篇一：大学天文学 仰望星空
大学天文学论文
仰望星空
系别：自动化35 姓名：蔡启阳学号：2130504105 联系方式：1839286035
摘要：天文学、哲学和数学是从人类文明真正诞生起流传至今的最古老的三门学科，可以说人类的文明就是从仰望星空开始。数千年来，对天文学的持续探索促进者我们的科技不断发展；反过来，一代代更新的科技产品又在提升我们探索无尽星空的能力。从光学折射望远镜到射电望远镜，从最早的宇宙岛之争都现在对脉冲星的研究，我们一步步走来，相信也会走的更远。
关键字：观测、星空、望远镜
正文：
仰望星空
人类对天文学的探索，是永恒不变的追求，因而天文学也是贯穿人类文明始终的科学。从远古到至今指导人类生活的历法、在航海时代只因探险者辨明方向的罗盘、和星辰变化密切相关的宗教活动、近代物理学的发展与证明，乃至我们每天时刻关注的测时、守时、授时工作都是天文学直接或间接的产物，都与天文学息息相关，可以说没有天文学的不断进步就没有如今的人类文明。
天文学对人类文明如此重要，那他又是如何发展的呢？一切从仰望星空开始。何以望天
因为天文学研究对象是大气层以外的天体和宇宙中的一切时间、空间变化，天文学的发展离不开天文观测，那么从古至今人类的观测手段有怎样的演变呢？
光学望远镜
从远古开始到欧洲文艺复兴时期，人类主要的观测手段就是肉眼观察与记录，观测的天体范围也很小，只有一些彗星、恒星和太阳系内的行星。漫长的时间里我们只能不断靠一代代的传承积累来掌握形体运行出现的规律，可以说是一直在积累阶段。虽然人类也发明制造了浑天仪等一些天文研究仪器，但只是有助于人类对天体运行规律的推演，对天体观测并没有太直接的作用。从之后的文艺复兴开始，由于科技的不断发展，伽利略制造了人类第一台光学望远镜人类开始使用望远镜来观测。因为光学望远镜进光量大、可接受并储存光子信息而且可以依靠机械追踪来长时间持续观测，大大扩展了人类的观测范围。
光学望远镜的主要任务有两个，一是收集光子，因此光学望远镜的尺寸越大、透光效率越强，单位时间内的进光量也就越大，观测效果也就越好；二是将光子成像，这受到镜面及整个光学系统的加工配置影响。测量星体光度最早用到照相底片，后来使用光电倍增管，之后在两者基础上结合了电荷耦合器件，最终成为成熟的观测手段。在测量恒星分光时，最早用到的是物端棱镜，之后采用了棱镜分光以，再后来则是用光栅摄谱仪，可见我们的观测手段是在不断提升的。
光学望远镜分为折射、反射、折反射三种。折射望远镜最早产生，有视线方向与天体方向一致、寻找星体容易、视场较宽等优点，很受欢迎。但是由于不同波长的光对玻璃的折射率不同，在经过望远镜镜片后不能聚焦从而形成色差，会严重影响望远镜的光学质量。现在大型天文望远镜已经不用折射式，但业余的小型望远镜中折射望远镜依旧很受欢迎。
反射望远镜的物镜是反射镜，最早是用金属打磨而成，后改为用玻璃磨成二次曲面后表面再镀以金属来做反光膜。反射望远镜的优点在于不存在色差，透过物镜的光线也不会被玻璃吸收，但由于轴外像差较大使得周围成像模糊，因此实际使用的反射望远镜都会将视场造的很小。不过由于光学元件加工量小，反射望远镜的造价远远低于折射望远镜，反射望远镜也因此大范围使用，现代大型天文望远镜都是反射望远镜。人类第一架反射望远镜是牛顿制造的。
1931年，德国光学架施密特发明了折反射望远镜，物镜与反射式相似，但是扩大了反射望远镜的视场而且没有色差，不过由于像差也被加大成像十分模糊。改进后的折反射望远镜在球面镜球心位置加了一片改正透镜，再把焦平面考虑诚球面，使得望远镜成像质量有了很大提升。
由于天文学的不断发展，天文观测的要求不断提升，望远镜的口径不断增大，随之而来的是镜片的加工难度急剧增加。而且由于镜片巨大，也要考虑不同位置时重力弯沉的情况，这会使得光透过后偏折从而引起成像质量下降。这一系列原因在机械、材料、控制技术不能突破的情况下极大但制约了整块主镜面大型天文望远镜走到了尽头，替代它的是由薄镜镶拼技术制造的新式望远镜。
新式望远镜虽然降低了主镜的加工难度，却也同样存在镜片的重力弯沉及周围温度影响，为了克服这些问题主动光学系统应运而生。主动光学系统是说望远镜会随着镜片位置变化运用控制技术主动使镜片发生一定形变来保证成像质量。对应的，整块主镜是靠着自身厚度和刚性来保持镜片不发生形变，因而被称为被动光学。主动光学系统有敏感元件、传感器、计算机和控制器构成，构成完整的信息反馈回路。主动光学系统不仅能处理由镜片形变带来的影响，也可以分辨大气湍流干扰，矫正波前阵面畸变。
射电望远镜
但即使光学望远镜经过一次次改良后性能已经得到很大提升，对于人类认识茫茫宇宙还是不够，因为人眼和光学望远镜还是只能观测可见光范围内的信号。我们研究天体运动，只有观测天体传来的电磁波一种手段，而天体向四周发出的电磁波是包括从波长大于十千米的超长波到波长小于千分之一纳米的伽马射线，可见光波仅是其中很小的一部分。还好，在人类天文观测不断进步的历程中，由于二战后无线电技术在天文领域的应用，人类发明了能够接受各个波段电磁波的射电望远镜，弥补了之前的不足。自此，天文学家的视野扩展到天体辐射的无线电波段，天文学研究进入全波段天文学的领域。
