1西方天文学发展史

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第一节西方天文发展史
天文学,从无史可考,到现在粗具规模。从信仰崇拜的幻想世界,到理性科学的自由思想。我们走了很远。现在,让我们
顺着历史的足迹,来看看天文走过的路,和西方先人们努力的足迹。
时间的洪流
上古的古文明中,直接影响现今西方天文学思想的,是巴比伦和埃及,印度。直接传承者便是希腊,罗马,建立了所谓古典天文体系。随之而来的近一千年中古黑暗时期中,科学思想被视为异端邪说,中国在这时期保存了相当多的观测资料,贡献不可谓不大。随着十字军东征,从前传至阿拉伯世界的天文知识又回流欧洲,风气渐开,教廷的束缚终于被打破,随后的三百年,科学突飞猛进。最后,我们踏上了月球,在你我的有生之年,人类也将踏上火星,至于距离我们最近的半人马座α星?未来,是值得想象的。1.上古天文学
天文学和所有科学一样,起源于需要。四季的判别,农耕的时间,乃至于对天象的敬畏崇拜,都造成了天文学的发展。巴比伦文明:苏美人已能从月相来订出历法,并已知润月的观念。巴比伦人更改进并统一了历法,且订出了黄道十二宫。亚述人则更认识了黄道和白道,也订出了一星期七天的制度。随后的迦勒底人更可预测日月食,对于天文的观测也是有名的详实,对于五大行星的纪录更是如此。总言之,巴比伦文化为日后承接的希腊文化打好了良好的基础。
埃及文明:埃及的天文学是僧侣祭司的特权,埃及的天文学,在早期第三到第六王朝间发展最为快速,金字塔,太阳历的订定都是在这个时期。比较特别的,是埃及人将一天分为昼夜,各分为十二小时,但由于随季节日夜长短会有变化,所以古埃及一小时的长度不是一定的。
印度文明;印度文明发源虽早,但发展较慢,后期天文发展还有受到希腊的影响。印度使用二十七星宿,他们将一个朔望月分为白月和黑月,又以月圆时月亮所在的星座命名该月份,是比较特殊的。2.西方古典天文体系的形成----希腊时代
古希腊素有西方文明摇篮的美誉。从公元前八世纪的荷马时期起,由于巴尔干半岛上的希腊多山陆路交通不便,所以没有
形成古代东方国家特有的中央集权体制,而形成了另一种新型的城市国家。在主要的城市国家里,城市平民在和贵族的抗争中取得了胜利,这些平民在外贸和扩展领地的活动中接触到了外来的文化,又因为地近埃及,巴比伦,古埃及和巴比伦的天文知识也就这样为他们所吸收。这些平民,相对来说思想较开放,在这样的环境下使他们能够自由的进行科学研究和独立思考,一个百花齐放的时代便就此展开。
首先登场的是地处小亚细亚,和埃及以及巴比伦最为接近的爱奥尼亚,泰勒斯(Thales是爱奥尼亚学派的始祖,他曾预言公元前585年的一次日蚀,制止了两个种族的战争。但后来波斯攻陷爱奥尼亚,此学派便渐趋没落。
随后而起的是意大利南希腊端民地上的毕达哥拉斯(Pythagoras学派,毕达哥拉斯曾用船的桅杆,星星的高度,月食时的地球影来证明地球是圆的。但后来此学派因分裂和政治压迫而告没落。
爱奥尼亚学派没落之后,仅寻的学者移居雅典继续工作,毕达哥拉斯学派的学者也渐聚集在雅典,两派学者在雅典的聚集造成了雅典学派的兴起。柏拉图(Plato便是此学派代表人物之一,此学派的欧多克斯(Eudoxus用许多复杂同心球壳的套迭来证明行星的运动。亚理士多德(Aristotle不仅支持此学说,并用恒星不动的理由来说明天动说的可信性。贺拉客利特(Heraclides则由观测水,金星,认为内行星绕日运动,这点对哥白尼的日心体系具有启发作用。
