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空間天文學(xué)是在高層大氣和大氣外層空間進(jìn)行天文觀測和研究的學(xué)科 [1]  。就觀測波段而言，空間天文學(xué)可分成多個分支：紅外天文學(xué)、紫外天文學(xué)、X射線天文學(xué)、γ射線天文學(xué)等?？臻g天文研究始于20世紀(jì)40年代，空間科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，給空間天文研究開辟了十分廣闊的前景。空間天文觀測可以克服地面天文觀測中存在的地面紫外光譜觀測無法進(jìn)行，地球大氣的非選擇性消光作用，紅外波段部分缺失等的缺陷，擴寬了天文觀測波段 [1]  。

中文名

空間天文學(xué)

外文名

Space Astronomy

借助工具

宇宙飛船、人造衛(wèi)星

觀測區(qū)域

高層大氣和大氣外層空間

分    支

紅外、紫外、X、γ射線天文學(xué)

目錄

1. 1 誕生和發(fā)展
2. 2 研究進(jìn)展
3. 3 分支

1. ? 紅外天文學(xué)
2. ? 紫外天文學(xué)
3. ? X射線天文學(xué)
4. ? γ射線天文學(xué)

1. 4 觀測的*性
2. 5 未來

誕生和發(fā)展

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在人造衛(wèi)星未上天以前，氣球和火箭作為空間探測的被用于天文學(xué)研究。 [2] 

人造衛(wèi)星和各種宇宙飛船的成功發(fā)射，對許多學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生了*的巨大推動作用，其中就包括天文學(xué)這門古老的學(xué)科。

由于地面天文觀測要受到地球大氣的各種效應(yīng)和復(fù)雜的地球運動等因素的嚴(yán)重影響，因此，其觀測精度和

空間天文學(xué)

觀測對象受到了許多限制，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代天文研究的要求。為了從根本上克服上述不利因素的影響，天文學(xué)的一門新分支學(xué)科，空間天文學(xué)伴隨著航天技術(shù)的迅速發(fā)展而誕生。

1957年10月4日世界上*顆人造地球衛(wèi)星上天，標(biāo)志著人類科學(xué)進(jìn)入了空間時代。美國于1960年發(fā)射了*顆天文衛(wèi)星“太陽輻射監(jiān)測衛(wèi)星1號”，對太陽進(jìn)行紫外線和X射線觀測。此后，世界各國又相繼發(fā)射了許多天文衛(wèi)星和用于天文研究的各種星際飛船，大大豐富和擴展了人類對宇宙和各類天文現(xiàn)象的認(rèn)識。

空間天文學(xué)的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個階段。初階段致力于探明地球的輻射環(huán)境和地球外層空間的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，這個時期的主要工作是發(fā)展空間科學(xué)工程技術(shù)；第二階段開始探索太陽、行星和星際空間；第三階段是從20世紀(jì)70年代起,開始探索銀河輻射源,并向河外源過渡。

研究進(jìn)展

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上世紀(jì)60年代前蘇聯(lián)和美國都研制和發(fā)射了專門探測太陽的衛(wèi)星和探測器，上世紀(jì)70年代合作進(jìn)行太陽探測達(dá)到高潮，對太陽的認(rèn)識取得了巨大成就。

1964年7月28日美國發(fā)射的“徘徊者”7號到達(dá)月球表面，發(fā)回了4300張清晰的月面照片，人們對月球的認(rèn)識達(dá)到一個新階段。

美國1962年發(fā)射的“水手”2號發(fā)現(xiàn)金星沒有磁場和輻射帶。美國發(fā)射的“麥哲倫”號金星探測器于1990年對金星表面進(jìn)行了詳細(xì)的測繪，測繪之細(xì)甚至超過了地球。

對火星的探測活動始于上世紀(jì)60年代前期，*世紀(jì)70年代達(dá)到了高峰。美國“水手”9號成為*顆人造火星衛(wèi)星，獲得了大量關(guān)于火星的資料，發(fā)回7000多張火星和其他衛(wèi)星的照片。各種資料表明，火星上不存在任何生命，也不具備生命發(fā)育和生長的基本條件。

美國于1973年發(fā)射的“水手”10號是一顆水星探測器，對水星進(jìn)行了幾次觀測。水星離太陽近，表面環(huán)境十分惡劣，上面的溫度達(dá)510℃，背日面低達(dá)-210℃。

木星、土星、海王星和天王星的觀測，在空間天文學(xué)上也取得了很多的研究成果。“旅行者”1號和2號探測器觀測到：木星有厚約30km、寬度約5800km的光環(huán)，共有16顆衛(wèi)星；土星有光環(huán)數(shù)以千計，可謂環(huán)中有環(huán)，多達(dá)18顆衛(wèi)星。“旅行者”2號發(fā)現(xiàn)天王星擁有15顆衛(wèi)星，發(fā)現(xiàn)海王星有5條光環(huán)，6顆衛(wèi)星等。

