7 81.4 80.9 100.8 78.2

??
北斗七星是大熊星座的一部分(中、西星名对 照参见右表) 。天枢、天璇、天玑和天权所形成 的四变形是北斗的“斗勺” 。玉衡、开阳和摇光 是北斗的 “斗柄” 。 关于北斗的详细介绍详见 2.3 节。 观察图 2-3,找到“斗勺”处的天枢和天璇 两星。以两颗星的角距离为 1 倍距离,把它们 的连线向北延伸 5 北倍的距离,就可以找到北 极星了。 2.2 用仙后座找北极星(易) 我国的南方,秋天的上半夜,北斗落入了 地平线以下。在这个时候, 我们可以用仙后座 来寻找北极星。 仙后座中最亮的?、?、?、??和??五颗星构 成了一个英文字母“M”或“W ”的形状,这 是仙后座最显著的标志。我们可以连接??星和 ??与??星的中点,向北延伸,就能找到北极星 了。

?? ?? ?? ?? ?? ??

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图 2-4 仙后座的主要恒星

2.3 利用北斗七星辨认季节(易) 古籍《鹖冠子》说: “斗柄东指,天下皆春;斗柄南指,天下皆夏;斗柄西指,天下皆 秋;斗柄北指,天下皆冬。 ”证明古人已经注意到北斗七星在不同季节的同一时刻(古籍中 具体所指的是上半夜)的位置是不同的。由此,当我们知道季节时,可以用斗柄的指向来判 断方向。若我们知道方向,则可以反过来推算季节。 3.春季星空 4 月 1 日 23 时 4 月 15 日 22 时


勾陈一 天龙座 小熊座

3月1日1时 3 月 15 日 0 时

御夫座 武仙座 北斗七 星 牧夫座 后发座 大熊座

双子座 狮子座



大角

五 一 帝 座

巨 蟹 座

小 犬 座

西

轩辕十 四 室女座 角宿一 天秤座 乌鸦座 长蛇座

大 犬 座

5 月 1 日 21 时 5 月 15 日 20 时


图 2-7 春季星空星图

23°N, 113° E

春季星空观察要领:当我们向北方观测时,看到北斗的斗柄指示着东方,斗勺向下指着北极 星。当我们向南方观测时,狮子座几乎位于天顶,它的头部和胸部由 6 颗明亮的恒星组成, 形似一把镰刀。镰刀的刀柄处正是狮子座的最亮星——轩辕十四熠熠生辉。狮子的后脚由 3 颗亮星组成,其中以五帝座一最明亮。狮子座的东面是牧夫座,牧夫座的最亮星是大角。狮 子座的东南面是室女座,室女座的最亮星是角宿一。五帝座一、大角和角宿一所构成的三角 形被称为“春季大三角” 。狮子座的下方是长蛇座,长蛇座周围的天空比较单调。

4.夏季星空 7 月 1 日 23 时 7 月 15 日 22 时


仙王座 勾 陈 一 小熊座

6月1日1时 6 月 15 日 0 时

大熊座

天 津 四 天鹅座

天龙座 天琴座 织 女 一 武仙座

北 斗 七 星

牧夫座


河 鼓 二 天鹰座

北冕座

大角 室女座

西

巨 蛇 座 巨 蛇 座
蛇夫座

角 宿 一 心 宿 二 天 蝎 座 天秤座

摩羯座

南 斗 六 星 人马座

8 月 1 日 21 时 8 月 15 日 20 时


图 2-8 夏季星空星图

23°N, 113° E

夏季星空观察要领:我们面向北方,看到斗柄指示着南方。天龙座盘绕在小熊座的周围。仙 王座出现在东北方的地平线上。武仙座位于天顶附近,星座内有由 4 颗星组成一个梯形, 西方人称之为拱顶石。从武仙座向东方望去,可以找到组成“夏季大三角”的 3 颗亮星— —天琴座的织女一(织女星) 、天鹰座的河鼓二(牛郎星)和天鹅座的天津四。银河正好从 这个三角形中穿过。从武仙座往南方望去,可以看到蛇夫座和巨蛇座。再往南是形状如同蝎 子一般的天蝎座,那颗红色的心宿二(黄道“四大天王”之一)格外引人注目。天蝎座的东 边是人马座,南斗六星就位于这里,西方人则把人马座想象成一个茶壶的形状。银河系的中 心就位于人马座,那里恒星异常密集。春季的牧夫座、室女座还在西方的天空闪烁着。

