兵网整理：世界天文学简史（中世纪的天文学）

兵网 · 发表于 2011-10-15 14:23:27

1. 哥白尼的日心学说

在西方，古代天文学家倾注了很大力量，研究行星在星空背景中的运动。他们年复一年，精益求精地测量行星的位置和分析行星运动的规律，终于导致了中世纪哥白尼日心学说的创立，这给当时的宗教势力以有力的打击，是世界上自然科学捍卫唯物主义的一次胜利。
日心学说的发展到17世纪达到了高峰。牛顿把力学概念应用于行星运动的研究，发现和验证了万有引力定律和力学定律，并创立了天文学说的一个新分支——天体力学。天体力学的诞生，使天文学从单纯研究天体的几何关系，进入到研究天体之间相互作用的阶段。也就是说，从单纯研究天体运动的状况，进入到研究造成这些运动的原因。
随着人类的进步，社会的发展，天文学也在不断地前进着、发展着，而且曾经出现了几次大的飞跃，其中近代天文学的奠基人哥白尼所创立的日心学说，与托勒玫的地心学说相比，就是天文学上的一次伟大的革命。

* 产生巨人的时代

中世纪天文学在欧洲以意想不到的力量，一下子重新兴起，并且以神奇的速度发展起来。
为了加速资本积累，东方的财富和黄金，对他们具有极大的诱惑力，为了寻找新航路就成了非常紧迫的问题，这样促成了三次著名的冒险远航的实现，即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）。接着是三次西航，踏上中南美大陆的一些地方，误认为是印度。后来西班牙人得知那是新发现的大陆；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。
西行可以东达哥伦布、麦哲伦等人的航行，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。
欧洲通往东方新航线的开辟，美洲新大陆的发现以及环球航行的成功，为欧洲资本主义国家开辟了新的活动市场，并给自然科学的发展开拓了广阔的道路。特别是远洋航海事业的发展，航海家们需要根据天体运动的方向和高度来确定船舶的位置和校正航向。这就要求天文学改进观测方法，从而大大地推动了天文学的发展。在这样的时代背景下，哥白尼的太阳中心说就应运而生了。

* 近代天文学奠基人——哥白尼与《天体运行论》

1510~1514年间哥白尼在撰写的一份手稿中，完整地表达了他的日心学说：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，用这一学说，能很容易地解释天体各种运动现象。经过多年的精心计算，他的体系更加完善，他确信自己的体系是对天体运动的真实描述。但他知道日心说与基督教义格格不入，因而迟迟不能下决心出版自己的著作。直到1543年他弥留之际，在朋友的劝说下，不朽名著《天体运行论》才终于问世。哥白尼的日心说不但以简单完美的形式吸引了天文学家的注意，更由于他冲破了中世纪的神学教条，彻底改变了人类的宇宙观而引起了一场伟大的“哥白尼革命”。这场革命使希腊科学垮台了，并使人类在一条崭新的更富有丰硕成果的道路上迈进。
《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。为了阐明地球围绕太阳运动，哥白尼花了大量篇幅，根据天文学和物理学上的理论，详细地讨论了地球是运动的，并驳斥了“地静说”的错误观念。哥白尼在书中确立了他的“太阳中心说”的宇宙体系，即太阳居于宇宙的中心静止不动，而包括地球在内的行星都绕着太阳转动。离太阳最近的是水星，其次是金星、地球、火星、木星和土星。恒星则在离太阳很远的一个球面上静止不动。为了表现地球的轨道，哥白尼用了圆的中心与太阳不对应的偏心圆。书中哥白尼叙述了月球运动的理论以及计算日食和月食的方法。
哥白尼的日心宇宙体系既然是时代的产物，它就不能不受到时代的限制。反对神学的不彻底性，同时表现在哥白尼的某些观点上，他的体系是存在缺陷的。哥白尼所指的宇宙是局限在一个小的范围内的，具体来说，他的宇宙结构就是今天我们所熟知的太阳系，即以太阳为中心的天体系统。宇宙既然有它的中心，就必须有它的边界，哥白尼虽然否定了托勒玫的“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，但实际上他是相信恒星天球是宇宙的“外壳”，他仍然相信天体只能按照所谓完美的圆形轨道运动，所以哥白尼的宇宙体系，仍然包含着不动的中心天体。但是作为近代自然科学的奠基人，哥白尼的历史功绩是伟大的。确认地球不是宇宙的中心，而是行星之一，从而掀起了一场天文学上根本性的革命，是人类探求客观真理道路上的里程碑。
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。从哥白尼时代起，脱离教会束缚的自然科学和哲学开始获得飞跃的发展。

