简述西方天文学发展史

简述西方天文学发展史

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简述西方天文学发展史

摘要：

翻开人类文明史的第一页，天文学就占有显着的地位。巴比伦的泥碑，埃及的金字塔，都是历史的见证。

几千年来，在人类社会文明的进程中，天文学的研究范畴和天文的概念都有很大的发展。为了方便人们的理解，本文将着重简述西方天文的发展史。本文将在引言里首先介绍一下天文的含义以及天文学产生的原因。然后在第一节讲述两河流域、古埃及和印度在天文方面的成就。本文的第二节会讲述古希腊、罗马时代的天文发展。而后就是近代科学时期天文学的一次飞跃。本文将通过对天文学的叙述来对照当前天文研究的形势，希望借此探讨天文学发展的规律，并强调说明一次新的飞跃正近在眼前。

我不准备、也不可能用这篇短文囊括天文学悠久的历史和丰富的内容，而只是对它的发展、现状和趋向作一个概括性的描述。

关键词：天文发展史、天文学、宇宙、亚里士多德、托勒密、哥白尼、太阳中心说、行星 、近代天文、现代天文 目录：

引言

第一章：古代天文

第一节 ：两河流域、古埃及和印度的天文发展 第二节 ：古希腊、罗马时代的天文发展 第二章：近代天文

第一节 ：近代前期和第一次技术革命时期的天文发展 第二节 ：近代后期和第二次技术革命时期的天文发展 第三章：现代天文

引言

天文学是研究宇宙空间天体、宇宙的结构和发展的学科。内容包括天体的构造、性质和运行规律等。主要通过观测天体发射到地球的辐射，发现并测量它们的位置、探索它们的运动规律、研究它们的物理性质、化学组成、内部结构、能量来源及其演化规律。

恩格斯在《自然辩证法》中指出：“首先是天文学──单单为了定季节，游牧民族和农业民族就绝对需要它。”古代的天文学家测量太阳、 月亮、 星星在天空的位置，研究它们的位置随着时间变化的规律、从而为农，牧业生产的需要确立了时间、节气和历法。

天文学的研究对于我们的生活有很大的实际意义，如授时、编制历法、测定方位等。天文学的发展对于人类的自然观有很大的影响。哥白尼的日心说曾经使自然科学从神学中解放出来；康德和拉普拉斯关于太阳系起源的星云说，在十八世纪形而上学的自然观上打开了第一个缺口。

天文学的一个重大课题是各类天体的起源和演化。天文学的主要研究方法是观测，不断的创造和改良观测手段，也就成了天文学家们不懈努力的一个课题。天文学和其他学科一样，都随时同许多邻近科学互相借鉴，互相渗透。天文观测手段的每一次发展，又都给应用科学带来了有益的东西。

而古代的天文发展是随着农业生产的发展而出现，人们逐渐意识到掌握季节的重要，而季节的变化又与天文现象有关，于是便开始了意识地观察天象，最初的天文学就这样开始了。 正文

第一章 古代天文

第一节 两河流域、古埃及和印度的天文发展

大约在公元前3000年，两河流域（幼发拉底河和底格里斯河流域）、古埃及和印度这三个地区创造了灿烂的古代文化，他们在天文学方面取得了一系列的成果。

（1） 在两河流域：

人们以月亮盈亏的周期来定月, 这个周期为日，因此他们把一个月定为29日或30日，大小相间；一年定为12个月，即354日。由于这个数值比实际数值小，所以每隔几年就要加上一个闰月。他们好把7天定为一周，又把一天分为12小时，每小时60分，每分60秒。今天，除了一天分为12小时的说法不妥外，其他计时法全部被沿用至今日。还有就是两河流域的版泥书中记载了令后人惊讶的观测数据。如：土星的会合周期为日；木星的会合周期为日等等，误差仅在1%以下。 （2） 在古埃及：

马克思说：“计算尼罗河水涨落期的需要，产生了埃及的天文学。” 由于尼罗河与人们的生活紧密联系在一起，该地人们发现：每当天狼星与太阳同时在地平线上升起时，尼罗河汛期就要到来。这样，他们就把尼罗河开始泛滥这一天定为一年的开始，并规定一年为12个月，每月30天，年终再加5日，即一年为365日。 （3） 在印度：

