什么是天文学

征服者

学科简介
    天文学是研究宇宙空间天体、宇宙的结构和发展的学科。内容包括天体的构造、性质和运行规律等。主要通过观测天体发射到地球的辐射，发现并测量它们的位置、探索它们的运动规律、研究它们的物理性质、化学组成、内部结构、能量来源及其演化规律。天文学是一门古老的科学，自有人类文明史以来，天文学就有重要的地位。随着人类社会的发展，天文学的研究对象从太阳系发展到整个宇宙。现在天文学按研究方法分类已形成天体测量学、天体力学和天体物理学三大分支学科。按观测手段分类已形成光学天文学、射电天文学和空间天文学几个分支学科。


　　当您抬头仰望天空时，您知道那些闪闪发光的东西是什么吗？一些是行星，但多数为恒星，还有一些是巨大的星系，每个星系中都有成百上千亿颗恒星。天文学就是研究宇宙中的行星、恒星以及星系的科学。天文学家的任务就是解释我们在夜空中所看到的各种天体，他们还致力于了解其他一些东西，例如，恒星的年龄以及他们与地球之间的距离等等。


　　“几乎所有的自然科学分支研究的都是地球上的现象，只有天文学从它诞生的那一天起就和我们头顶上可望而不可及的灿烂的星空联系在一起。天文学家观测从行星、恒星、星系等各种天体来的辐射，小到星际的分子，大到整个宇宙。天文学家测量它们的位置，计算它们的轨道，研究它们的诞生，演化和死亡，探讨它们的能源机制。天文学和物理学、数学、地理学、生物学等一样，是一门基础学科。


　　牛顿力学的出现，核能的发现等对人类文明起重要作用的事件都和天文研究有密切的联系。当前，对高能天体物理、致密星和宇宙演化的研究，能极大地推动现代科学的发展。对太阳和太阳系天体包括地球和人造卫星的研究在航天、测地、通讯导航等部门中有许多应用。”（南京大学天文系黄天衣教授）


　　天文起源于古代人类时令的获得和占卜活动。是以观察及解释天体的物质状况及事件为主的学科。主要研究天体的分布、运动、位置、状态、结构、组成、性质及起源和演化。在古代，天文学还与历法的制定有不可分割的关系。天文学与其他自然科学不同之处在于，天文学的实验方法是观测，通过观测来收集天体的各种信息。因而对观测方法和观测手段的研究，是天文学家努力研究的一个方向。


　　同时天文学是简洁,优美的,令人陶醉的!不少人认为天文学离现实生活很远,其实这也对,但说的不够严谨!天文学不仅是一门自然科学,而且还是一门自然哲学,吸引无数人研究!总的来说,天文学是一门古老而又年轻的科学!天文学的发展历程象征着人类文明的成果与辉煌!

看得更远

    自古以来，人类一直对恒星和行星十分感兴趣。古代的天文学家仅仅依靠肉眼观察天空，1608年，人们发明了望远镜，此后，天文学家就能够更清楚的观察恒星和行星了。意大利科学家伽利略，就是最早使用望远镜研究太空的人之一。今天天文学家使用许多不同类型的望远镜来收集宇宙的信息。有些望远镜可以收集到来自遥远天体的微弱亮光，如X射线。绝大多数望远镜是安放在地球上的，但也有些望远镜被放置在太空中，沿着轨道运转，如哈勃太空望远镜。现在，天文学家还能够通过发射的航天探测器来了解某些太空信息。

历史
　   
    古代的天文学家通过观测太阳、月球和其他一些天体及天象，确定了时间、方向和历法。这也是天体测量学的开端。如果从人类观测天体，记录天象算起，天文学的历史至少已经有5、6千年了。天文学在人类早期的文明史中，占有非常重要的地位。埃及的金字塔、欧洲的巨石阵都是很著名的史前天文遗址。


