天文奥林匹克竞赛课程

1天文奥林匹克竞赛课程竞赛宗旨：1.通过竞赛增进考生对天文知识的了解和对天文学思考问题方法的体验，提高考生对天文学的兴趣，逐步推动天文学在中小学的教育和普及。2.发掘国内中小学生中的天文爱好者，并为国内天文人才的培养和高校天文专业的招生提供参考。3.为组队参加国际天文奥林匹克竞赛提供合适的人选。目录第一章星座的辨认第二章认识天球坐标（高年级组）第三章天体周日视运动和太阳周年视运动基本概念和简单应用第四章太阳系天体（低年级）及运动规律（高年级）第五章月相及相关内容第六章日月食的简单概念第七章流星的基本概念第八章星等第九章天体的视大小第十章天体距离的测量第十一章人造地球卫星第十二章时间和历法第十三章赫罗图第十四章深空天体观测第一章星座的辨认北半球常见星座的辨认（低年级）四季星空（高年级）第一节、春夜星空2春暖花开，迎来了美丽的春天。南方的春天阴雨连绵，难以找到晴朗的夜晚看星，不过，要是你耐心等待，也会找到好机会的。与璀璨的冬夜星空相比，春天的夜空虽然平淡，但却显得宁静与温馨。如果你在天刚暗下来的时候就开始观察，那么你还能在西方的低空中见到冬夜星空的最后辉煌，包括灿烂的猎户座，以及全天最亮的恒星——天狼星；往北，还有银河中的御夫座、英仙座和金牛座的亮星毕宿五。然而，过不了多久，它们就渐渐地沉到了地平线以下。3它们这一去，春夜的星空顿时暗淡了不少。夜空中，只剩下许多发光微弱的小星，由它们组成了春夜的星座。这些星座虽然并不显眼，但样子却与众不同。你看，在南天的长蛇座，还有乌鸦座，是不是很特别？现在，我们再往东偏北的方向看，那里有一个叫北冕的星座，它由一串小星连成一个环形，好象一顶皇冠，如果仔细看，你会发现有一颗星特别亮一些，仿佛嵌在上面的宝石，样子非常形象。春夜星空中还有一个值得一提的星座，那就是牧夫座。当猎户座西落的时候，它正在东方的天空缓缓上升，它有一个著名的亮星，中国名字叫大角。那么，春夜星空的标志是什么呢？你只需抬起头，往天顶的方向看，那里有一只雄赳赳的狮子，对了，狮子星座就是春夜星空最明显的标志。夜深了，面向北方，北斗七星已经升到了北极星的上面，斗柄会朝向哪里呢？古语说得好：斗柄东指，天下皆春。第二节、夏夜观星4夏天晴朗的夜晚，我们往往可以看到满天星斗，银河横亘夜空，壮丽无比。这正是我们认识星座的大好时机。在认星座之前，我们必须做一些准备工作。首先得学会看星图。使用星图并不复杂，只要在观测时把星图举过头顶，将星图上标的东南西北与地面上的东西南北方向一一对齐就可以了。星图是一个圆形图，圆圈就是地平线，中心就是我们头上的天顶。想象星图是凹进去的，象我们看到的夜空——一口盖在地面上的巨大的锅。这样对照星图，我们就能慢慢找出空中星座的位置、形状和名字。这里需要提醒的是，照明用的手电筒事先要用一块布蒙住，以免手电光把星图照得太亮，刺激眼睛，影响看星。至于地面上的方向怎样确定，最好借助于简易的指南针，当然也可以向父母老师长辈请教。天黑以后，我们来到室外开阔空旷处或者楼顶上，就可以正式观星了。观星一般从北方开始。在正北方约二、三十度的低空，漆黑中只有一颗亮星，那就是北极星。在它的左边不远处，你可以看到一个由七颗亮星组成的“勺”，古人把“勺”叫“斗”，所以这些亮星又叫北斗七星。如果我们先找到了北斗七星，由斗勺的前面两颗星向前延长五倍，我们就看到了北极星。北极星是我们晚上辨认方向的最佳记号，它指示着正北方向。现在我们转过头来，向着南方，你也许已发现，南边天空有两个亮星密集、形状奇特的星座，它们处于明亮的银河当中，这就是天蝎座和人马座。其中天蝎座象一只弯弯曲曲的蝎子，形状逼真。这两个星座只有在我们广西这样低纬度的地区才容易看到。5沿着银河我们把视线转向东方。在美丽的银河两岸，各有一颗耀眼的亮星，它仍就是传说中的牛郎和织女。其中牛郎星两边还各有一颗小星，排列整齐，这就是人们常说的扁担星，两颗小星传说是牛郎挑着的一对儿女。