空間天文學(xué)對宇宙的觀測研究進(jìn)行得也相當(dāng)廣泛。探測對象包括宇宙星系、各種射電源、類星體、新星和超新星、黑洞、星際分子、宇宙背景輻射等。 [3] 

分支

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紅外天文學(xué)

紅外天文學(xué)是在電磁波紅外波段研究天體的學(xué)科。紅外波段包括波長0.7-1000微米的范圍，可分為三個區(qū)：近紅外區(qū)0.7-3微米、中紅外區(qū)3-30微米、遠(yuǎn)紅外區(qū)30-1000微米。

溫度4000攝氏度以下的天體，其主要輻射在紅外區(qū)，因此諸如紅*、原恒星、恒星延伸大氣中的塵埃包層、氣體星云和星際介質(zhì)都可以在紅外波段進(jìn)行觀測研究。

星際介質(zhì)對紅外光吸收較小，對掩埋在氣體和塵埃中的天體要用紅外波段進(jìn)行觀測。隨著半導(dǎo)體物理學(xué)的發(fā)展和軍事偵察的需要，出現(xiàn)高靈敏低熱噪聲的單元和陣列紅外檢測器，紅外天文學(xué)因此得到進(jìn)一步發(fā)展。 [1] 

紫外天文學(xué)

紫外天文學(xué)是在電磁波紫外波段研究天體的學(xué)科。

紫外波段介于可見光和X射線波段之間，紫外輻射受大氣吸收較為嚴(yán)重，人造衛(wèi)星發(fā)射成功后，紫外天文探測有了新的飛躍。 [4] 

后續(xù)由于使用了裝載在軌道太陽觀測臺衛(wèi)星上的掃描式紫外分光光譜儀，獲得*豐富的紫外發(fā)射線光譜資料。這些資料具有*的空間分辨率，對色球-日冕過渡層的物態(tài)研究頗有價值。

X射線天文學(xué)

通過X射線波段來研究天體的學(xué)科稱為X射線天文學(xué)。

宇宙中某些天體發(fā)出X射線，在傳向地球時受地球大氣嚴(yán)重阻礙。因此，雖然X射線探測器在20世紀(jì)40年代就已經(jīng)開始，而成為獨立學(xué)科，則遲至人造地球衛(wèi)星上天后才做到。

X射線天文學(xué)從誕生時起，在短短20多年時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)了*的一批新型天體，獲得了光學(xué)天文學(xué)和射電天文學(xué)不能得到的天體信息。X射線天文學(xué)以其自身特點站穩(wěn)了在空間天文學(xué)中的重要地位。 [1] 

γ射線天文學(xué)

γ射線天文學(xué)是接收從宇宙中來的波長短于X射線的電磁輻射來研究天體的一門學(xué)科。

γ射線被地球大氣嚴(yán)重吸收，只能利用高空氣球、火箭和衛(wèi)星來進(jìn)行探測。

γ射線天文學(xué)概念雖比X射線天文學(xué)提出更早，但其進(jìn)展反而落后于X射線天文學(xué)。其原因是宇宙γ射線的探測更難：探測的γ射線流量極低，對儀器要求很高。但是，γ射線的譜線具有較大的物質(zhì)貫穿力，能夠提供宇宙中具體的核過程信息，使我們能夠探測更遠(yuǎn)的宇宙。

主要的γ射線天文衛(wèi)星有康普頓γ射線空間望遠(yuǎn)鏡、BeppoSAX衛(wèi)星、高能暫現(xiàn)源探索衛(wèi)星。 [5] 

觀測的*性

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在高層大氣和大氣外層空間開展的天文觀測有地面天文觀測*的*性。

在地面進(jìn)行天文觀測，由于大氣中臭氧、氧、氮分子等對紫外線的強烈吸收，地面紫外光譜觀測無法進(jìn)行；由于水汽和二氧化碳分子等的振動帶、轉(zhuǎn)動帶對光譜所造成的強烈吸收，紅外波段只有為數(shù)很少的幾個觀測波段。而且在射電波段上，短波被低層大氣中的水汽吸收，長波輻射被電離層反射回空間，同時分子散射造成地球大氣的非選擇性消光作用。

空間天文觀測基本不受上述因素的影響，并且減輕或免除地球大氣湍流造成的光線抖動，提高了儀器的分辨本領(lǐng)。 [1] 

未來

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空間天文學(xué)的獨*獻(xiàn)，特別是20世紀(jì)70年代的一些重要發(fā)現(xiàn),對天文學(xué)產(chǎn)生了巨大影響，從而使人類對太陽系、銀河系、恒星演化、行星際和星系際空間等領(lǐng)域的了解發(fā)生深刻變化 [1]  。

空間科學(xué)技術(shù)，特別是空間天文的實驗方法處于不斷完善之中。新技術(shù)、新方法、新原理不斷出現(xiàn)，使得年輕的天文學(xué)分支學(xué)科空間天文學(xué)是較活躍的。

