世界天文学简史.ppt

天文学与人类文明社会的兴起,古埃及的天文学 埃及的观天工作最初是由僧侣们担任的，他们注意观测太阳、月亮和星星的运动，并从很古的时代起就知道了预报日食和月食的方法。 大体从公元前27前22世纪，埃及人不仅认识了北极星和围绕北极星旋转而永不落入地平线的拱极星，还熟悉了白羊、猎户、天蝎等星座，并根据星座的出没来确定历法，最著名的例子是关于全天最亮星、大犬座天狼星的出没。,从长期的实践中，埃及人发现，若天狼星于日出前不久在东方地平线上开始出现，即所谓的“偕日升”，再过两个月，尼罗河就泛滥了。 久而久之，古埃及人就发现了星辰更替与季节变化的对应关系了，进行了长期的观察和研究，把原先一年360日，改正为一年365日。这就是现今阳历的来源。 古埃及人还运用正确的天文知识，在沙漠上建筑起硕大无比的金字塔。耐人寻味的是，金字塔的四面都正确地指向东南西北。,古印度人的时空观,古印度人不停顿地观察太阳的运动，以太阳的视运动为依据，把一年定为360天，又以月亮的圆缺变化为依据，把一个月定为30天，以此编制历法。 实际上，月亮运行一周不足30天，所以有的月份实际上不足30天，印度人称为消失一个星期，大约一年要消失5个日期，但习惯上仍然称一年为360天。 将一年中分为春、热、雨、秋、寒、冬六个季节，还有一种分法是将一年分为冬、夏、雨三季。 对于空间，古印度人有奇异的看法，他们认为在人类居住的世界之上，还有其它空间，这种时空观是壮大的，但却不现实。,发明星座的迦勒底人,世界古代文明的另一个摇篮就是幼发拉底河和底格拉斯河流域。在古代这两河流域地区大约相当于现在的伊拉克共和国，希腊文为“美索不达米亚”，其意思是两河之间的地方。远在公元前3000年前，迦勒底人就从东部山岳地带来到两河流域，并在那里建立了国家。 迦勒底人把星星称为“天上的羊”，把行星称为“随年的羊”，天上的“羊群”是随季节而变化的，迦勒底人注意到了这一点。长期的星象观察，使迦勒底人对天体运动有丰富多彩的发现，知道“日食每18年重复出现一次”。,对于月亮和行星，迦勒底人也有很多正确的发现，但是对人类最重要的贡献还是创造了星座的划分。 他们把天上显着的亮星，用想象的虚线连结起来，描绘出各种动物和人的形象，并且用一定的名称称呼它们。这就是现今星座的由来。 白羊、金牛、双子、巨蟹、狮子、室女、天秤、天蝎、人马、摩羯、宝瓶、双鱼这12个星座，是世界上最初诞生的星座。 美索不达米亚的文化被认为是西方文化的源泉，它的天文学被认为是西方天文学的鼻祖，因此，迦勒底人的星象天文学一向为人们所重视。,古希腊的天文学,欧洲人称古代希腊文化为“古典文化”。 古代希腊天文学是当时历史条件下的产物，它总结了许多世代以来天象观测的结果，概括了古代人们对天体运动的认识，并力图建立一个统一的宇宙模型去解释天体的复杂运动，这种尝试在人类进步史上，是有一定积极意义的。 泰勒斯(Thales of Miletus)（前640前560年）是第一个希腊著名自然哲学家，到美索不达米亚学到了天文学。他推测地球是一个球体，认为构成宇宙的基本物质是水，据说，他曾经预言了公元前585年所发生的一次日食。,把泰勒斯的宇宙观延伸并发扬光大的是他的门生阿那克西曼德（公元前611前547年）。他认为天空是围绕着北极星旋转的，因此天空可见的穹窿是一个完整的球体的一半，扁平圆盘状的大地就处在这个球体的中心，在大地的周围环绕着空气天、恒星天、月亮天、行星天和太阳天。阿那克西曼德是有史以来第一个认为宇宙不是平面形或者半球形，而是球形的。,泰勒斯,数学家毕达哥拉斯(Pythagoras)（公元前560前490年），他认为数本身、数与数之间的关系构成宇宙的基础。 他主张地圆说，并且是人类科技史上第一个主张“太阳、月亮、行星遵循着和恒星不同的路径运行”的人。,毕达哥拉斯,德谟克利特（公元前460前370前）提出了原子学说，认为万物都是由原子组成的，原子是不可分割的最小微粒，太阳、月亮、地球以及一切天体，都是由于原子涡动而产生的。这是朴素的天体演化的思想。 他还推测出太阳远比地球庞大，月亮本身并不发光，靠反射的太阳才显得明亮，银河是众多恒星集合而成的。