发布时间 : 星期三 文章南京大学-天文学史-选修课更新完毕开始阅读
第十七讲 近代天体测量和天体力学的发展
一、时间工作
1．平太阳时的精确定义
19世纪末美国天文学家纽康(S. Newcomb, 1835—1909)引进赤道平太阳和平太阳时的概念，推算出了赤道平太阳的赤经表达式。 2．本初子午线和时区的确定
1884年在华盛顿召开国际子午线会议。主要决议： ①确定经度起点；
②全球范围内划分时区。 3．无线电时号的发播
1904年美国波士顿首次进行实验性发播。 1911年法国通过埃菲尔铁塔发播无线电时号。 开创了授时的现代化方法。 二、地球自转变化的发现 1．地极移动的发现
1765制欧拉从理论上预言地极移动。
1888年德国天文学家屈斯特纳(K. F. Küstner, 1856—1936)从观测资料分析中发现地极移动。
1891年德国派测量队至檀香山进行纬度测量，与柏林的纬度测量结果比较，证实了地极移动。
2．地球自转不均匀性的发现
1935年俄裔法藉天文学家N. 斯托伊科(N. Stoyko)发现地球自转的季节性变化。
1939年美国天文学家斯彭瑟·琼斯(Spencer Jones) 分析两百年来太阳、月球、金星和水星资料，确认地球自转长期减慢。
地球自转不均匀性的发现是二十世纪上半叶天文学的一项重要成就。 三、原子时和协调世界时
1．原子钟的发明和原子时系统的建立 1949年美国制成激射型氨分子钟。 1955年英国制成铯原子钟。
1967年十三届国际计量大会决议建立原子时系统。
原子时的秒规定为铯原子基态两个超精细能级间在零磁场下跃迁9192631770周所持续的时间。原子时的起始历元规定为1958年1月1日0时。
原子时的产生使时间计量标准由天文学的宏观领域过度到物理学的微观领域，其稳定性和精确度都有了空前提高。 2．协调世界时的建立
1960年国际无线电咨询委员会提出协调世界时（UTC），1961年国际天文学联合会大会上再度提出，决定予以实行。
UTC的秒长等于原子时的秒长；通过设置闰秒，使其时刻之差与世界时时刻之差小于±0．9秒。
四、十九世纪后期天体力学的发展 1．太阳系小天体运动的研究
使用照相方法发现了大量小行星、彗星和卫星。 2．月球和大行星运动的研究
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航海和大地测量等实用部门需要更高精度的月球历表和大行星历表。
1919年美国天文学家布朗(E. W. Brown, 1866—1938)编算出《月球运动表》。 3．数学和力学迅速发展的推动
数学分析、微分方程定性理论和分析力学迅速发展。 五、二十世纪天体力学的发展 1．历史背景
①1957年10月4日第一颗人造卫星上天，开创了天文学的新纪元。 ②快速电子计算机的产生和推广。
③一系列新技术的出现，大大提高了测量精度。包括：激光测距技术、人造卫星多普勒接收技术、甚长基线干涉测量技术、空间测量技术和时间精密和同步技术等等。 2．卫星动力学的建立
卫星动力学成为天体力学一个新的分支学科。包括：人造卫星的摄动理论、轨道设计、发射和回收中的动力学问题以及它们在航天、大地测量和地球动力学中的应用课题。 3．电子计算机与天体力学
①发展了天体力学的数值方法，计算星历表。
②天体力学数值方法研究天体动力系统的定性理论。 ③电子计算机用于推导公式。 4．广义相对论和天体力学
1972年苏联天文学家布隆贝格(B. A.Брумберг)出版《相对论天体力学》一书。一门新的分支学科问世。
六、近代天体测量学和天体力学力学发展的特点 1．社会需要的推动 2．技术发展的推动 3．理论发展的推动
总之，实体工具和理性工具都起重要作用。
第十八讲 射电天文学的崛起和六十年代四大天文发现
一、射电天文学的诞生 1．央斯基的发现
