天文学发展史天文学发展史天文协会学术部天文协会学术部 沙永强沙永强天文学基础主要内容主要内容u天文学的产生天文学的产生u我国天文学的发展历史及成就我国天文学的发展历史及成就u西方天文学发展历史西方天文学发展历史天文学的产生天文学的产生u天天文文学学：自自然然科科学学六六大大基基础础学学科科之之一一，研研究究探探索索宇宇宙宙及及其其所所包包含含的的所所有有天天体体的的本本质质，主主要要指指天天体体在在宇宇宙宙空空间间的的位位置置、分分布布、物物理理状状态态、化化学学组组成成、运动和演化过程的自然科学。运动和演化过程的自然科学。u天天文文学学是是一一门门具具有有悠悠久久历历史史的的古古老老学学科科，它它是是随随着人类生产实践活动的需要而产生与发展的。着人类生产实践活动的需要而产生与发展的。天文学的产生天文学的产生u对对原原始始农农牧牧民民族族来来说说，日日出出而而作作，日日没没而而息息，昼昼夜的交替成了天然的时间计量单位。夜的交替成了天然的时间计量单位。u农牧业生产活动还随寒来暑往，四季循环而变化。农牧业生产活动还随寒来暑往，四季循环而变化。u不同的季节、不同的地方出现不同的天象。不同的季节、不同的地方出现不同的天象。u观察天象观察天象 确定确定季节、位置、方向季节、位置、方向u古古埃埃及及：天天狼狼星星与与太太阳阳一一起起升升起起后后不不久久，尼尼罗罗河河水水就就开开始始泛滥。泛滥。u古古希希腊腊：每每年年日日影影最最短短的的一一天天之之后后五五十十天天是是最最适适合合航航海海的的时候；昴星团在早晨掉进海里以后，暴风季节就要开始。时候；昴星团在早晨掉进海里以后，暴风季节就要开始。u古代中国：古代中国：u每每年年开开始始耕耕种种时时，“大大火火”（心心宿宿二二）在在傍傍晚晚出出现现于于东东方方。在在三三千千年年前前设设置置了了“火火正正”职职位位，专专门门观观测测“大大火火”来来确确定定季节与时令。季节与时令。u二二千千多多年年前前，用用土土圭圭定定出出了了冬冬至至与与夏夏至至，且且最最早早测测出出了了一一年年365.25天天。春春秋秋、秦秦汉汉时时期期，又又定定出出了了春春分分、秋秋分分以以及及其其他他二十个节气。二十个节气。天文学及其发展史天文学及其发展史天天文文学学是是一一门门具具有有悠悠久久历历史史的的古古老老学学科科，它它的的发展基本上可以分为发展基本上可以分为古代、近代和现代古代、近代和现代三大阶段。三大阶段。古代天文学现代天文学近代天文学主要内容主要内容u天文学的产生天文学的产生u我国天文学的发展历史及成就我国天文学的发展历史及成就u西方天文学发展历史西方天文学发展历史古代天文学古代天文学u中国古代辉煌的天文学中国古代辉煌的天文学u宇宙说宇宙说u星座：三垣四象二十八宿星座：三垣四象二十八宿u古代天文仪器及天文官史古代天文仪器及天文官史u主要成就主要成就u赤道坐标系赤道坐标系u太阳黑子和日食太阳黑子和日食u彗星、流星和陨星彗星、流星和陨星u新星和超新星新星和超新星宇宙学说宇宙学说盖天说、浑天说和宣夜说盖天说、浑天说和宣夜说u盖天说：盖天说：u第第一一个个阶阶段段：天天圆圆地地方方，假假想想天天是是个个半半球球形形的的盖盖子子盖盖住住地地面面，人人住在地上，星星在天上；住在地上，星星在天上；u第二个阶段：基本假定是天地平行，其间相距八万里。第二个阶段：基本假定是天地平行，其间相距八万里。 u浑天说：浑天说：天地具有蛋状结构，地在中心，天在周围。天地具有蛋状结构，地在中心，天在周围。 u宣宣夜夜说说：东东汉汉时时提提出出，认认为为天天是是空空而而无无质质，无无穷穷无无极极，日日、月、星辰浮于其中，或静或动，积气而成。月、星辰浮于其中，或静或动，积气而成。