天体

天体（astronomical object，亦称celestial object）是指存在于宇宙空间中的各种物质形式，是宇宙空间中各类星体的总称。根据天体的形成、演化及性质，可将其细分为恒星、行星、卫星、星团、星云及星系等。观测天体的方法及测量其距离的手段多种多样，包括但不限于视星等、三角视差及视向速度法等。

中国是世界上天文学发展最早的国家之一，早在四千多年前就有可考的文字星象记载。先民们通过观察日月等天体变化来确定时间、方向和历法。从古至今，中国的传统天象观测多应用于农业领域。司马迁的《史记·历书》中记载了以观测大火星昏见东方来确定一年起始的记述。当时的人们产生了“天人感应”的观念，《周易·系辞上》中有云：“天垂象，见吉凶，圣人象之。”意思是说天象可以预测个人的吉凶祸福或事件的成败。历代统治者对天文观测予以高度重视，并设立专门机构和官员以司其事。中国古人留下了世界上最早的关于太阳黑子、彗星、客星（新星或超新星）的记录。尽管以现代技术来看这些记录的精确度不够，但在当时已属难得。其中还不乏精度较高且在科学高度发达的今天仍具有应用价值的记录。

天体即宇宙空间中的物质存在形式，涵盖了星系、行星、卫星、恒星、星云、黑洞、彗星、流星体、星际气体及星际尘埃等自然物体。这些天体广泛分布于宇宙的不同区域，借助红外、紫外及X射线等观测手段，人类得以对其进行观测与研究。

史前时代

在史前时代（自人类出现至公元前4000年奴隶制产生前的原始社会时期），由于光污染较少，人们能够观测到极为暗淡的星光，包括部分深空天体。其中，银河星系作为最显著的深空天体之一，在当时并未被计入。同样，由“北斗七星”中大部分恒星组成的大熊座星团也未被考虑在内。然而，一些明亮的星团，如金牛座中的昴星团（M45）和毕星团，早在有记载的历史之前便已被人们所熟知。

古代天文学家的观测

• Aristotle（亚里斯多德）：约在公元前325年，对疏散星团M41进行了观测记录，该星团成为古代观测记录中的最暗天体。同时，他可能也观测到了天鹅座的M39。
• Aglaonice（阿格莱奥妮丝）：被誉为古希腊首位女天文学家，她能够预测月食的时间和大致区域，显示了其卓越的天文观测能力。
• Hipparchus（伊巴谷）：著名希腊天文学家，于公元前146年至127年在Rhodes进行观测，并编制了首份星表。他在公元前134年观测到天蝎座出现的“新星”，这一事件可能促使他编制了星表。
• Ptolemy（托勒密）：在其于公元127-151年编写的《天文学大成》（Almagest）中，列出了7个天体，其中部分天体继承自Hipparchus的观测成果。

望远镜的引入与深空天体的发现

• Galileo（伽利略）：1609年，伽利略将望远镜引入天文学领域，通过望远镜发现鬼星团（M44）实为星团而非星云。
• Nicholas-Claude Fabri de Peiresc（佩雷斯克）：于1610年发现了首个真正的星云——猎户星云M42，这也是首个通过望远镜发现的深空天体。
• Giovanni Battista Hodierna（乔瓦尼·巴蒂斯塔·霍迪尔纳）：编写了包含40个条目的星表，其中19个为真正的云雾状天体，该星表于1654年在Palermo发表。

梅西耶星表与深空天体的系统化研究

• Charles Messier（梅西耶）：1764年，Messier发现了M3，这是首个由他首先发现的深空天体。此后十多年间，他独自寻找星团和云雾状天体，共发现27个真正的深空天体。至1781年，他又发现了另外18个云雾状天体，使得他首先发现的天体总数达到43个。包括1764年发表的梅西耶星表，收录了103个天体，为深空天体的研究奠定了坚实基础。

赫歇耳家族的大规模观测

• William Herschel（威廉·赫歇耳）：德-英天文学家，因在1781年发现海王星而逐渐声名鹊起。他利用巨型望远镜在英国可见的天区内展开了大规模搜索，并分三步发表了包含2500多个天体的星表，其中大部分为真正的深空天体。
• Caroline Herschel（卡罗琳·赫歇耳）：William Herschel的妹妹，也是一位热情的观测者。她发现了Herschel星表中的许多星团和星云，并独立重新发现了M110和M48等天体。
• John Herschel（约翰·赫歇耳）：继承了父亲William Herschel的工作，在1833年出版的星表中增加了525个新条目（北天天体）。1834年，他抵达南非好望角，着重研究南天星空，并将观测到的南天云雾状天体编写成了一份包括1713个条目的星表，于1847年发表。

近现代的天文发现

• William Huggins（威廉·哈金斯）：于1860年代利用光谱分析术证实了某些星云实为气体云而非恒星，奠定了天体物质光谱分析的基础。
• Edwin Hubble（爱德温·哈勃）：在1920年代利用望远镜观测星系，发现星系实为类似于银河系的独立天体，将宇宙视为由无数个星系组成的“岛宇宙”。
• 詹姆斯·韦布空间望远镜：2021年12月25日发射升空，并于2022年7月12日正式公布了其拍摄的一批宇宙全彩色照片，包括船底座星云、南环星云等。2023年1月，该望远镜首次发现了一颗围绕恒星运行的系外行星LHS 475 b。

太阳

太阳是位于太阳系中心的恒星，占据太阳系总质量的约99.86%，是距离地球最近的星体。太阳以电磁波的形式向宇宙空间放射能量，到达地球的太阳辐射约占太阳辐射总量的二十二亿分之一。太阳的寿命从诞生到成长、衰老再到消逝，已存在约45亿年。

