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簡述西方天文學發(fā)展史

簡述西方天文學發(fā)展史

摘要：

翻開人類文明史的第一頁，天文學就占有顯著的地位。巴比倫的泥碑，埃及的金字塔，都是歷史的見證。

幾千年來，在人類社會文明的進程中，天文學的研究范疇和天文的概念都有很大的發(fā)展。為了方便人們的理解，本文將著重簡述西方天文的發(fā)展史。本文將在引言里首先介紹一下天文的含義以及天文學產(chǎn)生的原因。然后在第一節(jié)講述兩河流域、古埃及和印度在天文方面的成就。本文的第二節(jié)會講述古希臘、羅馬時代的天文發(fā)展。而后就是近代科學時期天文學的一次飛躍。本文將通過對天文學的敘述來對照當前天文研究的形勢，希望借此探討天文學發(fā)展的規(guī)律，并強調(diào)說明一次新的飛躍正近在眼前。

我不準備、也不可能用這篇短文囊括天文學悠久的歷史和豐富的內(nèi)容，而只是對它的發(fā)展、現(xiàn)狀和趨向作一個概括性的描述。

關鍵詞：天文發(fā)展史、天文學、宇宙、亞里士多德、托勒密、哥白尼、太陽中心說、行星 、近代天文、現(xiàn)代天文

目錄：

引言

第一章：古代天文

第一節(jié)：兩河流域、古埃及和印度的天文發(fā)展

第二節(jié) ：古希臘、羅馬時代的天文發(fā)展

第二章：近代天文

第一節(jié) ：近代前期和第一次技術(shù)革命時期的天文發(fā)展

第二節(jié)：近代后期和第二次技術(shù)革命時期的天文發(fā)展

第三章：現(xiàn)代天文

引言

天文學是研究宇宙空間天體、宇宙的結(jié)構(gòu)和發(fā)展的學科。內(nèi)容包括天體的構(gòu)造、性質(zhì)和運行規(guī)律等。主要通過觀測天體發(fā)射到地球的輻射，發(fā)現(xiàn)并測量它們的位置、探索它們的運動規(guī)律、研究它們的物理性質(zhì)、化學組成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、能量來源及其演化規(guī)律。

恩格斯在《自然辯證法》中指出：“首先是天文學──單單為了定季節(jié)，游牧民族和農(nóng)業(yè)民族就絕對需要它。”古代的天文學家測量太陽、 月亮、 星星在天空的位置，研究它們的位置隨著時間變化的規(guī)律、從而為農(nóng)，牧業(yè)生產(chǎn)的需要確立了時間、節(jié)氣和歷法。

天文學的研究對于我們的生活有很大的實際意義，如授時、編制歷法、測定方位等。天文學的發(fā)展對于人類的自然觀有很大的影響。哥白尼的日心說曾經(jīng)使自然科學從神學中解放出來；康德和拉普拉斯關于太陽系起源的星云說，在十八世紀形而上學的自然觀上打開了第一個缺口。

天文學的一個重大課題是各類天體的起源和演化。天文學的主要研究方法是觀測，不斷的創(chuàng)造和改良觀測手段，也就成了天文學家們不懈努力的一個課題。天文學和其他學科一樣，都隨時同許多鄰近科學互相借鑒，互相滲透。天文觀測手段的每一次發(fā)展，又都給應用科學帶來了有益的東西。

而古代的天文發(fā)展是隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展而出現(xiàn)，人們逐漸意識到掌握季節(jié)的重要，而季節(jié)的變化又與天文現(xiàn)象有關，于是便開始了意識地觀察天象，最初的天文學就這樣開始了。

正文

第一章   古代天文

第一節(jié)  兩河流域、古埃及和印度的天文發(fā)展

大約在公元前3000年，兩河流域（幼發(fā)拉底河和底格里斯河流域）、古埃及和印度這三個地區(qū)創(chuàng)造了燦爛的古代文化，他們在天文學方面取得了一系列的成果。

