內容簡介
《簡明天文學教程(第2版)》由多位師範院校地理系擔任“地球概論”、 “天文學基礎”課程的教師共同編寫而成。《簡明天文學教程(第2版)》介紹了天文學基礎知識，包括天球、太陽系、銀河系、河外星系、總星系、行星、恆星、星系以及宇宙學、天體起源與演化、地外文明等內容，反映了天文學的最新成就，使讀者認識地球在宇宙中的環境，同時有助於人們樹立正確的宇宙觀和人生觀。
《簡明天文學教程(第2版)》內容豐富新穎，條理清晰通順，語言嚴密流暢，闡理簡明精當，有較強的科學性、系統性、趣味性和可讀性，有大量圖表和照片，並配有供學生學習的電子網路版，還出版了與此配套的教師用盤。
作者簡介
餘明，女，教授，博士。GIS學科負責人。從事高校的教學和科研工作20多年。擔任本科生的主要課程有《地理信息系統導論》、《數字地形模型》、《地球概論》和《天文學基礎》；擔任研究生的主要課程有《地球系統科學》和《GIS原理及套用》。
主要研究方向為地球科學、資源與環境及GIS在地學中的套用。2006年到2011年這五年來，主持和參加國家級或省級研究課題8項，專著1部，發表科研論文30餘篇；主持省級精品課程和校級精品課程各1門。
主編21世紀教材和精品課程教材3部，參編1部。現任全國高師《地球概論》教研會理事長、福建省天文學會常務副理事長、全國地理信息協會理論與方法專業委員會委員，九三學社福建省委會委員、九三學社福建師範大學委員會主委。
圖書目錄
第二版序
第二版前言
第一版序一
第一版序二
第一版前言
第1章 緒論
第2章 天體和天球及其坐標
第3章 時間與曆法
第4章 星空區劃和四季星空
第5章 天文觀測工具和手段
第6章 天體物理性質及其測定
第7章 太陽系
第8章 地月系
第9章 地球及其運動
第10章 恆星
第11章 星系
第12章 宇宙學
第13章 地外生命與地外文明
參考書目
附錄
編輯推薦
《簡明天文學教程(第3版)》內容豐富、條理清晰、語言精練，比較通俗地介紹了天文學的基礎知識和現代進展，有較強的科學性、系統性、知識性和可讀性。餘明女士是我校地理科學學院青年骨幹教師之一，她除了擔任地學課程教學外，長期為福建天文教育和天文普及做了不少工作。她是中國天文學會會員、福建天文學會理事、全國高等師範院校《地球概論》教研會的現任理事長。《簡明天文學教程(第3版)》既是很好的師範類天文教材，也是優秀的天文學基本讀物。我願誠懇地將此書推薦給廣大的師範院校師生和天文愛好者。
文摘
第1章 緒論
【本章簡介】
本章主要介紹了天文學的研究對象、方法和特點，討論了天文學對於人類生存和社會進步所具有的重要意義。在介紹傳統天文學的科學分支的同時，也介紹了近期著名天文學家王綬院士對已有的天文學科分類重新做的分析和歸納。最後還介紹了世界以及中國天文學的發展簡史。
【本章目標】
了解天文學的研究對象、方法和特點。
了解天文學與相關學科的關係。
了解近期天文學研究的科學分支。
了解國內外天文學的發展簡史。
1.1 概述
一、天文學的研究對象
天文學是自然科學中的一門基礎學科。它的研究對象是天體，即研究天體的位置和運動，研究天體的化學組成、物理狀態和過程，研究天體的結構和演化規律，研究如何利用天體的知識來造福人類。
天文學和人類歷史同樣悠久。天文學的研究內容和許多概念，總是伴隨著人類社會的文明和進步而不斷發展的。因此，人們對天體的認識和理解，在不同歷史時期是大不相同的。古代天文學無非是把日月星辰的視位置和視運動作為主要研究內容。今天則把天體作為宇宙間各種星體的總稱，包括：太陽、月亮、行星、衛星、彗星、流星體（群）、隕星、小行星、恆星、星團、星系、星際物質等，所以天文學的研究對象也就是人類認識的宇宙。作為一顆行星，地球本身也是一個天體，也是它的研究對象。但地球大氣層以下的各個圈層則不屬於天文學的研究範疇，而是地學的研究領域。
20世紀50年代人造地球衛星上天，使宇宙間又增添了人造天體。關於它們的運行軌道、運行狀態也是天文學義不容辭的研究內容。
