天文学的研究内容

跨越地平线

天文学是一门古老的科学,它是伴随着人类文明的进程产生和发展起来的。翻开人类的文明史,各文明古国都用自己的文字写下了天文学的第一章,中国的甲骨文、埃及的金字塔、巴比伦的泥碑都是历史的见证。

    天文学和数学、物理学、化学、生物学、地学同为六大基础学科,它是人类认识宇宙的一门科学,其研究的对象是辽阔空间中的天体。几千年来,天文学家们通过接收天体投来的辐射,发现它们的存在,测量它们的位置,研究它们的运动、结构及演化规律,并逐步扩展人类对广阔宇宙空间中物质世界的认识。

    人类对宇宙的认识是由近到远逐步扩展的,起初从地球到太阳系,、随后从恒星到银河系,目前已扩展到数以十亿计的河外星系。利用现代的观测手段,人类已能探测到比100亿光年更远的宇窗深处。

    天体测量学是天文学中最先发展起来的一个分支,也是应用最广泛的一门学科。在天文学产生后的一段很长时间里,人类只限于用肉眼观测太阳、月亮、行星和恒星在天空中的位置,研究它们的位置随时间变化的规律。在对星星测量的基础上,古代的天文学家注意到恒星在天空的位置相对不动,由此绘制出星图,划分星座和编制星表；进而研究太阳、月亮及行星的运动,在测量天体视运动的基础上编制历法。17世纪初发明了望远镜；17世纪下半叶又创立了微积分,发现了万有引力定律。拥有望远镜的巴黎天文台和格林尼治天文台相继建立起来了。天体测量学的新发现,如光行差现象、地轴的章动现象、恒星视差的测定等等接连为人们所认识,天体测量学的成果通过时间服务和历书编算(即授时和编历)等,被运用到大地测量和航海事业等方面。

    天体测量学的主要任务是研究和测定天体的位置和运动,建立基本参考坐标系和确定地面点的坐标。它包括球面天文学、方位天文学、实用天文学和天文地球动力学。球面天文学的主要任务是确定天体的位置及其变化。为此,它首先要研究天体投影在天球上的坐标的表示方式,还要研究坐标之间的关系和各种坐标的修正。方位天文学的研究内容是测定天体的位置和运动。实用天文学的课题是以天体作为参考坐标,来测定地面点在地球上的坐标,为大地测量、地球物理学、地质学、地理学和制图学以及航空、航海的导航提供必要的参考数据。对地球自转与地壳运动的研究,又发展成为天文地球动力学,它是天体测量与地学各有关分支之间的边缘学科。目前,天体测量学的手段已从可见光观测发展到射电波段,以及红外、紫外、X射线和γ射线等波段；观测的天体也向星数更多、星等更暗的光学恒星、星系、射电源和红外源等扩展,观测的精度也不断地提高。

    天体力学也是较早形成的天文学的另一个分支学科。16世纪哥自尼提出的日心体系,17世纪开普勒提出的行星运动三定律以及伽利略在力学方面的研究,为天体力学的创立奠定了基础。17世纪后期,牛顿根据前人在力学、数学和天文学方面的成就,以及他自己20多年的反复研究,于1687年提出了万有引力定律,把人们带进了动力学范畴,天体力学在此基础上诞生了。天体力学的诞生,使天文学从单纯描述天体的几何关系,进入到研究天体之间相互作用的阶段。

    天体力学主要研究天体的力学运动和形态,其主要研究对象是太阳系内的天体。自天体力学诞生到19世纪后期,是天体力学的奠基时期,牛顿和莱布尼茨共同创立的微积分学,是天体力学的数学基础,分析力学是它的力学基础。19世纪后期到20世纪50年代,是天体力学的发展时期,在研究对象上增加了太阳系内大量的小天体(小行星、彗星和卫星等),这段时期可称作近代天体力学时期。20世纪50年代以后,由于人造天体的出现和电子计算机的广泛运用,天体力学进入了一个新时期,研究对象又增加了各种类型的人造天体以及成员不多的恒星系统。天体力学主要有6个分支学科：摄动理论、天体力学数值方法、天体力学定性理论、天文动力学、历书天文学、天体的形状和自转理论。

    天体物理学是天文学中最活跃、内容最丰富的分支学科。19世纪中叶,人们将物理学和化学的最新成果——光谱分析、光度测量和照相术用于天体观测后,对天体的结构、化学组成和物理状态的研究形成了完整的科学体系——天体物理学。

    天体物理学是应用物理学技术、方法和理论研究天体的化学成分、物理性质、运动状态和演化规律的学科。它的研究对象、内容、方法多样而广泛,其分支学科也很多,主要有z实测天体物理学、理论天体物理学、太阳物理学、太阳系物理学、恒星物理学、恒星天文学、星系天文学、宇宙学、宇宙化学、天体演化学等分支学科。另外,射电天文学、空间天文学、高能天体物理学也是它的分支。

    随着科学技术的发展,探空火箭、人造卫星和探测器的相继发射,突破了地球大气与磁场这两道屏障,赋于天文学以崭新的生命力。气象卫星、测量卫星、地球资源卫星等等从环绕地球的轨道上,居高临下仔细观测地球,使我们对地球的认识大大前进了一步。千百年来,我们对太阳系中的其他天体只能从远处凭跳,可望而不可及。现在,我们既能发射探测月球和各行星的卫星,并已把探测器降落到几个行星表面,直接收集第一手材料。随着观测设备和手段的不断进步,观测的波段也由单一的光学观测发展到全波段观测,使X射线天文学、γ射线天文学、红外天文学和紫外天文学等新的研究领域争放异彩。在空间技术高度发展的今天,天文观测研究已由地面观测进入空间时代。