　　天文学的研究范畴和天文的概念从古至今不断发展。在古代，人们只能用肉眼观测天体。2世纪时，古希腊天文学家托勒密提出的地心说统治了西方对宇宙的认识长达1000多年。直到16世纪，波兰天文学家哥白尼才提出了新的宇宙体系的理论——日心说。到了1610年，意大利天文学家伽利略独立制造折射望远镜，首次以望远镜看到了太阳黑子、月球表面和一些行星的表面和盈亏。在同时代，牛顿创立牛顿力学使天文学出现了一个新的分支学科天体力学。天体力学诞生使天文学从单纯描述天体的几何关系和运动状况进入到研究天体之间的相互作用和造成天体运动的原因的新阶段，在天文学的发展历史上，是一次巨大的飞跃。


　　19世纪中叶天体摄影和分光技术的发明，使天文学家可以进一步深入地研究天体的物理性质、化学组成、运动状态和演化规律，从而更加深入到问题本质，从而也产生了一门新的分支学科天体物理学。这又是天文学的一次重大飞跃。


　　1950年代，射电望远镜开始应用。到了1960年代，取得了称为“天文学四大发现”的成就：微波背景辐射、脉冲星、类星体和星际有机分子。而与此同时，人类也突破了地球束缚，可到天空中观测天体。除可见光外，天体的紫外线、红外线、无线电波、X射线、γ射线等都能观测到了。这些使得空间天文学得到巨大发展，也对现代天文学成就产生很大影响。

研究对象和领域
　　天文学的研究对象是各种天体。地球也是一个天体，因此作为一个整体的地球也是天文学的研究对象之一。最初，古人观察太阳、月球和天空中的星星来确定时间、方向和历法，并记录天象。

　　随着天文学的发展，人类的探测范围到达了距地球约100亿光年的距离，根据尺度和规模，天文学的研究对象可以分为：

　　行星层次 :

　　包括行星系中的行星、围绕行星旋转的卫星和大量的小天体，如小行星、彗星、流星体以及行星际物质等。太阳系是目前能够直接观测的唯一的行星系。但是宇宙中存在着无数像太阳系这样的行星系统。

　　恒星层次 :

　　现在人们已经观测到了亿万个恒星，太阳只是无数恒星中很普通的一颗。

　　星系层次 :

　　人类所处的太阳系只是处于由无数恒星组成的银河系中的一隅。而银河系也只是一个普通的星系，除了银河系以外，还存在着许多的河外星系。星系又进一步组成了更大的天体系统，星系群、星系团和超星系团。

　　整个宇宙 :

　　一些天文学家提出了比超星系团还高一级的总星系。按照现在的理解，总星系就是目前人类所能观测到的宇宙的范围，半径超过了100亿光年。

　　在天文学研究中最热门、也是最难令人信服的课题之一就是关于宇宙起源与未来的研究。对于宇宙起源问题的理论层出不穷，其中最具代表性，影响最大，也是最多人支持的的就是1948年美国科学家伽莫夫等人提出的大爆炸理论。根据现在不断完善的这个理论，宇宙是在约137亿年前的一次猛烈的爆发中诞生的。然后宇宙不断地膨胀，温度不断地降低，产生各种基本粒子。随着宇宙温度进一步下降，物质由于引力作用开始塌缩，逐级成团。在宇宙年龄约10年时星系开始形成，并逐渐演化为今天的样子。
天文学的研究方法与手段
　天文学研究的对象有极大的尺度，极长的时间，极端的物理特性，因而地面试验室很难模拟。因此天文学的研究方法主要依靠观测。由于地球大气对紫外辐射、X射线和γ射线不透明，因此许多太空探测方法和手段相继出现，例如气球、火箭、人造卫星和航天器等。