5.秋季星空 10 月 1 日 23 时 10 月 15 日 22 时


小熊座

9月1日1时 9 月 15 日 0 时 天龙座

仙王座

英仙座 天船三 仙后座 M31 仙女座 白羊座 壁宿二 秋季 四边 飞马座 形 室宿一 双鱼座 天鹰座 天鹅座 天琴座



西

宝瓶座 鲸鱼座 土司空 北落师 门 南鱼座 摩羯座

11 月 1 日 21 时 11 月 15 日 20 时


图 2-9 秋季星空星图

23°N, 113° E

秋季星空观察要领:我们向北方观察时,北斗已沉入地平线,仙后座高挂星空。以仙后座为 中心,仙王座在西,仙女座在南,英仙座在东,组成了一个“星座的王族” 。在天顶附近, 仙女座的最亮星——壁宿二和飞马座的三颗亮星一起构成了一个四边形, 被称为 “秋季四边 形” 。四边形大致可以指示东南西北四个方向,因此成为了秋季主要的星空标志。秋季我们 把头转向南面时,可以找到孤悬于天际的亮星——南鱼座北落师门(也是黄道“四大天王” 之一) 。在飞马座与南鱼座之间是黄道带上的星座,自西向东分别为摩羯座、宝瓶座和双鱼 座。可惜星星并不明亮。从北落师门向东望去,可以找到鲸鱼座的最亮星土司空。

6.冬季星空 1 月 1 日 23 时 1 月 15 日 22 时


小熊座 勾陈一 仙后座 大熊座 仙女座 五车二

12 月 1 日 1 时 12 月 15 日 0 时

巨蟹座

北河二

御夫座

英仙座 M45 毕宿五 金牛座 白羊座

北河三



狮子座

双子座 小犬座 参宿四 南河三 猎户座 M42 天狼 大犬座 船尾座 船底座 老人 参宿七

西

鲸鱼座

波江座 天兔座

2 月 1 日 21 时 2 月 15 日 20 时


图 2-10 冬季星空星图

23°N, 113° E

冬季星空观察要领:我们向北方观察时,北斗位于北极星的东侧。W 形的仙后座在北极星 的西侧。仙王座位于仙后座的下方。御夫座犹如一个五边形出现在天顶的附近。我们面向南 方时,则会看到威武壮观的猎户座。俗语说得好, “三星正南,家家拜年” 。三星是指猎户腰 带上的三颗亮星。腰带以南的亮星是参宿七,以北是参宿四。它和大犬座的天狼星,以及小 犬座的南河三组成了“冬季大三角” 。银河也刚好经过这个三角形。猎户座的南方有大犬座、 天兔座和波江座。大犬座再往南,可以找到船尾座和船底座。船底座的最亮星是老人星,它 是仅次于天狼星的全天第 2 亮星。猎户座的西北是金牛座的位置,东北是双子座,它们都 是黄道星座。东方的地平线上已出现了狮子座。而秋季四边形还留在西方地平线上。