兵网 · 发表于 2011-10-15 14:42:11

2 . 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》。

在这150年中奇迹相继在欧洲天文学界发生。欧洲人急速地倒向哥白尼的地动学说，首先是丹麦天文学家第谷·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。牛顿将哥白尼、第谷、开普勒、伽利略和其他学者在天文学和动力学上的发现汇集起来，加上在数学和力学上的创见，概括成经典力学体系，运用他的运动定律和万有引力定律解释极其广泛的自然现象，从天体运行、潮汐涨落到物体坠地，做出统一解释，成为科学史上最伟大的成就之一。

希腊思想家很早就提出宇宙究竟有多大的问题。空间是不是向各方伸展没有止境呢？是否被某种界限所包围？那么界限之外又是什么呢？除了我们的宇宙还有别的宇宙吗？我国古代很早也展开过讨论。

首先提出宇宙不能只有一个中心，将太阳和其所属的恒星从宇宙中心的优越位置推开的人是意大利的布鲁诺，他把太阳看作是宇宙里无数类似体系中的一个，因此遭到教会的迫害。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。他在《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……。布鲁诺勇敢的一击，将束缚人们思想达几千年之久的“球壳”击的粉碎。布鲁诺的卓越思想使与他同时代的人感到茫然，为只惊愕！一般人认为布鲁诺的思想简直是“骇人听闻”，甚至连那个时代被尊为“天空立法者”的天文学家开普勒也无法接受，布鲁诺在天主教会的眼里是十恶不赦的敌人，把他囚禁，审讯和折磨竟达８年之久！但一切恐吓和威胁利诱丝毫没能动摇布鲁诺相信真理的信念，1600年在罗马白花广场英勇就义。

由于布鲁诺不遗余力的大力宣传，哥白尼学说传遍了整个欧洲。天主教会深知这种科学对他们是莫大的威胁，于是在1616年决定将《天体运行论》列为禁书，不准宣传哥白尼的学说。

最终使旧天文学基础发生动摇、天文学得以抬头，促使哥白尼理论确立的是丹麦天文学家第谷·布拉赫。作为一位观测者，第谷比哥白尼的贡献更大，他虽然并不相信哥白尼的理论，可是他对于这一理论的最终胜利却做出了重大贡献。

1572年第谷发现了一个超新星，并认为它应该是恒星之类的星辰，把观测结果写成了《关于新星》的论文，使恒星一直被认为是永恒不变天体的观点发生了动摇，对后世颇有影响。鉴于他的声望和观测才能，国王拨巨款、第谷亲自指导在海滨小岛修建一座富丽堂皇的天文台，精密的天文观测是他的擅长，他创制了新的观天仪器，对旧仪器也做了不少改进，他所做的观测精度之高，是他的同时代人望尘莫及的，他编制了一部恒星表相当准确，至今仍然有使用价值。

第谷的另一成就是对彗星的观测。当时被认可的观点是彗星是一个来无影去无踪的怪物，出没和运行无规律，因此不可能是天体，只是大气中的现象。第谷通过对1577年出现的大彗星的观测，首次打破了传统的观点，他发现彗星的运行轨道远在月球运行轨道之外，并且可以穿越行星天层而不会有任何阻碍。

第谷对天文学最值得称道的贡献是他对行星运动的长期观测，积累了大量极为丰富的观测资料，在临终前夕毫无保留地交给了他的继承人开普勒，从而成了开普勒推行行星运动定律的“原材料”和建造科学大厦的基石。

