航空气象学论文

天文历史

天文学的起源可以追溯到人类文化的萌芽时代。在古代，为了指示方向，确定时间和季节，人们观察太阳、月亮和星星，确定它们的位置，找出它们的变化规律，并据此编制历法。从这个角度来看，天文学是最古老的自然科学学科之一。

在古代，人们通过肉眼观察太阳、月亮和星星来确定时间和方向，制作历法，指导农业生产，这是天体测量的最早开端。早期天文学的内容本质上是天体测量。自16世纪中叶哥白尼提出日心说以来，天文学的发展进入了一个新的阶段。此前，包括天文学在内的自然科学受到宗教神学的严重束缚。哥白尼的理论把天文学从宗教的束缚中解放出来，在接下来的一个半世纪里，从主要描述天体位置和运动的经典天体测量发展到寻求引起这种运动的机械机制的天体力学。

18、19世纪，经典天体力学达到顶峰。同时，由于亚光学、测光学和摄影术的广泛应用，天文学开始朝着深入研究天体的物理结构和过程的方向发展，天体物理学诞生了。

现代物理学和技术在20世纪迅速发展，在天文观测和研究中找到了广泛的应用，使天体物理学成为天文学中的主流学科，同时促进了经典天体力学和天体测量学的新发展，人们对宇宙和宇宙中各种天体及天文现象的认识达到了前所未有的深度和广度。

天文学本质上是一门观测科学。天文学的所有发现和研究成果都离不开天文观测工具——望远镜及其后端接收设备。在17世纪之前，人们已经制造了许多天文观测仪器，如中国的浑仪和简易仪器，但观测工作只能依靠肉眼。1608年，荷兰人利波尔赛发明了望远镜。1609年，伽利略制造了第一台天文望远镜，并取得了许多重要发现。从此，天文学进入了使用望远镜的时代。此后，人们不断改进望远镜的性能，以便观测更暗的天体，获得更高的分辨率。1932年，美国人扬斯基用他的旋转天线阵观测到来自天体的无线电波，开创了射电天文学。第一台抛物面反射镜射电望远镜诞生于1937年。之后，随着射电望远镜在口径、接收波长、灵敏度等方面性能的不断扩大和提高，射电天文观测技术为天文学的发展做出了重要贡献。20世纪最后50年，随着探测器和空间技术的发展以及研究工作的深入，天文观测进一步从可见光和射电波段扩展到包括红外、紫外、X射线、γ射线在内的电磁波波段，形成了多波段天文学，为探索各种天体的物理本质和天文现象提供了强有力的观测手段，天文学发展到了一个全新的阶段。至于望远镜后端的接收设备，19世纪中期，照相术、光谱学和测光术被广泛应用于天文观测，极大地促进了对天体运动、结构、化学成分和物理状态的探索。可以说，天体物理学是在这些技术得到应用之后，逐渐发展成为天文学的主流学科。

人类早就想在太空中游泳了。1903年，人类开辟了地球上第一个月球公园。你可以花50美分登上一辆雪茄形状的有翼汽车，然后车身剧烈摇晃，最后登上一个月球模型。

同年，莱特兄弟在空中咣当了59秒，而一位名叫康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基(Konstantin Ziolkowski)的自学成才的俄罗斯人发表了一篇题为《用反应仪器探索太空》的文章。他在文章中计算出，导弹必须以每小时1.8万英里的速度飞行，才能克服地球引力。他还建议建造一个液体驱动的多级火箭。

在20世纪50年代，有一个公认的基本观点，即哪个国家最先成功建立永久空间站，迟早会控制整个地球。韦恩赫·冯·布劳恩向美国人描述了洲际导弹、潜艇导弹、太空镜和可能的月球之旅。他曾经设想建立一个频繁载人、能够发射核导弹的空间站。他说:“如果我们考虑到空间站飞过地球上所有有人居住的地区，那么人们可以意识到，这种核战争技术将使卫星制造商在战争中占据绝对优势。