7.恒星的命名(易) 如何给恒星命名呢?天文学家会告诉我们许多方法。 比如中国古代把斗柄中间的那颗恒星称为“开阳” 。古代的阿拉伯人则将开阳称为 Alkaid。后来,欧洲人继承了大部分阿拉伯人所命名的恒星名称,于是在西方文献中,开阳 就叫 Alkaid 了。在专业的天文书籍里,开阳写作:? UMa。原来天文学家喜欢用希腊字母 来命名星座中明亮的恒星,其法则是先写希腊字母,然后加空格,最后写星座的 3 字母缩 写。UMa 是大熊座(Ursa Major)的缩写。 视力好的人会发现开阳旁边还有一颗比较暗的恒星,中文称之为“辅” 。西方人则称它 叫 Alcor。而它的学名则是 80 UMa。 9.不同纬度下的星空(中) 在我国南方冬季的夜晚, 可以看到船底座的最亮星——老 人星(赤纬:﹣52°42′) 。但在华北、东北地区就不能看到 老人星了。 这是为什么呢?原来天体能否被看到, 不仅与它在 天球的赤纬有关,还与观测者的地理纬度有关。 9.1 极地地区的星空 在地球的南、 北极地区看到所有天体都平行于地平圈做圆 形的运动。 在北极地区一般只能看到天赤道以北的天体, 在南 极地区一般只能看到天赤道以南的天体。 9.2 赤道上的星空 在地球赤道地区看到所有天体都垂直于平面做圆形的运 动。在赤道上可以看到天球上所有的天体(星座) 。 9.3 北半球中纬度的星空 在北半球的中纬度地区, 北极星的高度角大致等于当地的 地理纬度。 你会发现有部分天体一直围绕北天极作逆时针旋转 运动,而且永远不会落入地平线以下。天文学家把这些天体 称为该纬度地区的“恒显星” 。又有部分的天体从东方地平 线上升,西方地平线落下。这些天体被称为“出没星” 。还 有一些天体是无法从地平线上升起的,人们称之为“恒隐 星” 。

本章综合练习: 1.在各个季节上半夜福州地区所能看到的星座搭配正确的是( ) A 春季:狮子座 牧夫座 C 秋季:仙女座 室女座 2.银河系的大小约( )光年。 A 1000 B1万 C 10 万 D 1000 万 B 夏季:天鹅座 双子座 D 冬季:猎户座 人马座

3.在黄道附近一共有四颗亮星,在天球上各相差大约 90° ,正好每个季节一颗,号称“四 大天王” 。下面哪一颗星不是四大天王之一? ( A 狮子座的轩辕十四 B 天蝎座的心宿二 ) D 天鹅座天津四 C 金牛座的毕宿五

4.某日黄昏后看到仙女座位于西方地平,那么一直到黎明前依次可以看到的星座排序正确 的是 ( ) B 金牛座、天琴座、牧夫座 D 牧夫座、金牛座、天琴座 A 牧夫座、天琴座、金牛座 C 金牛座、牧夫座、天琴座 5.冬季大三角是由(

)三颗星组成。 B 天狼星、北河三、大角星 D 天狼星、毕宿五、参宿四 ) 。 C 参宿七,猎户座 )的旋臂中。 C 100 千秒差距 ) C 狮子座、白羊座 D 大熊座、大犬座 D 80 秒差距 D 轩辕十四,狮子座

A 天狼星、牛郎星、天津四 C 天狼星、南河三、参宿四 6.以下恒星与所在星座写的不对的是( A 天狼星,大犬座

B 南河三,双子座

7.太阳系位于银河系中距离银河系中心约( A 8.5 千秒差距 B 800 秒差距

8.以下哪两个星座是相邻的星座( A 天鹅座、天琴座

B 英仙座、猎户座 )

9. 以下哪两个星座不是相邻的星座( A 白羊座和三角座

B 天琴座和天鹰座

C 双子座和猎户座 )

D 仙女座和飞马座

10.从地球上看,以下哪两个天体在天球上的角距离最远?( A 开阳和摇光 B 南河三和北河三 ) C 天秤座 C 牛郎星和织女星

D 心宿二和参宿四

11.银河系的中心位于下面哪个星座( A 人马座 B 巨蟹座

D 蛇夫座

12.晚上在福州一中操场向正南方看,由于博士后家园的楼房,下面有一颗恒星经常会被 挡住,它是( A 老人星 ) B 天狼星 C 大角星 D 角宿一 ) D 北极星

13.在夜晚灯火通明的城市,下面哪一颗星受光污染影响最难看到( A 天狼星 B 织女星 ) C 飞马座 C 牛郎星

14.比邻星在哪个星座? ( A 小马座

B 人马座

D 半人马座

15.中国古代将天空划分为星官,相当于现在的星座,其中最重要的是三垣二十八宿。下 面哪一个不是三垣星官的名称?( A 紫微 B 太微 ) C 天府 D 天市

16.以下那两个星座是相邻的星座?( ) A 乌鸦座 室女座 B 北冕座 天蝎座 C 牧夫座 蛇夫座 17.我们最不可能在以下哪个星座观测到月球?( A 白羊座 B 室女座 ) C 天鹅座 ) C 猎户座 双子座 C ) 巨蟹座