（1）在兩河流域：

人們以月亮盈虧的周期來定月, 這個周期為日，因此他們把一個月定為29日或30日，大小相間；一年定為12個月，即354日。由于這個數(shù)值比實際數(shù)值小，所以每隔幾年就要加上一個閏月。他們好把7天定為一周，又把一天分為12小時，每小時60分，每分60秒。今天，除了一天分為12小時的說法不妥外，其他計時法全部被沿用至今日。還有就是兩河流域的版泥書中記載了令后人驚訝的觀測數(shù)據(jù)。如：土星的會合周期為日；木星的會合周期為日等等，誤差僅在1%以下。

（2） 在古埃及：

馬克思說：“計算尼羅河水漲落期的需要，產(chǎn)生了埃及的天文學?！?/span> 由于尼羅河與人們的生活緊密聯(lián)系在一起，該地人們發(fā)現(xiàn)：每當天狼星與太陽同時在地平線上升起時，尼羅河汛期就要到來。這樣，他們就把尼羅河開始泛濫這一天定為一年的開始，并規(guī)定一年為12個月，每月30天，年終再加5日，即一年為365日。

（3） 在印度：

在公元前9—8世紀間，即吠陀時代，人們已掌握了一些天文歷法知識，如他們把一年定為360日，一年又分12個月等等。

第二節(jié)   古希臘、羅馬時代的天文發(fā)展

在古希臘、羅馬時代，天文學又有了新的發(fā)現(xiàn)和進步。

在公元前6—3這段時間內(nèi)，是愛奧尼亞時期的自然哲學，他們追求自然科學與哲學融為一體。出現(xiàn)了米利都學派、畢達哥拉斯學派和德謨克利特學派。而每個學派對天文方面的理解也不盡相同。

在米利都學派里，被譽為“科學之父”的泰勒斯認為：地是在空中，沒有什么東西支撐它。月亮并不是本身發(fā)光，而是反射太陽的光；太陽和大地是一樣的，是一團絕對純粹的火。而他預測公元前585年5月28日將出現(xiàn)日全食，后被證實。

在畢達哥拉斯學派里，他們試圖建立宇宙論他們從數(shù)學觀點來思考宇宙結(jié)構(gòu)形狀。在他們看來，圓球形是最完美的立體幾何形狀，因此宇宙必定是球形的，宇宙以地球為中心，地球也是球形的；他們還認為，天體運動是和諧的，是以勻速作圓周運動。畢達哥拉斯學派關于天體運動的和諧性，對文藝復興后的天文學家哥白尼和開卜勒影響很大。

德謨克利特學派也稱原子論學派，他們認為：萬物的本原是原子和虛空，無限的宇宙中包含著無限的原子和無限的虛空，其中不包含任何的物質(zhì)。

大約從公元前480—公元前330年。這段時間為雅典時期的自然哲學——自然哲學向經(jīng)驗自然科學的轉(zhuǎn)變，在這一時期，亞里士多德是這派的代表人物。

在天文上，亞里士多德認為：宇宙是一個有限大的圓球體，而地球則處于宇宙的中心。宇宙中央部份由四種原素所組成，它們分別是泥土(Earth)、空氣 (Air)、火 (Fire) 和水 (Water)。在亞里士多德的物理學中，四種原素都有各自的「恰當位置」(Proper Places) ，而「恰當位置」則由原素的重量所決定。每種原素均自然地以直線 - 泥土向下而火向上 - 移向自己的「恰當位置」，然后停下來。故此地球上的運動都是直線進行和終會停止的。相反，天空上的物體則無休止地循復雜的圓形軌道運動，并由第五種原素 - 「以太」(ether) - 所構(gòu)成。由于「以太」的超然地位，除了在運動中的位置改變外，「以太」是永恒不變的。另外，亞里士多德又認為較重物體的下墜速度會比較輕物體的快，這個錯誤觀點要俟到十六世紀，當意大利科學家伽利略 (Galileo) 從比塞塔上擲下兩個不同重量圓球的實驗中才被推翻。