第谷遗留下来的数据资料中，火星的资料是最丰富的，而哥白尼的理论在火星轨道上的偏离最大，所以开普勒的第一项工作是重新观测火星的数据运动。开始，开普勒用正圆编制火星的运行表，发现火星老是出轨。他便将正圆改为偏心圆。在进行了无数次的试验后，却跟第谷的数据不符，产生了8分的误差。正是这个不容忽略的8分使开普勒走上了天文学改革的道路。他敏感的意识到火星的轨道并不是一个圆周。他想象太阳射出的力线像从车轮的中心部发出的，当太阳自转的时候，这些力线就推动了行星。距离太阳远的行星，受到的力就弱，因而运动也就缓慢。从而想到火星的轨道绝不是正圆，应当是椭圆，他进一步研究其他几颗行星的运行轨道，发现也是椭圆，于是他归纳出行星运动的第一定律，即所有行星绕太阳运转的轨道是椭圆的，其大小不一，太阳位于这些椭圆的一个焦点上。接着开普勒又推断出第二定律：向量半径（行星与太阳的连线）在相等的时间里扫过的面积相等，由此得出了行星绕太阳运动是不等速的，离太阳近时速度快，离太阳远时速度慢的结论。这一定律进一步推翻了唯心主义的宇宙和谐理论，指出了自然界的真正的客观属性。由前人的测量误差“引起了天文学的全新革新”。但是开普勒并没有停滞不前，他继续探讨行星的公转周期与行星到太阳的距离之间的关系，经过长达16年的繁重、复杂计算和许多失败后，终于发现了行星运动的第三定律，即行星公转周期的平方与行星和太阳的平均距离的立方成正比。这一定律将太阳系变成了一个统一的物理体系。

　　哥白尼学说认为天体绕太阳运转的轨道是圆形的，且是匀速运动的。开普勒第一和第二定律恰好纠正了哥白尼的上述观点的错误，对哥白尼的日心说做出了巨大的发展，使“日心说”更接近于真理，开普勒还指出，行星与太阳之间存在着相互的作用力，其作用力的大小与二者之间的距离长短成反比。开普勒不仅为哥白尼日心说找到了数量关系，更找到了物理上的依存关系，使天文学假说更符合自然界本身。在科学与神权的斗争中，开普勒坚定地站在了科学的一边，用艰苦的劳动和伟大的发现来挑战传统观念，推动了唯物主义世界观的发展，使人类科学向前跨进了一大步。

旧教力学原理认为运动需要一个持续的推动力，如果没有一个永恒的力的作用，诺大一个地球怎么会风驰电掣般运动呢？第一个起来推翻原有的力学理论的是伽利略，他指出单凭直觉的推理是靠不住的，而且常常会导致错误的结论。伽利略用实验的方法，考察了运动的实质，澄清了哥白尼的理论，扫清了力学上的障碍。

伽利略在力学上的一项发现叫做惯性定律，他的这一发现，在天体运动问题上具有重大意义，人们终于明白，原来需要外力的不是运动本身，而是运动的改变。物体既然具有惯性，天体的运动自然就不神秘了，行星系一旦能够运动，就无需外力来维持，就可以持续地永恒运动不息了。

扫清了力学上的障碍，伽利略又从另外两方面大大推进了哥白尼学说的发展，其中之一就是创立了望远镜天文学。1609年伽利略用他初创的望远镜观察月亮，打破了几千年人们认为的月亮是皎洁无暇的观念，发现了那上面竟有苍苍的大山和广阔的平原，还有无数像火山口那样的环形山，月球上的地形与地球结构几乎毫无两样，这一发现使伽利略欢喜若狂。1610年伽利略测得木星和其周围的卫星，他所看到的木星体系，就像是太阳系的一个缩影，他由此断定，地球也必然是这样带着自己的卫星——月亮绕着太阳运行。后人们为纪念这一发现，将伽利略发现的4颗卫星，取名为伽利略卫星。同年他又把望远镜指向金星，惊奇地发现在地球上观测金星，它与月亮一样，也是有规律地发生位相变化。伽利略借助望远镜发现了许多新的天象，“哥伦布发现了新大陆，而伽利略发现了新宇宙”。但是伽利略宇宙研究的观点得不到教会的支持，他被判终身监禁，只得“不以任何方式、言语或著作，去支持、维护或宣传地动的邪说”。但地球仍在转动，他倒下的时候，已经将哥白尼的学说推到了最终胜利的阶段。

