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一、古代天文学的起源和发展
人类文明史证明，科学技术的进步取决于人类社会存在的物质条件。最早产生和发展起来的科学部门，往往是与生产和生活实践关系最密切的那些知识领域。天文学正是与人类文明同时发端的一门古老科学。不难想象，人类在有文字记载之前，由于农牧业生产和实际生活的需要，就开始注意某些显著的天象了。如掌握季节变化、记录时间和确定方向，都离不开对日月星辰运行的观测。自有了文字之后，天文学便在人类文明的发祥地萌芽并诞生了。可见，天文学的产生不是历史上的某种偶然因素造成的。说天文学首先产生于某个民族，这是不确切的，也是没有意义的。
1． 埃及
古埃及天文学起源很早。大约在公元前60世纪尼罗河流域的农业生产就得到发展，公元前40世纪初尼罗河流域就进入了金石并用的时代。尼罗河是埃及文明的摇篮，每年一度的河水泛滥，给埃及土地带来了水和肥沃的淤泥。埃及人注意到，每当天空最亮的天狼星第一次于日出之前在东方地平线上出现（偕日出），那就预示尼罗河即将泛滥了。于是，埃及人在制定历法时，便以天狼星偕日出的日子作为一年的起点，人们叫它天狼星年。他们还认识到太阳在恒星间一年移动一周。大约在公元前30世纪就能确定一年的长度，先是定为一年365天，后又定为365天多一点。又规定每年12个月，每月30天，在年末再加5个附加日。到公元前238年，埃及人正式颁布每4年再加上一个闰日的历法（但并未执行），这实际上就是现行阳历的前身。近代人发现，埃及金字塔的南北方向非常准确。有一座金字塔座落在北纬30°线上，塔的正北有一通向地宫的通道，其倾角也恰好是30°，表明这个通道正好对着北极。还从棺盖上发现绘有著名星座的星图。这都说明古埃及人在当时已掌握了一定的天文知识。
2．巴比伦和亚述
巴比伦和亚述是亚洲西部底格里斯河和幼发拉底河一带的两个帝国。历史上两河流域的民族有几次大的变动。大约在公元前30世纪初至20世纪初，生活在这一带的苏美尔人和阿卡德人创立了楔形文字。到公元前19世纪后的巴比伦和亚述时代，两河流域文化进入兴盛时期。从考古发掘中得知，流域的人们很早就知道河水泛滥和季节变换都与天象有关。为了保证农业生产和预报河水泛滥的时间，需要制定精密的历法。为此，僧侣们经常在寺塔顶层用窥管观测天象。到公元前1700年前，巴比伦有了统一的历法。该历以月相循环周期为基础，以娥眉月第一次在日落后重现在西方时为一个月的起始。一年12个月，其中6个大月，每月30天；6个小月，每月29天。再用闰月协调与季节的关系，到公元前383年规定19年7闰。这已经是非常接近科学实际的阴阳历了。
巴比伦人和亚述人还认识了12个月和"金木水火土"五星的运行规律。公元前13世纪把黄道附近的星区划分为12个星座。当时的12个星座与黄道十二宫是一致的，它们与现代通用的名称完全一样。巴比伦人和亚述人都把日月五星看作天神，一直到公元前650年，七个天神轮流值日的周期已经形成。现行的星期制度大概就是从那个时候开始的。
至于预报交食的沙罗周期是否巴比伦人的发明，目前尚有争议。近来有人考证，没有任何文献能证明迦勒底人曾使用过交食周期预报日月食。但他们已认识到了黄道和白道，月食一定发生在望，并且只有当月亮靠近黄白交点时才能发生食。
巴比伦人还把宇宙看成是由隆起的大地、天空和海洋三部分组成，大地屹立于海洋之中。这与中国古代的盖天说是一致的。
3．印度
公元前12世纪印度开始有了文字记载的历史。由于农业生产的需要，印度早就创立了自己的阴阳历。印度位于北半球热带，各地气候变化有差异，因此各地历法不一。有的地区以12个恒星月为一年，1个恒星月为27天，全年324日；有的地区以13个恒星月为一年，全年351日；有的以12个朔望月为一年，一年354日。有的地区以360日为一年；有的以366日为一年。印度人对季节的划分也不一样，有的将一年划分为春、夏、雨、秋、冬、凉六季；有的划分为冬、夏、雨三季。但印度地处热带季风气候区，无论将一年划分为六季还是三季，都是符合当地情况的。