1961年，加加林成为第一个进入太空的人。俄罗斯人用他来表明，在天上飞来飞去的不是天使，也不是上帝。约翰·肯尼迪在美国的竞选口号是“新边疆”。他解释说:“我们再次生活在一个充满发现的时代。太空是我们不可估量的新边疆。”对肯尼迪来说，苏联首次进入太空是“美国多年来经历的最痛苦的失败”。唯一的出路就是进攻和防守。1958年，美国成立国家航空航天局，同年发射第一颗卫星“探索者”。1962年，约翰·格伦成为第一个进入地球轨道的美国人。

许多科学家对危险的载人航天飞行持怀疑态度，他们更喜欢用飞机探索太阳系。

当时美国人实现了一项突破:三名宇航员乘坐阿波罗飞船绕月飞行。在这种背景下，定于6月1969+10月的两个载人飞船的首次对接具有特殊的意义。

上世纪80年代，苏联第三代空间站“和平”号达到了其航天活动的巅峰，令美国人眼红。被称为“人造天宫”的“和平”号于1986年2月20日发射升空。是人类唯一能在近地空间长期运行的载人航天轨道站。与量子1、量子2、水晶、光谱、自然等相应的舱体形成一个重量为140吨、工作容积为400立方米的巨大空间轨道复合体。在这个“小型航天工厂”里接受过考察的俄罗斯和外国航天员有106人，科研项目多达22000个，重点项目600个。

在“和平”号上进行的最吸引人的实验是延长人在太空的停留时间。延长人在太空的停留时间，是人飞出摇篮地球，向火星等天体进军的最关键一步。要解决这个问题，需要克服失重、宇宙辐射和人在太空中产生的心理障碍。俄罗斯宇航员在这方面取得了巨大进步，其中宇航员波利亚科夫创造了“和平”号单人连续飞行438天的纪录，这不能不被视为20世纪航天史上的重要成就。在轨道站上进行了大量的培育鹌鹑、蝾螈、种植小麦等生命科学实验。

如果把和平号空间站看作人类第三代空间站，国际空间站属于第四代空间站。国际空间站项目耗资600多亿美元，是人类迄今为止最大的载人航天工程。从最初的构想到最后的实施，既是美苏竞争的产物，也是当前美俄合作的结果，从侧面反映了一个历史过程。

国际空间站计划的实施分为三个阶段。从1994开始的第一阶段已经完成。在此期间，美国和俄罗斯主要开展了一系列联合载人航天活动。美国航天飞机8次与俄罗斯“和平”号轨道站对接，一起飞行，锻炼了美国宇航员在空间站生活和工作的能力。第二阶段从6月1998+065438+10月开始:俄罗斯用质子-K火箭将空间站的主舱——功能货运舱送入轨道。它还承担一些军事实验，因此该舱只允许美国宇航员使用。实验舱的发射和对接将标志着第二阶段的结束，届时空间站已初具规模，可长期容纳3名宇航员；第三阶段是将美国的生活舱、欧洲航天局和日本制造的实验舱以及加拿大的移动服务系统送入太空。当这些舱与空间站对接后，标志着国际空间站组装的最终完成。此时，空间站上的宇航员人数可以增加到7名。

美国、俄罗斯等15个国家共建国际空间站，标志着一个各国共同探索、和平开发太空的时代即将到来。然而，几十年来载人航天活动的成就远远不能满足他们对太空的渴望。“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。”人类一直有征服太空的愿望，也有和平利用太空资源的决心。1998 165438+10月，77岁的美国首位进入地球轨道的宇航员格伦，带着他矢志不渝的雄心再次踏上了太空之旅，似乎在告诉人类，以这样的速度征服太空不是梦。

[编辑此段]天文学概述

天文学不同于气象学。它的研究对象是地球大气层外的各种天体的性质和发生在天体上的各种现象——天象，而气象学的研究对象是发生在地球大气层内的各种现象——气象学。

天文学研究的是太空中的各种天体，大到月球、太阳、行星、恒星、银河系以外的星系乃至整个宇宙，小到小行星、流星体，甚至分布在浩瀚太空中的大大小小的尘埃粒子。天文学家把所有这些物体称为天体。地球也是天体，但天文学只研究地球的一般性质，一般不讨论其细节。此外，卫星、飞船、空间站等人造飞行器的运动性质也属于天文学的研究范围，可称为人造天体。