苹果落地现象使牛顿考虑到地心引力是否可以达到月球，使月球在轨道上运行，他重新研究开普勒的行星运动定律，得出引力随距离变化的规律，并计算出地球施加到月球上的引力就是使月球在其轨道上运行的力量。太阳同样也在行星上施加同样性质的力，是行星在各自的轨道上运行，开普勒凭经验认识到行星的运行轨道是椭圆的，牛顿根据他的引力定律，用数学的方法，推出了同样的结果。经过多年的辛勤研究后，牛顿终于将苹果落地的力、维持月球在其轨道上运动的力和一切天体相互吸引的力，都统统归结为一种力，而且还证明这种力产生于物质所共有的一种性质，因而使宇宙中各质点间相互吸引，引力的大小与两质点的质量和其之间的距离有一个确定的关系，这个关系叫做万有引力，即万物彼此之间相互吸引，引力的大小与物质的质量成正比，与它们之间的距离的平方成反比。

牛顿以后的天文学家沿着他所开创的道路，解释了许多天体现象，并且形成了由数学去研究天体运动的专门学科——天体力学。

与牛顿同时代的伟大天文学家哈雷（1656~1742），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，他还预言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，这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。后来在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，人类对于宇宙的认识彻底改变了，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；而且难以测定的彗星，实际上是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。这众多的天文学发现加上同期物理学领域的许多发现，人类认识自然的知识比两千年前“希腊人的奇迹”大大丰富了，宇宙真正体系的发现无情地摧毁了地动说，占星术自16世纪以来就日落西山了，近代力学宇宙观确立起来了。

兵网 · 发表于 2011-10-15 14:44:52

3. 18、19世纪的天文学

（1）18世纪经典天文学的蓬勃发展
18世纪是经典天文学蓬勃发展的时代。所谓经典天文学是指天体测量学和天体力学。天体测量学主要是研究和测量天体的位置和运动的，它是天文学中最先发展起来的一个分支，可以说，早期天文学的内容就是天体测量学。天体力学是研究天体运动和形状的科学，它是在天体测量学的基础上发展起来的。开普勒提出的行星运动三定律，为天体力学的建立创造了条件。牛顿提出的万有引力定律则奠定了天体力学的基础。
18世纪，天体测量学和天体力学密切配合，相辅相成，依靠观测太阳、月球和行星的大量资料和天体力学的研究方法，总结出太阳系天体的运动和力学关系的理论。18世纪天文学的主流是为了制定历法和航海的需要而进行的精密的子午线观测、月球运动的观测和日地距离的测定等，所以天体测量学占主导地位。但在18世纪末，天体力学取得了与天体测量学并肩的地位。
　　这个时期天文学的另一特点，是国立天文台的设立。为了航海的需要，法国首先于1671年设立了巴黎天文台，英国也不甘落后，于1675年设立了格林威治皇家天文台。后来俄国的普尔科沃天文台、美国的华盛顿海军天文台也相继建成。而这个时期从事天体测量工作的主要是以天文台为基地的专业天文工作者。

哈雷与彗星
在航海天文学上发挥最大作用的是英国格林威治天文台，它的第二任台长是哈雷，21岁那年他毅然放弃获得学位的良机，决心去测量南天星辰的位置。在父亲的支持下，携带观测仪器，来到南大西洋，建立了一座临时天文台，一年之内便作成了第一个南天星辰表，这使他在22岁时便享有盛名，称他为“南天的第谷”。他与牛顿一见如故，致力于彗星轨道的研究，应用万有引力定律，把所有能找到充分观测资料的彗星轨道一一推算出来。他发现1531年、1607年和1682年3次观测的彗星轨道十分相似，而且预言这颗彗星将在1758年和1759年再次归来，它果然如期而来，但哈雷已于1742年去世，为了纪念他的功绩，人们把这颗彗星命名为“哈雷彗星”。1716年哈雷曾经建议观测1761年和1769年金星凌日（即金星过日面现象）来测定太阳的距离。但到实测之时哈雷却不能亲身观测了，但哈雷的建议还是实现了，而且成为观测太阳距离的一个好办法。1718年哈雷还发现了一个重要现象：恒星自行。哈雷得出结论，恒星并不是固定的，而是有它们自己的“自行”。自古以来人们总认为恒星是固定在天球上的，哈雷终于彻底打破了这个“恒星天球”。他的这一发现，在恒星天文学上开辟了广阔的园地。月亮的运行长期加速现象也是哈雷的又一重要发现。

