观测天文学

天文学的分支

观测天文学是天文学的一个分支，常用于取得数据以与天文物理学的理论比对，或以测量所得的物理量解释模型的涵义。在实务上，通过望远镜或其他天文仪器的使用来观测目标。

含义、分类

做为一门科学，天文学有些困难之处，由于距离的遥远，要直接验证宇宙的特性是不可能的。然而，有为数众多的恒星可以被观察到，已经能够让天文学家获取一些事实的真相。这些观测到的资讯所绘制成的各种图表，与纪录足以显示一般的趋向。变星就是很贴切的具体例证，能借由变星的特性，测量出遥远天体的距离。这一种类的距离指标，足以测量邻近的距离，包括附近的星系，进而对其他现象进行测量。

天文学简介

射电天文学

射电天文学利用波长超过1毫米左右的电磁辐射进行观测。和其他类型的观测天文学领域不同的是，射电天文学所观测的无线电波可以视为波，而不是单独的光子，所以相对较短波长的辐射更容易测定波幅和相位。

尽管天体自身的热辐射也会发出无线电波，但是绝大部分的无线电波都是同步辐射所致，也就是电子在磁场中运动时发出的辐射，此外，还有星际气体所产生的某些谱线，也处于无线电波的波长范围内，特别是氢的21cm谱线。

可通过无线电波观测的天体包括超新星、星际气体、脉冲星和活动星系核等。

红外天文学

红外天文学通过红外辐射进行天文观测，此类辐射的波长比红光更长，位于人类肉眼的观测范围以外。红外天文学能最有效观测温度较低、无法发出可见光的天体，例如行星、星周盘及光线被尘埃遮蔽的星云等。红外辐射的波长较可见光长，所以可以穿透可见光所无法穿透的尘埃云，有助于研究分子云深处的年轻恒星和星系核。例如，广域红外线巡天探测卫星（WISE）已成功观测到多个银河系内的原恒星和这些恒星所在的星团。除了十分接近可见光的红外光以外，大部分红外辐射都会被地球大气层吸收；大气本身也会产生较强的红外辐射，进一步影响观测。因此，红外天文台都必须在海拔高、湿度低的地点建造，甚至是作为卫星发射到太空。某些分子在红外辐射范围有较强的谱线，这有助于研究天体的化学成分，如彗星所含的水。

可见光天文学

自远古起，人类便利用肉眼作可见光天文观测。最早的观测都是以图画记录下来。19世纪末，人们开始对天象进行摄影。现代天文摄影技术一般使用数码探测器，特别是感光耦合元件（CCD）。虽然可见光的波长范围大约在4000Å至7000Å（即400nm至700nm）之间，但可见光摄影设备也可以用来观测一部分的近紫外线和近红外线。

紫外线天文学

紫外线天文学利用波长在100至3200Å（10至320nm）间的紫外辐射进行观测。此类辐射会被地球大气层吸收，所以观测只能在大气上层或太空中进行。紫外线天文学最适合研究发射紫外线的高温蓝色恒星（OB星），包括银河系以外的蓝色恒星，以及行星状星云、超新星遗迹等等。不过，紫外线会被星际尘埃吸收，所以取得的数据必须再利用其它方法加以校准。

X射线天文学

X射线天文学在X射线范围观测天体。宇宙中的X射线来自于同步辐射（电子围绕磁场线旋转所发出的辐射）、温度高于1千万开尔文的稀薄气体发出的热辐射（见轫致辐射）以及温度高于1千万开尔文的稠密气体发出的热辐射（见黑体辐射）。发出X射线的天体有：X射线联星、脉冲星、超新星遗迹、椭圆星系、星系群及活动星系核等。由于X射线会被地球大气层吸收，所以X射线观测必须用高海拔气球、火箭或X射线天文卫星进行。

伽马射线天文学

伽马射线天文学所观测的是电磁波谱中波长最短的辐射。伽马射线可通过康普顿伽马射线天文台等卫星或大气切连科夫望远镜来观测，切连科夫望远镜不直接探测伽马射线，而是观测大气吸收伽马射线时所产生的可见光闪光。

伽马射线暴是突然发出伽马射线的天体，持续时间从几毫秒到几千秒不等，大部分伽马射线源都属于此类。只有一成的伽马射线源为持续性射源，这包括脉冲星、中子星及活动星系核等可能为黑洞的天体。