二、天文學的研究方法和特點天文學以天體的觀測作為基本的研究方法，所以，與其他學科比較，天文學不是以室內實驗為主，而是強調觀測的科學。在望遠鏡發明以前，天文觀測採用的是目視方法，直接觀測天體在天空的視位置和視運動，另外也粗略地估計星星的亮度和顏色。17世紀以後相繼有了光學望遠鏡、分光鏡和光度計，不僅提高了天體位置觀測的準確度，而且擴大了人們對宇宙的認識。到了20世紀，由於大口徑望遠鏡的問世，使得人類探測宇宙的深度和廣度與日俱增，不少模型、學說由觀測得以證實，新天體、新發現大量湧現。20世紀30年代以後，人們越來越廣泛地使用無線電方法研究天體和宇宙間的輻射，從而誕生了射電天文學。諸如類星體、脈衝星、星際有機分子、微波背景輻射等天文學新概念相繼出現。20世紀50年代人造地球衛星發射成功，人類把觀測範圍由地面擴展到了地外空間，天文學家可以自由地探測天體的各種輻射。現代，天文空間探測已經有了長足的發展，人類不僅把望遠鏡送上天，而且藉助太空飛行器踏上月球，或把儀器送到其他行星上進行直接觀測或實驗。因此，儘管關於天文學是“被動觀測的科學”的說法現在已經不是很全面了，但大部分情況下我們還是不能主動去實驗，只能被動地觀測。所以觀測在天文學研究中仍有其特殊的重要性。
天文觀測還強調對天體進行全局、整體圖景的綜合研究。表現在觀測上是全波段研究的方法，在整個電磁輻射多波譜上採用多種手段（如強度、偏振、譜等）的配合，甚至是同時的聯合觀測；在理論上強烈依賴模型和假設。由於觀測結果的不確定性較大，概念的更新迅速，假說在新的觀測基礎上又不斷被修正或推翻。所以天文學既是古老的學科，又是發展的學科。
天文學還需要把觀測所獲得的大量原始資料進行精“加工”。利用計算機進行理論分析，才能揭示出它們的本質，即利用數學、力學、物理學以及其他學科的研究成果，通過理論分析、歸納、推理、綜合等方法，得出有關天體的科學結論。反過來，它又促進了其他相關學科的發展。例如，宇宙間的超高溫、超低溫、超高壓、超高速、超高磁場、超高密度、超高真空、強引力場、強輻射場等極端環境，只有藉助近代物理學理論才能得到深入研究和科學解釋，它是地球上所無法建造的特殊“實驗室”。正是這個宇宙“實驗室”推動了當代天體物理學的飛速發展，從而為物理學開闢了新的前沿。這也體現了觀測數據積累、統計分析和樣本研究的重要性。使天文學研究發生重大變化的另一個技術進步是快速網際網路技術，這使得異地天文數據的交換和處理成為可能，使得觀測數據具有巨大的科學產出的潛在意義。沒有計算機，就沒有現代天文學。
此外，天文學還具有大科學的特徵，需要較大的投資強度，需要強有力的協調，需要觀測設備和天文台有一個合理的地理布局，甚至是全球範圍內的合理布局（因為在某一地點只有一定時間才能觀測一定範圍的天區，局部氣象條件、地面光也會影響觀測）；需要大、中、小型設備的互相補充（儘管大型觀測設備通用性強，配上各種附屬設備可以支持多個領域的許多研究課題，但造價昂貴）；還需要空間和地面觀測同時進行（因為空間觀測設備固然威力巨大，但畢竟造價極高，建設周期很長，觀測時間有限，而且難於裝備重型附屬設備）。
天文學研究方法還需要哲學觀點的支持，因為哲學是關於世界觀、宇宙觀的科學，是自然科學知識和社會科學知識的概括和總結。
三、天文學研究的意義
天文學與任何其他科學一樣，是為人類生產和生活服務的。不過，天文學的歷史最為悠久。整個人類文明發展史證明，天文學對於人類生存和社會進步具有極其重要的意義。
1.時間服務
準確的時間不單是人類日常生活不可缺少的，而且對許多生產和科研部門更為重要。最早的天文學就是農業和牧業民族為了確定較準確的季節而誕生和發展起來的。而現代的一些生產和科研工作更離不開精確的時間。例如，某些生產、科學研究、國防建設和宇航部門，對時間精度要求精確到千分之一秒，甚至百萬分之一秒，否則就會失之毫釐，差之千里。而準確的時間是靠對天體的觀測來獲得並驗證的。
2.在大地測量中的套用
對地球形狀大小的認識是靠天文學知識獲取的。確定地球上的位置離不開地理坐標，而測定地理經度和緯度，無論是經典方法還是現代技術，都屬於天文學的工作內容。
3.人造天體的發射及套用