射电望远镜由天线、接收机、数据处理装置和显示记录装置四部分构成。天线相当于光学望远镜的主镜，灵敏度和分辨率是衡量射电望远镜性能的标准。观测效果与其尺寸正相关，因此增大天线的有效面积十分重要。同时，提升天线的抗噪能力和信号检测能力也可以提升射电望远镜的灵敏度。由于射电望远镜观测到波段范围要比光学望远镜大得多，因此相同口径的射电望远镜分辨率要低得多，成像也更加困难。在观测中基本只能找出主瓣副瓣区域，大致指出天体所在方向。
在上世纪五十年代天文学家研究出射电望远镜的综合孔径技术，并创造性地提出建立望远镜阵，，不光扩大了望远镜的有效口径而且将望远镜视场扩大，此外了还可以应用无线电干涉原理综合阵中各个望远镜的观测结果获得观测天体的射电图形，大大提升了射电望远镜
的分辨率，使之可以和相同口径的光学望远镜相媲美。
随着计算机技术的不断进步，信息传递的速度急剧提升。结合数字系统，大量天文观测所得的数据得到迅速处理。从二十世纪八十年代开始，大量的射电望远镜阵建成，在美国、德国等国家都建成，美国国家射电天文台的射电望远镜阵就是其中典型代表。随着之后的无线电技术继续发展，相继产生建立了美国甚长基线阵、印度巨型米波射电望远镜阵、英国微波联线干涉网等大型射电望远镜阵。至此，射电天文发展可谓蔚为大观。
从肉眼到望远镜，从光学到射电，从宇宙岛之争到如今发射哈勃望远镜，人类仰望星空的能力不断提升，这是千百年来无数天文学家呕心沥血的璀璨成果。虽然我们也曾有误解，也曾有迷茫，但正是有一代又一代天文研究者的不懈努力，我们一直在进步着。相信凭借着薪火相传的天文摊就精神，我们一定会在天文道路上的脚步也会越来越坚定、越来越远。 我的仰望
选学大学天文学是巧合，但在真正上完这门课时，我发现有些改变已经悄然发生。 以前也会有仰望星空的时刻，大多数时候仅能看到几颗星星在城市晦暗的天空上默默悬挂，偶尔能看到漫天繁星，也仅是惊奇如此多的闪光点在天空中悬挂，对于这些星辰存在的价值与意义从未在意过。
现在我明白，原来人类从弱小到如今一直在尝试着和浩瀚天宇交流，远古时希望得到庇护与指引，而现在我们在寻找着其他的智慧生物。头顶的这一片天，不仅仅是遥不可及的陌生存在，无数的天文学家耗尽毕生心血在探索这无尽宇宙，他们中的一些是专门从事天文学研究，而更多是逐渐折服于星辰的无限魅力而成为天文爱好者，在一步步成为天文研究者，也许一生收获甚少，就像无数年对着虚空自言自语得不到一丝回应；
也许成为少数名扬天下
篇二：天文学基础论文
地质工程与测绘学院
天文学基础课程论文
论文名称: 大地天文学 专 业: 大地测量学与测量工程
学 号: 2014126044
学生姓名: 姚利辉指导教师:张永智
撰写时间: 2014年12月
摘要 摘要：天文学是一门最古老的科学，他一开始就和人类的劳动和生存密切相关。他同数学、物理、化学、生物、地学同为六大基础学科。大地天文学也是由来已久，从公元前开始到现在，从用传统的方法到现在的各种精密的测量仪器，经历了翻天覆地的变化。本文主要从大地天文学的基础概念入手，主要利用大地天文学 只是来测定经纬度和其他，从而确定地面点的位置。基础知识主要有天球上基本的概念，天球与地球的关系以及天球与地球坐标系的关系与转换，运用这些关系，确定的一些大地天文学的测量方法和在各种方面的应用。
关键字：大地天文学，天球坐标系，坐标系转换，测量方法与应用
Abstract
Abstract: astronomy is a one of the oldest science, he started and is closely related to the ministry of Labour and survival of human beings. He with mathematics, physics, chemistry, biology, study as the six basic subjects. Astronomy earth also has a long history, from the beginning to now, from the traditional way to the present all kinds of precision measuring instruments, undergone earth-shaking changes. This article mainly from the basic concept of the astronomy, the main use