從公元前3世紀到公元2世紀中葉，是亞歷山大時期的自然科學——古希臘自然科學的繁榮時期。這階段最突出的是喜帕卡斯和托勒密的天文學。喜帕卡斯被尊稱為『天文學之父』，這位先生首先將天上的星星分成六個亮度等級，也就是「星等」。當時的分法當然很粗糙，天空中最亮的的就是一等星，肉眼可見最暗的就是六等星，後來經(jīng)過許多天文學家的努力，星等的定義才更加明確。除了星等的區(qū)分外，喜帕恰斯也在西元前134 年繪制了西方第一份星表，這一份星表幫助哈雷發(fā)現(xiàn)恒星的『自行運動』，所以，喜帕恰斯被稱為天文學之父的確是當之無愧。而現(xiàn)代陽歷的制定，也是由這個時期的索琴西斯所完成的，也就是當時的『儒略歷』。隨著時間的推演，著名的天文學家托勒密誕生了，托勒密首先將希臘和羅馬的天文學做總結(jié)，并寫了一本有名的『大綜合論』，這一本書可說是古今天文之大成，書中不僅說明了所有天文學的知識，也大大的宣揚了著名的『天動說』，這個理論認為，所有的天體都在『本輪環(huán)』上繞著地球公轉(zhuǎn)，一圈一圈往外，有時為了修正星體的運動，必須在本輪環(huán)上再加本輪環(huán)，這樣一來天體的運動就會變得很復雜，對於觀測精度不高的古代，這樣做當然有其好處，只不過到了後來，天文觀測儀器的改進終於使『天動說』壽終正寢。但是，由於中世紀教會的影響『大綜合論』成為中世紀的天文典，而天動說也藉此支配中世紀的歐洲達一千多年之久。

大約從公元前2世紀中葉到公元5世紀，是羅馬時期的自然科學，而這階段的特征基本上時停滯不前。在天文上最主要的成就就是歲差的測定和歷法的修正。比如根據(jù)太陽的周期制定的“儒略歷”。

第二章：近代天文

第一節(jié) ：近代前期和第一次技術(shù)革命時期的天文發(fā)展

由于亞里士多德和托勒密的地心體系成為中世紀神學世界觀的一個支柱，天文學的發(fā)展卻證實這個地心體系的破綻越來越多，天文學也由此首先進入近代科學的大門。文藝復興時期已有進步思想家和天文學家對破綻百出的地心體系表示懷疑。但是，真正打破這個體系的是十六世紀偉大的波蘭天文學家哥白尼。

哥白尼認為：太陽屹立在宇宙的中心，行星圍繞著太陽運行。離太陽最近的是水星，其次是金星，再次是地球。月亮繞著地球運行，是地球的衛(wèi)星。比地球離太陽遠的行星，依次是火星、木星和土星。行星離太陽越遠，運行的軌道就越大，周期就越長。在行星的軌道外面，是布滿恒星的恒星天。他用了6年時間寫下了代表作——《天體運行論》，它被恩格斯譽為“自然科學的獨立宣言”，《天體運行論》是當代天文學的起點──當然也是現(xiàn)代科學的起點。

哥白尼死后，布魯諾和伽利略對他的太陽中心說進行了捍衛(wèi)和發(fā)展。布魯諾在1584年出版了《論無限性、宇宙和諸世界》，宣傳并發(fā)揮了哥白尼的太陽中心說，提出了多太陽系和宇宙無限性思想。他認為，宇宙是無限大的，其中各個世界是無數(shù)的太陽并不是宇宙的中心，而是千萬顆普通恒星之一，不僅太陽有行星，其它恒星也有行星，甚至也有可以居住的星球；宇宙有統(tǒng)一的法則，但無中心；宇宙是物質(zhì)的。