在在我我国国有有三三垣垣、四四象象二二十十八八宿宿之之分分，据据史史记记天天官官书书记记载载：三三垣垣是是北北天天极极周周围围的的三三个个区区域域，即即紫紫微微垣垣、太太微微垣垣、天天市市垣垣。四四象象分分布布于于黄黄道道和和白白道道近近旁旁，环环天天一一周周。每每象象各各分分七段，称为七段，称为“宿宿”，共计二十八宿。，共计二十八宿。u东方苍龙之象东方苍龙之象：角宿、亢宿、氐宿、房宿、心宿、尾宿、箕宿。：角宿、亢宿、氐宿、房宿、心宿、尾宿、箕宿。u南方朱雀之象南方朱雀之象：井宿、鬼宿、柳宿、星宿、张宿、翼宿、轸宿。：井宿、鬼宿、柳宿、星宿、张宿、翼宿、轸宿。u西方白虎之象西方白虎之象：奎宿、娄宿、胃宿、昴宿、毕宿、觜宿、参宿。：奎宿、娄宿、胃宿、昴宿、毕宿、觜宿、参宿。u北方玄武之象北方玄武之象：斗宿、牛宿、女宿、虚宿、危宿、室宿、壁宿。：斗宿、牛宿、女宿、虚宿、危宿、室宿、壁宿。星座：三垣四象二十八宿星座：三垣四象二十八宿东方苍龙之象东方苍龙之象：角宿、亢宿、氐宿、房宿、心宿、尾宿、箕宿。：角宿、亢宿、氐宿、房宿、心宿、尾宿、箕宿。南方朱雀之象南方朱雀之象：井宿、鬼宿、柳宿、星宿、张宿、翼宿、轸宿。：井宿、鬼宿、柳宿、星宿、张宿、翼宿、轸宿。西方白虎之象西方白虎之象：奎宿、娄宿、胃宿、昴宿、毕宿、觜宿、参宿。：奎宿、娄宿、胃宿、昴宿、毕宿、觜宿、参宿。北方玄武之象北方玄武之象：斗宿、牛宿、女宿、虚宿、危宿、室宿、壁宿。：斗宿、牛宿、女宿、虚宿、危宿、室宿、壁宿。u天体测量仪器：天体测量仪器：浑浑仪仪、简简仪仪、仰仰仪仪、象象限限仪仪、地地平平经经纬纬仪仪、赤赤道道经纬仪、黄道经纬仪经纬仪、黄道经纬仪u时间测量仪器：时间测量仪器：日晷、圭表、漏刻、沙漏日晷、圭表、漏刻、沙漏中国古代天文仪器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朝代部门、官员部门、官员朝代朝代部门、官员部门、官员秦秦 太史令太史令宋宋 司天监司天监 太史局太史局 天文院；司天文院；司天监天监 太史局令太史局令西汉西汉 太史公、太史令太史公、太史令 辽辽 司天监；太史令司天监；太史令东汉东汉 太史令太史令金金 司天台；提点司天台；提点 司天监司天监魏晋南魏晋南北朝北朝 太史局；太史太史局；太史元元 司天监司天监 太史院；提点太史院；提点 司天司天监监 太史院史。太史院史。259人人 隋隋 太史曹太史曹 太史监；太史令太史监；太史令明明钦天监；太史令钦天监；太史令 监正。监正。41-23人人 唐唐 太史局太史局 浑天监浑天监 浑仪监浑仪监 太史监太史监 司天台；太史局令司天台；太史局令 浑天监浑天监 太太史监史监 司天台监。司天台监。824人人清清钦天监；监正。钦天监；监正。154人人 中国古代天文官史中国古代天文官史天学机构的主要工作如下：天学机构的主要工作如下：u首先是天象的观测记录，内容有：首先是天象的观测记录，内容有：u恒星位置的测定，并编制成星表或绘制为星图；恒星位置的测定，并编制成星表或绘制为星图；u日月食和掩星观测；日月食和掩星观测；u行星在恒星背景下的视运动状况；行星在恒星背景下的视运动状况；u异常天象的观测记录，包括彗星新星流星太阳黑子等。异常天象的观测记录，包括彗星新星流星太阳黑子等。u其次是观天仪器的研制和管理。其次是观天仪器的研制和管理。u三是修订历法，编算历书历谱并印制颁发。三是修订历法，编算历书历谱并印制颁发。 1.1.赤道坐标系的使用赤道坐标系的使用u唯一性：坐标值不随时间、观测点位置变化。唯一性：坐标值不随时间、观测点位置变化。u古希腊使用黄道坐标系。古希腊使用黄道坐标系。2.2.太阳黑子和日食的记录太阳黑子和日食的记录u公公元元前前140140年年就就有有对对太太阳阳黑黑子子的的观观测测记记录录，比比欧欧洲洲早早了了近近千千年。对太阳黑子出现的时间、大小和位置有详细描述。年。