为了表示日月五星的运动情况，印度人曾把黄道天区划分为27个相等的部分，称其为27个月站，这与恒星月周期相符。印度人还把朔望月分为两部分，自朔至望称白月，自望至朔称黑月。人们还往往以满月时月亮所在的星座命名月份，如角宿月，氐宿月等。
印度人的宇宙观，认为大地是平的，天也是平的，大地中央是神圣的须弥山，日月星辰都围绕须弥山运转。
4．希腊
希腊是欧洲文明的发源地，它地处巴尔干半岛南部。特殊的地理位置，使它很容易接受古代的东方文明。希腊人继承了埃及和巴比伦的文化遗产，在天文学方面做出了重要贡献。从公元前6世纪泰勒斯到公元2世纪托勒密近800年间，希腊天文学发展迅速。在这期间，先后出现过四大学派。
(1) 爱奥尼亚学派（公元前6世纪～前5世纪）
这是由居住在小亚细亚西端的泰勒斯创立。该学派的主要贡献是把巴比伦和埃及的天文学知识介绍到希腊。相传泰勒斯曾利用从巴比伦那里学到的天文知识，成功地预报过一次日食，使当时正在西亚交战的两个民族都感到惊恐，从而制止了一场旷日持久的战争。 据现代天文考证，这次日食的时间应该是公元前585年5月28日。这个学派还认为宇宙是大自然的产物，可见的天空是完整球形天空的一半，圆盘状的大地倒扣在球体中心，天空的星辰都随同天空围绕北极星旋转。
（2）毕达哥拉斯学派（公元前6世纪～前4世纪）
该学派由定居在意大利南部的著名几何学家毕达哥拉斯创建。毕达哥拉斯断言，大地为球形，月食是由于球形大地的影子投射到月亮上形成的，月食时阴影的边缘总是呈弧状的，因为圆是最完美的几何图形。日月五星的视运动是由于地球自身也在运动的反映。另一名伟大的学者德谟克利特提出了著名的原子学说，他认为万物都由原子组成，地球和其它天体都是由于原子涡动而形成的。他还推测出太阳比地球大，银河是由众多恒星聚集而成的。
（3）柏拉图学派（公元前427～前347年）
该学派是由雅典哲学家柏拉图创立的。他接受毕达哥拉斯学派关于圆是最完美图形的观点，并用这个观点解释宇宙。这个学派的著名天文学家欧多克斯（公元前409年～前356年）设想，地球是万物中心，日月众星附在各自的透明水晶球上绕地球运转；所有恒星都位于最外面一层的水晶球上；所有的水晶球都被恒星天体带动着运转。柏拉图的学生亚里士多德（公元前384年～前322年）是古希腊最伟大的思想家。在天文学方面他支持欧多克斯的同心圆理论，并认为在恒星之外，还有一层统帅所有天球运动的宗动天。他坚持认为大地是静止不动的，否则，一定会观测到恒星的视差位移。在以后的两千年间，这个理由一直是地球不动的重要证据。
（4）亚历山大学派（公元前332年～前146年）
公元前332年～前146年期间又称希腊化时期。可以说此时的天文人才济济，成果累累。该学派的第一位天文学家阿利斯塔克（公元前310年～前230年）那时就独自主张太阳中心说。他认为太阳和恒星静止不动，而地球和五个行星则都以太阳为中心运转。由于地球每年绕日一周，同时又每天自转一周，所以才产生天体的周年变化和周日视运动。他还认为恒星与地球的距离，要比太阳的距离远得多，地球公转的小圈子只能算作一个"点"，所以看不出恒星的周年视差位移。阿利斯塔克还用三角法测量过太阳、月球和地球之间的距离及它的大小。这些结果虽然不准确，但他开创了人类用科学方法研究天体距离和大小的先河。
地球的大小是人们很关心的问题。居住在亚历山大的埃拉特色尼（公元前284年～前192年）巧妙地利用基本位于同一子午线上的塞恩(今阿斯旺)和亚历山大在夏至日正午太阳高度的差别，以及两地间的距离，算出地球的大小，得知地球周长39 600km，与实际值非常接近（方法说明间第6章）。
