天文学基础知识——天文学发展简史

天文学发展史天文协会学术部沙永强天文学基础主要内容天文学的产生我国天文学的发展历史及成就西方天文学发展历史天文学的产生天文学：自然科学六大基础学科之一，研究探索宇宙及其所包含的所有天体的本质，主要指天体在宇宙空间的位置、分布、物理状态、化学组成、运动和演化过程的自然科学。天文学是一门具有悠久历史的古老学科，它是随着人类生产实践活动的需要而产生与发展的。天文学的产生对原始农牧民族来说，日出而作，日没而息，昼夜的交替成了天然的时间计量单位。农牧业生产活动还随寒来暑往，四季循环而变化。不同的季节、不同的地方出现不同的天象。观察天象确定季节、位置、方向古埃及：天狼星与太阳一起升起后不久，尼罗河水就开始泛滥。古希腊：每年日影最短的一天之后五十天是最适合航海的时候；昴星团在早晨掉进海里以后，暴风季节就要开始。古代中国：每年开始耕种时，“大火”（心宿二）在傍晚出现于东方。在三千年前设置了“火正”职位，专门观测“大火”来确定季节与时令。二千多年前，用土圭定出了冬至与夏至，且最早测出了一年365.25天。春秋、秦汉时期，又定出了春分、秋分以及其他二十个节气。天文学及其发展史天文学是一门具有悠久历史的古老学科，它的发展基本上可以分为古代、近代和现代三大阶段。古代天文学现代天文学近代天文学主要内容天文学的产生我国天文学的发展历史及成就西方天文学发展历史古代天文学中国古代辉煌的天文学宇宙说星座：三垣四象二十八宿古代天文仪器及天文官史主要成就赤道坐标系太阳黑子和日食彗星、流星和陨星新星和超新星宇宙学说盖天说、浑天说和宣夜说盖天说：第一个阶段：天圆地方，假想天是个半球形的盖子盖住地面，人住在地上，星星在天上；第二个阶段：基本假定是天地平行，其间相距八万里。浑天说：天地具有蛋状结构，地在中心，天在周围。宣夜说：东汉时提出，认为天是空而无质，无穷无极，日、月、星辰浮于其中，或静或动，积气而成。在我国有三垣、四象二十八宿之分，据《史记·天官书》记载：三垣是北天极周围的三个区域，即紫微垣、太微垣、天市垣。四象分布于黄道和白道近旁，环天一周。每象各分七段，称为“宿”，共计二十八宿。东方苍龙之象：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、张宿、翼宿、轸宿。西方白虎之象：奎宿、娄宿、胃宿、昴宿、毕宿、觜宿、参宿。北方玄武之象：斗宿、牛宿、女宿、虚宿、危宿、室宿、壁宿。星座：三垣四象二十八宿东方苍龙之象：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、张宿、翼宿、轸宿。西方白虎之象：奎宿、娄宿、胃宿、昴宿、毕宿、觜宿、参宿。北方玄武之象：斗宿、牛宿、女宿、虚宿、危宿、室宿、壁宿。天体测量仪器：浑仪、简仪、仰仪、象限仪、地平经纬仪、赤道经纬仪、黄道经纬仪时间测量仪器：日晷、圭表、漏刻、沙漏中国古代天文仪器浑仪简仪赤道经纬仪地平经纬仪黄道经纬仪纪限仪象限仪朝代部门、官员朝代部门、官员秦太史令宋司天监太史局天文院；司天监太史局令西汉太史公、太史令辽司天监；太史令东汉太史令金司天台；提点司天监魏晋南北朝太史局；太史元司天监太史院；提点司天监太史院史。259人隋太史曹太史监；太史令明钦天监；太史令监正。41-23人唐太史局浑天监浑仪监太史监司天台；太史局令浑天监太史监司天台监。824人清钦天监；监正。154人中国古代天文官史天学机构的主要工作如下：首先是天象的观测记录，内容有：恒星位置的测定，并编制成星表或绘制为星图；日月食和掩星观测；行星在恒星背景下的视运动状况；异常天象的观测记录，包括彗星新星流星太阳黑子等。其次是观天仪器的研制和管理。三是修订历法，编算历书历谱并印制颁发。1.赤道坐标系的使用唯一性：坐标值不随时间、观测点位置变化。古希腊使用黄道坐标系。2.太阳黑子和日食的记录公元前140年就有对太阳黑子的观测记录，比欧洲早了近千年。对太阳黑子出现的时间、大小和位置有详细描述。4000年前夏代仲康元年首次日食记录，至元朝末年已有650次之多。主要成就西汉成帝河平元年（公元前28年）《汉书·五行志》：“成帝河平元年⋯⋯三月己未，日出黄，有黑气大如钱，居日中央。”《后汉书·五行志》（公元188年）：“中平⋯⋯五年正月，日色赤黄，中有黑气如飞鹊，数月乃销。”《宋史·天文志》（公元1131年）：“绍兴元年二月己卯，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。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。”3.彗星、流星和陨星哈雷彗星的最早记载：前613年《春秋》，之后多达31次。战国时代已有彗星形态记载。精彩的流星雨记载。主要成就《春秋》：“鲁文公十四年秋七月，有星孛入于北斗。”《史记·六国表》载：“秦厉共公十年彗星见。”《汉书·五行志》汉成帝元延元年（公元前12年）：“元延元年七月辛未，有星孛于东井，践五诸侯，出河戌北，率行轩辕、太微，后日六度有余，晨出东方。十三日，夕见西方，……锋炎再贯紫宫中。……南逝度犯大角、摄提。至天市按节徐行，炎入市中，旬而后西去；五十六日与苍龙俱伏。”