宇宙中的天体从近到远可以分为几个层次:(1)太阳系天体:包括太阳、行星(包括地球)、行星的卫星(包括月球)、小行星、彗星、流星体和行星际介质。(2)银河系中的各种恒星和星群:包括变星、双星、多星、星团、星云和星际介质。(3)河外星系，简称星系，是指位于我们银河系之外、与我们相似的巨大恒星系统，以及由星系组成的较大天体群，如双星系、多星系、星系团、超星系团等。此外，还有星系间介质分布在星系之间。

天文学也从整体上探索整个宇宙的起源、结构、演化和未来结局，这是天文学的一个分支——宇宙学的研究内容。天文学根据研究的内容也可以分为天体测量学、天体力学和天体物理学。

天文学永远是哲学的先导，永远处于争论的风口浪尖。天文学作为一门基础研究学科，在许多方面与人类社会密切相关。时间的严格规律，昼夜的交替，季节的变化，都必须用天文方法来确定。人类已经进入太空时代，天文学在各种太空探索的成功中发挥着不可替代的作用。天文学也为人类和地球的防灾减灾做出了自己的贡献。天文学家也会密切关注灾难性的天文事件，比如彗星可能与地球相撞，及时预防，做出相应的应对措施。

[编辑此段]太阳系

(注:2006年8月24日在布拉格举行的第26届国际天文学联合会通过的第5号决议中，冥王星被列为矮行星，命名为小行星134340，并从太阳系九大行星中剔除。所以现在太阳系只有八颗行星。本文中所有提到“九大行星”的地方都改成了“八大行星”。)

太阳系由太阳、八大行星、66颗卫星和无数小行星、彗星和陨石组成。

行星离太阳的顺序是:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。

靠近太阳的水星、金星、地球和火星称为类地行星。航天器已经全部探测到并登陆火星和金星，取得了重要成果。它们的特点是密度高(大于3.0g/cm3)，体积小，自转慢，卫星少，主要由石头和铁组成，内部主要是硅酸盐，外壳坚固。

距离太阳较远的木星、土星、天王星和海王星称为类木行星。宇宙飞船也探测到了它们，但是它们没有着陆。它们都有厚厚的大气层，主要由氢、氦、冰、甲烷、氨等组成。它们的质量和半径比地球大得多，但密度低，表面特征难以理解。一般来说，它们都有类似类地行星的固体内核。

火星和木星之间有100000多颗小行星(即由岩石组成的不规则小恒星)。据推测，它们可能是由位于火星和木星之间的一颗行星的碎片形成的，或者是一些岩石碎片未能积累成统一的行星。陨石存在于行星之间，由石头或铁构成。

恒星、距离(AU)、半径(地球)、质量(地球)、轨道倾角(度)、轨道偏心率、倾角和密度(g/cm3)。

太阳，0，109，332，800，-，-，-，1.410。

水之星，0.39，0.38，0.05，7，0.2056，0.1，5.43。

金星，0.72，0.95，0.89，3.394，0.0068，177.4，5.25。

地球，1.0，1.00，1.00，0.000，0.0167，23.45，5.52。

火星，1.5，0.53，0.11，1.850，0.0934，25.19，3.95。

木兴，5.2，11.0，318，1.308，0.0483，3.12，1.33。

地球卫星，9.5，9.5，95，2.488，0.0560，26.73，0.69。

天王星，19.2，4.0，17，0.774，0.041，97.86，1.29

海王，30.1，3.9，17，1.774，0.0097，29.56，1.64

行星与太阳的距离是有规律的，即从离太阳近到远计算，行星与太阳的距离(用a表示)为a=0.4+0.3*2n-2(天文单位)，其中n代表从近到远的第n颗行星(详见上表)。地球、火星、木星、土星、天王星、海王星的自转周期约为12小时到一天。除了水星和金星，其他所有的行星都有卫星围绕它们运行，形成了一个卫星系统。