布拉得雷与光行差和章动
布拉得雷是格林威治天文台的第三任台长，作为一位伟大的天文学家，他不仅测定了许多恒星的方位，而且还做出了两项重要发现——光行差和章动。
有一次，他航行在泰晤士河上，发现桅杆顶的旗帜并不简单地顺风飘扬，而是按船与风的相对运动而变换方向。布拉得雷想到，这种情况与人撑伞在雨中行走时的情形一样，如果将雨伞垂直地撑在头上方，雨点就会滴在人身上，如果将伞稍稍向前倾斜，人就不致于淋雨了，而且人走得越快，雨伞就必须向前倾斜的越厉害。天文学上的情况与此极为相似。光从某颗恒星沿某个方向以某个速度落到地球上，同时地球以另一个速度绕太阳运转。望远镜就像雨伞一样，必须朝地球前进的方向略微倾斜，才能使光线笔直地落到透镜上。布拉得雷把这种倾斜角度称为“光行差”。布拉得雷的第二大发现是地球的章动。这是进一步观测光行差的结果。发现天体与天极的距离仍有一点细微的变化。天球各处恒星的变化分布规律使他想到，这可能是由于月球对地球赤道隆起部分的吸引而使地轴产生摆动造成的，他把这种效应称为“章动”。

测量地球
由于人们承认日心体系，又因天体距离测量的需要，人们迫切想知道地球的大小。18世纪以来，人们又努力去探讨地球的扁平形状问题。牛顿曾从理论上推测，地球的形状是两极较扁而赤道部分突出。牛顿的看法遭到了法国学者的反对，经测量巴黎天文台认为地球是西瓜形的。争论从17世纪末开始，一直延续了半个世纪之久。为了测量准确，法国派遣远征队，到秘鲁和北极圈实地测量，用测量数据证明牛顿的理论是正确的。根据万有引力，还测量了地球的质量。

测量太阳的视差
地球到太阳的距离通常是用太阳的地心视差来表示。地心视差指的是地球半径对天体的张角。知道了这个角，有知道了地球半径的长度，地球到某一天体的距离就很容易求出了。但困难的是太阳距离地球很远，直接测量地心差误差很大，于是天文学家转而去求行星的视差。哈雷早就提出利用金星凌日来测得太阳视差的办法。1761年和1769年天文学家做了充分的准备，组织了不少远征队到世界各地去，求得太阳视差为8’’8，被世界承认，直到1967年国际天文界都采用这个数据。