公元前四世纪,马其顿兴起,公元前338年,整个希腊被纳入马其顿统治,随后的亚历山大大帝,更建立了跨欧亚非三洲的大帝国。后来亚历山大帝国崩溃,他的大将托勒密占领埃及,由于他曾为亚理士多德的学生,故重视学术发展,在亚历山大城设立了一个规模庞大的研究教学机构,还有一间五十万卷书的图书馆,直接造成了亚历山大学派的产生。阿利斯塔克(Aristarchus那时首先提出日心说,但此想法超前时代太多,不为人接受。后来阿基米得记录下了这个看法,为一千多年后哥白尼的日心地动说起了重要的启发作用。阿利斯塔克也是第一个测量日月地距离,地球直径,黄赤交角的人。
托勒密王朝后来也脱离不了衰亡的命运,逐渐沦为罗马附庸,学术中心渐转移至罗德斯岛和爱琴诸岛,喜帕恰斯是这时代的代表人物,最大贡献是在观测天文学上,他的发现十分多,其中他编篡的星表,更在1800年之后,帮助哈雷发现了恒星的自行。曾被人称为「天文学之父」
喜帕恰斯的传人是托勒枚(ClaudiusPtolemy他的主要著作【大综合论】(MegaleSyhtaxis涵盖了希腊化时期所有的天文学成就。拖勒枚承认,行星的运动可以用地球运动来说明,但当时还不了解万有引力,所以他否定了这个说法。
后来的罗马人对于科学研究并不醉心,他们只学到了希腊人的科学知识。但并没学到希腊的研究精神,所以,罗马时代天文学的进展是很缓慢的。罗马本来的历法是阴阳合历,到了儒略、凯萨(JuliusCaesar的时代,已经和实际的时间差了三个月,于是废除了阴阳合历,采用太阳历,新修改后的历称为儒略历,现今的七月就是Julius的变形。后来的奥古斯都(Augustus把八月用自己的名字代替,也就是August的由来。
罗马帝国崩溃之后,传统的希腊知识被基督教义取代,天文学发展停滞。加上阿拉伯人入侵,毁掉了东方希腊文化的几个中心。希腊文化就此成为教科书名词,长达一千年的黑暗时代开始。3.日心体系和古典天文学的诞生
罗马帝国衰亡,随后文化中心的没落,日耳曼蛮族的入侵,基督教兴起。一直到十一世纪,希腊科学和所有的新科学思想被教会以圣经的内容加以压制。欧洲直到十字军东征,才又接触到古希腊和阿拉伯的天文学。远洋航行技术的进步,造成天体导航的需
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求,和新航路的开拓,以及资本主义的发生。哥伦布和麦哲伦随后完成了他们的伟大航行。教会的枷锁渐渐被打破了。
由于观测技术的进步,到了哥白尼时代托勒玫地心体系中的圆不断增加至八十个之谱。如此复杂的系统,已使一些科学家感到不满。在十三世纪时,知晓天文的西班牙国王阿耳丰索就开了个玩笑,结果连王位都不保。哥白尼(NicolausCopernicus分析了托勒玫体系的行星运动,发现如果把三种共同的运动(周日旋转,周年运动,岁差用地球在运动来表示,则复杂的系统变得简洁明暸。他花了数十年的时间反复证明自己的论点无误,最后在临终前出版了【天体运行论】,改变了人们的视野。之后的布鲁诺,本为牧师,但一生为科学奋斗。他延伸哥白尼的学说,创造出了和我们如今认同的宇宙观相当的思想。但在这种宇宙中,没有上帝的存在,于是他被教会视为公敌,于1592年被教会逮捕,八年后烧死在罗马。
开普勒(JohannesKepler幼年时在神学院接触哥白尼学说,后来在弟谷(TychoBrache麾下与其合作,最后继承了弟谷的观测数据,创出了行星运动三大定律。首先,他发现观测的资料和前人推算的值有8'左右的误差,而在一千条的火星观测数据中,都有相同的误差,他开始试着找出原因。归纳出了第一条行星运动定律-行星在椭圆轨道运动,太阳在其中一个焦点上。随后又发现了第二定律-面积定律和第三定律-行星公转周期平方和半长轴立方成正比,为牛顿的万有引力定律开辟了道路。
和开普勒同时期的伽利略(GalileoGalilei则是第一位用望远镜进行观测的天文学家。他看到了太阳黑子,月球的表面,木星的卫星,金星的盈亏,这些都证明了哥白尼学说的正确。最后他被教会逮捕下狱,屈打成招,签下悔过书,软禁终生。稍后的牛顿(IssacNewton生在教会控制较少的英国。他发现了统治行星运动的定律。古典天文学,至此趋于完备。