of the land of astronomy is to determine the latitude and longitude and the other, to determine the position of the ground points. Basic knowledge is mainly on the basic concept, the celestial sphere celestials relationship with the earth and the relationship between the celestial coordinate system with earth and transformation, using these relationships, determine some of the astronomy measurement on the methods and applications in various aspects.
Key words: the astronomy, celestial coordinate, coordinate transformation, measuring method and application
目录
摘要 ......................................................................................................................... 1
一 、大地天文学基本概念 ......................................................................................... 1
二 、大地天文学的发展概况 ..................................................................................... 1
三 、天球的基本概念 ................................................................................................. 2
3.1天球的定义 ......................................................................................................................... 2
3.2 天球的分类 ........................................................................................................................ 2
3.3天球的两个特性 ................................................................................................................. 2
3.4 关于天球的基本知识 ........................................................................................................ 2
四 、天球与地球的相关关系......................................................................................................... 3
4.1 天球上与地球公转有关的圈、线、点 .......................................................................... 3
4.2 天球上与地球自转有关的圈、线、点 .......................................................................... 5
五 、天球坐标系 ............................................................................................................................ 6
5.1 天球坐标系分类 .............................................................................................................. 6
5.1.1 地平天球坐标系 ................................................................................................... 7
5.1.2 时角天球坐标系 ................................................................................................... 8
5.1.3 赤道天球坐标系 ................................................................................................... 9
5.1.4 黄道天球坐标系： ............................................................................................... 9
5.2 天球坐标系之间的转换 .................................................................................................. 9
5.2.1 天文坐标与天球坐标之间的关系 ..................................................................... 10
5.2.2 地平坐标与时角坐标之间的关系 ..................................................................... 10
5.2.3 天球直角坐标系及其转换 ................................................................................. 11
六 、大地天文学的方法及应用................................................................................................... 13
参考文献 ........................................................................................................................................ 15
大地天文学
一 、大地天文学基本概念 大地天文学是天文学的一个分支,也是大地测量的一个重要组成部分。它的重要任务,是用天文方法观测天体的位置来确定地面点在地球上的位置(经纬度)和某一方向的方位角,以供大地测量和其他有关的科学技术部门使用. 这是天体测量学与大地天文学的边缘学科，在测站（通常称为天文点）使用天体测量仪器观测天体以测定天文经度和纬度，也可测定测站至相邻固定目标的方位角从而确定测站的子午线。
大地天文学的传统课题包括：①测定地面点的天文经度，就是在同一瞬间测定地面上一点与本初子午线上的地方时之差。该点上的时刻可使用经纬仪、中星仪、棱镜等高仪以及照相天顶筒等仪器测定；本初子午线上的地方时则可通过收录无线电时号求得。②测定地面点的天文纬度。这等同于测定地面点的天极高度。该点的纬度可使用带有纬度水准的经纬仪、天顶仪、棱镜等高仪以及照相天顶筒等仪器测定。③地面目标方位角的测定。这等同于确定某天文点的子午线方向。观测恒星，测定其时角，算出它的方位角，然后测定该瞬间恒星与地面目标之间的水平角，从而得到目标的方位角。这些任务都包含对各种误差的分析及对削弱和消除误差的研究。近代已能测定地面点在以地心为原点的三维直角坐标系中的地心直角坐标，用诸如甚长基线干涉测量、激光测距、全球定位系统测量等技术，精度可达几厘米量级。
二 、大地天文学的发展概况
大地天文学是天文学中发展最早的一个分支。公元前3世纪，古希腊天文学家用观测夏至日正午太阳高度的方法测定了子午线的长度。公元8世纪，中国天文学家一行(本名张遂，683～727)等通过观测北极星高度推算出了子午线1°的弧长。元代天文学家郭守敬(1231～1316)组织过全国范围的纬度测量。然而，直到17世纪光学望远镜、测微器与天文钟问世以后，才形成精密的大地天文学。现代大地天文学的测量设备包括天文观测仪器、守时仪器、记时仪器和无线电接收机。 天文观测仪器主要是全能经纬仪，也可用中星仪和棱镜等高仪等。守时仪器已全部采用石英钟。记时仪器用以记录观测恒星的时刻。无线电接收机则用