天体

行星

太阳系共有八大行星，按离太阳的距离从近到远依次为水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。根据2006年国际天文联合会发布的《行星的定义》，行星需满足在环绕太阳的轨道上运行、具有足够质量以克服刚体应力达到流体静力平衡的形状（近于球体）以及清空其轨道附近的近邻天体等条件。

卫星

太阳系中最大的天然卫星包括地球的卫星（月球）、木星的伽利略卫星（木卫一、木卫二、木卫三和木卫四）、土星的卫星泰坦以及海王星的卫星海卫一。多数卫星呈三轴椭球状，主要受其主行星的引力作用而绕主行星转动。人造地球卫星则指环绕地球飞行并在空间轨道运行一圈以上的无人航天器。

小行星与矮行星

• 小行星：围绕太阳公转的小型石质天体，直径通常在10米至1000公里之间，主要指内太阳系（木星轨道以内）的小天体。
• 矮行星：体积介于行星和小行星之间，围绕恒星运转，质量足以克服固体引力以达到流体静力平衡（近于圆球）形状，但未清空所在轨道上的其他天体，同时不是卫星。

彗星与流星体

• 彗星：太阳系中的一类小天体，由彗头和彗尾组成。彗头包括彗核、彗发和彗云三部分，彗尾则包括尘埃尾和离子尾两部分。主要成分为水，其次是二氧化碳。
• 流星体：太阳系中运行于行星际空间中的碎小天体。当流星体与地球相遇时，会以高速冲向地球，在大气中燃烧而形成流星。

行星际介质

行星际介质由充满太阳系的质量和能量组成，包括行星际尘埃、宇宙射线和来自太阳风的热等离子体。其温度和密度随与太阳距离的变化而变化，是波动的，并会受到磁场和日冕物质抛射等现象的影响。

银河系中的恒星与恒星集团

变星与双星

• 变星：亮度与电磁辐射不稳定的恒星，经常变化并伴随着其他物理变化。
• 双星：由两颗恒星组成的天体系统，相对于其他恒星来说位置非常靠近。双星及其原行星盘通常从同一个巨大的旋转星云中凝聚而成。

聚星与星团

• 聚星：由三颗至大约十颗恒星组成的天体系统，在彼此引力作用下运动。
• 星团：恒星数目超过10颗以上且相互之间存在物理联系（引力作用）的星群。根据恒星之间的距离和结构关系，星团可分为疏散星团和球状星团。

星云与星际介质

• 星云：包含了除行星和彗星外的几乎所有延展型天体。有时也将星系、各种星团及宇宙空间中各种类型的尘埃和气体称为星云。
• 星际介质：又称星际物质，是恒星之间含有大量弥漫气体云和微小固态粒子的区域。包含大量真空以及种类繁多的原子、分子和尘埃。

河外星系与宇宙演化物

河外星系

河外星系指位于银河系之外的恒星系统和星系系统，如双星系、多重星系、星系团和超星系团等。

宇宙演化物

• 脉冲星：高度磁化的旋转致密星，通常是中子星。由于密度大且具有短而规则的旋转周期，产生非常精确的脉冲间隔。
• 中子星：恒星演化到末期引发超新星爆炸后可能形成的少数终点之一。介于白矮星和黑洞之间。
• 黑洞：广义相对论所预言的时空曲率大于光速的天体。具有封闭的视界，外来物质和辐射可进入但视界内物质不能跑出。
• 类星体：宇宙中发光最强的活动星系核，其巨大能量来自中心超大质量黑洞吸积周围物质所释放的引力能。
• γ射线暴：来自天空中某一方向的伽玛射线强度在短时间内突然增强随后又迅速减弱的现象。持续时间在0.1-1000秒之间，辐射主要集中在0.1-100 MeV能段。

天体观测与测量

星等与坐标

• 视星等：表示天体明暗程度的天文学指标。按习惯规定，1等星比6等星亮100倍。
• 绝对星等：为比较恒星亮度的真实差异而规定在10pc（10秒差距）距离处比较的天体亮度。反映了天体的光度。
• 天球坐标系：包括地平坐标系、赤道坐标系和黄道坐标系等，用于描述天体在天球上的位置。

距离测量与质量测定

• 距离测量：地球上的观测者至天体的空间距离测量方法因天体类型而异。太阳系内天体可用三角测量法或向天体发射无线电脉冲/激光并接收回波的方法测定距离。太阳系外较近天体可用三角视差法测定距离，更远的天体则需用其他方法间接测定。
• 质量测定：天体的质量通过已知数据（如距离、公转周期等）和公式计算得出。牛顿的万有引力定律为计算天体质量提供了可能性。对于恒星，可通过观测和计算得到其光度，并利用质光关系求出质量。

密度测定与轨道测定

• 密度测定：应用万有引力定律测出天体质量后，结合天体半径或直径可求出其密度。
• 轨道测定：拉普拉斯、奥伯斯和高斯等人发表了轨道计算的分析方法。原则上这些方法都可用于人造卫星的轨道计算，但考虑到人造卫星运动的特点，发展了一些新方法。

形状理论

天体被视为不可压缩的流体，研究者通过力学分析和数学模型探讨天体在不同密度分布下的自转平衡形态及其稳定性。地球的形状理论研究最为深入，建立了旋转椭球体、三轴椭球体等模型。

自转理论

自转是天体绕自身轴线旋转运动的现象。自转方向、速率和轴线稳定性对天体的形态及其动力学过程有重要影响。地球的自转理论研究较为详细，包括地极移动、自转轴在空间取向的变化和自转速率的变化等。

相互影响

天体的自转和形状相互联系。自转产生离心力改变天体形状，同时天体形状的不均匀分布也可影响其自转运动。这方面的研究涉及天体内部物质分布、自由液面和自由物面等动力学现象。