四、天文學的科學分支天文學是公認最古老的科學，但是近年來太空探測計劃及空間望遠鏡不斷有所進展，所以天文學也算是極為現代的一門科學。按照傳統的科學分類觀念，應該根據它所研究對象的差異來區分。但天文學的分支卻比較特殊，它基本上是按歷史發展和研究方法進行分類的。當然，最終也涉及它們的研究對象一^體。在天文學悠久的歷史中，隨研究方法的改進及發展，先后創立了天體測量學、天體力學和天體物理學。1．天體測量學這是天文學中最先發展起來的一個分支，主要任務是研究和測定天體的位置和運動，并建立基本參考坐標系和確定地面點的坐標。按照研究方法的不同，又分為下列二級分支。（1） 球面天文學為確定天體的位置及其變化，首先要研究天體投影在天球上的坐標表示方式，各坐標之間的相互關系及其修正，如地球運動和大氣折射所造成的位置誤差，這是球面天文學的研究任務。（2） 方位天文學對天體在宇宙空間的位置和運動的測定，則屬于方位天文學的研究內容，它是天體測量學的基礎。依據觀測所用的技術方法和發展順序，又可分為基本天體測量（精確測定天體的位置和自行，編制各種星表）；照相天體測量（運用照相技術測定天體的位置，其優點是可直接測定較暗的天體的位置，并在同一種底片上一次測定許多顆恒星）；射電天體測量（地面接收天體的無線電波并測量射電天體位置）；空間天體測量學（飛岀地球大氣層以外進行測量）。用上述方法把已經精確測定了位置的天體，作為天球上各個區域的標記，選定坐標軸的指向，在天球上確立一個基本的參考坐標系，用以研究天體在宇宙空間的位置和運動。（3）實用天文學以球面天文學為基礎，即以天體作為參考坐標，研究并測定地面點的坐標。其中包括測定原理的研究、測量儀器的構造和使用、觀測綱要的制定、測量結果的數據處理及其誤差改正等問題。根據不同需要，實用天文學又可分為①時間計量；②極移測量；③天文大地測量；④天文導航等。（4）天文地球動力學是從研究地球各種運動狀態和地殼運動而發展起來的一個次級分支。具體說，它是天體測量學與地學有關分支（如大地測量學、地球物理學、地質學和氣象學等）之間的邊緣學科。它的研究課題有地球自轉、極移的規律、板塊運動、固體潮、地球結構等。天體測量學的歷史可追溯到遠古時期。為了指示方向、確定時間和季節，古人先后創造出日晷和圭表。經過漫長歷史時期的進步，目前天體測量學的觀測手段，已從可見光發展到射電波段以及其它波段的觀測；在觀測方式上，已由測角擴展到測距；觀測所在地已由固定天文臺發展為流動站、全球性組網觀測和空間觀測；觀測精度己接近0."000級（測角）和厘米級（測距）；觀測的對象也在向暗星、星系、射電源和紅外源等方面擴展。現代天體測量學的內容越來越豐富，觀測精度越來越高。目前正在探索建立更理想的參考坐標系，它必將進一步推動天體測量學，尤其是天文地球動力學的研究和發展。2．天體力學天體力學是研究天體運動和天體形狀的科學。它以萬有引力定律為基礎，研究天體在萬有引力和其它力綜合作用下的運動規律、天體自轉和其它引力因素綜合作用所具有的形狀。根據研究的對象、范圍和方法，天體力學又可分為下列二級學科：（1）攝動理論研究多個質點在萬有引力相互作用下的運動規律，是天體力學的基本理論之一，即所謂"多體問題"。其中最簡單的一種是二體問題，目前討論最多、用途也最多的是三體問題。研究某天體的二體問題軌道在各種因素干擾下的規律，就叫做"攝動理論"。在太陽系內，有大行星運動理論、小行星運動理論、衛星運動理論等。（2）天體力學定性理論它并不具體求出天體運動軌道，而是從多體問題的運動方程出發，探討這些軌道的性質。（3）天體力學數值方法即天體力學中運動方程的數值解法，其主要任務是研究和改進已有的各種計算方法。近年來，電子計算機技術的迅速發展，為數值方法開辟了廣闊的前景，計算機可以直接快捷地計算出天體在任何時刻的具體位置，使以往大量天體力學的實際問題得以解決。天體力學數值方法屬于定量研究方法。（4）歷書天文學根據天體運動理論，從天體的觀測數據確定天體軌道參數，編制各種天體位置表、天文年歷以及推算各種天象。