对太阳黑子出现的时间、大小和位置有详细描述。u40004000年年前前夏夏代代仲仲康康元元年年首首次次日日食食记记录录，至至元元朝朝末末年年已已有有650650次之多。次之多。主要成就主要成就u西西汉汉成成帝帝河河平平元元年年（公公元元前前28 年年）汉汉书书五五行行志志：“成成帝帝河河平平元元年年三三月月己己未未，日日出出黄黄，有有黑黑气气大大如如钱钱，居居日日中央。中央。”u后后汉汉书书五五行行志志（公公元元188 年年）：“中中平平五五年年正正月月，日色赤黄，中有黑气如飞鹊，数月乃销。日色赤黄，中有黑气如飞鹊，数月乃销。”u宋宋史史天天文文志志（公公元元1131 年年）：“绍绍兴兴元元年年二二月月己己卯卯，日日中中有有黑黑子子，如如李李大大，三三日日乃乃伏伏。六六年年十十月月壬壬戍戍，日日中中有有黑黑子子，如如李李大大，至至十十一一月月丙丙寅寅始始消消。七七年年二二月月庚庚子子，日日中中有有黑黑子子，如如李李大大，旬旬日日始始消消。四四月月戊戊申申，日日中中有有黑黑子子，至至五月乃消。五月乃消。” u宋宋史史天天文文志志宋宋徽徽宗宗政政和和二二年年（公公元元1112 年年）“四四月月辛卯，日中有黑子，乍二乍三，如栗大。辛卯，日中有黑子，乍二乍三，如栗大。” 3.3.彗星、流星和陨星彗星、流星和陨星u哈哈雷雷彗彗星星的的最最早早记记载载：前前613613年年春春秋秋，之后多达之后多达3131次。次。u战国时代已有彗星形态记载。战国时代已有彗星形态记载。u精彩的流星雨记载。精彩的流星雨记载。主要成就主要成就u春秋春秋：“鲁文公十四年秋七月，有星孛入于北斗。鲁文公十四年秋七月，有星孛入于北斗。” u史记史记六国表六国表载：载：“秦厉共公十年彗星见。秦厉共公十年彗星见。” u汉汉书书五五行行志志汉汉成成帝帝元元延延元元年年（公公元元前前1212年年）： “元元延延元元年年七七月月辛辛未未，有有星星孛孛于于东东井井，践践五五诸诸侯侯，出出河河戌戌北北，率率行行轩轩辕辕、太太微微，后后日日六六度度有有余余，晨晨出出东东方方。十十三三日日，夕夕见见西西方方，锋锋炎炎再再贯贯紫紫宫宫中中。南南逝逝度度犯犯大大角角、摄摄提提。至至天天市市按按节节徐徐行行，炎炎入入市市中中，旬旬而而后后西西去去；五五十十六六日日与与苍苍龙俱伏。龙俱伏。” 哈雷彗星哈雷彗星u新新唐唐书书天天文文志志：“上上元元三三年年七七月月丁丁亥亥，有有彗彗星星于于东东井井，指指北北河河，长长三三尺尺余余，东东北北行行，光光芒芒益益盛盛，长长三三丈丈，扫中台，指文昌。扫中台，指文昌。”唐高宗上元三年是公元唐高宗上元三年是公元676 年。年。u晋晋书书天天文文志志载载有有：“彗彗体体无无光光，傅傅日日而而为为光光，故故夕夕见见则则东东指指，晨晨见见则则西西指指。在在日日南南北北皆皆随随日日光光而而指指，顿顿挫挫其其芒，或长或短。芒，或长或短。” u新新唐唐书书天天文文志志（公公元元896 年年）：“乾乾宁宁三三年年十十月月，有有客客星星三三，一一大大二二小小，在在虚虚、危危间间，乍乍合合乍乍离离，相相随随东行，状如门，经三日而二小星没，其大星后没。东行，状如门，经三日而二小星没，其大星后没。” 4.4.新星和超新星爆发新星和超新星爆发u商商代代至至1717世世纪纪末末，记记载载“客客星星”约约9090颗颗，其中其中1212颗是超新星。颗是超新星。u蟹蟹状状星星云云：10541054年年宋宋会会要要记记载载的的“客客星星”遗迹。遗迹。主要成就主要成就u汉汉书书天天文文志志中中就就有有：“元元光光元元年年六六月月，客客星星见见于于房房。” 汉武帝元光元年是公元前汉武帝元光元年是公元前134134年。年。u宋宋仁仁宗宗至至和和元元年年（公公元元1054 1054 年年）出出现现在在金金牛牛座座星星（天天关关星星）附附近近的的超超新新星星。