天文學(xué)基礎(chǔ)知識——天文學(xué)發(fā)展簡史

1、天文學(xué)發(fā)展史,天文協(xié)會學(xué)術(shù)部 沙永強(qiáng),天文學(xué)基礎(chǔ),主要內(nèi)容,天文學(xué)的產(chǎn)生我國天文學(xué)的發(fā)展歷史及成就西方天文學(xué)發(fā)展歷史,天文學(xué)的產(chǎn)生,天文學(xué)：自然科學(xué)六大基礎(chǔ)學(xué)科之一，研究探索宇宙及其所包含的所有天體的本質(zhì)，主要指天體在宇宙空間的位置、分布、物理狀態(tài)、化學(xué)組成、運(yùn)動和演化過程的自然科學(xué)。天文學(xué)是一門具有悠久歷史的古老學(xué)科，它是隨著人類生產(chǎn)實踐活動的需要而產(chǎn)生與發(fā)展的。,天文學(xué)的產(chǎn)生,對原始農(nóng)牧民族來說，日出而作，日沒而息，晝夜的

2、交替成了天然的時間計量單位。農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)活動還隨寒來暑往，四季循環(huán)而變化。不同的季節(jié)、不同的地方出現(xiàn)不同的天象。觀察天象 ? 確定季節(jié)、位置、方向,古埃及：天狼星與太陽一起升起后不久，尼羅河水就開始泛濫。古希臘：每年日影最短的一天之后五十天是最適合航海的時候；昴星團(tuán)在早晨掉進(jìn)海里以后，暴風(fēng)季節(jié)就要開始。古代中國：每年開始耕種時，“大火”（心宿二）在傍晚出現(xiàn)于東方。在三千年前設(shè)置了“火正”職位，專門觀測“大火”來確定季節(jié)與時令。

3、二千多年前，用土圭定出了冬至與夏至，且最早測出了一年365.25天。春秋、秦漢時期，又定出了春分、秋分以及其他二十個節(jié)氣。,天文學(xué)及其發(fā)展史,天文學(xué)是一門具有悠久歷史的古老學(xué)科，它的發(fā)展基本上可以分為古代、近代和現(xiàn)代三大階段。,主要內(nèi)容,天文學(xué)的產(chǎn)生我國天文學(xué)的發(fā)展歷史及成就西方天文學(xué)發(fā)展歷史,古代天文學(xué),中國古代輝煌的天文學(xué)宇宙說星座：三垣四象二十八宿古代天文儀器及天文官史主要成就赤道坐標(biāo)系太陽黑子和日食彗星、流星

4、和隕星新星和超新星,宇宙學(xué)說,蓋天說、渾天說和宣夜說蓋天說：第一個階段：天圓地方，假想天是個半球形的蓋子蓋住地面，人住在地上，星星在天上；第二個階段：基本假定是天地平行，其間相距八萬里。 渾天說：天地具有蛋狀結(jié)構(gòu)，地在中心，天在周圍。 宣夜說：東漢時提出，認(rèn)為天是空而無質(zhì)，無窮無極，日、月、星辰浮于其中，或靜或動，積氣而成。,在我國有三垣、四象二十八宿之分，據(jù)《史記·天官書》記載：三垣是北天極周圍的三個區(qū)域，即紫微

5、垣、太微垣、天市垣。四象分布于黃道和白道近旁，環(huán)天一周。每象各分七段，稱為“宿”，共計二十八宿。東方蒼龍之象：角宿、亢宿、氐宿、房宿、心宿、尾宿、箕宿。南方朱雀之象：井宿、鬼宿、柳宿、星宿、張宿、翼宿、軫宿。西方白虎之象：奎宿、婁宿、胃宿、昴宿、畢宿、觜宿、參宿。北方玄武之象：斗宿、牛宿、女宿、虛宿、危宿、室宿、壁宿。,星座：三垣四象二十八宿,東方蒼龍之象：角宿、亢宿、氐宿、房宿、心宿、尾宿、箕宿。,南方朱雀之象：井宿、鬼宿、柳

6、宿、星宿、張宿、翼宿、軫宿。,西方白虎之象：奎宿、婁宿、胃宿、昴宿、畢宿、觜宿、參宿。,北方玄武之象：斗宿、牛宿、女宿、虛宿、危宿、室宿、壁宿。,天體測量儀器：渾儀、簡儀、仰儀、象限儀、地平經(jīng)緯儀、赤道經(jīng)緯儀、黃道經(jīng)緯儀時間測量儀器：日晷、圭表、漏刻、沙漏,中國古代天文儀器,渾儀,簡儀,赤道經(jīng)緯儀,地平經(jīng)緯儀,黃道經(jīng)緯儀,紀(jì)限儀,象限儀,中國古代天文官史,天學(xué)機(jī)構(gòu)的主要工作如下：首先是天象的觀測記錄，內(nèi)容有：恒星位置