哈雷彗星《新唐书·天文志》：“上元……三年七月丁亥，有彗星于东井，指北河，长三尺余，东北行，光芒益盛，长三丈，扫中台，指文昌。”唐高宗上元三年是公元676年。《晋书·天文志》载有：“彗体无光，傅日而为光，故夕见则东指，晨见则西指。在日南北皆随日光而指，顿挫其芒，或长或短。”《新唐书·天文志》（公元896年）：“乾宁……三年十月，有客星三，一大二小，在虚、危间，乍合乍离，相随东行，状如门，经三日而二小星没，其大星后没。”4.新星和超新星爆发商代至17世纪末，记载“客星”约90颗，其中12颗是超新星。蟹状星云：1054年《宋会要》记载的“客星”遗迹。主要成就《汉书·天文志》中就有：“元光元年六月，客星见于房。”汉武帝元光元年是公元前134年。宋仁宗至和元年（公元1054年）出现在金牛座ζ星（天关星）附近的超新星。《宋会要》：“嘉祐元年三月，司天监言客星没，客去之兆也。初，至和元年五月，晨出东方，守天关，昼见如太白，芒角四出，色赤白，凡见二十三日。”主要内容天文学的产生我国天文学的发展历史及成就西方天文学发展历史古代天文学古希腊天文学和托勒密的地心说托勒密近代天文学哥白尼和日心说第谷开普勒及其运动定律伽利略牛顿和万有引力定律哥白尼和日心说《天体运行论》1.对恒星与行星进行了长期精确的观测，积累了大量观测资料。2.编制了一部有777颗恒星坐标的星表。3.发现了许多新的天文现象。4.宇宙结构体系：地球静居中心，行星绕太阳运行，而太阳则带领行星绕地球运转。第谷①开普勒第一定律：各行星的轨道都为椭圆形，太阳位于一个焦点上：以日心为原点的直角坐标表示有feprcos1)cos1(EearEeaEbyeEaxsin1sin)(cos2开普勒及其运动定律②开普勒第二定律：行星与太阳的连线在相同时间内扫过的面积相等，即③开普勒第三定律：行星运动周期的平方和平均半径的三次方的比值为常数。2122dAdhrconstdtdtconstRT232)2(伽利略制造光学天文望远镜观测月球环形山、月海发现木星的四颗卫星宇宙还有其它中心金星表面周期圆缺变化金星不发光，围绕太阳运动发现太阳黑子、证明太阳自转任何两个物体间均存在一个相互吸引的力，这个力的大小与两物体质量的乘积成正比，与两物体间的距离的平方成反比。牛顿和万有引力定律rMm2rmMGF213111067.6skgmG蒲柏（A.Pope，1688-1744）的一名言：Natureandnature’slawlayhidinthenight:Godsaid,letNewtonbe!Andallwaslight.自然与自然规律为黑暗所隐蔽：上帝说，让牛顿来！一切即臻光明。现代天文学19世纪中叶天体物理学的产生标志现代天文学的产生。现代天文学的观测手段可以归纳为以下三种：光学观测：传统光学望远镜太空望远镜、自适应光学系统。射电观测：20世纪60年代，脉冲星、星际分子、宇宙微波背景辐射和类星体“四大发现”。射电天文已成为诺贝尔奖的摇篮。空间探测：将空间探测器与人类送上其它天体或在其附近进行近距离观测。宇宙层次宇宙秩序地月系太阳系Natural：太阳，行星，卫星，彗星，小行星，流星。Artificial:人造卫星，星际探测器（旅行者号）银河系恒星、双星、聚星、星团、星云、星系总星系（宇宙）天体的距离单位▲1天文单位(AU)=太阳到地球的平均距离1.5108公里（1.5亿公里）▲1光年(ly)0.951013公里▲1秒差距(pc)31013公里1pc3.26ly.~2105AU1Kpc=103pc(星团与星系尺度)1Mpc=106pc(星系团与宇宙尺度)最近的恒星：半人马(比邻星),1.3pc(4.22ly.)最近的疏散星团：毕星团(Hyades),44pc(135ly.)最近的河外星系：大麦云(LMC)，52Kpc目前发现的最远天体：180亿光年~5500Mpc宇宙尺度的衡量微观世界宏观世界电子10－13m1Å＝10－10m最大的原子5Å地球：最高的山8850m地球半径6400km太阳系：日地平均距离1.5亿km定义为1天文单位(1AU)恒星际空间：秒差距(pc),光年(ly)◆历史事件宇宙大爆炸太阳和地球形成蓝－绿藻类有细胞核的大细胞复杂的多细胞生命植物和动物出现恐龙时代北京人出现尼安特人出现现代人出现人类开始有文字记载人类实施第一项射电观测计划◆宇宙年历3年前第三年1月份3－4月9月10月下旬11月底12月15日－25日12月31日23时12月31日23时50分12月31日23时55分12月31日59分30秒12月31日59分59.7秒地球的运动绕自己体内的旋转轴的自转绕日运行的公转跟着太阳系朝织女星方向的运动随着太阳系绕银河系中心旋转的运动地球的自转地球的自转自转的角速度：除两极为0外，全球各地均相同。自转的线速度：除两极为0外，其余地方随纬度的增大而减小，随高度的增大而增大。自转方向：自西向东，微小不均匀。自转产生了昼夜的交替、日月星辰的东升西落现象。地球的公转黄道面：地球公转轨道面称为黄道面。公转速度：不均匀，冬天略快，夏天略慢。公转方向：自西向东，与自转的方向相同。黄赤交角ε＝23º26.5´，变化很小。由于ε的存在，公转产生了一年四季的变化。ecliptic黄道地球的公转