希腊的另一位大天文学家喜帕恰斯（前190～前125年）是古代方位天文学的奠基人。公元前二世纪，观测天文学在亚历山大盛行一时。喜帕恰斯通过自己的辛勤观测和对前人观测资料的分析，首先在日月运动方面取得许多新的成就。他算出一年较准确的长度，测得白道与黄道交角约为5°，发现其交点每19年沿黄道移动一周，还发现了岁差。他对恒星的方位作了精密的测量，编制了包含有1080个恒星的星表。这对以后西方天文学的发展起了很大的作用。
在喜帕恰斯以后的300年中，希腊天文学进展不大。最令人瞩目的是工作在埃及亚历山大的天文学家托勒密（公元85年～165年）。他集古代希腊天文学之大成，写出不朽的巨著《大综合论》（后来阿拉伯人译成为《天文学大成》），概括了希腊时期天文学的所有成就。托勒密的宇宙体系仍以地球为中心。他采用喜帕恰斯等人对亚里士多德的修正，放弃水晶球，只用等速圆周运动来说明行星的运行。为了解释行星的顺行和逆行等复杂情况，又提出本轮和均轮的概念。托勒密的著作他的地心宇宙体系，在以后的一千多年内，被欧洲和西亚人一直奉为经典。
5．中国古代天文学
天文学在中国有着悠久而辉煌的历史。稍后"中国天文学"再介绍。
二、欧洲近代天文学的发展
从公元476年西罗马帝国衰亡到15世纪中叶文艺复兴之间约一千年的欧洲历史，习惯上称"中世纪"。中世纪欧洲其思想文化上的主要特征是天主教会的势力强大，政教合一，科学只是教会的恭顺婢女，天文学没有多大进展。15世纪以后，欧洲资本主义开始兴起，为了追逐利润需要向外扩张。在此期间海上交通迅速发展。航海事业对天文学提出更严格的要求，从而引起了天文学的大发展。从哥白尼到牛顿是近代天文学建立和发展时期，欧洲学者们把天文学从单纯描述天体的几何关系，推进到研究天体之间的相互作用的新阶段，从而导致许多新天文学分支的建立。
1． 哥白尼日心体系的建立
波兰天文学家哥白尼（公元1473～1543年）经过近40年的潜心观测和研究，终于断定托勒密地心体系是错误的。他认为居于宇宙中心的不是地球而是太阳，包括地球在内的行星都围着太阳运转。地球不仅公转，而且还绕轴自转。哥白尼的不朽之作《天体运行论》解决了天文学中的基本问题，彻底改变了那个时代人们的宇宙观念。他的日心地动说开辟了经典天文学的道路，为近代天文学的发展奠定了基础。同时，也引起了罗马教廷的惶恐和仇恨，意大利学者布鲁诺因支持和宣传哥白尼的学说而被教廷活活烧死；伽利略由于用自己的新发现证明日心说的正确性，而受到终身监禁。
2． 伽利略和他的望远镜
17世纪以前，人类都是凭肉眼直接观测来研究天体。意大利近代实验科学的奠基人伽利略（1564～1642年）最先用自己制造的望远镜首先进行天文观测，发现了许多新奇现象。1609年他首先观测月亮，发现了月球上的环形山，高原和洼地；后来又观测别的天体，如：发现了土星的光环、木星的四颗卫星（有人称"伽利略"卫星）、金星的盈亏和随日面自转的黑子，以及发现银河实际是无数恒星聚集的结果。因而后人把伽利略誉为“天空哥伦布”。
大致在同一时代，出生于德国的开普勒（1571～1630年）继承了他的老师第谷的大量观测资料，全力揭示行星运动的秘密。他打破前人误认为天体只按圆形轨道运动的错误观念，总结出行星运动的三大定律，即开普勒定律，而被誉为"天空立法者"。
3．牛顿和他的力学体系
英国近代史上最负盛名的科学家牛顿（1642～1727年）利用自己创立的微积分理论，在伽利略、开普勒等人观测和实验的基础上，对杂乱的资料进行整理和概括，从中找出天体之间运动的原因（即相互关系），建立起完整的牛顿力学体系。他的运动三定律和万有引力定律，为天体力学的发展奠定了基础。牛顿在光学方面的研究也具有开创性，他发现并正确解释了白光通过三棱镜被分解为七色光谱线，这一发现为后来天体物理学诞生创造了条件。牛顿还第一个研制了反射望远镜，这种牛顿望远镜在天文观测上，至今仍有无可置疑的优越性（光学望远镜见第5章）。
三、18和19世纪天文学的发展