7、的測定，并編制成星表或繪制為星圖；日月食和掩星觀測；行星在恒星背景下的視運(yùn)動狀況；異常天象的觀測記錄，包括彗星新星流星太陽黑子等。其次是觀天儀器的研制和管理。三是修訂歷法，編算歷書歷譜并印制頒發(fā)。,赤道坐標(biāo)系的使用唯一性：坐標(biāo)值不隨時間、觀測點(diǎn)位置變化。古希臘使用黃道坐標(biāo)系。太陽黑子和日食的記錄公元前140年就有對太陽黑子的觀測記錄，比歐洲早了近千年。對太陽黑子出現(xiàn)的時間、大小和位置有詳細(xì)描述。4000年前夏代仲康元

8、年首次日食記錄，至元朝末年已有650次之多。,主要成就,西漢成帝河平元年（公元前28 年）《漢書·五行志》：“成帝河平元年??三月己未，日出黃，有黑氣大如錢，居日中央。”《后漢書·五行志》（公元188 年）：“中平??五年正月，日色赤黃，中有黑氣如飛鵲，數(shù)月乃銷?！薄端问?#183;天文志》（公元1131 年）：“紹興元年二月己卯，日中有黑子，如李大，三日乃伏。六年十月壬戍，日中有黑子，如李大，至十一月丙寅始消。

9、七年二月庚子，日中有黑子，如李大，旬日始消。四月戊申，日中有黑子，至五月乃消。” 《宋史·天文志》宋徽宗政和二年（公元1112 年）“四月辛卯，日中有黑子，乍二乍三，如栗大?！?彗星、流星和隕星哈雷彗星的最早記載：前613年《春秋》，之后多達(dá)31次。戰(zhàn)國時代已有彗星形態(tài)記載。精彩的流星雨記載。,主要成就,《春秋》：“魯文公十四年秋七月，有星孛入于北斗?！?《史記·六國表》載：“秦厲共公十年彗星見?！?《漢

10、書·五行志》漢成帝元延元年（公元前12年）： “元延元年七月辛未，有星孛于東井，踐五諸侯，出河戌北，率行軒轅、太微，后日六度有余，晨出東方。十三日，夕見西方，……鋒炎再貫紫宮中。……南逝度犯大角、攝提。至天市按節(jié)徐行，炎入市中，旬而后西去；五十六日與蒼龍俱伏。”,哈雷彗星,《新唐書·天文志》：“上元……三年七月丁亥，有彗星于東井，指北河，長三尺余，東北行，光芒益盛，長三丈，掃中臺，指文昌?！碧聘咦谏显晔枪?76

11、 年?！稌x書·天文志》載有：“彗體無光，傅日而為光，故夕見則東指，晨見則西指。在日南北皆隨日光而指，頓挫其芒，或長或短?！?《新唐書·天文志》（公元896 年）：“乾寧……三年十月，有客星三，一大二小，在虛、危間，乍合乍離，相隨東行，狀如門，經(jīng)三日而二小星沒，其大星后沒?！?新星和超新星爆發(fā)商代至17世紀(jì)末，記載“客星”約90顆，其中12顆是超新星。蟹狀星云：1054年《宋會要》記載的“客星”遺跡。,主要成就

12、,《漢書·天文志》中就有：“元光元年六月，客星見于房。” 漢武帝元光元年是公元前134年。宋仁宗至和元年（公元1054 年）出現(xiàn)在金牛座ζ星（天關(guān)星）附近的超新星。《宋會要》：“嘉祐元年三月，司天監(jiān)言客星沒，客去之兆也。初，至和元年五月，晨出東方，守天關(guān)，晝見如太白，芒角四出，色赤白，凡見二十三日?！?主要內(nèi)容,天文學(xué)的產(chǎn)生我國天文學(xué)的發(fā)展歷史及成就西方天文學(xué)發(fā)展歷史,古代天文學(xué),古希臘天文學(xué)和托勒密的地心說,托勒密,近

13、代天文學(xué),哥白尼和日心說第谷開普勒及其運(yùn)動定律伽利略牛頓和萬有引力定律,哥白尼和日心說,《天體運(yùn)行論》,對恒星與行星進(jìn)行了長期精確的觀測，積累了大量觀測資料。編制了一部有777顆恒星坐標(biāo)的星表。發(fā)現(xiàn)了許多新的天文現(xiàn)象。宇宙結(jié)構(gòu)體系：地球靜居中心，行星繞太陽運(yùn)行，而太陽則帶領(lǐng)行星繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)。,第谷,,①開普勒第一定律：各行星的軌道都為橢圓形，太陽位于一個焦點(diǎn)上：以日心為原點(diǎn)的直角坐標(biāo)表示有,開普勒及其運(yùn)動定律,,②