除了这两颗有名的亮星外，在银河当中还有一颗，它的中文名字叫天津四，它和周围的一些星星拼成了一只“天鹅”，这只“天鹅”正张开翅膀向银河的南端飞呢！以上是夏季星空的主要星座，如果你继续仔细找，还可以找到其它的星座。大家可以发挥自己的想象，天上有这么多的动物和神仙，会发生怎么样的一段神奇故事呢？第三节、秋夜星空6炎热的夏天过后，迎来的是天朗气清的秋天。晴朗的天气和透明的夜空，也是挺好的观星机会。你们也许已经注意到了，秋夜的星空和夏夜的星空大不相同：原来的一些星座不见了，而还能看见的星座也改变了原来在星空中的方位。这是怎么回事呢？原来，这是地球绕太阳公转的结果。我们看图一，地球在夏天走到了太阳的右边，夏夜能看到的就是右半边天区中的星座(地球上的半边阴影表示这部分地区处在黑夜)，同样，秋天就只能看到上半边天区中的星座。大家注意了，夏天和秋天有一个都能看到的区域(图中以阴影表示)，这就是为什么夏夜的一些星座继续出现在秋夜的原因。不过，由于地球位置的改变，星座在空中的方位也变了，保持不变的是星座的形状和星与星之间的距离，说明星与星之间并未移动，因此人们才叫它们“恒星”。观星照旧从北方开始。细心的小朋友可能会发现，北斗七星已移到了地平线附近，甚至有几颗星已沉到地平线下，只隐约可以看出“斗勺”的勺柄指向西(左）边。如果一下子找不到北斗星和北极星，也不要紧，只要往北方看，在北方银河当中，有一个十分明亮的M型小星座，它叫仙后座。在图二中我们可以看出，由其中一颗星和M以外的一颗星连线延伸约五倍左右，指向的星就是北极星。因此，我们在熟悉星座以后，在黑暗的野外需要以北极星定方向时，就有了寻找北极星的两种方法，一是利用北斗七星，二是难以找到北斗七星时，利用仙后星座。由仙后座沿银河往西南方向看去，我们可以找到熟悉的天鹅星座，接着是牛郎和织女，最后还有在西南低空中的人马星座，而夏天在人马座旁边的天蝎星座这时已移到地平线以下，看不到了。由仙后座往银河的另一头看，银河中还有一个呈“人”字型的英仙座，它位于仙后座的东边。而在仙后座的另一侧，有仙王座，在仙后座的南边，还有个仙女座。这群王族星座为秋夜星空增色不少。最后，秋夜星空的中心是谁呢?在天顶偏西的方向，仙女座的旁边，有四颗亮星组成一个大正方形，这就是飞马座。它是秋夜天空的标志。第四节、冬夜星空7冬天，天气寒冷，但你千万不要总躲在屋里，因为冬夜的星空可谓热闹非凡，壮美无比，它比夏夜和秋夜的星空要更加多姿多彩。首先，我们朝北看，映入眼帘的有熟悉的仙后座，而北斗七星也露出了更多，斗柄朝下。在西边的低空中，秋夜星空的标志——飞马座和仙女座正逐日沉落。斗转星移，由秋到冬，几个壮美无比的冬季星座终于升上了南方的夜空。朝南看去，在偏东的半空中，很容易看见三颗排列整齐的亮星，人们常说的“三星高照”，指的就是这三颗星。由这三颗星和附近的四颗亮星，构成了冬夜星空的中心——猎户星座。猎户星座亮星众多，形状奇特。很早以前，国外就有人把它想像成一个猎人的样子，认为三星就是他的腰带。这就是叫它“猎户座”的缘由。在猎户座的东南方，有一颗耀眼夺目的亮星，那就是天狼星，它是从地球看去全天最明亮的恒星（当然行星可能比它更亮）。古时说的“弯弓射天狼”，弓在哪里呢？再由天狼星往东南方一些，可以看见三颗小星组成一个三角形，其实你完全也可以把这三颗星想成一张弓，是不是也挺象？现在我们把视线转到猎户座的另一侧。在猎户座与英仙座之间，有两个星座，一个是御夫座，一个是金牛座。御夫座是个有点歪的五边形，而金牛座里则有个维妙维肖的牛角，这个牛角由一颗亮星和四颗小星构成。注意看的话，在附近还可以发现一个昴星团，古代又叫“七姐妹星团”，不过我们用肉银一般只能看见六颗。当然；用望远镜看，那里可远远不止“七姐妹”哩！8金牛座和御夫座的东边是双子座。星相学里说，5月21日至6月22日出生的人；就属于双子星座。其实，在5月底6月初，双子座正好在(地球上看)太阳所在的方向，双子座已被太阳明亮的光辉所淹没，因此，在半年以后的冬天，属于这个星座的人才能看见自己所属的星座。以上大略就是冬夜星空的全貌。