18与19两个世纪是近代天文学的发展时期。由于科学技术的进步，天文望远镜及其终端设备、附属配件的性能越来越先进，使天体测量的精度不断提高，从而导致了一系列重大发现。而这些发现，又推动了天体力学的发展。到19世纪中叶，将新的发现、新的理论和新的观测技术用于天文学研究，又促使天体物理学诞生，人们得以逐步深入地去认识天体和宇宙的物理本质。
1． 天体测量学的成就
自哥白尼学说发表之后，为验证它的正确性，人们一直在试图找到恒星的周年视差位移。英国天文学家布拉德雷（1693～1762年）在作这种观测时，虽然未能如愿，但却意外地发现光行差，过后又发现地轴的章动。又过一百多年，德国的天文学家白塞尔（1784～1846年）在改正了由于岁差、章动、光行差和大气折射所造成的误差基础上，大大提高了恒星坐标的精度，在1838年终于用三角法测到天鹅座61号星的周年视差，因而也就知道了恒星的距离。在此前后，俄国的斯特鲁维、英国的亨得森也测到了其它恒星的距离。困扰天文界几百年的一个重大问题终于被解决了。
2. 天体力学的进展
由于观测精度的提高，在发现岁差和章动的同时，人们还发现行星运动并不完全遵循开普勒定律所给出的轨道运行，而是有微小的偏差，由此发现摄动。在万有引力的基础上发展起来的摄动理论，首先使太阳系天体的许多运动特性得到说明。为摄动理论做出过贡献的人很多。其中拉普拉斯（1749～1827年）的《天体力学》堪称牛顿《自然哲学》的续篇，他给出了天体运动计算的数学表达式，"天体力学"一词第一次被使用。拉普拉斯还根据力学理论提出太阳系起源的星云说。天体力学的发展导致了太阳系的许多新发现。后来物理双星被发现，证实在遥远的恒星世界里，万有引力的规律也同样适用。
3. 太阳系研究成就
首先是天王星、海王星和小行星的发现。继赫歇尔偶然发现天王星之后，伽勒根据别人的计算结果，于1846年在预定的位置发现了海王星，被人称作是笔尖上的发现，而为天文史留下一段佳话。另一成就是自1801年发现第一号小行星谷神星后，又陆续发现了许多的小行星。这一发现弥补了提丢斯-波德定则关于火星和木星之间非常大的那个空隙。过去人们对彗星一直感觉很神秘，哈雷（1656～1742年）通过对24颗彗星轨道的认真计算，于1705年预言，其中有一颗将在1758年再度出现，这颗彗星真的按时而至。为纪念这位科学预言家，后人便把它称作哈雷彗星。19世纪中期以后，人们根据光谱分析知道了太阳的化学组成，又根据太阳的辐射量测得了太阳的温度，但太阳上的能源在当时却依然是个谜。
4. 恒星天文学的成就
在恒星天文学研究方面，英国著名的天文学家威廉.赫歇尔（1738～1822年）及其家族功不可没。赫歇尔用自己研制的当时最先进的中型和大型望远镜观测，取得许多前所未有的新成果，被认为是近代恒星天文学的开创者。他的重要发现有：太阳在恒星空间的运动；恒星世界确实存在着互相绕转的双星；在他的星团、星云表中记录了2500个星团和星云；他用统计恒星数目的方法证实银河系的结构为扁平圆盘状。
自19世纪发明子午仪之后，恒星天文学迅速发展，因而对星表提出了更迫切的要求。19世纪30年代以后，陆续发表的星表很多。照相技术用于天文观测以后，阿根廷的科尔多巴天文台把这项工作扩展到南极，直到20世纪初才发表的星表，包括10等以内的恒星多达58万颗（星表说明见第4章）。
5. 天体物理学的诞生
到这个时候，人们迫切需要知道遥远天体的物理性状和化学组成。19世纪中期前后，人们把分光学（光谱分析）、光度学和照相术用于天文学研究。随着光谱理论的建立，很快从所拍摄到的天体的光谱中，认证出太阳、恒星以及其它一些天体上的化学元素；又根据天体的光度知道了它们的温度以及密度等物理性质。从此，天文学的一个新分支--天体物理学诞生了，并一跃成为20世纪天文学的主流。
四．现代天文学的发展和成就