1931－1932年期间捷裔美藉无线电工程师央斯基(K. G. Jansky, 1905—1950)在贝尔电话实验室工作。他用长30.5米、高3.66米的旋转天线阵检测无线电通讯的各种干扰因素。探测到一种来源不明的稳定的天电噪声。
1935年确认这是来自银河系中心的射电辐射。 2．雷伯的经典式射电望远镜
1937年美国无线电工程师雷伯(G. Reber, 1911— )建造了9.45米口径的抛物面天线，这是第一台经典式射电望远镜。
1940年确认央斯基的发现，并绘出了对应于银心的射电源的等强度线。论文发表于《天体物理学杂志》。
由于央斯基和雷伯的开创性工作，射电天文学诞生。这是天文学发展史上又一次新的飞跃，使得人类能够接收来自宇宙的无线电波段的信号，极大地扩展和深化了人类认识宇宙的视野。从此，许多前所未有的发现接踵而来。 二、银河系结构的射电探测
1．21厘米微波辐射的理论预言
1944年荷兰天文学家范特胡斯特(H. C. van de Hulst, 1918—)从理论上预言太空中的中性
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氢区发射波长为21．2厘米的微波辐射。 2．21厘米微波辐射的探测
1951年美国的尤恩(H. I. Ewen)和珀塞尔(E. M. Purcell)首次观测到来自银河系的21厘米谱线讯号。接着荷兰的穆勒（C. A. Muller）和奥尔特(J.H.Oort, 1900—)以及澳大利亚的克里斯琴森(W. N. Christiansen, 1913— )等也观测到了。
1958年荷兰和澳大利亚的天文学家联合探测，绘制了银河系中性氢分布图。清楚地显示了银河系具有旋涡结构，并发现了几条旋臂。 三、20世纪60年代的四大天文发现 1．类星体的发现
1960年美国天文学家马修斯(T. A. Matthews)和桑德奇(A. R. Sandage, 1926— )等发现射电源3C48对应的光学像类似于一颗恒星，其光谱有一些奇怪的发射线。后来发现它的主要发射线实际上是红移量达0.367的氢线。 1963年美国天文学家M．施米特(M. Schmidt, 1926— )拍摄了射电源3C273中恒星状天体的光谱，主要发射线是红移达0.158的氢线。 这类天体称类星射电源，通称类星体（quasar）。 2．微波背景辐射的发现
1964年7月至1965年4月美国贝尔电话实验室的彭齐亚斯和R.W.威尔逊改进了巨型号角式天线。在波长7.35厘米的微波段进行探测，发现有相当于3.5±1K的剩余噪声，噪声是各向同性的，而且没有季节性变化。
1965年下半年普林斯大学物理教授迪克(R. H. Dicke)领导的小组在3.2厘米波长处也观测到了3K微波背景辐射。
1978年彭齐亚斯和威尔逊获诺贝尔物理学奖。 3．射电脉冲星的发现
1967年7月在英国天文学家休伊什(A. Hewish, 1924— )的主持下，剑桥大学卡文迪许实验室建成了一架时间分辨率很高的射电望远镜。工作波长3.7米，天线是2048个的偶极子的天线阵，占地面积18212平方米。1967年10月贝尔(S. J. Bell, 1943— )发现记录纸带上有奇怪的脉冲信号。 1967年11月28日，记录表明这个位于狐狸座的射电源以1.337秒极精确周期的脉冲形式辐射出射电波。1968年2月发表论文公布这一重要发现。这类发出射电脉冲的射电源称为射电脉冲星。
1974年休伊什获诺贝尔物理奖。
1939年美国原子物理学家奥本海默(J. R. Oppenheimer, 1904—1967)预言并建立了第一个中子星模型。1968年美国天文学家戈尔德(T. Gold, 1920— )指出射电脉冲星的本质就是高速自转的中子星。
４．星际有机分子的发现