14、開普勒第二定律：行星與太陽的連線在相同時間內(nèi)掃過的面積相等，即 ③開普勒第三定律：行星運(yùn)動周期的平方和平均半徑的三次方的比值為常數(shù)。,伽利略制造光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡觀測月球環(huán)形山、月海發(fā)現(xiàn)木星的四顆衛(wèi)星宇宙還有其它中心金星表面周期圓缺變化金星不發(fā)光，圍繞太陽運(yùn)動發(fā)現(xiàn)太陽黑子、證明太陽自轉(zhuǎn),任何兩個物體間均存在一個相互吸引的力，這個力的大小與兩物體質(zhì)量的乘積成正比，與兩物體間的距離的平方成反比。,牛頓和萬有引力定律,

15、,蒲柏（A.Pope，1688-1744）的一名言：,Nature and nature’s law lay hid in the night:God said, let Newton be! And all was light.,自然與自然規(guī)律為黑暗所隱蔽：上帝說，讓牛頓來！一切即臻光明。,現(xiàn)代天文學(xué),19世紀(jì)中葉天體物理學(xué)的產(chǎn)生標(biāo)志現(xiàn)代天文學(xué)的產(chǎn)生。 現(xiàn)代天文學(xué)的觀測手段可以歸納為以下三種：光學(xué)觀測：傳統(tǒng)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡 ? 太空望

16、遠(yuǎn)鏡、自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)。射電觀測：20世紀(jì)60年代，脈沖星、星際分子、宇宙微波背景輻射和類星體“四大發(fā)現(xiàn)”。射電天文已成為諾貝爾獎的搖籃?？臻g探測：將空間探測器與人類送上其它天體或在其附近進(jìn)行近距離觀測。,宇宙層次,宇宙秩序地月系太陽系Natural：太陽，行星，衛(wèi)星， 彗星，小行星，流星。Artificial: 人造衛(wèi)星，星際探測器（旅行者號）銀河系恒星、雙星、聚星、星團(tuán)、星云、星系總星系（宇宙）,天體的距離單位,▲

17、 1天文單位(AU) = 太陽到地球的平均距離 ? 1.5 ? 108公里 （ 1.5億公里）▲ 1光年( ly )? 0.95 ? 1013公里 ▲ 1秒差距 ( pc )? 3 ? 1013 公里 1pc ? 3.26 ly. ~ 2 ? 105 AU1Kpc= 103 pc (星團(tuán)與星系尺度) 1Mpc= 106 pc (星系團(tuán)與宇宙尺度),最近的恒星：半人馬?

18、(比鄰星), 1.3 pc ( 4.22 ly.)最近的疏散星團(tuán)：畢星團(tuán)(Hyades), 44 pc (135 ly.)最近的河外星系：大麥云(LMC)，52 Kpc目前發(fā)現(xiàn)的最遠(yuǎn)天體：180億光年 ~ 5500 Mpc,宇宙尺度的衡量,微觀世界宏觀世界,電子 10 －13 m1Å ＝ 10－10 m 最大的原子 5Å,地球：最高的山 8850 m地

19、球半徑 6400 km 太陽系：日地平均距離 1.5 億 km 定義為 1天文單位 ( 1AU )恒星際空間：秒差距 ( pc ), 光年 (ly),◆歷史事件宇宙大爆炸太陽和地球形成藍(lán)－綠藻類有細(xì)胞核的大細(xì)胞復(fù)雜的多細(xì)胞生命植物和動物出現(xiàn)恐龍時代北京人出現(xiàn)尼安特人出現(xiàn)現(xiàn)代人出現(xiàn)人類開始有文字記載人類實施第一項射電觀測計劃,◆宇宙年歷3年前第三年1月份3－4月9月10月下旬11月底

20、12月15日－25日12月31日23時12月31日23時50分12月31日23時55分12月31日59分30秒12月31日59分59.7秒,地球的運(yùn)動,繞自己體內(nèi)的旋轉(zhuǎn)軸的自轉(zhuǎn)繞日運(yùn)行的公轉(zhuǎn)跟著太陽系朝織女星方向的運(yùn)動隨著太陽系繞銀河系中心旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動,地球的自轉(zhuǎn),地球的自轉(zhuǎn),自轉(zhuǎn)的角速度：除兩極為0外，全球各地均相同。自轉(zhuǎn)的線速度：除兩極為0外，其余地方隨緯度的增大而減小，隨高度的增大而增大。自轉(zhuǎn)方向：自西向東，微小