宋宋会会要要：“嘉嘉祐祐元元年年三三月月，司司天天监监言言客客星星没没，客客去去之之兆兆也也。初初，至至和和元元年年五五月月，晨晨出出东东方方，守守天天关关，昼昼见见如如太太白白，芒芒角角四四出出，色色赤赤白白，凡凡见二十三日。见二十三日。” 主要内容主要内容u天文学的产生天文学的产生u我国天文学的发展历史及成就我国天文学的发展历史及成就u西方天文学发展历史西方天文学发展历史古代天文学古代天文学u古希腊天文学和托勒密的地心说古希腊天文学和托勒密的地心说托勒密近代天文学近代天文学u哥白尼和日心说哥白尼和日心说u第谷第谷u开普勒及其运动定律开普勒及其运动定律u伽利略伽利略u牛顿和万有引力定律牛顿和万有引力定律u哥白尼和日心说哥白尼和日心说天体运行论1.1.对对恒恒星星与与行行星星进进行行了了长长期期精精确确的的观观测测，积积累累了大量观测资料。了大量观测资料。2.2.编制了一部有编制了一部有777777颗恒星坐标的星表。颗恒星坐标的星表。3.3.发现了许多新的天文现象。发现了许多新的天文现象。4.4.宇宇宙宙结结构构体体系系：地地球球静静居居中中心心，行行星星绕绕太太阳阳运行，而太阳则带领行星绕地球运转。运行，而太阳则带领行星绕地球运转。第谷第谷开普勒第一定律：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：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以日心为原点的直角坐标表示有 u开普勒及其运动定律开普勒及其运动定律开普勒第二定律：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，即行星与太阳的连线在相同时间内扫过的面积相等，即 开普勒第三定律：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。行星运动周期的平方和平均半径的三次方的比值为常数。 u伽利略伽利略u制造光学天文望远镜制造光学天文望远镜u观测月球观测月球u环形山、月海环形山、月海u发现木星的四颗卫星发现木星的四颗卫星u宇宙还有其它中心宇宙还有其它中心u金星表面周期圆缺变化金星表面周期圆缺变化u金星不发光，围绕太阳运动金星不发光，围绕太阳运动u发现太阳黑子、证明太阳自转发现太阳黑子、证明太阳自转任任何何两两个个物物体体间间均均存存在在一一个个相相互互吸吸引引的的力力，这这个个力力的的大大小小与与两两物物体体质质量量的的乘乘积积成成正正比比，与与两两物物体体间间的的距距离离的的平平方成反比。方成反比。u牛顿和万有引力定律牛顿和万有引力定律蒲柏（A.Pope，1688-1744）的一名言：Nature and natures law lay hid in the night:God said, let Newton be! And all was light.自然与自然规律为黑暗所隐蔽：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。上帝说，让牛顿来！一切即臻光明。现代天文学现代天文学 19世世纪纪中中叶叶天天体体物物理理学学的的产产生生标标志志现现代代天天文文学学的的产产生生。 现代天文学的观测手段可以归纳为以下三种：现代天文学的观测手段可以归纳为以下三种：u光光学学观观测测：传传统统光光学学望望远远镜镜 太太空空望望远远镜镜、自自适适应应光光学学系统。系统。u射射电电观观测测：20世世纪纪60年年代代，脉脉冲冲星星、星星际际分分子子、宇宇宙宙微微波波背背景景辐辐射射和和类类星星体体“四四大大发发现现”。射射电电天天文文已已成成为为诺诺贝贝尔尔奖奖的摇篮。的摇篮。