在公元前9—8世纪间，即吠陀时代，人们已掌握了一些天文历法知识，如他们把一年定为360日，一年又分12个月等等。

第二节 古希腊、罗马时代的天文发展

在古希腊、罗马时代，天文学又有了新的发现和进步。

在公元前6—3这段时间内，是爱奥尼亚时期的自然哲学，他们追求自然科学与哲学融为一体。出现了米利都学派、毕达哥拉斯学派和德谟克利特学派。而每个学派对天文方面的理解也不尽相同。

在米利都学派里，被誉为“科学之父”的泰勒斯认为：地是在空中，没有什么东西支撑它。月亮并不是本身发光，而是反射太阳的光；太阳和大地是一样的，是一团绝对纯粹的火。而他预测公元前585年5月28日将出现日全食，后被证实。

在毕达哥拉斯学派里，他们试图建立宇宙论他们从数学观点来思考宇宙结构形状。在他们看来，圆球形是最完美的立体几何形状，因此宇宙必定是球形的，宇宙以地球为中心，地球也是球形的；他们还认为，天体运动是和谐的，是以匀速作圆周运动。毕达哥拉斯学派关于天体运动的和谐性，对文艺复兴后的天文学家哥白尼和开卜勒影响很大。

德谟克利特学派也称原子论学派，他们认为：万物的本原是原子和虚空，无限的宇宙中包含着无限的原子和无限的虚空，其中不包含任何的物质。

大约从公元前480—公元前330年。这段时间为雅典时期的自然哲学——自然哲学向经验自然科学的转变，在这一时期，亚里士多德是这派的代表人物。

在天文上，亚里士多德认为：宇宙是一个有限大的圆球体，而地球则处于宇宙的中心。宇宙中央部份由四种原素所组成，它们分别是泥土(Earth)、空气 (Air)、火 (Fire) 和水 (Water)。在亚里士多德的物理学中，四种原素都有各自的「恰当位置」(Proper

Places) ，而「恰当位置」则由原素的重量所决定。每种原素均自然地以直线 - 泥土向下而火向上 - 移向自己的「恰当位置」，然后停下来。故此地球上的运动都是直线进行和终会停止的。相反，天空上的物体则无休止地循复杂的圆形轨道运动，并由第五种原素 - 「以太」(ether) - 所构成。由于「以太」的超然地位，除了在运动中的位置改变外，「以太」是永恒不变的。另外，亚里士多德又认为较重物体的下坠速度会比较轻物体的快，这个错误观点要俟到十六世纪，当意大利科学家伽利略 (Galileo) 从比塞塔上掷下两个不同重量圆球的实验中才被推翻。

从公元前3世纪到公元2世纪中叶，是亚历山大时期的自然科学——古希腊自然科学的繁荣时期。这阶段最突出的是喜帕卡斯和托勒密的天文学。喜帕卡斯被尊称为『天文学之父』，这位先生首先将天上的星星分成六个亮度等级，也就是「星等」。当时的分法当然很粗糙，天空中最亮的的就是一等星，肉眼可见最暗的就是六等星，後来经过许多天文学家的努力，星等的定义才更加明确。除了星等的区分外，喜帕恰斯也在西元前134 年绘制了西方第一份星表，这一份星表帮助哈雷发现恒星的『自行运动』，所以，喜帕恰斯被称为天文学之父的确是当之无愧。而现代阳历的制定，也是由这个时期的索琴西斯所完成的，也就是当时的『儒略历』。随着时间的推演，着名的天文学家托勒密诞生了，托勒密首先将希腊和罗马的天文学做总结，并写了一本有名的『大综合论』，这一本书可说是古今天文之大成，书中不仅说明了所有天文学的知识，也大大的宣扬了着名的『天动说』，这个理论认为，所有的天体都在『本轮环』上绕着地球公转，一圈一圈往外，有时为了修正星体的运动，必须在本轮环上再加本轮环，这样一来天体的运动就会变得很复杂，对於观测精度不高的古代，这样做当然有其好处，只不过到了後来，天文观测仪器的改进终於使『天动说』寿终正寝。但是，由於中世纪教会的影响『大综合论』成为中世纪的天文典，而天动说也藉此支配中世纪的欧洲达一千多年之久。