　　天文学的理论常常由于观测信息的不足，天文学家经常会提出许多假说来解释一些天文现象。然后再根据新的观测结果，对原来的理论进行修改或者用新的理论来代替。这也是天文学不同于其他许多自然科学的地方。
展望
　天文学已进入一个崭新的阶段。多年来，天文观测手段已从传统的光学观测扩展到了从射电、红外、紫外到X射线和γ射线的全部电磁波段 。这导致一大批新天体和新天象的发现，例如，类星体、活动星系、脉冲星、微波背景辐射、星际分子 、X射线双星 、γ射线源等等，使得天文研究空前繁荣和活跃 。口径2米 级的空间望远镜已经进入轨道开始工作。一批口径10米级的光学望远镜将建成。射电方面的甚长基线干涉阵和空间甚长基线干涉仪，红外方面的空间外望远镜设施，X射线方面的高级X射线天文设施等不久都将问世。γ射线天文台已经投入工作。这些仪器的威力巨大，远远超过现有的天文设备。可以预料，这些天文仪器的投入使用必将使天文学注入新的生命力，使人们对宇宙的认识提高到一个新的水平，天文学正处在大飞跃的前夜。

古典天文学的高峰：希腊化时代天文学
　　希腊化时代天文学的水平，直到近代初期之后很久才“重新”达到。在讲四大天文学家（有的身兼地理学家）之前，先介绍些背景。

　　在希腊化时代之初（前4世纪），发生了古代版的“地理大发现”。毕特阿斯绕过不列颠诸岛驶向北冰洋边缘；汉诺航行到了非洲西岸；亚历山大进军印度，并派考察队去调查里海究竟是湖还是海。随着视野的扩大和知识的增进，地球是一个球体已成为科学界共识，埃克潘达斯(Ecphantus)观察到昼夜长短随纬度不同，进而提出地球在宇宙中央绕地轴自转。自然地，测定地球大小就成了下一步议题。

　　四大天文学家中的第一个阿里斯塔克（前310年-前230年）就是这方面的先驱之一。在他的《论太阳和月球的大小和距离》一书中，他利用前人阿纳克萨哥拉对月相的解释，巧妙地用几何学原理来解决这个问题。当时尚未建立三角学，但他通过几何推理仍得出了完全正确的方法。但由于测量角度的仪器不够精确，月球呈现半圆的时刻也无法准确判定，造成误差较大。他计算出日地距离是月地距离的18-20倍（正确值是400倍），进而推出太阳直径约为月球直径的20倍。随后，他又利用月食现象比较了地球和月球的大小，得出直径比例为2 : 1（应为4 : 1）。虽然他的计算误差很大，但三者的大小顺序却是正确的，而且由此得到一个重要结论：太阳的直径远大于地球（至少是7倍）。这对当时人的观念是很大的冲击。

　　据阿基米德的记载，阿里斯塔克因而明确提出了日心说：“恒星与太阳是不动的，地球沿着一个圆周的周边绕太阳运动，太阳则在轨道的中心”。而面对地球运动时何以观察不到恒星运动的质疑，他也正确地指出，这是由于恒星与地球的距离，同地球的轨道直径比起来极其巨大的缘故。

　　阿里斯塔克的日心说是走在时代前面太远了，以至于连阿基米德都反对，只有等哥白尼来重新提出。当时普遍流行的学说仍是越来越完善的地心说体系。而更精确地测定地球大小和日地距离的是埃拉托色尼(Eratoshtenes，前273年-前192年)。

　　埃拉托色尼不但是四大天文学家之一，还长期担任亚历山大里亚图书馆馆长，且多才多艺，同时也是“地理学之父”。晚年由于双目失明不能阅读，绝食自尽。

　　他认为地球是回转椭圆体，通过估算近似处于同一子午线上的两个地方的纬度和距离，测算地球的球面大圆周长（赤道长度）。他的计算中有三个主要误差，幸运的是差不多正好抵消，因此他的计算结果（25.2 万Stade，约合 3.9万公里）很接近正确值（4万公里）。他测算出的日地距离 - 1.495亿公里 - 也和现代数值惊人的接近。