5.1819世纪天文学的进展
首先登场的是哈雷(EdmondHalley,他二十二岁时就因出版了一份南天星表而享有盛名,1705年,他计算出了二十四颗彗星的轨道,发现有一颗是1681-1682出现过的,而且和16071531年彗星出现的轨道也相近,于是他预言,下一次将会在1758年回归。到了1758年,哈雷彗星果然回来了,计算所依据的牛顿定律被大众完全接受,彗星是大气现象的说法也不攻自破了。
布拉德雷(J.Bradley在误打误撞的情形下则发现了光行差,求得了更精确的光速数值。他晚年编制了一份庞大的星表,被誉为十八世纪最精密的星表,对近代研究恒星自行有伟大的价值。十八世纪发现了一条行星位置的规律,将日地距离取为1则已发现的行星位置都符合0.4+0.3*2^n的规律,称为提丢斯(Titius定则,或称波德守则,于是人们在发现到了天王星后,又在火星和木星间找到了小行星带,根据天王星的轨道摄动,又找到了海王星。值得一提的,最先计算出海王星位置的是一名英国的大学生亚当斯(J.C.Adams,这是人们用牛顿力学发现的第一枚星体。在欧洲文艺复兴的时期,东方的中国正处于积弱不振,科学衰落的时期。教会利用这个机会藉传扬科学知识为传教活动服务。当时许多派来中国的传教士都是欧洲一流的天文学家,但由于教规的约束,起初他们传扬的多半是中古世纪的古老科学思想。开始传扬日心说,已是十八世纪中叶之后的事了,那时日心说在欧洲已取得绝对的胜利。这些耶稣会教士对于介绍西方数学,天文学到中国,以及将东方古老天文学数据介绍至西方,有着相当的贡献。
如果说哥白尼创立了行星天文学,则恒星天文学之父应该是威廉、赫歇耳(W.Herschel,他发现了太阳的自行(太阳朝武仙座方向运动,又发现了互绕的双星系统,他在估计银河的距离时,也开始了恒星统计学的工作。
贝赛耳(F.W.Bessel则完成了之前许多天文学家想证明的恒星视差,证明了哥白尼地动说唯一未被证明的部份。人类也开始了可测定恒星距离的时代。
此时,分光仪,光度学,照相术也在天文上展露头角。分光仪使我们得到遥远星球的温度,化学组成,甚至视速度。光度学使我们精确地分析行星光度,照相术则使我们能摄取微弱天象。在1850年代,天体物理学诞生了。
1888年,在天体物理学终于厘清星云星团的面目后,德雷耶耳(J.L.E.Dreyer发表了星云星团【新总星表】(简称N.G.C.,一直至今,这个星表还经常使用。
5.二十世纪的天文学
天体物理学在二十世纪才利用于行星的观测上,南加州威尔逊天文台发现火星大气的成份不适于生物生存。金星上的红外线吸收带,表示有大量的二氧化碳。木星表面存在甲烷和氨分子。使得天文学家开始建立行星表面构造的理论。1930年,靠着照相术,汤鲍(C.Tombaugh发现了预言中的冥王星。
莫理(A.C.Maury则靠着十九世纪哈佛大学的观测数据,将恒星分成O~S数类。最后罗素(H.N.Russel发表了绝对星等对光谱型的统计图,世称赫罗图。
勒维特(H.S.Leavitt则利用已知绝对星等的造父变星求出两个麦哲伦云的距离,利用这种方法,很多球状星团的距离也被求出了。
1931年,无线电工程师杨斯基(K.G.Jansky发现了宇宙背景辐射,开始了无线电天文学,在无线电干涉仪发明以后,无线电狭着不受天候限制以及观测波谱广的优点,为天文研究方法造成了革命性的跃进。
1924年,哈柏(E.Hubble确定了仙女座星系是河外银河,开辟了河外星系的研究。二战后,星系集团的研究,更发现了本星系群,甚至超星系群。有人也发现,许多星系的运动方向都远离我们,再加上宇宙背景辐射的证据,于是,大霹雳宇宙学兴起。我们能到那儿去吗?
