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天文(3)一一给儿童介绍地球

已有 344 次阅读 2020-3-26 08:36 |个人分类:天文|系统分类:科普集锦|关键词:学者| 地球

       自己家的小东西成天缠着我问这问那,这里的“天文”系列博客完全是哄自己家小孩子的,不讲历史(哥白尼),不讲精深的学问(椭圆形轨道),只是给出一个肤浅的入门知识。

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1,行星,上期说的水星,金星,地球,火星,木星,土星,天王星和海王星都是行星,其共同点是都围着太阳在(大体上)同一平面上以不同的半径旋转:

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2,恒星,太空中我们能看到的除去行星(和它们的卫星比如月亮)和彗星外大多数(包括太阳)都是恒星,从字面理解位置恒定不变,实际上哪有不变的呢?只是太远了看不出来就是了。


3,北极星,无数恒星中的一颗,凑巧的是北极星正好在地球自转轴的延长线上,因而在地球上辨别方向格外引人注目。

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4,北斗星,在茫茫星海中识别出北极星可不容易,就要靠有特殊(斗)图形的大熊星座(国际上的叫法)来识别了,大熊星座涵盖了中国叫的北斗七星,北斗七星“斗”的外沿延长七倍处那颗星就是北极星了:

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北斗七星实际上就是在大熊星座的臀部和尾巴部位:


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5,地球的公转,地球绕太阳做圆周运动叫地球的公转,转一周的时间就是一年:

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6,地球的自转,地球每自转一圈就是一天:

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注意地球公转的轨道面和地球自转的赤道面并不平行而是成23.5度的夹角,因此引起了一年四季的变化,这些将在后续的博文里叙述。


鸣谢:

        北京天文台的杨正宗先生(毕业于南京大学天文系,文革前任教于中科大物理系)曾经对我的天文爱好给予鼓励和点拨,杨老师当年在科大物理系开太阳物理课,给其儿女取“巨星”和“新星”的名字,一时成为美谈,后来我的一位同样跟杨老师走得很近的同学给自己女儿取名“星云”,是否受其影响或未可知。

        杨正宗先生现年大约八十八岁左右,我希望老先生还健在,杨先生的夫人王扶云老师应该是在中科大北京研究生院退休的,若有知道他们近况的博友请留言,我先在此感谢了🙏。


附,杨正宗先生四十年前的学术活动:

伽利略发现木卫时的笔记

甘德对木卫的观测

1981年,席泽宗在《天体物理学报》发表了一篇论文《伽利略前二千年甘德对木卫的发现》。该文根据唐代《开元占经》几句话,论证并推测了战国时期的甘德在公元前364年已经发现木卫。学界很快对此进行了实验检验,无论模拟验证抑或实测验证,均确证了这项新发现。

战国时,我国出现了多位姓名可考的天文学家,其中齐国的石申和魏国的甘德名声最大,可惜他们的著作无一流传。幸运的是,在唐代《开元占经》中保留了部分内容,其中记载甘德在讲木星时的一段话,有一句是“若有小赤星附于其侧,是谓同盟”,引起了席泽宗的注意。这里的“同盟”是春秋战国时常用的词汇,是指为了共同目的而联合的国家组合,类似一战、二战中同盟国的用法。结合甘德所言的语境,应该是指“小赤星”依附于木星,并与木星组合了一个系统。此外“赤”即浅红色,这也与4颗木卫的颜色相符。正是基于这样的分析,席泽宗认为这里记载的可能是甘德发现了木卫,那么接下来有两个问题需要解决:首先是人类凭肉眼是否可以直接发现木卫;其次,甘德何时发现了木卫。

人类通过肉眼发现星体,需要满足三个条件。第一,该星体具有一定亮度,在人类肉眼观测极限之内,也即视星等不大于6。这点4颗木卫均满足,其中木卫三的平均视星等最小(最亮),可达4.6。第二,两邻近星体应该有一定距离,否则肉眼无法区分。人类肉眼分辨的极限角为1角分,如果木卫距离木星太近,对人眼视线的张角小于1角分的话,人眼将无法区分两者。如果你对1角分的视角没概念的话,这里提供一个参考数据:满月的直径大约是30角分或者0.5度。幸运的是,4颗木卫也均满足,间隔最小的木星与木卫一有2角分多。第三,两邻近天体亮度的对比度不能相差太大,否则暗的一颗会被亮的一颗所遮蔽。木星最亮时视星等可以达到-2.7(夜空中最亮的恒星——天狼星只是-1.46),所以对周边卫星的“杀伤力”很大。不过,席泽宗认为当两个或更多木卫运转到木星同一侧时,彼此叠加的光亮会更有利于观测。他同时援引了德国地理学家洪堡(1769-1859)记载的一个肉眼可以识别木卫的例子,德国布勒斯劳城(Breslau,现波兰弗罗茨瓦夫市)有位叫舍恩(Schön)的裁缝,可以在无月的晴朗夜晚,相当准确地指出主要木卫的位置。但据1898年《大众天文学》一篇文章,在布勒斯劳天文台的严格测试中,舍恩并不能指出4颗木卫的位置,而是说他很容易看到木卫三,木卫一最亮时也能轻易看到,但从没发现过木卫二和木卫四。无论如何,舍恩的确凭借肉眼可以观测到木卫。席泽宗在论文中提到,他已经委托北京天文馆进行了模拟观测,认为甘德当年看到的应该是木卫三或木卫四,而木卫三最有可能。最后他推算了甘德发现木卫的时间,最满足条件的时间是公元前364年的夏天。

1981年3月,席泽宗的同事、自然科学史研究所的刘金沂在河北兴隆山区进行了肉眼观测验证。结果是,参加实验的8位人员全部看到了木卫三,其中1人能同时看到木卫一、木卫二和木卫三,另有3人可同时看到木卫二和木卫三。这次实验,完美验证了席泽宗的推断,甘德最有可能看到的是木卫三。

同年12月,北京天文台杨正宗和两位同事利用兴隆观测站的双筒天体照相仪,对肉眼观测木卫进行了实验检验,表明人类肉眼可以直接观测到木卫,而且最有可能看到的也是木卫三。

综合以上分析,可以认定公元前364年夏天甘德观测到了木卫,极有可能是木卫三。




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