在太阳系中，已经发现了1600多颗彗星，其中大约一半以相同的方向围绕太阳旋转，另一半以相反的方向。彗星绕太阳运行时会出现奇怪的形状变化。太阳系中还有大量大大小小的流星体，有些是成群的，是彗星解体的产物。大的流星体落到地面就变成了陨石。太阳系是银河系极小的一部分，太阳只是银河系数千亿颗恒星中的一颗，距离银河系中心大约有八千五百秒差距，也就是不到三万光年。太阳带着整个太阳系绕着银河系中心转。可见，太阳系不在宇宙中心，也不在银河系中心。太阳是50亿年前星际云坍缩后由一小片云坍缩而成，寿命约为654.38+00亿年。

[编辑此段]太空飞行

宇宙是浩瀚的宇宙空间以及存在于其中的各种天体和弥散物质的总称。宇宙是一个物质世界，它处于不断的运动和发展之中。几千年来，科学家们一直在探索宇宙是何时以及如何形成的。直到今天，科学家们都确信宇宙是由大约6543.8+0.5亿年前的一次大爆炸形成的。爆炸前，宇宙中所有的物质和能量聚集在一起，凝聚成一个非常小的体积，温度极高，密度极大，然后发生大爆炸。大爆炸使物质分散，空间膨胀，温度相应下降。后来宇宙中出现的所有星系、恒星、行星甚至生命，都是在这个不断膨胀冷却的过程中逐渐形成的。然而，大爆炸产生宇宙的理论并不能准确解释“储存的物质和能量聚集在一点”之前存在的东西。宇宙大爆炸理论是伽莫夫在1946年创立的。

大爆炸理论

(大爆炸宇宙学)是现代宇宙学中最有影响力的理论，也被称为大爆炸宇宙学。与其他宇宙模型相比，它能解释更多的观测事实。它的主要观点是，我们的宇宙曾经有过从热到冷的进化史。在此期间，宇宙系统不是静止的，而是不断膨胀的，使得物质的密度从稠密演化到稀疏。这个由热到冷，由密到稀的过程，就像一次巨大的爆炸。根据宇宙大爆炸的宇宙学，宇宙大爆炸的全过程是在宇宙早期，温度极高，在1000亿度以上。物质的密度也相当大，整个宇宙系统处于平衡状态。宇宙中只有一些基本粒子，比如中子、质子、电子、光子、中微子。但是因为整个系统在膨胀，温度下降很快。当温度下降到大约100亿度时，中子开始失去自由存在的条件，它们或者衰变，或者与质子结合形成重氢、氦等元素。正是从这个时期开始，化学元素开始形成。当温度进一步下降到654.38+000万度时，形成化学元素的早期过程结束(见元素合成论)。宇宙中的物质主要是质子、电子、光子和一些较轻的原子核。当温度降到几千度时，辐射减少，宇宙主要是气态物质。气体逐渐凝结成气体云，然后进一步形成各种恒星系统，成为我们今天看到的宇宙。大爆炸模型可以统一解释以下观察事实:

(1)大爆炸理论认为，所有的恒星都是在气温下降后诞生的，所以任何天体的年龄都应该比气温下降到今天的时期短，也就是不到200亿年。对各种天体年龄的测量证明了这一点。

(2)观测到河外天体有系统性的谱线红移，红移大致与距离成正比。如果用多普勒效应来解释，那么红移就是宇宙膨胀的反映。

(3)氦在各种天体中都很丰富，大部分都是30%。恒星核反应的机制不足以解释为什么会有这么多氦。根据宇宙大爆炸理论，早期的温度很高，产生氦的效率也很高，可以解释这个事实。

(4)根据宇宙的膨胀速度和氦丰度，我们可以计算出各个历史时期宇宙的温度。宇宙大爆炸理论的创始人之一加莫夫预言，今天的宇宙已经很冷了，绝对温度只有几度。1965在微波波段探测到具有热辐射谱的微波背景辐射，温度约为3K。