一系列當(dāng)代高能天體物理中的重大問題──新合成核存在的直接證實、元素合成理論、黑洞的尋找、宇宙線的起源以及宇宙學(xué)中的某些問題都有待空間天文學(xué)去解決。

在統(tǒng)計學(xué)上，由于變量含有誤差，而使函數(shù)受其影響也含有誤差，稱之為誤差傳播。闡述這種關(guān)系的定律稱為誤差傳播定律。

誤差傳播定律：闡述觀測值中誤差與觀測值函數(shù)中誤差之間關(guān)系的定律。

誤差傳播定律包括線性函數(shù)的誤差傳播定律、非線性函數(shù)的誤差傳播定律。

中文名

誤差傳播定律

外文名

Law of propagation of error

領(lǐng)    域

統(tǒng)計學(xué)

原    因

變量含有誤差

常用于解決

測繪問題

分    類

倍數(shù)函數(shù)的中誤差等

目錄

1. 1 誤差簡介
2. 2 測量學(xué)誤差
3. 3 分類
4. 4 應(yīng)用誤差步驟

誤差簡介

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人們以任一未知量直接觀測值的中誤差,作為衡觀測值精度的標(biāo)準(zhǔn)。但在實際工作中,某些未知量不可能或不便于直接進(jìn)行觀測,而需要由另外一些量的直接觀測值根據(jù)一定的函數(shù)關(guān)系計算出來。由于獨立觀測值不可避免地包含有誤差,導(dǎo)致獨立觀測值的函數(shù)也必然存在誤差。顯然獨立觀測值的中誤差和函數(shù)中誤差必定存在某些關(guān)系,闡述這種關(guān)系的定律稱為誤差傳播定律 [1]  。

當(dāng)只有一個獨立的觀測值時,和函數(shù)與倍數(shù)函數(shù)運用誤差傳播定律不會出現(xiàn)悖論;如果在測量工作中有多余的直接觀測值,就需用平差后的間接觀測值按協(xié)方差傳播律來計算,這樣數(shù)學(xué)中相等的函數(shù)關(guān)系才能得到同樣的函數(shù)中誤差結(jié)果 [2]  。

測量學(xué)誤差

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測量學(xué)誤差傳播定律是測繪科學(xué)基本的、簡單的定律，但作用較大，比如測量規(guī)范中，水平角觀測的限差確定，導(dǎo)線閉合差的限差確定，水準(zhǔn)測量線路的限差確定，等等，都可以利用誤差傳播定律做到。此外，研究誤差傳播定律，還可以較好地解決一些測繪問題或解決較難的測繪問題，豐富和發(fā)展測量學(xué)教材誤差理論，因此，盡管我們在誤差傳播定律方面取得了可喜的成果，仍然需要進(jìn)一步研究 [3]  。

分類

編輯

倍數(shù)函數(shù)的中誤差

倍數(shù)函數(shù)：Z=KX

則有：

觀測值與常數(shù)乘積的中誤差，等于觀測值中誤差乘常數(shù)。

和(差)函數(shù)的中誤差

和(差)函數(shù)：Z=X1±X2且X1、X2獨立，則有mz^2=mx1^2+mx2^2

兩觀測值代數(shù)和的中誤差平方，等于兩觀測值中誤差的平方和。

當(dāng)Z是一組觀測值X1、X2……Xn代數(shù)和(差)的函數(shù)時，即Z=X1±X2±...±Xn

Z的中誤差的平方為mz^2=mx1^2+mx2^2+...+mxn^2

n個觀測值代數(shù)和(差)的中誤差平方，等于n個觀測值中誤差平方之和。

在同精度觀測時，觀測值代數(shù)和(差)的中誤差，與觀測值個數(shù)n的平方根成正比，即mz=m·（n）^1/2

線性函數(shù)

線性函數(shù)Z=K1X1±K2X2±...±KnXn

則有mz=±[(k1m1)^2+(k2m2)^2+...+(knmn)^2]^1/2

一般函數(shù)的中誤差

一般函數(shù)：Z=f(X1,X2,...,Xn)

則有mz^2=(?f/?X1)^2m1^2+(?f/?X2)^2m2^2+...+(?f/?Xn)^2mn^2

應(yīng)用誤差步驟

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1. 列出觀測值函數(shù)的表達(dá)式

Z=f(x1,x2,...xn)

2.對函數(shù)Z進(jìn)行全微分

Δz=(?f/?x1)Δx1+(?f/?x2)Δx2+...+(?f/?xn)Δxn

3.寫出函數(shù)中誤差與觀測值中誤差之間的關(guān)系式

mz^2=(?f/?X1)^2m1^2+(?f/?X2)^2m2^2+...+(?f/?Xn)^2mn^2

4.計算觀測值函數(shù)中誤差