大约从公元前2世纪中叶到公元5世纪，是罗马时期的自然科学，而这阶段的特征基本上时停滞不前。在天文上最主要的成就就是岁差的测定和历法的修正。比如根据太阳的周期制定的“儒略历”。

第二章：近代天文

第一节 ：近代前期和第一次技术革命时期的天文发展

由于亚里士多德和托勒密的地心体系成为中世纪神学世界观的一个支柱，天文学的发展却证实这个地心体系的破绽越来越多，天文学也由此首先进入近代科学的大门。文艺复兴时期已有进步思想家和天文学家对破绽百出的地心体系表示怀疑。但是，真正打破这个体系的是十六世纪伟大的波兰天文学家哥白尼。

哥白尼认为：太阳屹立在宇宙的中心，行星围绕着太阳运行。离太阳最近的是水星，其次是金星，再次是地球。月亮绕着地球运行，是地球的卫星。比地球离太阳远的行星，依次是火星、木星和土星。行星离太阳越远，运行的轨道就越大，周期就越长。在行星的轨道外面，是布满恒星的恒星天。他用了6年时间写下了代表作——《天体运行论》，它被恩格斯誉为“自然科学的独立宣言” ，《天体运行论》是当代天文学的起点──当然也是现代科学的起点。

哥白尼死后，布鲁诺和伽利略对他的太阳中心说进行了扞卫和发展。布鲁诺在1584年出版了《论无限性、宇宙和诸世界》，宣传并发挥了哥白尼的太阳中心说，提出了多太阳系和宇宙无限性思想。他认为，宇宙是无限大的，其中各个世界是无数的太阳并不是宇宙的中心，而是千万颗普通恒星之一，不仅太阳有行星，其它恒星也有行星，甚至也有可以居住的星球；宇宙有统一的法则，但无中心；宇宙是物质的。

伽利略也是哥白尼学说的热烈信奉者。他利用自制的能放大30倍的望远镜，观测到许多足以说明哥白尼学说的现象，如金星绕太阳转动、月亮上的山和“海”，看到了繁星密聚的银河、木星的四个卫星以及太阳表面变动不定的黑子。他的许多新发现，有力地证明了哥白尼的日心学说。而后他出版了《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》和《关于两种新科学的对话》推广了天文的发展。

说了哥白尼就不得不说一个人——第谷，他一生在天文观测方面所取得的成果，为近代天文学的发展奠定了坚实的基础。第谷的最重要发现是1572年11月11日观测了仙后座的新星爆发。前后16个月的详细观察和记载，取得了惊人的结果，彻底动摇了亚里士多德的天体不变的学说，开辟了天文学发展的新领域。第谷是一位杰出的观测家，但他的宇宙观却是错误的。第谷本人不接受任何地动的思想。他认为所有行星都绕太阳运动，而太阳率领众行星绕地球运动。他的体系是属于地心说的。 可以说，作为丹麦天文学家的第谷，是近代天文学的奠基人。

说到第谷，就不能不谈一谈开卜勒了。他和第谷是师生关系，也是第谷最得力的助手。他很欣赏哥白尼太阳中心说的体系。他继承了第谷的事业，利用第谷多年积累的观测资料，仔细分析研究，发现了行星沿椭圆轨道运行，并且提出行星运动三定律（即开普勒定律），为牛顿发现万有引力定律打下了基础。在第谷的工作基础上，开普勒经过大量的计算，编制成《鲁道夫星表》，表中列出了1005颗恒星的位置。这个星表比其他星表要精确得多，因此直到十八世纪中叶，《鲁道夫星表》仍然被天文学家和航海家们视为珍宝，它的形式几乎没有改变地保留到今天。