伽利略也是哥白尼學說的熱烈信奉者。他利用自制的能放大30倍的望遠鏡，觀測到許多足以說明哥白尼學說的現(xiàn)象，如金星繞太陽轉(zhuǎn)動、月亮上的山和“?！保吹搅朔毙敲芫鄣你y河、木星的四個衛(wèi)星以及太陽表面變動不定的黑子。他的許多新發(fā)現(xiàn)，有力地證明了哥白尼的日心學說。而后他出版了《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》和《關于兩種新科學的對話》推廣了天文的發(fā)展。

說了哥白尼就不得不說一個人——第谷，他一生在天文觀測方面所取得的成果，為近代天文學的發(fā)展奠定了堅實的基礎。第谷的最重要發(fā)現(xiàn)是1572年11月11日觀測了仙后座的新星爆發(fā)。前后16個月的詳細觀察和記載，取得了驚人的結(jié)果，徹底動搖了亞里士多德的天體不變的學說，開辟了天文學發(fā)展的新領域。第谷是一位杰出的觀測家，但他的宇宙觀卻是錯誤的。第谷本人不接受任何地動的思想。他認為所有行星都繞太陽運動，而太陽率領眾行星繞地球運動。他的體系是屬于地心說的。 可以說，作為丹麥天文學家的第谷，是近代天文學的奠基人。

說到第谷，就不能不談一談開卜勒了。他和第谷是師生關系，也是第谷最得力的助手。他很欣賞哥白尼太陽中心說的體系。他繼承了第谷的事業(yè)，利用第谷多年積累的觀測資料，仔細分析研究，發(fā)現(xiàn)了行星沿橢圓軌道運行，并且提出行星運動三定律（即開普勒定律），為牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律打下了基礎。在第谷的工作基礎上，開普勒經(jīng)過大量的計算，編制成《魯?shù)婪蛐潜怼?，表中列出?005顆恒星的位置。這個星表比其他星表要精確得多，因此直到十八世紀中葉，《魯?shù)婪蛐潜怼啡匀槐惶煳膶W家和航海家們視為珍寶，它的形式幾乎沒有改變地保留到今天。

第二節(jié)：近代后期和第二次技術(shù)革命時期的天文發(fā)展

近代后期在天文觀測和天體理論方面都取得了一些新成果。

（1）天文觀測新發(fā)現(xiàn)

1729年英國業(yè)余天文學家霍爾制成了第一塊消色差物鏡。而后1817年，德國的夫瑯和費制造第一塊直徑為英寸、焦距為14英尺的大孔徑優(yōu)質(zhì)物鏡，后來俄國多爾帕特天文臺臺長斯特魯維借助于裝上這種物鏡的折射望遠鏡發(fā)現(xiàn)了2200多顆新雙星。于此同時，反射望遠鏡也有很大改進。1781年，英國天文學家赫歇爾利用自制的大型反射望遠鏡發(fā)現(xiàn)了天王星。1787年，他研制出第一架焦距為20英尺的巨型反射望遠鏡，1789年又研制出48英寸、焦距40英尺的巨型望遠鏡，并發(fā)現(xiàn)了一些行星的衛(wèi)星。1846年，德國天文臺臺長加勒按照勒維烈計算的結(jié)果發(fā)現(xiàn)了海王星。

天體照相術(shù)的發(fā)明首先因歸功于巴黎天文臺臺長阿拉戈。1839年，阿拉戈發(fā)明了銀版照相法，隨后便廣泛應用于天文學研究中。1840年，美國的德雷伯拍攝了第一張月球表面照片，1854年，德國的費鎖拍了第一張?zhí)栒掌?/p>