目前，人類已向宇宙發射了數以千計的人造天體，其中包括人造地球衛星、人造行星、星際探測器、太空實驗站等。它們已經廣泛套用於國民經濟、文化教育、科學研究和國防軍事。僅就人造地球衛星而言，有通信衛星、氣象衛星、測地衛星、資源衛星、導航衛星等，根據不同需要又有地球同步衛星、太陽同步衛星等。所有人造天體都需要精確地設計和確定它們的軌道、軌道對赤道面的傾角、偏心率等。這些軌道要素需要進行實時跟蹤，才能保持對這些人造天體的控制和聯繫。這一切都得藉助天體力學知識。
4.導航服務
天文導航是實用天文學的一個分支學科，它以天體為觀測目標並參照它們來確定艦船、飛機和宇宙飛船的位置。早期的航海航空定位使用六分儀（測高、測方位）和航海鍾，靠觀測太陽、月亮、幾顆大行星和明亮恆星，套用定位線圖解方法來確定位置，其精度較低，且受地球上天氣條件限制。隨著電子技術的進步，已發展了多種無線電導航技術來克服這方面的缺陷。宇宙航行開始以後，為了確定飛船在空間的位置和航向，天文導航也有相當重要的作用。目前，全球衛星定位系統（簡稱GPS）技術的套用，使衛星導航更精確。衛星導航不僅普遍用於航天、航空、航海，而且還廣泛用於陸面交通管理、嵌入電子地圖和地理信息系統（簡稱GIS）的定位。
5.探索宇宙奧秘，揭示自然界規律
茫茫宇宙，深邃奧秘。隨著對宇宙認識的深入，人類從宇宙中不斷獲得地球上難以想像的新發現。例如，19世紀初曾有位西方哲學家斷言，恆星的化學組成是人類永遠不可能知道的。但過了不久，由於分光學（光譜分析）的套用，很快知道了太陽的化學組成。其中的氦元素就是首先在太陽上發現的，25年後人們才在地球上找到它。太陽何以會源源不斷地發射如此巨大的能量，這也曾是科學家早就努力探索的課題。直到20世紀30年代有人提出氫聚變為氦的熱核反應理論，才完滿地解決了太陽產能機制問題。幾十年後，人類在地球上成功地實驗了這種聚變反應――氫彈爆炸。
20世紀60年代後，天文學中的四大發現（類星體、脈衝星、微波背景輻射和星際有機分子）令人大開眼界：①類星體，現在天文學家對它已經了解，所謂類星體就是活動星系核（關於“活動星系核”將在第11章中介紹）。但人們發現當時只知道它是與恆星不同的、遠離地球的特殊天體，在很長一段時間對它的本質是疑惑的。②脈衝星，是20世紀30年代曾預言的超高密態的中子星，其巨大引力可把電子牢牢束縛住，以致形成簡併中子態，它的密度每立方厘米達數億噸。③微波背景輻射，即瀰漫全天的輻射，其相對應的溫度約為絕對溫度3K。現在已有證據表明它是原始的宇宙大爆炸以後，冷卻到現在的殘留餘溫。④星際有機分子，人類早已知道恆星之間的空間充滿著星際物質，但在宇宙間居然發現了氨、甲酸、乙醇等較為複雜的有機分子，就意味著宇宙空間可能存在由分子合成生命的過程。生命在宇宙的其他地方只要條件具備，就可生成和發展，這是人類的新認識。
通過對宇宙的探索，人類的認識能力是不斷提高的。從托勒密的地心說到哥白尼的日心說，從克卜勒關於行星三大定律的發現到牛頓萬有引力定律的建立，從哈勃發現星系紅移規律到目前大爆炸宇宙理論的熱門話題，一個接一個的宇宙奧秘被發現和揭穿。新發現的天體現象又成為了認識天體的新起點。新的觀測事實如果與舊理論相矛盾，又促使人們去建立新的理論，探尋新的定律，從而推動著天文科學的進步和發展。
6.天文與地學的關係
地球作為一顆普通的行星，運行於宇宙空間億萬顆星體之間，地球的形成、演化及重大地質歷史事件無不與其宇宙環境有關。事實表明，地球本身記錄了在地質歷史時期所經歷的天文過程的豐富信息。例如，地球自轉變慢，就是通過古代珊瑚化石的研究證實的。珊瑚也像樹木年輪那樣具有“年帶”。珊瑚每天周期性地分泌碳酸鈣，在身上形成一條條“日紋”。3.2億年前的珊瑚化石，每個年帶含有400條日紋，表明那時地球一年自轉400圈，說明那時地球自轉比現在快得多，這與理論推算的結果也是吻合的。再例如，從地球上一些地質周期與天文周期的相關性研究，也說明了天文與地學關係密切。