天体力学的发展与代表人物的贡献
18世纪欧洲的欧洲数学人才辈出，由于航海事业的发展，需要更精确的月球与大行星的位置表，数学家则致力于天体运动的研究，创立了分析力学，这是天体力学的基础。
欧拉（leonhard euler，1707~1783）是著名的数学家，对天文也有高深的研究，他第一个完整地创立了月球运动的理论。欧拉一改前人在天文学研究中只运用几何学的倾向，把高等数学这个崭新的工具运用到天体研究中，从而研究出一种新理论，这一理论不仅可以解决在海面上观测月球位置来确定经度，而且在研究天体摄动的方法上也有重大进步。
克勒罗（Alexis Claude Clairaut，1713~1765）在1743年发表的经典著作《地球外形的理论》，阐明了地球的自转和地球的各部分间的引力对地形形状产生的影响，并推出了各纬度的地心引力公式，从而弥补了牛顿理论的不足。由于此时力学有了长足的进展，他的又一贡献是精确地计算出了1758年哈雷彗星归来的日期。经过精心计算，他指出，受土星的影响，将使哈雷彗星过近日点的日期延迟到1759年。
达郎贝尔（Alembert，1717~1783）法国数学家，也是一名物理学家，主要成就是对岁差、章动和三体问题的研究，发表关于月球运行理论和行星运行理论的论文。
拉格郎日（Lagrage，1736~1813）意大利数学家，在天文学上的最大成就，是创立了大行星运动的理论。他的学术见解都表述在其巨著《解析力学》中，系统地阐述了他对太阳系稳定问题的计算，证明由观测所得的行星运动的各种误差，确实是由行星间相互摄动所引起的长振动造成的，这些摄动绝不会使太阳系不稳定而终于瓦解，它们完全表现周期性的变化，所以在长时期内，太阳系是绝对稳定的，从而打消了18世纪初期人们对太阳系瓦解的担心。此外他还详细推倒了月球的长期加速运动并创立了公式。
拉普拉斯（P.S.Laplace，1749~1827）是法国著名数学家和天文学家。其著名杰作《天体力学》集各家之大成，为18世纪牛顿学派的总汇，书中第一次提出“天体力学”的学科名称，是经典天体力学的代表作，他因此博得了“法国的牛顿”的美誉。他的另一部名垂千古的杰作是1796年出版的《宇宙体系论》，语言通俗，说理简明，深受欢迎。他一举解决了月球的长期加速度和大行星摄动这两大难题，使牛顿力学达到完美的程度。他还独立提出了太阳系的星云起源理论。

拉普拉斯拉格郎日

欧拉

达郎贝尔

         克勒罗

18世纪已经具备了产生太阳系演化理论的条件。首先，由于日心说的确立，对于太阳系的结构有了正确的概念。其次确定了太阳系行星、卫星的数量，明确了它们的公转、自转方向基本上都是自西向东，轨道基本在一个平面上，近于圆形，就是说人们对行星和卫星运动的共同规律性已经有了比较全面的认识。第三，牛顿的力学得到了充分的发展，为研究天体的运动提供了理论根据。第四，18世纪的天文学家已经观测到了云雾状天体——星云，由此，第一个科学的太阳系起源理论——星云说就诞生了。
德国哲学家康德（Immanuel Kant，1724~1804）于1755年在《自然通史和天体论》一书中指出，太阳系是由一团星云演变而来的。这团星云是由大小不等的固体微粒组成的，“天体在吸引力最强的地方开始形成”，引力使微粒相互接近，大微粒吸引小微粒形成较大的团块，团块越来越大，引力最强的中心部分吸引物质最多，首先形成太阳。外面微粒的运动在太阳吸引下向中心体下落时与其他微粒碰撞而改变方向，成为绕太阳的圆周运动，这些绕太阳运转的微粒逐渐形成几个引力中心，最后凝聚成绕太阳运转的行星。卫星形成的过程与行星相似。
拉普拉斯认为，形成太阳系的云是一团巨大的、炽热的、转动着的气体，大致呈现球状。由于冷却，星云逐渐收缩，从而使转动速度加快了，在中心引力和离心力的共同作用下，星云逐渐变为扁平的盘状。在星云收缩过程中，每当引力和离心力相等时，就有一部分物质留下来形成一个绕中心旋转的环，以后又不断形成好几个环。最后，星云的中心部分形成了太阳，各个环便形成了不同的行星。比较大的行星在凝聚过程中又分出了一些气体物质环，形成了卫星系统。
康德和拉普拉斯的星云说大同小异，只是后者从数学、力学的理论上加以论证，所以称之为康德—拉普拉斯星云说。这一理论虽然只是初步勾画了太阳系起源的轮廓，而且其中有些内容不尽合理，但它的历史功绩十分重大，对于欧洲18世纪唯心的宇宙观是个重大打击，所以说康德—拉普拉斯星云说是“从哥白尼以来天文学取得的最大进步”。