（2）赫歇爾的恒星天文學

赫歇爾因1781年發(fā)現(xiàn)天王星而成名。他利用統(tǒng)計方法研究恒星的空間分布和運動。他發(fā)現(xiàn)銀河系中心及附近的恒星數(shù)目明顯多于其它區(qū)域，從而提出了第一個銀河系結(jié)構(gòu)模型：銀河有大量恒星構(gòu)成，其形狀如扁平的圓盤，直徑約7000光年，厚度為1300光年。此外，他觀測中還發(fā)現(xiàn)了1500多塊星云。1783年，他發(fā)現(xiàn)了恒星的自行，并估測了太陽的運動，打破了太陽及恒星靜止不動的陳舊觀念。因此他被稱為“恒星天文學之父”。

（3）天體物理的興起

1802年，英國的沃拉斯頓發(fā)現(xiàn)太陽光譜中有7條暗線，而后1859年﹐基爾霍夫根據(jù)熱力學規(guī)律解釋太陽光譜的夫瑯和費線﹐斷言在太陽上存在著某些和地球上一樣的化學元素﹐這表明﹐可以利用理論物理的普遍規(guī)律從天文實測結(jié)果中分析出天體的內(nèi)在性質(zhì)﹐是為理論天體物理學的開端。十九世紀中葉，三種物理方法——分光學、光度學和照相術(shù)廣泛應用于天體的觀測研究以后，對天體的結(jié)構(gòu)、化學組成、物理狀態(tài)的研究形成了完整的科學體系，天體物理學開始成為天文學的一個獨立的分支學科。

（4）天體起源和演化假說

從18世紀下半葉，天文學已從對天體的現(xiàn)狀研究擴展到對天體起源和演化的歷史研究。在這方面首先取得重大成果的是康德、拉普拉斯以及洛克耶、赫茨普龍登。

康德——拉普拉斯星云假說(太陽系起源假說)：

康德于1755年發(fā)表《宇宙發(fā)展史概論》和拉普拉斯于1796年發(fā)表《宇宙論》，他們各自提出關于太陽系起源的星云學說。它是最早的科學的天體演化學說。這兩種星云說的基本論點相近﹐認為太陽系內(nèi)一切天體都有形成的歷史﹐都是由同一個原始星云按照客觀規(guī)律──萬有引力定律逐步演變而成的。

洛克耶的恒星演化理論：

1887年英國的洛克耶在賽奇觀點上，根據(jù)恒星光譜的不同，提出了第一個恒星演化理論，認為恒星是不斷變化的，不是一成不變的，把天體演化學由僅限于太陽系的起源和演化研究推進到對一般恒星的研究。

第三章：現(xiàn)代天文

19世紀中葉以后，隨著照相技術(shù)、光度測量方法和光譜方法在天文學的應用，天文學的一個分支學科——天體物理應運而生，它使天文學家考察天體的物理狀態(tài)和內(nèi)部過程成為可能，使天文學家可以進一步深入地研究天體的物理性質(zhì)、化學組成、運動狀態(tài)和演化規(guī)律，從而更加深入到問題本質(zhì)，從而也產(chǎn)生了一門新的分支學科天體物理學。這又是天文學的一次重大飛躍。

1950年代，射電望遠鏡開始應用。到了1960年代，取得了稱為“天文學四大發(fā)現(xiàn)”的成就：微波背景輻射、脈沖星、類星體和星際有機分子。而與此同時，人類也突破了地球束縛，可到天空中觀測天體。除可見光外，天體的紫外線、紅外線、無線電波、X射線、γ射線等都能觀測到了。這些使得空間天文學得到巨大發(fā)展，也對現(xiàn)代天文學成就產(chǎn)生很大影響。