u空空间间探探测测：将将空空间间探探测测器器与与人人类类送送上上其其它它天天体体或或在在其其附附近近进行近距离观测。进行近距离观测。宇宙层次宇宙层次u宇宙秩序宇宙秩序u地月系地月系u太阳系太阳系uNatural：太阳，行星，卫星，：太阳，行星，卫星， 彗星，小行星，流星。彗星，小行星，流星。uArtificial: 人造卫星，星际探测器（旅行者号）人造卫星，星际探测器（旅行者号）u银河系银河系u恒星、双星、聚星、星团、星云、星系恒星、双星、聚星、星团、星云、星系u总星系（宇宙）总星系（宇宙）天体的距离单位天体的距离单位 1天文单位天文单位(AU) = 太阳到地球的平均距离太阳到地球的平均距离 1.5 108公里公里 （ 1.5亿公里）亿公里） 1光年光年( ly ) 0.95 1013公里公里 1秒差距秒差距 ( pc ) 3 1013 公里公里 1pc 3.26 ly. 2 105 AU1Kpc= 103 pc (星团与星系尺度星团与星系尺度) 1Mpc= 106 pc (星系团与宇宙尺度星系团与宇宙尺度) 最近的恒星：半人马 (比邻星), 1.3 pc ( 4.22 ly.)最近的疏散星团：毕星团(Hyades), 44 pc (135 ly.)最近的河外星系：大麦云(LMC)，52 Kpc目前发现的最远天体：180亿光年 5500 Mpc 宇宙尺度的衡量宇宙尺度的衡量微观世界宏观世界电子 10 13 m1 1010 m 最大的原子 5 地球：最高的山 8850 m地球半径 6400 km 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) 历史事件历史事件u宇宙大爆炸宇宙大爆炸u太阳和地球形成太阳和地球形成u蓝绿藻类蓝绿藻类u有细胞核的大细胞有细胞核的大细胞u复杂的多细胞生命复杂的多细胞生命u植物和动物出现植物和动物出现u恐龙时代恐龙时代u北京人出现北京人出现u尼安特人出现尼安特人出现u现代人出现现代人出现u人类开始有文字记载人类开始有文字记载u人人类类实实施施第第一一项项射射电电观测计划观测计划宇宙年历宇宙年历u3年前年前u第三年第三年1月份月份u34月月u9月月u10月下旬月下旬u11月底月底u12月月15日日25日日u12月月31日日23时时u12月月31日日23时时50分分u12月月31日日23时时55分分u12月月31日日59分分30秒秒u12月月31日日59分分59.7秒秒地球的运动地球的运动u绕自己体内的旋转轴的自转绕自己体内的旋转轴的自转u绕日运行的公转绕日运行的公转u跟着太阳系朝织女星方向的运动跟着太阳系朝织女星方向的运动u随着太阳系绕银河系中心旋转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地球的自转地球的自转u自自转转的的角角速速度度：除除两两极极为为0外外，全全球球各各地地均均相同。相同。u自自转转的的线线速速度度：除除两两极极为为0外外，其其余余地地方方随随纬度的增大而减小，随高度的增大而增大。纬度的增大而减小，随高度的增大而增大。u自转方向：自西向东，微小不均匀。自转方向：自西向东，微小不均匀。 u自自转转产产生生了了昼昼夜夜的的交交替替、日日月月星星辰辰的的东东升升西西落现象。落现象。地球的公转地球的公转u黄道面：地球公转轨道面称为黄道面。黄道面：地球公转轨道面称为黄道面。u公转速度：不均匀，冬天略快，夏天略慢。公转速度：不均匀，冬天略快，夏天略慢。u公转方向：自西向东，与自转的方向相同。公转方向：自西向东，与自转的方向相同。u黄赤交角黄赤交角2326.52326.5，变化很小。，变化很小。u由于由于的存在，公转产生了一年四季的变化。的存在，公转产生了一年四季的变化。ecliptic 黄道黄道地球的公转地球的公转