D 狮子座 猎户座

D 牧夫座

18.以下星座离银道面最远的是?( A 英仙座 B 天琴座

D 牧夫座

19.以下哪两个星座在天空中看上去最远?( A 猎户座 金牛座 B 猎户座 狮子座

D 天琴座 天鹰座 )

20.设想在银河系旅行,哪种方式能最有效的帮助我们辨明方位( A 全球定位系统(GPS) B 利用太阳定位,因为太阳是独一无二的 C 利用脉冲星,因为每个脉冲星的脉冲信号是独特的 D 利用星座,每个星座的形状是稳定、独特的

根据下列的 4 幅图回答 21-27 题目。

21.飞马座在( A (A)图

) 。 C (C)图 D (D)图 ) 。

B (B)图

22.俗话说:“三星高照,新年来到”,所指的三星位于( A (A)图 B (B)图 C (C)图 D (D)图

23.D 图中的大角星、五帝座一、角宿一组成巨大的等边三角形,其中角宿一属于( 星座。 A、室女 B、狮子 C、牧夫 ) 。 D (D)图 )座。 D、仙王 ) 。 D、飞马



24.组成冬夜星空中的大三角形是( A (A)图 B (B)图 C (C)图

25.C 图中有几颗星组成 V 字图形,它属于( A、白羊 B、三角 C、金牛

26.C 图中有五颗亮星组成一个大的五边形,它属于( A、金牛 B、牧夫 C、室女 D、御夫

27.室女座是春季星空中的一个重要星座,它在( A (A)图 B (B)图 C (C)图

)中。

D (D)图

附录: ISON 彗星要怎么看?
ISON 彗星已经爆发到了肉眼可见的程度,那么它究竟在哪里,我们又该怎么去看呢? 简单来说,近期 ISON 彗星每天凌晨都会出现在东方的低空。但是,由于彗星运行速度 相当快,它的具体位置每一天都会有所不同,再加上现在彗星并不算特别明亮,所以如果你 不知道它的确切方位,是很难在逐渐亮起的晨光中找到它的(使用双筒比较容易观测到)。 更何况,你处在不同地点的话,星空的方位也是不一样的。 这个时候,你就需要用一些星图(有一款开源的免费软件叫 Stellarium,可上百度搜索 之)软件来帮忙了: 1、打开软件,你需要设置你所在的位置,比如福州; 2、然后设置你打算观测的时间,比如 2013 年 11 月 17 日凌晨 5 点半; 3、此时,软件显示的就应该是 11 月 17 日凌晨 5 点半,你所在的位置能够看到的星空 了。为了能够显示出彗星的位置,你需要在软件中更新彗星的轨道参数。 有了这个软件帮忙, 你应该很清楚应该在什么时间往什么方向寻找才能看到 ISON 彗星 了。最后需要说明的一点时,ISON 彗星目前虽然已经爆发,但是它离太阳的距离也在越来 越近,每天凌晨出现的位置也会越来越低,直到 11 月 28 日抵达近日点。所以,最理想的观 测时机,就是最近这几天了。

当然,如果 ISON 能够坚持到过近日点之后,12 月初当它从太阳附近浴火重生的时
候,就有可能真正成为一颗肉眼轻易可见的亮彗星,甚至拖着长长的壮观彗尾。到了那时, 才是欣赏这颗彗星的最佳时机。不过,彗星的行为一向难以预测,能不能成为世纪大彗星, 这都是没办法保证的事情。

以上内容选自果壳网
【专题一练习答案】 1.C; 2.D; 3.A; 4.A; 5. D (冬至日正午太阳高度角是一年中最低的, 通过地板的反射, 可以把光线照到匾额上) ; 6.A(在纬度越低的地区发射火箭越能节约燃料,因为低纬度地区地球自转的线速度大于 高纬度地区,火箭运动的方向与地球自转的方向一致,所以线速度较大的地区,可以给火箭 增加速度) 7.C(恒星每天比前一天提前 4 分钟升起,所以一个月前的天狼星要晚约 30*4=120 分钟 即 2 个小时升起,所以一个月前的此时天狼星还未到正南,应在东南方向) ; 8.B; 9.东北;东北。


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