现代天文学，观测手段先进，发展迅速，成就辉煌。大型光学望远镜的研制、射电望远镜和雷达技术的应用，以及电子计算机和自动化技术应用于天文观测、资料处理及繁重的计算工作，有力地推动了现代天文学的发展。20世纪50年代人造卫星上天，空间技术问世，使人类得以观测到所有波长的电磁辐射，从而进入到全波段天文学时代。利用天文卫星和宇航飞行器对太阳系天体直接或近距离探测，使人类对宇宙的认识更加深入。原子物理、等离子物理、高能物理以及引力理论的建立和发展，又为天文学提供了坚实的理论基础。这都标志着20世纪天文学的主流是天体物理学。21世纪是航天时代，天文学的普及和天文学高精尖理论的突破则是主要方面。
1． 对太阳系的探测
应用新的探测手段，在非日月食时也可以对太阳进行各种观测。从此对太阳的黑子、耀斑、化学元素、太阳构造、太阳活动和产能机制，都有了全新的认识。50年代以后，射电观测已成为研究太阳的常规项目，60年代以后又多次发射轨道太阳观测台，为深入了解太阳活动和日地关系提供了空前丰富的资料。
天体物理方法也被广泛用于行星的研究，对类地行星和巨行星的物理性质有了崭新的认识。随着空间天文学时代的到来，使人类对太阳系天体的探索，从单纯的观测科学转变为飞临考察和就地实测的实验科学阶段。20世纪对太阳系天体的光学观测和研究也取得了显著成就，最主要的是1930年发现冥王星，1978年找到了它的一颗卫星。21世纪，人类对冥王星又有了新的认识（详见第7章）。
2． 恒星研究的纵深发展
对大量恒星和星云的测光和分光研究，确定了各种恒星的物理量--光度、质量、大小、表面温度、表面压力、自转速度、化学组成以及内部结构等。还通过这些物理量之间的某些关系，找到了除三角法之外测定天体距离的新方法。从而将测距范围由几百光年扩展到几千乃至几万光年。
20世纪初，根据恒星的亮度、颜色和光谱型之间的统计关系，绘制出一幅表示恒星绝对星等（光度）和光谱型（温度）的坐标分布图，被称之为赫罗图。后人一直把它作为研究恒星演化的工具。1938年美国物理学家贝特指出，赫罗图中主序星的能源来自于氢变氦的热核反应，成功地阐明了太阳和恒星的产能机制。
爱因斯坦的相对论为现代天文学奠定了新的理论基础。早在20世纪30年代曾被人预言的中子星，于1967年被英国天文学家休伊什用射电望远镜发现，当时人们叫它脉冲星。在恒星演化上，大质量恒星在其晚期可演化为高密度，强引力场的黑洞。现代观测证实这种强引力场是存在的，有人认为1965年发现的X射电源－－天鹅座X-1就是黑洞。
3． 银河系和河外星系研究成果
人们对银河系结构、模型和太阳系位置的认识不断完善。在20世纪初认为银河系较大，太阳在银河系中心。30年代后，才重新订正了银河系模型的大小和太阳的真实位置。通过对恒星运动的分析，发现了银河系的自转运动以及银河系的其它特征。
现代天文学的重要特征之一，便是表现在对河外星系的认识上。1924年前后美国天文学家哈勃（1889～1953年）发现仙女座星云是由一颗颗恒星组成，从此宇宙岛--河外星系概念才被确认。哈勃根据星系中造父变星的周光关系和超巨星的绝对星等，将测量星系的距离扩展到千万光年；根据河外星系的绝对星等和多普勒效应理论，又把测量距离的范围扩展到数亿、百亿光年计。被称作20世纪60年代天文学四大发现之一的类星体（其余三项是脉冲星、星际分子和3K微波背景辐射），向现有物理学理论提出新的挑战。
4. 宇宙演化学研究
20世纪在宇宙演化学方面的研究非常活跃，继星云说之后，曾提出过许多假说。30年代提出的大爆炸宇宙学最为人瞩目。该学说的许多观点，被现代天文学研究成果所证实。如河外星体的谱线红移、各种天体上的氦丰度、3K微波背景辐射、天体的年龄等，都支持大爆炸宇宙学的理论，因此，也被越来越多的人所接受。当然，该学说也还有不能自圆其说之处，有待今后继续探讨。 |
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发表于 2011-5-17 10:48:28
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