,德谟克利特,希腊天文学家托勒玫 (Ptolemy) 出版他的著作天文学大成，提出完整的“地心说”。在整个中世纪这本书被人们奉为天文学知识的经典著作。 他指出：日、月、五大行星都在绕地球的偏心圆轨道上运转，并且各有其轨道层次。,托勒玫,中国古代天文学 及辉煌成就 第二讲专门介绍,中世纪的天文学,哥白尼的日心学说 1497年葡萄牙人达伽玛绕过非洲南端的好望角，到达印度西南海岸； 1492年意大利人哥伦布向西横渡大西洋发现加勒比海诸岛（西印度群岛）。 公元1519年西班牙人麦哲伦横渡太平洋，到达菲律宾群岛，他死后其同伴大体上按葡萄牙人的航线返回西班牙。 成功地证实了我们脚下踩着的大地是一个球体。这是人类史上也是地球史和天文学史上的一件大事。,哥白尼（Nicolaus Copernicus，1473-1543），波兰天文学家、日心说创立者，近代天文学的奠基人。,天体运行论是人类思想史上划时代的作品，它可以与牛顿的自然哲学原理、达尔文的物种起源论相提并论。 日心学说：太阳是宇宙的中心，地球绕自转轴自转，并同五大行星一起绕太阳公转；只有月球绕地球运转。 否定了托勒玫的“九重天”，但他却保留了一层恒星天，尽管他回避了宇宙是否有限这个问题， 哥白尼的伟大成就，不仅铺平了通向近代天文学的道路，而且开创了整个自然界科学向前迈进的新时代。,近代力学宇宙体系的确立,哥白尼天体运行论发表近150年之后，于1687年出版了牛顿具有历史性的、阐述万有引力理论的巨著自然哲学的数学原理。 丹麦天文学家第谷布拉赫所做的非常精密的天文观测，在没有望远镜的年代，全凭肉眼，达到了肉眼观测的最高水平。 第二个奇迹是德国天文学家开普勒根据第谷遗留的大批资料，于1609年提出了行星运动的第一、第二定律，10年后又提出了行星运动的第三定律，而这正是牛顿推导万有引力定律的出发点。 第三个奇迹是意大利物理学家伽利略于1609年发明天文望远镜，从而揭开了天文观测的新纪元。,第谷布拉赫（Tycho Brahe，1546-1601），丹麦天文学家和占星学家。生于克努兹斯图普（今属瑞典）。 1572年11月11日第谷发现仙后座中的一颗新星（银河系的一颗超新星），第二年发表论文新星，后来受丹麦国王腓特烈二世的邀请，在汶岛建造天堡观象台，建造了许多大型精密的天文仪器。,第谷布拉赫,开普勒（Johannes Kepler,1571-1630） 德国天文学家、占星学家、 数学家。1571年12月27日生于德国斯瓦比亚地区（今西德巴伐利亚洲）的维腾堡。,1598年开普勒离开德国到了布拉格。应第谷的邀请，普勒接替了第谷的工作。1612年移居奥地利林茨担任教授，此期间他发表了，哥白尼系统天文学摘要，并出版了鲁道夫星表。1628年定居于扎尔根。,开普勒,伽利略（Galileo Galilei，1564-1642），意大利物理学家、天文学家和哲学家，近代实验科学的先驱者。,1609年，伽利略创制了天文望远镜，发现了月球表面的凹凸不平，亲手绘制了第一幅月面图。1610年1月7日，发现了木星的四颗卫星，为哥白尼学说找到了确凿的证据，标志着哥白尼学说开始走向胜利。还先后发现了土星光环、太阳黑子、太阳的自转、金星和水星的盈亏现象、月球的周日和周月天平动，以及银河是由无数恒星组成等等。这些发现开辟了天文学的新时代。,1642年的圣诞节前夜，在英格兰林肯郡沃尔斯索浦的一个农民家庭里，牛顿诞生了。,三顶冠冕（少年） 世俗的冠冕啊，我鄙视他如同脚下的尘土， 它是沉重的，而最佳也只是一场空虚； 可是现在我愉快的欢迎一顶荆棘冠冕， 尽管刺得人痛，但味道主要的是甜； 我看见光荣之冠在我的面前呈现， 它充满着幸福，永恒无边。,牛顿,（表达了他为实现献身科学的理想而甘愿承受痛苦的态度 ）,布鲁诺一接触到哥白尼的天体运行论便摒弃宗教思想，只承认科学真理，并为之奋斗终身，用他的笔和舌毫无畏惧地积极颂扬哥白尼学说，无情地抨击宗教的陈腐教条。 在论无限、宇宙及世界中，提出了宇宙无限的思想，他认为宇宙是统一的、物质的、无限的和永恒的。在太阳系以后还有无数的天体世界。人类所看到的只是无限宇宙中极为渺小的一部分，地球只不过是无限宇宙中一粒小小的尘埃。 