篇三：天文学论文
关于大爆炸宇宙论的看法
在学完天文学概论这门课程后，我对于我们现在所处的地球以及整个宇宙都产生了极大的敬畏、尊重之情和好奇心。同时也发现，在讨论天文学的同时脱离不了物理学的讨论，天文与物理息息相关。 在听了老师对整个宇宙的起源及发展的讲述后，我对其中的大爆炸宇宙论产生了极大的兴趣。在此之前有许多的科学家都对宇宙的构造和本原提出了观点。由文艺复兴时代哥白尼的日心说开始，建立了牛顿静态宇宙观。牛顿静态宇宙观不单指牛顿本人的论述，而是泛指在牛顿经典力学体系架构下，对宇宙整体特性形成的观念。牛顿静态宇宙观的基本观点是：时间和空间是绝对的，相互独立的；时间和空间都是无限的。但后来人们发现了原子内部的秘密，窥测到了遥远河外星系的行踪。普朗克实验启发了薛定谔等人，使他们创建了量子力学。这些发现都与牛顿经典力学中的理论所相悖，而更与爱因斯坦的广义相对论更加契合。而后爱因斯坦提出了有限无界宇宙模型，模型服从黎曼几何学。这个模型指出现实的三维空间是一个无界空间，没有边界；宇宙是没有中心的。但只要有物质，宇宙中就存在引力场，引力场的大小与时空弯曲的程度有关。时间和空间的结构和性质是依赖物质的，不能独立于物质而绝对地存在。如果物质没有了，时间和空间也就跟着没有了。爱因斯坦为了克服静态宇宙模型的不稳定性在
引力场方程中加入常数表示宇宙项，但后来在1992年，苏联数学家弗里德曼通过求解出不含宇宙项的引力方程的通解而得到一个膨胀的有限无界宇宙模型，而这个模型最终也被天文观测所证实。
在膨胀的有限无界宇宙模型的观念下，伽莫夫和阿尔弗、赫尔曼提出了一个比较完整的宇宙创新理论。该理论提出，宇宙是在高温高压的状态下，原始的基本粒子即中子突然膨胀，中子衰变转化为其他粒子后，逐渐形成其他的元素，从而形成整个星系等天体。当时由于没有条件去证明这个理论是否成立，也没有什么科学家认为这一理论是正确的。当时并没有受到重视，被人们戏称为“大爆炸理论”。20多年后，理论被证实后才成为了举世公认的“标准宇宙模型”。 在大爆炸理论中，在最开始的三分钟里就已经快速地发生了许多反应。我们根据相等的宇宙温度下降间隔来将最初的三分钟里发生的反应逐一看清楚：
（1）第一个画面：宇宙温度为1011K，充满着数量丰富的粒子，包括电子及其反粒子、正电子、光子、中微子。在第一个画面中，宇宙的密度非常大，逃逸速度也相应变大，宇宙膨胀的特征时间约为0.02Si。其中，最重要的反应是：反中微子+质子?正电子+中子；中微子+中子?电子+质子。假设中微子与反中微子、正电子和电子数量都相差不多，质子转化为中子和中子转化为质子的速度也就相差无几，质子数和中子数大致相等。
（2）第二个画面：宇宙温度为3×1010K，宇宙中的主要成分的粒子仍处于热平衡状态，还没有质的变化。因此，能量密度按照温度的
四次方下降。此过程使宇宙膨胀的特征时间延长了约0.2S。随着温度降低，中子转化成质子更为容易。核粒子平衡变为38%的中子和62%的质子。
（3）第三个画面：宇宙温度降为1010K，中微子和反中微子不再处于热平衡状态，开始像自由粒子那样运行，不再在“大爆炸”中起到作用。温度不断降低，核粒子平衡也转变为24%的中子和76%的质子。
（4）第四个画面：宇宙温度为3×109K，此时温度比电子和正电子的阈值温度低，它们开始迅速湮没，并在湮没中释放大量能量，使得宇宙温度降低的速度减缓。虽然温度比较低，但各种稳定的核不会立即产生，因为这需要先形成氘，经过一系列反应形成稳定的寻常氦核。而在这个温度下，氘核一形成便会爆炸。因此不能形成稍重的核，中子仍在缓慢地转化为质子，平衡变为17%的中子和83%的质子。
（5）第五个画面：宇宙温度为109K，此时离第一个画面已经过去了3分02秒。大部分电子和正电子都已经湮没消失，剩下质子、中微子和反中微子。温度已经低至能使氘、氦三和寻常氦核结合在一起，但“氘瓶颈”仍然存在。在第五个画面稍后不久的某个时间，温度不断降低，突破了“氘瓶颈”后，能迅速形成较重的核。但因还存在其他瓶颈，没有大量形成比氦重的核。在这个温度下，其余剩下的中子都反应成了氘核。
（6）第六个画面：宇宙温度为3×108K。电子和正电子基本完全湮没。核进程停止，大多数核粒子结合成氦核，或变为自由质子。
宇宙，就是在这短短的三分多钟里，发生如此多的反应，基本形成了这个宇宙并存在了这么长的时间直到人类的存在并发掘到这个理论。毫无疑问，宇宙将会在一段时间内这样一直膨胀下去。但到了最后，宇宙到底是会继续膨胀下去还是当宇宙密度大于临界值后开始加速收缩？我们并不得而知。至少，在当下，我们知道我们所存在的宇宙的起源，不至于当宇宙开始收缩时毫无察觉。更何况，在以后我们会发掘出更多关于宇宙的秘密。而对此，我们可以充满期待。 i“膨胀特征时间”为宇宙规模扩大1%所需时间长度的一百倍。