全球性冰期成因一直是科學家努力探討的問題。在最近7億年間，出現過三次大冰期，地球上冰川廣布，氣候明顯變冷。第一次大冰期出現在6.5～7億年前的前寒武紀晚期，第二次出現在2.7～3.5億年前的石炭-二疊紀期間，第三次是200萬年前開始的第四紀冰期。三次大冰期的時間間隔2.8～3.5億年，與太陽系銀河年周期（大約是2.5億年）接近。目前大部分有關這方面的探討文章均認為冰期成因與天文因素有關。其具體因果機制有三種觀點：①有人認為，太陽系在銀河系中運動，當太陽位於近銀心點附近，萬有引力常數G值減小，太陽光度變弱，導致地球上發生冰期。②還有人認為，銀河系的物質密度分布不均，當太陽運行在銀河系中物質密度較大的位置時，太陽光被遮蔽而導致冰期。③也有人認為地球運動三要素（軌道偏心率、黃赤交角、歲差）周期性改變是導致地球冰期的主要原因。通過對三個參量（即要素）變化的計算，可求知地質歷史時期太陽對地球任何緯度的日照量，進而認為這三個參數的變化與地球上第四紀的亞冰期和間冰期有因果關係。
太陽繞銀河系中心運轉時，有在銀河兩側往返運動的特徵。其周期約為0.8億年，即太陽系在銀道面一側的時間為0.4億年。有趣的是在地質史上，從顯生代以來的構造運動，也表現出0.4億年的周期。
地球上生物的發展和滅絕也可能與某些宇宙環境因素有關。最令人迷惑不解的地質歷史事件莫過於中生代恐龍的滅絕了。目前已有較多的古生物學家和地質學家認為它與天文因素有關。導致恐龍滅絕的，除上述某些天文事件外，還可能有下列原因：①小行星或彗星撞擊地球，驟然改變地表環境。②太陽活動加劇，耀斑大量爆發。當地球磁場改變（如磁極倒轉），使地球失去磁場屏障，太陽輻射粒子和宇宙線強烈襲擊地球。③超新星爆發可釋放宇宙間罕見的巨大能量。如果有靠近太陽系的超新星爆發，足以給地球造成災難性的影響。
7.探索地外生命和地外文明
人類在探索宇宙奧秘過程中，對地外生命和地外文明的尋找是最令人神往的。人類尋找第二家園也是信心百倍。隨著人類對DNA密碼的揭秘，為適應宇宙的環境，使太空旅行安全，改變人類的DNA..我們認為宇宙是一個和諧的整體，它不會偏愛地球。像地球這樣一個充滿生機的星球，在宇宙中應該是有的（關於“地外生命和地外文明”參見第13章）。
四、天文學的科學分支
天文學是公認最古老的科學，但是近年來由於太空探測計畫及空間望遠鏡不斷有所進展，所以天文學也算是極為現代的一門科學。
按照傳統的科學分類觀念，應該根據它所研究對象的差異來區分。但傳統天文學的分支卻比較特殊，它基本上是按歷史發展和研究方法進行分類的。當然，最終也涉及它們的研究對象──天體。在天文學悠久的歷史中，隨著研究方法的改進及發展，先後創立了天體測量學、天體力學和天體物理學。
1.天體測量學
天體測量學是天文學中最先發展起來的一個分支，它的主要任務是研究和測定天體的位置和運動，並建立基本參考坐標系和確定地麵點的坐標。按照研究方法的不同，又分為下列二級分支。
（1）球面天文學 為確定天體的位置及其變化，首先要研究天體投影在天球上的坐標表示方式，各坐標之間的相互關係及其修正，如地球運動和大氣折射所造成的位置誤差，這是球面天文學的研究任務。
（2）方位天文學 對天體在宇宙空間的位置和運動的測定，則屬於方位天文學的研究內容，它是天體測量學的基礎。依據觀測所用的技術方法和發展順序，又可分為：①基本天體測量（精確測定天體的位置和自行，編制各種星表）；②照相天體測量（運用照相技術測定天體的位置，其優點是可直接測定較暗的天體的位置，並在同一種底片上一次測定許多顆恆星）；③射電天體測量（地面接收天體的無線電波並測量射電天體位置）；④空間天體測量學（飛出地球大氣層以外進行測量）。用上述方法把已經精確測定了位置的天體，作為天球上各個區域的標記，選定坐標軸的指向，在天球上確立一個基本的參考坐標系，用以研究天體在宇宙空間的位置和運動。
（3）實用天文學 以球面天文學為基礎，即以天體作為參考坐標，研究並測定地麵點的坐標。其中包括測定原理的研究、測量儀器的構造和使用、觀測綱要的制定、測量結果的數據處理及其誤差改正等問題。根據不同需要，實用天文學又可分為：①時間計量；②極移測量；③天文大地測量；④天文導航等。
（4）天文地球動力學 從研究地球各種運動狀態和地殼運動而發展起來的一個次級分支。具體說，它是天體測量學與地學有關分支（如大地測量學、地球物理學、地質學、氣象學等）之間的邊緣學科。它的研究課題有地球自轉、極移的規律、板塊運動、固體潮、地球結構等。