布鲁诺指出，千千万万颗恒星都是如同太阳那样巨大而炽热的星辰，这些星辰都以巨大的速度向四面八方疾驰不息，它们的周围也有许多像我们地球这样的行星，行星周围又有许多卫星。 生命不仅在我们的地球上有，也可能存在于那些人们看不到的遥远的行星上。,布鲁诺(15481600)，出生在意大利的一个贫苦家庭，15岁进修道院，24岁成为牧师，并获得哲学博士学位。在法国、英国等地宣传哥白尼的日心说，批判托勒密的地心说。 1592年，罗马教廷把他骗回意大利，并立即逮捕。经过八年的折磨，他被处以火刑。1600年2月17日，布鲁诺被烧死在罗马的鲜花广场上。 他的科学精神永存！ 1889年，人们在布鲁诺殉难的鲜花广场上竖立起他的铜像，永远纪念这位为科学献身的勇士。,布鲁诺,哈雷（16561742），根据引力定律，计算了1682年大彗星的轨道，后来这颗彗星被命名为哈雷彗星；还预言1759年这颗大彗星将再次出现，后来真的如哈雷所预言而出现了；为牛顿定律的真实性和天体力学方法的可靠性，提供了勿庸质疑的证据。,哈雷,19世纪40年代英国天文学家亚当斯和法国天文学家勒威耶又计算出海王星的存在，至此可以说牛顿力学得到了确定无疑的证明。 从哥白尼到牛顿的150年，新的理论和观测无不证明：地球不是宇宙的中心，太阳并不围绕地球旋转；天体不是匀速在圆形轨道上运行，而是在比较复杂的曲线轨道上运行；彗星遵循着一定的轨道在围绕太阳运行，它们的再度出现可以按照天体力学的一般定律加以预测；太阳也不是一成不变的，其表面有变化着的黑点；星辰在天穹或隐或现，星的光亮有周期性变化。 宇宙真正体系的发现无情地摧毁了地动说，近代力学宇宙观确立起来了。,亚当斯（John Couch Adams， 1819-1892），英国天文学家，海王星的发现者之一。 1843年毕业于剑桥圣约翰学院，后在剑桥大学任教，两次当选英国皇家天文学会会长，1861年起任剑桥大学天文台台长。在1844-1845年计算出了另一颗行星的轨道参数，但未受重视，直到1846年海王星被发现，人们才想起他的工作，后被公认为海王星的共同发现者。 亚当斯的研究还涉及月球运动长期加速现象、地磁场、狮子座流星雨轨道等领域，曾获得英国皇家天文学会的金质奖章。,亚当斯,勒威耶（Urbain Le Verrier，1811-1877），法国天文学家，毕业于巴黎工艺学校，1837年始攻天体力学，任巴黎工艺学校天文教师；后两度出任巴黎天文台台长。 1846年8月31日用数学方法推算出了海王星的轨道并预告它的位置，并因此获得英国皇家学会的柯普莱奖章。 还研究过太阳系的稳定性问题和行星理论，编制了行星星历表。 勒威耶发现了水星近日点的异常进动，并预言“水内行星”的存在，至今仍未能得到最后的证实。,勒威耶,二十世纪的天文学,天文学在二十世纪的发展是空前的。现代物理学和现代技术的发展，使天体物理学成为天文学的主流，经典的天体力学和天体测量学也有新的发展，人们对宇宙的认识达到了空前的深度和广度。 二十世纪天文学进入了黄金时代，人们可以阐明地球、太阳和太阳系的来龙去脉、星系的起源和星系的演化、宇宙的过去和未来、地外生命和地外文明等重大研究问题。,观测手段和技术,1609年伽利略发明了 第一架天文望远镜。 开普勒将这种望远镜 的凹透目镜改造为小 凸透目镜，尽管成相 是倒立的，但视野和 放大率都扩大了。这 种望远镜是折射望远 镜。,伽利略,伽里略手制的折射望远镜,1668年牛顿首先制成反射望远镜，他用的目镜是锡和铜的合金，全长不过15厘米，然而它却可以放大40倍。,牛顿手制的反射望远镜,19世纪最大的反射望远镜是美国人罗斯伯爵于1845年建造的，口径达184厘米镜身长17米。 1846年玻璃工业达到发展，到19世纪中叶以后，大型折射望远镜在世界各地纷纷建造起来。,早期的折射望远镜,1824年德国光学家夫琅和费造了一架口径24厘米、长4.3米的消色差折射望远镜，安装在俄国天文台。 19世纪40年代一架38厘米的折射望远镜在美国哈佛大学天文台建成。 1870年美国人克拉克为美国海军天文台建造了一架当时世界最大最好的折射望远镜，它长13米，口径66厘米，透镜重45千克，1877年美国天文学家霍尔用它发现了火星的卫星。 