二十世纪,除了天文学的进展之外。由于科技工艺的进步,人类终于有机会一偿千年以来的夙愿---到那儿去。但很讽刺的,航天科技的萌芽,却是由于战争的栽培。
冯布朗,为德国V-2火箭设计者,二战后来到美国,为美国太空计划贡献良多。但第一枚飞上太空的物体,是苏俄的史波尼克
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一号卫星。第一位航天员也是苏俄的盖佳林。美国不堪受辱,甘乃迪总统于1961/5发表六零年代送人类上太空的宣言,最后在太空竞赛中,美国从阿波罗(APOLLO和诺瓦(NOVA计划中择其易者,集全国之力,击败了苏联的龙特(ZOND计划。
七零年代之后,由于政治因素(美国陷于越战,民意自大,所以航天不再占有重要性的地位。但最近登陆火星的计划再度登上台面,也许,在2012年以前,人类真能踏上火星呢。
和哥伦布,麦哲伦,以及希腊时代的思想家们一样,人们千百年来总是好奇着,自己的界限在哪儿,我们能够踏出太阳系吗?我们先看看前一页这张表。c代表光速,v为宇宙飞船速度,ε为燃料效率,w/c为喷射速度对光速比,质量比为出发时重/最后重)我们现在知道,光凭化学燃料是无法踏出太阳系的,现在有很多人提出了多种理论,核分裂,核融合,电浆推进,或是反物质,光帆,星际冲压……这里面有些构想天马行空,有些十分可行,但要实现,也许需要再一次像登月竞赛一样的动机才可行吧?随着无线电天文学的发达,观测的精度也跟着增加,在1980年代,开始有人试着把无线电望远镜朝向天空,试着接收非地球传来的人造讯号。最近几年,一个精密的搜寻计划---SETI计划(有人翻成赛提展开了。我们也曾多方送出信息,如果我们的银河系中真有智能生物,希望能获得回音。
到底外星人存在的可能性有多少呢?下面是【德瑞克公式】,后面的估算值是CarlSagen博士所提出的。N=R*Fp*n*Fl*Fi*Fc*L
N:银河系中可能和人类同时存在的文明社会R:银河系中一年诞生的恒星数(10
Fp:在其中拥有行星的比例(1
n:此行星系中具备生命诞生和演化的行星数(1Fl:在如此的行星系中拥有知性生物的比例(1Fc:其中拥有星际通讯能力的比例(0.01
L:这个文明的寿命(10000000
不管外星人是否存在,人类跨出大气圈是必然的趋势。火星,也许会成为新人类的故乡。未来,浩瀚的星海,我们能到那儿去吗?附录:
一、古文明之宇宙观
1.埃及人认为星星是分布在天神的身上,而此天神弓着身体伏在大地上。
2.希伯来人(圣经:上帝创造天地与万物。
3.中国人:盘古开天辟地。宇:四方上下三度空间的无极。宙:古往今来时间的无穷。天外有天。二、古文明的天文观测
1.英格兰南方的石柱群(2800-2200BC
考古学家认为它是用以观测太阳与月亮升起的位置与时间,尤其是Heelstone是标示着夏至太阳升起的位置。2.犹加敦半岛Yucatan上的马雅文明的废墟〝Caracol(AD1000它的窗户的设计可能是为了便于观测金星和其它的
星体。
3.古代埃及人的观测:
120003000BC,每年天狼星偕同太阳东升以后不久尼罗河即发生泛滥。
2大金字塔的北面主要隧道正指向天龙α星﹙Thuban,右枢星﹚,这颗星在金字塔修建的时代(3400BC,正是当时的极星。
4.北美阿那萨其神庙(~AD1000,有近日点的标示。萨克其万的〝药轮(medicinewheel是(~600AD)美洲最古老的
天文台,为的是观测夏至太阳升起的情形。5.中国的观测
1)周朝(文王)时期(~2000BC)即建有灵台(天文台),有测日影的圭表。
2)西汉在长安西地建灵台,其上有天文和气象仪器。东汉在洛阳的平昌门南建灵台,置有张衡所设计的浑象,侯风地动仪。3)唐代设立有仰观台(天文台及观风台(气象台4)宋、元、明、清都有天文台的设计。
古文明的观测绝大部分是与季节、气候、或历法或天象的预警有关。而真正天文学的发展可以说主要来自于希腊文明至(400BC)以后,首先使用科学的方法,来研究天体的现象与运动。
三、古希腊天文学─人类的思考方法从神秘的改变为理性
著有大综合论(MegaleSysntaxis,主张地心学说。用周转圆理论(本轮与均轮来解释行星逆行,认为宇宙间任何星体绕地球运
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行的轨道皆为完美的圆形,托勒密的学说与宇宙模型主宰西方天文学思维将近1500年。
1.天文学(科学)的黑暗期(AD1501500
托勒密之后,希腊文化完全坠入黑暗的境界。罗马帝国崩溃,人们放弃了希腊的知识传统,在基督教义的主宰,服从古人的权威,采取圣经中的宇宙观,天文学和一切科学的发展都受到阻碍,再加上宗教战争,阿拉伯人的侵入,更毁坏了希腊文化在东方的几个中心,很多无价的手稿都付诸一炬,从此进入科学的黑暗时期。
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本文来源:https://www.2haoxitong.net/k/doc/ac21996a14791711cc7917aa.html

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