康德与星云

　威廉.赫歇耳与恒星天文学
18世纪以前天文学家的研究对象，都不出太阳系，直到威廉.赫歇耳发现天王星就大大扩大了太阳系范围。至此，恒星、双星、变星、星团、星云、银河系等，无不属于天文学家观察和探索的对象，所以天文学发展到了威廉.赫歇耳时代，才真正进入了恒星天文学时代。
威廉.赫歇耳是天文学史上的一位巨人。1781年他发现天王星，以前人们一直以为土星是太阳系的边界，天王星的发现使人们所认识的太阳系直径增大了一倍。在太阳系内威廉.赫歇耳还发现了土星的两颗卫星和天王星的两颗卫星，但他的最大发现还是在恒星天文学范围内。1783年赫歇耳发现了太阳的自行，这比哥白尼理论又前进了一大步，根据赫歇耳的发现，人们很自然就会得出结论：太阳也不是宇宙的中心，也许宇宙根本就没有中心。赫歇耳系统观测双星，经常观测一些双星的相对位置，他发现多数双星不是表面上的“光学双星”，而是真正的“物理双星”，它们之间的相互引力使它们有物理的联系，也就是说，它们是一颗星绕另一颗星在运动。这一重要发现，说明牛顿的万有引力定律真的是“万有”的，它不仅适用于太阳系，而且适用于遥远的恒星系。
赫歇耳的另一大功绩是对星云、星团的研究，他堪称是探测星云的鼻祖。他最大的贡献，是对银河系结构的研究。他第一个确定太阳所在的恒星系统——银河系的形状、大小和星数的人。赫歇耳确定了我们置身于其中的这个庞大的恒星系统的外貌，他确认的银河系结构工作，使人类对宇宙的认识从太阳系扩展到了银河系，他不愧为近代天文学的鼻祖。

（2）19世纪的太阳系开拓

从18世纪到19世纪上半叶是近代天文学大发展的时期，这时期建立了完整的大行星、地球和彗星运动理论，发现了一些新的行星、行星的卫星和小行星，并且把观察的视野从太阳系扩展到了银河系的其他恒星系。19世纪下半叶，天文学家将当时物理学中的一些新的理论和方法引入到天体研究中，创立了天体物理学，从此开始了现代天文学阶段。
1846年海王星的发现使天体力学获得了空前的荣誉。但是，人类对天体的本质却是惊人的无知。对此，天体力学是无能为力的。就在19世纪中叶,伴随着物理学的发展,天体物理学逐渐萌芽。在当时，它还只是简单的测量天体的亮度和分析天体的光谱。天体物理学的诞生，是现代天文学的起点。与此同时，天体测量学也达到了一个新阶段。
19世纪中叶，分光学、光度学和照相术广泛应用于天体的观测以后，对天体的结构、化学组成、物理状态的研究，形成了一个完整的科学体系，这在当时人们称之为“新天文学”的天体物理学正式诞生了。19世纪后期天体力学的研究对象从大行星扩展到太阳系内大量的小天体，研究方法也从分析方法发展到定性方法和数值方法。19世纪的天体力学日趋成熟，并向着现代天体力学迈进。