1892年小克拉克为美“叶凯士”天文台磨制了 一块重230千克、口径102厘米的巨大透镜，制成的巨型折射望远镜于1897年启用。直到今天，这架仪器仍然保持着折射望远镜冠军的称号。 1885年俄国普尔科沃在天文台安装了口径76厘米的折射望远镜，透镜也是克拉克磨制的。 1886年77厘米的望远镜安装在法国尼斯天文台。 1889年83厘米的望远镜在法国默冬天文台启用。 1893年71厘米望远镜出现在英国格林威治天文台。,现代发射望远镜,19世纪下半叶是折射望远镜的时代，20世纪上半叶 巨型反射望远镜则占了上风。 1897年一架91厘米的反射镜在英国诞生了。 1917年11月“胡克望远镜”正式启用了，整个望远镜重 90吨，可以很方便地操作，并以很高的精度跟踪恒 星，它在以后的30年内一直是望远镜之王，它是第 一架、也是30年内唯一能够提供银河系实际大小和 太阳系所处位置信息的仪器。 1948年当时世界上最为完善的“海尔反射望远镜”在美 国交付使用，它的成型镜面净重14.5吨，镜筒重140 吨，整个望远镜的可动部分重达530吨！,太阳望远镜,日冕是太阳周围一圈薄薄的、暗弱的外层大气，它的结构复杂，只有在日全食发生的短暂时间内，才能欣赏到，因为天空的光总是从四面八方散射或漫射到望远镜内。 1930年第一架法国天文学家李奥研制的日冕仪诞生了，这种仪器能够有效地遮掉太阳，散射光极小，因此可以在太阳光普照的任何日子里，成功地拍摄日冕照片。 真空太阳望远镜是将全部成像光学元件都放在真空筒中，这种望远镜可以消除仪器内部气流对成像的有害影响。最著名的真空太阳望远镜在美国萨克拉门托峰天文台。它的外形是41米高的露天锥塔，顶部是真空密封转台。,射电天文学的研究,20世纪初期人类还不能完全捕捉到天体释放出辐射的电磁波谱。第一个发现来自宇宙无线电波的是美国电信工程师央斯基（19051950）。 人类捕捉到了来自太空的无线电波，射电天文学从此诞生了。这是天文学发展史上的又一次飞跃，从此人类认识宇宙的窗口从可见光波段转到射电。 目前世界上口径最大的射电望远镜是1963年安装在波多黎各的阿雷西博射电天文台的著名抛物面射电望远镜，是美国国立天文台和电离层研究中心的主要设施。,空间天文学,40年代的探空火箭技术和气球技术，50年代末人造卫星的上天，天文学从地面观测跃进到空间观测，从狭窄的光学波段、射电波段扩展到整个电磁波段，于是天文学便进入了全波天文学，这是天文学发展史上的又一次飞跃。 红外天文学、紫外天文学、X射线天文学和射线天文学相继应运而生，在人类面前展示了一幅更加绚丽多彩的大宇宙图象。,红外辐射是60年代被发现的，红外天文学的研究在地面和高空以及外层空间全面展开。 红外波观察绝对温度四千度以下的天体，包括太阳系中的行星、卫星和彗星，红外辐射可以提供关于恒星的出生和死亡的宝贵知识。 第一颗红外天文卫星于1983年升空，它是美国、英国、荷兰共同研制的，上面装有一架60厘米的红外望远镜，它发现了三十多万个新天体。,20世纪60年代最激动人心的发现还是X射线天文学领域的研究，被认为是六十年代X射线天文学的重大成就之一。 1962年,第一次发现天蝎座方向的一个强大的X射线源； 1969年发现蟹状星云脉冲星NP0532的X脉冲辐射； 1970年第一个观测X射线的小型天文卫星美国的“自由号”进入巡天轨道； 随后,荷兰、英国、印度、美国等国家的X射线卫星和高能天文台相继探空；“自由号”的资料到1977年已编出四个X射线源表。 1975年发现的宇宙X射线爆发，是七十年代天体物理学的重大发现之一。,射线是波长比X射线还要短的电磁辐射，宇宙中许多过程都能产生射线。 1962年两个月球轨道上的卫星“徘徊者”3号和5号发现了弥漫宇宙 射线辐射。 1972年两次太阳耀斑事件中探测到射线爆发。 1973年证实宇宙射线爆发。 到1978年底，探测到的银河系射线源一共只有13个,其中8个已证认为超新星遗迹。,哈勃空间望远镜,对月球的空间探测,1961年美国“阿波罗”计划开始，先后执行“徘徊者”、“月球勘测者”、“月球轨道飞行器”三个辅助计划，1966年正式实施“阿波罗”登月计划，1972年结束。 1969年7月20日“阿波罗”实现了第一