如果大家这时往东看，狮子星座——这个春季星空的代表星座已经露出了头，它预示着，寒冬很快就要过去了，春天即将来临。第二章、认识天球坐标（高年级组）图片说明：地球位于天球的中心，天球是一个位于无穷远的假想球面，行星、恒星和星系看上去好像是印上去似的。在天球上，赤经和赤纬线与地球上的经线和纬线相似。当望远镜赤经轴和地轴平行时，望远镜就可以跟踪天空的视自传了。对于天文初学者来说，他们也许会感到奇怪，为什么离我们上千光年远的恒星的位置会被束缚在一个类似地球经纬度的系统中？天球坐标系统，虽然在现代天文学中得到广泛使用，但是它却是基于我们祖先错误的世界观所建立的。他们认为地球是静止的，而且位于宇宙的中心。同时他们相信天空是一个中空的球面覆盖在地球上，就像一个巨大的圆顶。第一节、从地球联想到天空9一旦你想说明球面上一点的位置，你就得用到球面坐标。在地球上，它们被称为经度和纬度。想象一下，经线和纬线从地球向外膨胀到达天球的内表面。这时它们分别又有了新的名字——赤经和赤纬。位于地球赤道0°纬线之外的就是天赤道。假如你站在地球赤道上，天赤道将穿过你的头顶。如果站在北极，北纬90°，那么北天极赤纬+90°就位于你的头顶。在其他任何纬度——以位于北纬40°的北京城为例——相应的赤纬线会穿过你的头顶：也就是赤纬+40°线（按照习惯，位于天赤道以北、以南的赤纬用+、-表示而不是用地球上用的N和S）。第二节、小时和度看起来，天球围绕着我们以24小时为周期转动。当然恒星并没有运动，是地球在转动。因此，在这儿我们讨论的是视运动。这种日运动是以赤经来度量的。与以度（degree）为单位的地球经度不同，赤经通常以“小时”（hour）为单位，从0h到24h环绕天空一周。这是一种对圆周不同的分割方法。1小时对应于圆周的1/24或者15°。用“小时”划分的好处是，由于地球的旋转，我们可以看到每小时与赤经的分度相应的天空。这就使得计算天体升起和落下的时刻变得相对的容易。恒星就变成了一个巨大的时钟。因为赤纬以“度”为单位，按照前面讲的，其更小的单位就是“角分”和“角秒”。例如，织女星的确切赤纬（历元2000.0）为+39°47'01。以“小时”为单位的赤经则被进一步划分成“分”（minute）和“秒”（second），没有“角”（arc）。1小时包含60分，写作60m，1分包含60秒，写作60s。织女星的赤经为18h36m56.3s。请注意不同的分和秒在这里有不同记号。它们是有本质区别的。因为1h包含15°，因此1m包含有15'，1s含有15。第三节、起始点任何一个坐标系都具有值为零的纬线，无论它被称为纬线、赤纬或是其他什么。这一参考线就是赤道。没有其他的纬线具有这样特殊的地位。但是，却没有这样的一条天然的经线，它的值为0°——在天空中赤经也是如此。所有的经线或是赤经都具有同等的地位。因此我们可以定义任何一根经线为0°经线。在地球上，很久以前就定义穿过位于英国格林尼治皇家天文台位置测量望远镜下黄铜板上刻线的经线为0°经线。在天上，0h被定义为穿过地球绕太阳公转的平面（黄道面）与位于双鱼座天赤道相交于一点的赤经线。由于历史的原因，这一点被称为春分点。第三章、天体周日视运动和太阳周年视运动基本概念和简单应用第一节、天体的周日视运动10由于地球的自转，地面上的观测者所看到的天体，在一个恒星日内，在天球上自东向西沿着与赤道平行的小圆圈转过一周，这种直观的运动称为天体的周日视运动。天体的周日视运动虽然周期相同，但视速度不一样，赤纬0°处最大，随赤纬增高而减小，到南北天极为0。不仅如此，从不同的纬度看天体的周日视运动，有不同的运行状况：在北极看，天体以天顶为中心，作与地平面平行的圆周视运动。因此，在那里看来，天体既不升，也不落，永远保持在一个高度。但南半个天球的天体却完全看不到。在赤道与两极之间的地区，天体周日视运动的路线与地平面斜交。有些天体每日上升和下落，有些天体永不上升或永不下落。在赤道上看来，天体视运动的路线是沿着垂直于地平面的圆