太阳物理学
天体物理学的最初成就就表现在太阳物理上。天文学家一直想知道贯穿太阳光谱的那些暗线的由来和本质。科学家们解决了暗线的问题，是太阳连续光谱被太阳大气里面的蒸汽所吸收而造成的暗线，根据太阳光谱中的暗线位置，就可以确定太阳大气中的化学元素。这意味着望远镜观测发生了一次革命，在这以前，人们只能根据天体的总光亮推导它的亮度、位置和运动，此时人们第一次可以分析天体的光，并由此获得很多信息，首先是它的化学成分。
科学家们很快辨认出了太阳光谱中很多谱线，宣布太阳里有许多地球上常见的元素，如纳、铁、钙、镍等，证明地球上的存在的元素，天上也存在。从此以后太阳光谱的研究有了很大的发展，还发现了落日光谱的暗带，是由于地球中大气气体吸收造成的，还系统研究了太阳的各部分光谱，发现黑子的光谱中有比光球更强的吸收线，这表明黑子区域的温度低于光球的温度。科学家们公布了太阳光谱里1000条谱线的波长和详尽的光谱图，记载了太阳光谱里从紫外区到红色区140000条谱线的确切波长和太阳的强度，这些成果至今仍然是研究太阳光谱的基础。德国物理学家基尔霍夫（1824~1887）在1861年出版的名著《太阳光谱论》中证明太阳大气是高温的，因为那里的金属是气体状态的。同时证明光球的温度更高，因为那里发射的光谱以吸收的状态出现。所以太阳的温度是外层低，越向里层越高。太阳黑子是温度较低的区域。1865年法国天文学家法伊（1814~1902）发表了太阳的新理论，他认为，整个太阳是一团气体，通过对流的方式由里向外散热。法伊的理论在研究太阳的道路上向前迈进了一大步，开辟了近代太阳理论的途径。
17世纪以前,人类只能凭借肉眼直接观测各类天体.1609年伽利略把望远镜指向天空,开创了天文学的新时代。利用望远镜进行观测的头几年所取得的成果，比人类用肉眼观测几千年的成果还要多。此后，天文学家纷纷用天文望远镜武装自己，大口径高质量望远镜相继问世。不过，这时人类还是只能观测整个电磁波谱的可见光部分（“光学窗口”）。
到了20世纪初，随着量子论、相对论、核物理和高能物理的相继创立，天文学也获得了新的理论工具，天体物理学进入成熟期。从此，人类又在原来研究天体本质的基础上开始研究天体的演化。
恒星物理学
19世纪恒星测量学已经发展得相当完善，可以很精确地测定出恒星的方位，到19世纪末，运用三角视差求出距离的恒星已经多达七十余颗。19世纪中叶在太阳物理学的刺激下，恒星物理学发展起来，促使天文学家使用分光镜研究恒星。
意大利教授赛奇把恒星按照光谱分成4类，即白星、黄星、橙红星、深红星，赛奇认识到这样的分类是和恒星的温度有关的；英国的哈斯根弄清了这些恒星的化学组成，指出亮星具有和太阳相同的化学组成，它们的光线来自下层炽热物，穿过高层具有吸收能力的大气层而向外辐射。
日趋成熟的太阳光谱研究，相当于把地球上的动植物种属进行了仔细的分类，19世纪后期光谱工作的结果以更精细更有意义的方式，将恒星按光谱型分了组，从而使天文学家们产生了恒星演化的想法，这一想法在20世纪结出了丰硕的成果。
星云物理学
星空当中各式各样的云雾状天体，统称为星云。星云可分为河内星云和河外星云两大类，银河带里的星云称为河内星云，“云”由气体和尘埃物质构成，属于银河系的成员。河外星云是位于银河带以外的星云，与银河系规模不相上下的恒星系统，它们是星系。现代人将星云可以用几句话就可概括了，但人类认清其本质却经历了漫长的过程，直到19世纪后期这个问题还未最后解决。
最早天文学家知道的星云是仙女座大星云和猎户座大星云，是用肉眼观察到的，17世纪以后人们认识到的星云数目日趋增多，到18世纪中期，已经记载到近50个。
最初人们认为星云是天上的孔穴，后又认为星云是大得惊人的单个天体，逐渐人们认识到，“它们不是如此巨大的单个恒星，而是由许多星构成的系统”，这种想法更为自然，也最容易理解。但究竟哪种说法更符合客观实际，就需要用观测的事实加以验证。
威廉.赫歇尔在观察银河系内的星云和一些由恒星际空间的弥漫物质构成的星云时，他承认有些星云在本质上是“不可分的”，“它们是我们全不知道的一种发光的流体”，并且“出了银河系，现今的一切都模糊了”。显然用目测的方法是不能弄清星云本质的。经过对星云光谱的观测，星云应该分为截然不同的两种类型：一类是具有明线光谱的气体星云，另一类是具有连续光谱的由无数恒星构成的星云。当照相术运用到星云观测中后，证明星云是一大片薄薄的尘埃云，恒星就在其中。

兵网 · 发表于 2011-10-15 14:46:06

本帖最后由兵网于 2011-10-15 14:49 编辑

天文学给人类创造了财富和无限的科学发展空间-----

厉剑 · 发表于 2014-7-22 16:50:51

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拳拳之心 · 发表于 2014-7-22 19:16:32

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兵网 · 发表于 2014-7-22 20:37:27

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兵网 · 发表于 2015-11-25 18:07:16

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兵网 · 发表于 2015-11-25 18:22:33

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兵网 · 发表于 2015-11-25 18:34:23

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