1963年和1968年12月美国先后发现星际羟基分子（OH），和星际氨分子（NH3），不久发现星际水分子（H2O）。
1969年3月美国一个小组用直径43米的射电望远镜在射电源人马座A和人马座B２背景上发现星际甲醛分子（H2CO）。这是人类发现的第一个星际有机分子。之后，又发现了许多星际有机分子。星际有机分子的发现为宇宙化学和生命起源的研究揭开新的一页。 ６０年代的四大天文发现标志射电天文学已经成熟。也表明射电天文学为天文学开辟了全新的研究领域。
四、射电天文学的新进展 1．大口径射电望远镜
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1963年美国建成阿雷西博大型射电望远镜，口径305米，固定于山谷中。1974年改建，由38774块铝板拼成球面。80年代扩建为直径366米。
1971年德国普朗克研究所建成口径100米的全动抛物面射电望远镜。 2．甚长基线射电干涉测量(Very Long Baseline Interferometery,VLBI)
1965年美国佛罗里达大学的一个研究小组首次使用了各自独立的磁带记录干涉仪，探测木星的射电爆发区域，获得0.1″的分辨率。 当前VLBI的分辨率已达0.0002″。 3．综合孔径射电望远镜
20世纪50年代英国天文学家赖尔(M. Ryle, 1918— )首先提出制造综合孔径射电望远镜的设想。1963年，他完成了两天线最大变距为1.6千米的综合孔径射电望远镜。它的研制成功使射电源的成像成为可能。这是射电天文技术的一项重大突破。1971年赖尔主持制造英国剑桥大学的“五千米阵”。
赖尔荣获1974年诺贝尔物理学奖。
当前最大的综合孔径射电望远镜是美国的甚大阵(VLA)。 4．毫米波和亚毫米波天文学
星际分子的谱线波长多在1－10毫米的波段和0.35－1毫米的亚毫米波段。形成射电天文学中新分支——毫米波和亚毫米波天文学。
第十九讲 空间天文学的进展
一、空间探测时代的到来 1．全波天文学
- 天体发射着1012－108厘米范围的电磁波。只有可见光和两侧的近紫外、近红外、约1毫米至30米的射电波以及红外波段的几小段波长区间的辐射才能到达地面。
20世纪40年代以来，首先射电天文学问世。随之红外天文学、紫外天文学、X射线天文学、γ射线天文学等一系列新的天文学科也产生了，这些新学科依赖于空间探测。由此，天文学从光学天文学进入全波天文学。 2．空间探测手段的发展
（1）气球。 1783年法国蒙哥尔费(Montgolfier)兄弟研制成热空气气球首次升空。以后用氢和氦代替热空气。
现代气球最高可升到52千米高，载重5吨，留空时间10年。把99.9％的大气留在下面，天空中几乎没有水汽和二氧化碳，对红外观测有利。
（2）火箭。 由中国人最早发明。北宋开宝三年（970年）冯继升和岳义方两人作了首次成功试验。
俄国的齐奥尔科夫斯基(К.З.Циолковский, 1857—1935)为利用火箭作宇宙飞行奠定了理论基础。
1926年美国物理学家戈达德(R. H. Goddard, 1882—1945), 在马萨诸塞州发射了第一枚现代意义上的火箭。
1923年罗裔科学家奥伯特（H. Oberth）出版《飞往星际空间的火箭》一书论述火箭飞行理论和火箭结构，后来又参加V－2火箭研制。
齐奥尔科夫斯基、戈达德和奥伯特被公认为现代宇宙航行的奠基者。 20世纪40－50年代用高空火箭飞出大气外作空间控测。
（3）人造卫星和宇宙飞船。1957年10月4日苏联发射了第一颗人造地球卫星“卫星1号”。11月3日又发射了第二颗——“卫星2号”。
1958年1月31日美国发射了人造卫星——“探险者1号”。
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