第二节：近代后期和第二次技术革命时期的天文发展 近代后期在天文观测和天体理论方面都取得了一些新成果。 （1）天文观测新发现

1729年英国业余天文学家霍尔制成了第一块消色差物镜。而后1817年，德国的夫琅和费制造第一块直径为英寸、焦距为14英尺的大孔径优质物镜，后来俄国多尔帕特天文台台长斯特鲁维借助于装上这种物镜的折射望远镜发现了2200多颗新双星。于此同时，反射望远镜也有很大改进。1781年，英国天文学家赫歇尔利用自制的大型反射望远镜发现了天王星。1787年，他研制出第一架焦距为20英尺的巨型反射望远镜，1789年又研制出48英寸、焦距40英尺的巨型望远镜，并发现了一些行星的卫星。1846年，德国天文台台长加勒按照勒维烈计算的结果发现了海王星。

天体照相术的发明首先因归功于巴黎天文台台长阿拉戈。1839年，阿拉戈发明了银版照相法，随后便广泛应用于天文学研究中。1840年，美国的德雷伯拍摄了第一张月球表面照片，1854年，德国的费锁拍了第一张太阳照片……

（2）赫歇尔的恒星天文学

赫歇尔因1781年发现天王星而成名。他利用统计方法研究恒星的空间分布和运动。他发现银河系中心及附近的恒星数目明显多于其它区域，从而提出了第一个银河系结构模型：银河有大量恒星构成，其形状如扁平的圆盘，直径约7000光年，厚度为1300光年。此外，他观测中还发现了1500多块星云。1783年，他发现了恒星的自行，并估测了太阳的运动，打破了太阳及恒星静止不动的陈旧观念。因此他被称为“恒星天文学之父”。

（3）天体物理的兴起

1802年，英国的沃拉斯顿发现太阳光谱中有7条暗线，而后1859年﹐基尔霍夫根据热力学规律解释太阳光谱的夫琅和费线﹐断言在太阳上存在着某些和地球上一样的化学元素﹐这表明﹐可以利用理论物理的普遍规律从天文实测结果中分析出天体的内在

性质﹐是为理论天体物理学的开端。十九世纪中叶，三种物理方法——分光学、光度学和照相术广泛应用于天体的观测研究以后，对天体的结构、化学组成、物理状态的研究形成了完整的科学体系，天体物理学开始成为天文学的一个独立的分支学科。

（4）天体起源和演化假说

从18世纪下半叶，天文学已从对天体的现状研究扩展到对天体起源和演化的历史研究。在这方面首先取得重大成果的是康德、拉普拉斯以及洛克耶、赫茨普龙登。

康德——拉普拉斯星云假说(太阳系起源假说)：

康德于1755年发表《宇宙发展史概论》和拉普拉斯于1796年发表《宇宙论》，他们各自提出关于太阳系起源的星云学说。它是最早的科学的天体演化学说。这两种星云说的基本论点相近﹐认为太阳系内一切天体都有形成的历史﹐都是由同一个原始星云按照客观规律──万有引力定律逐步演变而成的。

洛克耶的恒星演化理论：

1887年英国的洛克耶在赛奇观点上，根据恒星光谱的不同，提出了第一个恒星演化理论，认为恒星是不断变化的，不是一成不变的，把天体演化学由仅限于太阳系的起源和演化研究推进到对一般恒星的研究。

第三章：现代天文

19世纪中叶以后，随着照相技术、光度测量方法和光谱方法在天文学的应用，天文学的一个分支学科——天体物理应运而生，它使天文学家考察天体的物理状态和内部过程成为可能，使天文学家可以进一步深入地研究天体的物理性质、化学组成、运动状态和演化规律，从而更加深入到问题本质，从而也产生了一门新的分支学科天体物理学。这又是天文学的一次重大飞跃。

1950年代，射电望远镜开始应用。到了1960年代，取得了称为“天文学四大发现”的成就：微波背景辐射、脉冲星、类星体和星际有机分子。而与此同时，人类也突破了地球束缚，可到天空中观测天体。除可见光外，天体的紫外线、红外线、无线电波、X射线、γ射线等都能观测到了。这些使得空间天文学得到巨大发展，也对现代天文学成就产生很大影响。