觀測手段的飛躍使天體物理學進入空前活躍的階段。如果說天體物理學在它誕生之初就對物理學作出某些貢獻，如從太陽光譜中發(fā)現(xiàn)了化學元素氦，對星云譜線的分析提供了原子禁線理論的線索，對太陽和恒星內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究獲得了熱核聚變的概念，從恒星演化的理論引伸出元素綜合的假說，那么，在最近十幾年來天文學上接連發(fā)現(xiàn)的新現(xiàn)象，可以說給物理學科，包括天體物理學和其他物理學科分支以一連串的沖擊。像紅外源、分子源、天體微波激射源的發(fā)現(xiàn)對恒星形成的研究提供了重要的線索；脈沖星、X射線源、γ射線源的測定，則推動了恒星各階段演化的研究;星際分子的發(fā)現(xiàn)，吸引了生物學界和化學界的注意；類星體、射電星系和星系核活動等高能現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，對已知的物理學規(guī)律提出了尖銳的挑戰(zhàn)；結(jié)合各種類型星系觀測資料的積累和分析，星系演化和大尺度宇宙學的觀測研究也已經(jīng)提到日程上來。從近處看，人們最熟悉的太陽，由表及里都有一些意外的發(fā)現(xiàn)，如太陽內(nèi)部“核工廠”中的“中微子失蹤案”，太陽表面層現(xiàn)象的脈動，日冕上出現(xiàn)的冕洞，都向太陽物理學和物理學提出了新的課題；自從人造衛(wèi)星上天以來，日地空間物理學已經(jīng)取得了大量的新結(jié)果;宇宙飛船遠訪行星，以及在月球、火星、金星上的著陸考察，使太陽系的構(gòu)成和演化的研究展現(xiàn)出嶄新的局面。

這一切，標志著天文學史上一次新的巨大飛躍帶來的成果，人們對于把廣闊無邊的宇宙空間作為科學實驗基地有了更深的印象和更大的信心。人們看到，這個基地有地面實驗室難以模擬的物理條件：像星際空間中每立方厘米不到一個原子的高度真空，像中子星內(nèi)部每立方厘米包含著10億噸物質(zhì)的高密度，像脈沖星表面上強達一萬億高斯的磁場，像一些恒星內(nèi)部和一些恒星爆發(fā)時產(chǎn)生的超過100億度的高溫，像一些星系和星系核拋射物質(zhì)所具有的極高速度──接近于光速、有的看起來甚至大于光速好幾倍的速度，……宇宙空間中諸如此類的表演，絕不僅是地面的物理學、力學、化學乃至生物實驗室的簡單補充。事實上，人們意識到在這里交織著宏觀世界和微觀世界研究的前沿，可能正醞釀著人類認識自然的一次新的突破，而這個勢頭目前還在增長。光學、射電和空間觀測手段的發(fā)展，給予天文學、物理學以及其他學科的沖擊，將反過來促進天文觀測技術(shù)的迅速發(fā)展，從而再導致更多的新發(fā)現(xiàn)。在這樣的背景下，當前的天文學領域?qū)⑷找婕刑煳膶W、力學、高能物理學、等離子體物理學、數(shù)學乃至化學的重大課題，成為富有生命力的多學科交叉點。

結(jié)論：

不難看出，盡管今天人類對天文現(xiàn)象的認識遠遠超過三百年前，但是當前天文學的發(fā)展形勢卻同那時的大飛躍頗有相似之處。當時天文觀測手段的巨大變革──用望遠鏡代替肉眼，發(fā)現(xiàn)了一系列以往夢想不到的天文現(xiàn)象；今天的變革──用射電望遠鏡和大氣外觀測手段把天文學的“視野”擴展到全部電磁波段，又一次帶來以往難以預計的重大發(fā)現(xiàn)。當時，天體力學的誕生使天文學從單純描述天體的幾何現(xiàn)象進入研究天體之間的相互作用;而今天，天體物理學的發(fā)展則使天文學從單純研究天體的機械運動進入探索它們的本質(zhì)和演化規(guī)律。當時的大飛躍對人類社會所產(chǎn)生的深刻影響是眾所熟知的，而今日天文學面臨的大飛躍，正在迅速推進著人類對自然的認識，從而也必然會為人類改造自然創(chuàng)造十分有利的條件。

參考文獻：

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