　　埃拉托色尼在地理学上也有开创性的贡献。他观察到大西洋与印度洋潮汐相似，因此推论两者相通，认为亚非欧三洲是一个巨大岛屿，可以绕过非洲南端航行到印度；并认为大西洋对岸有一块南北向的陆地，启发了后人去寻找新大陆；他的这一观点为波塞冬尼乌斯(Posidonius)所反对，后者又低估了地球的大小，说只需向西航行7000 Stade就能到达印度 - 正是这个错误结论鼓励了哥伦布的远航。

　　最后两位、也更重要的天文学家-数学家-地理学家，是喜帕恰斯(Hipparchus)和托勒密。他们分别是（平面和球面）三角学的创立者和发展者。喜帕恰斯发明了一种普遍方法，来解答一切将几何中的两类不同量度 - 长度和角度联系起来的问题，这就是三角学。他并且提出了弧度的概念，制作了第一张弧表，进而研究了球面三角（球面三角形的三角之和不等于π），并指出了如何测量地球上各点的经纬度来确定其位置。而托勒密改进了三角学，并强调要把工作建立在“算术和几何学的无可争论的方法”之上；他进一步坚持，在测绘地图时必须先正确测量经纬度。虽然这样的确可以将地理学置于牢固的基础之上，但当时的科学设备尚不足以精确测定经度。尽管如此，他仍结合商人和探险家带来的资料绘制出了很有启发价值的地图：东至马来半岛，西至直布罗陀和不列颠，南至尼罗河上游某湖泊，北至斯堪的纳维亚和俄罗斯草原的广大地区。

　　喜帕恰斯在公元前160年至前127年之间，先后在罗德岛和亚历山大里亚工作，人称天文学之父（至此自然科学各学科的开创者差不多都出场了）。他在罗德岛上建立了天文台，按巴比伦的方式将天文仪器上的圆周分为360°，并发明了许多天文仪器，他对角度的测量精度已经达到惊人的1/150°。

　　因此，他所测出的黄赤交角比埃拉托色尼更精确；他确定的回归年长度误差小于6分钟；他发现了岁差（天极与恒星间相对位置的缓慢变动，由地球自转轴方向的转动引起，每过2.58万年转动一周）并测得其大小为每年36秒（现代测定值50秒左右）；测得月地距离为地球直径的33又2/3倍，月球直径为地球的1/3。他还绘制了包含1080个恒星及其相对位置的星表，并在这个过程中发现了新恒星，从而打破了亚里士多德“天空不变”的说法。

　　喜帕恰斯是欧多克索（大家可能还记得，他还是穷竭法的创立者）开创的地心说体系的完善者，正是他使之成为严格的科学理论（是的，虽然这个理论已经过时，但在当时的确是天文学的一大进步）。他假定地球是中心，让日月行星等天体在一个叫做“本轮”的轨道上运动，而本轮又在大得多的圆轨道“均轮”上绕地运行，这样就可以解释这些天体的视运动。均轮和本轮的位置大小都通过观察确定，然后做成数表，可据以预测未来任何时候的天体位置，准确地预报日月食。这个理论可以成功地解释天文现象达几百年之久。

　　而托勒密（127年-151年，不是托勒密王朝的那个托勒密）进一步发展了喜帕恰斯的理论，写成《天文学大全》一书（阿拉伯人称之为《至大论》以表达他们的崇敬），是天文学的百科全书，直到开普勒的时代都是标准论著，有点类似于《几何原本》、《圆锥曲线论》在数学中的地位。其中加入了一些观察到的新现象，如月球运行的二均差。后人多把地心说直接归于托勒密，这是不太妥当的；他还是科研工作中“剃刀原理”的最早提出者：在解释现象时，采用能把各种事实统一起来的最简单假说，便是正路。而这个原理恰恰是后世反驳地心说的利器。最后，托勒密在光学方面可能还是折射定律的发现者，虽然他的表述仅在小角度下成立。

learnoo1236

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征服者

以后要多多了解天文学哦！

征服者

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指尖

以后要多多了解天文学

Saiyan