观测手段的飞跃使天体物理学进入空前活跃的阶段。如果说天体物理学在它诞生之初就对物理学作出某些贡献，如从太阳光谱中发现了化学元素氦，对星云谱线的分析提供了原子禁线理论的线索，对太阳和恒星内部结构的研究获得了热核聚变的概念，从恒星演化的理论引伸出元素综合的假说，那么，在最近十几年来天文学上接连发现的新现象，可以说给物理学科，包括天体物理学和其他物理学科分支以一连串的冲击。像红外源、分子源、天体微波激射源的发现对恒星形成的研究提供了重要的线索；脉冲星、X射线源、γ射线源的测定，则推动了恒星各阶段演化的研究;星际分子的发现，吸引了生物学界和化学界的注意；类星体、射电星系和星系核活动等高能现象的发现，对已知的物理学规律提出了尖锐的挑战；结合各种类型星系观测资料的积累和分析，星系演化和大尺度宇宙学的观测研究也已经提到日程上来。从近处看，人们最熟悉的太阳，由表及里都有一些意外的发现，如太阳内部“核工厂”中的“中微子失踪案”，太阳表面层现象的脉动，日冕上出

现的冕洞，都向太阳物理学和物理学提出了新的课题；自从人造卫星上天以来，日地空间物理学已经取得了大量的新结果;宇宙飞船远访行星，以及在月球、火星、金星上的着陆考察，使太阳系的构成和演化的研究展现出崭新的局面。

这一切，标志着天文学史上一次新的巨大飞跃带来的成果，人们对于把广阔无边的宇宙空间作为科学实验基地有了更深的印象和更大的信心。人们看到，这个基地有地面实验室难以模拟的物理条件：像星际空间中每立方厘米不到一个原子的高度真空，像中子星内部每立方厘米包含着10亿吨物质的高密度，像脉冲星表面上强达一万亿高斯的磁场，像一些恒星内部和一些恒星爆发时产生的超过100亿度的高温，像一些星系和星系核抛射物质所具有的极高速度──接近于光速、有的看起来甚至大于光速好几倍的速度，……宇宙空间中诸如此类的表演，绝不仅是地面的物理学、力学、化学乃至生物实验室的简单补充。事实上，人们意识到在这里交织着宏观世界和微观世界研究的前沿，可能正酝酿着人类认识自然的一次新的突破，而这个势头目前还在增长。光学、射电和空间观测手段的发展，给予天文学、物理学以及其他学科的冲击，将反过来促进天文观测技术的迅速发展，从而再导致更多的新发现。在这样的背景下，当前的天文学领域将日益集中天文学、力学、高能物理学、等离子体物理学、数学乃至化学的重大课题，成为富有生命力的多学科交叉点。 结论：

不难看出，尽管今天人类对天文现象的认识远远超过三百年前，但是当前天文学的发展形势却同那时的大飞跃颇有相似之处。当时天文观测手段的巨大变革──用望远镜代替肉眼，发现了一系列以往梦想不到的天文现象；今天的变革──用射电望远镜和大气外观测手段把天文学的“视野”扩展到全部电磁波段，又一次带来以往难以预计的重大发现。当时，天体力学的诞生使天文学从单纯描述天体的几何现象进入研究天体之间的相互作用;而今天，天体物理学的发展则使天文学从单纯研究天体的机械运动进入探索它们的本质和演化规律。当时的大飞跃对人类社会所产生的深刻影响是众所熟知的，而今日天文学面临的大飞跃，正在迅速推进着人类对自然的认识，从而也必然会为人类改造自然创造十分有利的条件。 参考文献：

（1） 林德博格，戴维.《西方科学的起源》

（2）《论天》.重印于《宇宙理论：从巴比伦神话到近代科学》， 米尔顿K.穆尼茨.格能科，伊利诺伊州：自由出版社，1957，89－100页

(3) 韦斯特曼，罗伯特S.《16世纪天文学家的角色》. 收录自《西方传统中的科学和文化》，约翰G.伯克主编. 斯科特斯戴尔, 亚利桑那州:戈萨齐 斯卡斯布雷克出版社，1987

(4) 布拉赫，第谷.《哥白尼和托勒密的改革》.收录自《西方传统中的科学和文化》，约翰G.伯克主编. 斯科特斯戴尔, 亚利桑那州:戈萨齐 斯卡斯布雷克出版社，1987 参考网页：

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