古代天文学观测

中国有悠久的天文学观测的传统。远在传说时代，就有世袭执掌天文的官吏，专门观测天象。以后历代沿续，设观星台、观象台、司天台、司天监、钦天监等机构，负责观测天象、推算历法。因此，中国文献中以日食、月食、恒星、彗星、太阳墨子等天象的观测与记录，都是世界上最早的和最完整的。中国古代天文学家制造的天文观测仪器有许多优点，其关键部件和原理至今仍被应用于现代大型天文观测仪器中。并以显示天体运行为契机，最先发明了报时的机械钟。此外中国独立发明了自己的历法农历。

日食发生的最早记录，在距今约4000年前的夏代。距今约3000年前的商代甲骨卜辞中，有日食、月食的确切记录。周代以及春秋战国以来的典籍中，更有日食、月食的诸多记录。

恒星的观测记录，也见于商代甲骨文中。《周礼》有冯相氏，“掌十有二岁、十有二月、十有二辰、十日、二十有八星之位”。战国时甘德著《星占》八卷，石申著《天文》八卷，后人合称为《甘石星经》，其中记载120颗恒星位置，是世界上最早的恒星表。古代天文学家把周天分三垣(太微、紫微、天市)二十八宿(东方青龙七宿——角、亢、氐、房、心、尾、箕。南方朱鸟七宿——井、鬼、柳、星、张、翼、轸。西方白虎七宿——奎、娄、胃、昴、毕、觜、参。北方玄武七宿——斗、牛、女、虚、危、室、壁)，用这种区域划分来确定天体和天象发生的位置。先秦时期中国先民绘制星图，留存至今最早的实物有五代时期出土的二块28宿星图刻石，其它著名的有宋代苏州石刻天文图及敦煌唐代星图。

对于哈雷彗星的观测记录，从公元前613年到20世纪初，中文载籍中共有31次记录，最早的一次在公元前1057年。对于太阳黑子的观测，最早见于约公元前4世纪甘德的《星占》。正史中关于太阳黑子的记录，始于公元前28年。至1638年，见于正史中的太阳黑子记录约百余例，散见于其它汉文载籍的记载可能更多。这些珍贵的资料，至今仍有重要的科学研究价值。

由于积累了历代天文观测的丰富知识，汉代天文学家明确提出宇宙结构理论“浑天说”。否定了先秦的“盖天说”。

为了准确地观测天体和天象的位置，汉代天文学家耿寿昌、贾逵等发明了以赤道为坐标系的天文观测仪器，汉文称为“浑仪”或“浑天仪”。

汉代天文学家张衡创制的“浑象”(也叫“浑天仪”)，是用来显示天象的仪器，类似现代的“天球仪”。它利用漏壶滴水发动齿轮，带动浑象绕轴旋转，可以将天象准确地显示出来。

机械钟的发明，始于显示天球旋转(即地球自转及公转)的天文仪器，为中国首先制作。公元725年，唐代天文学家一行高僧(张遂)与梁令瓒在“浑仪”和“浑象”的基础上，制成“浑天铜仪”。这是一架附有报时装置的天文仪器，注水激轮带运转，一方面显示日月运行情况，另一方面立二木人于地平之上，每一刻自然击鼓，每辰自然撞钟。其擒纵轮靠水力驱动。

公元1092年，宋代天文学家苏颂制造了更先进的“水运仪象台”，这实际是一座大型天文钟台，高35.65尺，宽21尺。台分三层，上层是浑仪，用来观测日月星辰的位置；中层是浑象，旋转并确显示天象；下层设木阁，木阁又分五层，每层有门，每到一定时刻，门中有木人出来报时。木阁后有漏壶和机械系统，驱动整个仪器。苏颂钟是人类在中世纪最卓越的机械制造，其原理于两个世纪后传入欧洲，导致机械钟在西方的发展。

此外，春秋以前被普遍用来测量日影长度的“圭表”，也是中国先民的一大发明。表为立竿，圭为卧尺，测日影长度，定冬至和夏至的日期以及回归年的长度。唐代一行等人最早实测了子午线的长度。

中国先民最早发现天然磁石和磁铁指南，并制作了“司南”和指南针。

中国先民很早就发明了历法。相传先秦有黄帝历、瑞顼历、夏历、殷历、周历、鲁历。合称“古六历”。夏历又称“夏正”，以正月为岁首。殷历又称“殷正”以12月为首。周历又称“周正”，以11月为岁首。秦用瑞顼历，以10月为岁首。汉以来，有太初历、三统历、四分历、乾象历、太明历、戍寅元历、大衍历、12气历、统天历、授时历、时宪历、天历等。这些历法当中，除北宋沈括创制的“12气历”和太平天国颁行的“天历”是阳历外，其它历法都是阴阳合历。直到今天，中国仍然习惯使用传统的阴阳合历，同时使用世界大多数国家通用的公历。

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