《天文知识大全百科》

科学家如何研究遥远的恒星?闪耀的星星们也有出生和死亡?暗物质和暗能量如何影响宇宙的演化?进行天文科普，学习对象可以从中获益，进而提升全民科学素养。一起学习天文知识大全百科吧。

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宇宙是如何形成的?

1.科学家认为它起源为137亿年前之间的一次难以置信的大爆炸。这是一次不可想像的能量大爆炸，宇宙边缘的光到达地球要花120亿年到150亿年的时间。大爆炸散发的物质在太空中漂游，由许多恒星组成的巨大的星系就是由这些物质构成的，我们的太阳就是这无数恒星中的一颗。原本人们想象宇宙会因引力而不在膨胀，但是，科学家已发现宇宙中有一种“暗能量”会产生一种斥力而加速宇宙的膨胀。

2.宇宙学说认为，我们所观察到的宇宙，在其孕育的初期，集中于一个体积极小、温度极高、密度极大的奇点。在141亿年前左右，奇点产生后发生大爆炸，从此开始了我们所在的宇宙的诞生史。

3.宇宙大爆炸后0.01秒，宇宙的温度大约为1000亿度。物质存在的主要形式是电子、光子、中微子。以后，物质迅速扩散，温度迅速降低。大爆炸后1秒钟，下降到100亿度。大爆炸后14秒，温度约30亿度。35秒后，为3亿度，化学元素开始形成。温度不断下降，原子不断形成。宇宙间弥漫着气体云。他们在引力的作用下，形成恒星系统，恒星系统又经过漫长的演化，成为今天的宇宙。

宇宙是什么?宇宙有多大?宇宙年龄是多少?

宇宙是万物的总称，是时间和空间的统一。从最新的观测资料看，人们已观测到的离我们最远的星系是130亿光年。也就是说，如果有一束光以每秒30万千米的速度从该星系发出，那么要经过130亿年才能到达地球。根据大爆炸宇宙模型推算，宇宙年龄大约200亿年。

宇宙有多少个星系?每个星系有多少颗恒星?

在这个以130亿光年为半径的球形空间里，目前已被人们发现和观测到的星系大约有1250亿个，而每个星系又拥有像太阳这样的恒星几百亿到几万亿颗。因此只要做一道简单的数学题，你就不难了解到，在我们已经观测到的宇宙中拥有多少星星。地球在如此浩瀚的宇宙中，真如沧海一粟，渺小得微不足道。

太阳和地球的年龄?

据估计太阳的年龄比地球大1000万-2000年年，而通过放射性计年，地球的年龄是45亿年，因此太阳的年龄是45.1亿年。

天文学中常用天文单位(Astronomical units，缩写 AU)衡量天体之间的距离，天文单位约等于地球到太阳的平均距离，2012 年起精确定义为 149,597,870,700 米，约 1.5 亿千米，或者 8.3167 光分1。另一个单位是光年，等于真空中光在一 Julian 年(365.25 天)传播的距离，约为 9.460730×1015m9.460730×1015m 或 6.3241×104AU6.3241×104AU。

除了太阳系中的天体，肉眼或望远镜能看到的其他星星都属于恒星(注意有一些亮点是星云，即星际尘埃而不是单个恒星)，离太阳最近的恒星叫做 Alpha Centauri(4.22 光年)。由于这些恒星的距离太远，即使用天文望远镜也看不到它们的行星。恒星在空中的相对位置是几乎不变的(即使太阳系以惊人的速度绕星系中心旋转，但转一圈仍需要 2.3 亿年，所以与其他恒星的相对位置基本保持不变)。

那我们看到的星空是如何变化的呢?由于地球每 24 小时由西向东自转一圈，所以我们在地球上看到的星空由东向西围绕地球旋转。长时间曝光的照片可以很好地展示星星的轨迹(如果站在北极点，那么星空的旋转中心会在正上方，如果站在赤道，旋转中心会在地平线上，且南北各有一个。如果站在南极点，则旋转中心同样在正上方但旋转方向却与北极的相反。

一个常见的问题是为什么白天看不到星星和月亮。这是因为白天阳光照亮了大气中的尘埃和云，相比之下星星的亮度太暗了所以肉眼不容易看到。许多时候月亮也会在白天出现，只是因为阳光太亮不容易注意到。

季节与昼夜

图 ：黄赤交角示意图

如图 ，地球绕太阳公转轨道所在的平面叫黄道平面，而地轴与黄道平面有大约 23.5?23.5? 的倾角，所以当地球运动到太阳的一侧时，太阳直射到北回归线(北纬 23.5?23.5? 的纬线)，这一天就叫做夏至，当地球绕太阳旋转 90?90? 后，太阳直射到赤道上，这一天就叫做秋分，而地球再公转 90?90? 到另一侧时，太阳直射到南回归线，这一天就是冬至，再公转 90?90?，阳光再次直射到赤道上，这一天就是春分。注意这是对北半球而言，南半球相反。因此季节的变化本质上是太阳直射点的变化，与地球与太阳的距离关系不大，事实上在北半球的冬季地球到太阳的距离要小于夏季的距离。

回想第一节的太阳系模型，由于地球到太阳的距离远大于二者的半径，所以可以近似认为太阳照到地球的光都是平行的，这样，任何时刻只有半个地球被照亮，这半个地球就是白天，而另外半个是晚上。由于地轴的倾斜，北半球某条纬线以上的地区在夏天会被全部被照亮，这样无论地球自转多少，这些地区都是白天，这就形成了极昼。与此同时，南半球某条纬线以上的地区全部没有阳光，就形成了极夜。同理，在冬天(也就是南半球的夏天)南极附近会出现极昼而北极附近出现极夜。另外在赤道，昼长(白天的长度)和夜长(夜晚的长度)一年四季都相等。

天球坐标系

下面我们来更具体地描述星空。由于天体离我们足够遥远，来自天体的光线已近似于平行光，这时候我们已经失去了确定远近的能力(当然事实上我们有其他的办法确定天体的视向距离)，而仅仅知道天体的方位，所有的天体都彷佛分布在一个球面上。假定围绕着我们有一个大圆球，它的半径比我们所能看到的最远的天体的距离还要大得多，这个假想的球体称为天球。观测者总是处于天球的中心，这是因为观测者的任意位移(包括地球的公转)都比天球半径小得多，可以忽略不计。天体和观测者眼睛连成的直线与天球面的交点，也就是天体在天球面上的投影，称为天体的视位置。

为了定量地表述天体在天球上的位置，我们需要建立球坐标系(正如我们描述地球上某个地点需要使用经度和纬度一样)，最常用的两个天球坐标系是地平坐标系和赤道坐标系。