（5） 天體的形狀和自轉理論自轉運動同天體的形狀有密切關系，而天體的形狀對天體間的吸引力狀況又有影響。因此，自牛頓開創這一理論以來，它主要研究各種物態天體在自轉時的平衡狀態、穩定性以及自轉角速度和自轉軸的變化規律。近年來，利用空間探測技術得到了地球、月球和幾個大行星的形狀及引力場方面的大量數據，為進一步建立這些天體形狀和自轉理論提供了豐富的資料。（6） 天體動力學人造天體的出現，給天體力學增添了新的重要研究對象，在經典天體力學基礎上，又建立了人造天體的運動理論。人造天體包括各種人造地球衛星、月球火箭和各種行星際探測器。它們在發射時都需設計和確定軌道，這已成為現代天體力學的主要研究內容之一。因此，天體動力學是天體力學和星際航行學之間的邊緣學科。3．天體物理學天體物理學是運用物理學的技術、方法和理論，研究天體形態、結構、化學組成、物理狀態和演化規律的科學。它按照研究對象和研究方法的不同，又有下列分支學科：（1）太陽物理學太陽是離地球最近的一顆恒星，人們可以觀測它的表面細節。對太陽的研究，經歷了從研究它的內部結構、能量來源、化學組成和靜態表面結構，到使用多波段電磁輻射研究它的活動現象及其過程等階段。地球與太陽關系密切，對地球的研究，必須考慮日對地的影響。（2）太陽系物理學是研究太陽系內行星、衛星、彗星、流星等各種天體的物理狀況的科學。近年來，對彗星的研究以及對行星際物質的分布、密度、溫度和化學組成等方面的研究都取得了重要成果。由于行星際探測器的成功發射，人類關于太陽系其它行星的知識日新月異。（3）恒星物理學它的研究對象是恒星。銀河系有近2000億顆恒星，其物理狀態千差萬別，除普通恒星外，還有各式各樣的特殊恒星。如亮度呈周期性或不規則變化的變星，亮度突然增強的新星和超新星，密度極大的白矮星和中子星等。它們為研究恒星的形成和演化規律提供了豐富的案例。另外，一些特殊天體上的極端物理條件，是天體物理學家最感興趣而在地球上又無法建立"實驗室"。（4）星系天文學是研究星系的結構和演化規律的一個分支，包括對銀河系、河外星系以及星系團的研究。（5）高能天體物理學主要研究發生在宇宙天體上的高能現象和高能過程。宇宙中的高能現象和過程多種多樣，其研究對象有超新星、類星體、脈沖星、宇宙X射線、宇宙Y射線、星系核活動等。它是自20世紀60年代后逐漸發展并日益活躍起來的天體物理學中的一個新分支。（6） 恒星天文學它主要研究銀河系內恒星的分布和運動，以及銀河系的結構等。（7） 天體演化學研究各種天體以及天體系統的起源和演化，即它們在什么時候，從什么形態的物質，以什么方式形成的；形成后它們又怎樣演變（發展和衰亡）的。其研究內容有太陽系、恒星和星系的起源和演化。（8） 射電天文學它是通過觀測天體的無線電波來研究天文現象的一門學科。它以無線電接收技術為觀測手段，觀測對象遍及所有天體，從太陽系天體到銀河系，以及銀河系以外的各種觀測目標。（9） 空間天文學是在高層大氣和大氣外層空間區域進行天文觀測的一門學科。其優越性顯而易見，主要是它突破地球大氣層屏障，擴展了天文觀測波段，取得觀測來自外層空間整個電磁波譜的可能性。此外，還可直接獲取觀測天體的樣品，如從月球采集月巖等，開創了直接探索和研

究天體的新時代。空間天文學研究始于20世紀40年代，從發射探空氣球和探空火箭，到現在的人造地球衛星、登月飛船、行星際探測器、空間實驗室和太空望遠鏡，給空間天文學研究開辟了廣闊的前景。上述各天文學研究分支都不是絕對獨立的，它們之間存在著密切的聯系。例如，射電天文學研究太陽的無線電輻射，太陽物理也研究太陽的無線電輻射；恒星物理同天體演化及高能天體物理的研究內容也有許多交叉之處。因此，天文學各分支之間都有直接或間接的聯系。這里主要根據天文學發展史、研究方法來分類，其中也考慮到觀測手段和研究對象。目前，著名天文學家王綬琯院士對己有的天文學科分類重新做了分析和歸納，包括：理性工具分類、觀測工具分類和研究目標分類。見圖1.1在圖1.1中，理性工具分類為：①天體測量學，②天體力學，③理論天體物理學；觀測工具分類為：①光學天文實測手段②射電天文實測手段③空間天文實測手