天文学论文范文（精选12篇）
在个人成长的多个环节中，说到论文，大家肯定都不陌生吧，论文一般由题名、作者、摘要、关键词、正文、参考文献和附录等部分组成。那么你知道一篇好的论文该怎么写吗？以下是小编整理的天文学论文，欢迎阅读，希望大家能够喜欢。
天文学论文 篇1
天文学它一开始就同人类的劳动和生存密切相关。远古时候，人们为了根据生活的需要而对太阳、月亮和星星进行观察，确定它们的位置、找出它们变化的规律，并据此编制历法，因此说天文学是最古老的自然科学学科之一。
古代的天文学家因为没有可以凭借的工具，只能靠肉眼观察天空。我国自古以农耕为主，春种秋收，季节最为重要。中国古代天文学家用来观测星象最重要的工具是浑仪。在望远镜发明以前，浑仪是世界上最先进的天文观测工具。（现今存世最早的浑仪是明代正统七年（1442）制成的，陈列在南京紫金山天文台）
公元二世纪时，古希腊天文学家托勒密提出的地心说，这一学说统治了西方对宇宙的认识长达1000多年。十六世纪，波兰天文学家哥白尼提出新的宇宙体系的理论——日心说，天文学的发展进入了全新的阶段，使天文学摆脱宗教的束缚，并在此后的一个半世纪中从主要纯描述天体位置、运动的经典天体测量学，向着寻求造成这种运动力学机制的天体力学发展。到了1610年，意大利天文学家伽利略独立制造折射望远镜，成为最早使用望远镜研究太空的人之一。人类第一次通过望远镜观察到了太阳黑子、月球和其他一些行星表面的状况。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。20世纪50年代，射电望远镜开始应用。到了20世纪60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，通过发射的航天探测器来了解某些太空信息。。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，也对现代天文学产生很大影响。
宇宙中的物质开始是聚集在一个小的体积内，温度很高。而随着宇宙的膨胀温度逐步下降，大约3分钟后质子与中子开始结合形成轻元素氢和氦，即今天宇宙中主要的两种物质组成，其比重是氢占77%，氦占23%。根据宇宙大爆炸学的观点，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。
在众多的恒星中，最后可能形成三种产物，即白矮星、中子星或黑洞。
在20xx年8月24日在捷克首都布拉格举行的第26届国际天文学大会中确认了矮行星的称谓与定义，关于矮行星的描述如下：
1、以轨道绕着太阳的天体；
2、有足够的质量以自身的重力克服固体应力，使其达到流体静力学平衡的形状（几乎是球形的）；
3、未能清除在近似轨道上的其它小天体；
4、不是行星的卫星，或是其它非恒星的天体。在行星的基本定义上，科学家们大致上认同这样的说法：直接围绕恒星运行的天体，由于自身重力作用具有球状外形，但是也不能大到足够让其内部发生核子融合。矮行星的家族成员有冥王星、卡戎星、齐娜星、谷神星。矮行的基本特点是外幔和表面由冰冻的水和气体元素组成的一些低熔点的化合物组成，有的其中混杂着的一些由重元素化合物组成的岩石质的矿物质，厚度占星体半径的比例相对较大，但所占星体相对质量却不大，内部可能有一个岩石质占主要物质组成部分的核心，占星体质量的绝大部分，星体体积和总质量不大，平均密度较小，一些大行星的卫星也具有这种类似冰矮星的结构。
中子星（neutronstar）又名波霎。它是恒星演化到末期，经由重力崩溃发生超新星爆炸之后，可能成为的少数终点之一。简而言之，即质量没有达到可以形成黑洞的恒星在寿命终结时塌缩形成的一种介于恒星和黑洞的星体，其密度比地球上任何物质密度大相当多倍。中子星的表面温度约为一百一十万度，辐射χ射线、γ射线和和可见光。中子星有极强的磁场，它使中子星沿着磁极方向发射束状无线电波（射电波）。中子星自转非常快，能达到每秒几百转。中子星的磁极与两极通常不吻合，所以如果中子星的磁极恰好朝向地球，那么随着自转，中子星发出的射电波束就会像一座旋转的灯塔那样一次次扫过地球，形成射电脉冲。人们又称这样的天体为“脉冲星”。
天文学家称由于恒星死亡形成的天体为恒星级黑洞。一般认为，宇宙中的大多数黑洞是由恒星坍缩形成的。此外，在许多恒星系的中心也有一个因引力坍缩而形成的超大质量黑洞，比如在类星体星系的中心。在宇宙诞生初期可能曾经形成过很多微型黑洞（太初黑洞），这些黑洞的体积很小，质量相当于一座大山,黑洞本身不可见，但可以用至少两种方法检测出它的存在。当一个黑洞吸引尘埃、气体或恒星时，它的强大引力会把这些物质撕碎成原子微粒，原子微粒会从黑洞的边缘沿螺旋线坠向中心，速度会越来越快，直至达到每秒九百多公里。当物体被黑洞吞没时，会因为互相碰撞而使温度上升到几百万度，并发出χ射线和γ射线。在宇宙中，只有黑洞能使物体在密集的轨道上加速到如此高的速度；也只有黑洞才会以这种方式发射χ射线和γ射线。任何物质或辐射到达黑洞边缘，越过它的视界就永远消失了。在黑洞的奇点附近，现有的任何物理定律都是不适用的。黑洞的奇点和我们现已认识的宇宙中的所有物质状态截然不同。到目前为止，还没有任何科学方法能用来测量黑洞。
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。天文学的研究范畴和天文的概念也在不断发展和更新。通过天文学基础知识的学习，我们对天文学的定义、研究方向、研究领域、研究理论以及矮行星和中子星等重要的天体有了系统的了解。它丰富了我们的天体知识体系，也拓宽了我门的知识面。我期待天文学取得更大的进展，也期待我国的天文学科学发展越来越好。
天文学论文 篇2
天文学是自然科学六大基础学科之一，它推动了人类社会的进步和科技的发展。天文学对于提高民族素质、培养创新精神及科学的思维方法，建立正确的世界观、宇宙观方面有着不可替代的作用。普及天文知识，对破除迷信、反对伪科学也具有重要的科学意义。发达国家及一些发展中国家的大学、中学都普遍开设了天文学课程。
现在，我们学校也同样开设了天文学选修课,这为我们这些从小就对天文产生好奇、现在对天文依然抱有兴趣的人开了一扇圆梦的窗口。
现在社会中，多数青年男女都热衷于星座分析和配对等，根据星座来推断一个人的性格，甚至根据一个人的星座来判定这个人是不是适合做自己的另一半。我不知道这是不是有科学依据，我觉得根据星座来断定一个人太过武断。在天文学的课堂上，关于星座老师给我们做了详细的解析，它命名的由来和它们所处的位置，老师有他独特的讲课方式，内容丰富而不乏味，几个小小的亮点组成图形复杂的星组，人类的想法真是丰富到了极致。星座的说法来自西方，其命名是和西方神话有一定联系的。
九大行星，课堂上老师逐个做了解释，所谓太阳系“九大行星”是历史上流行的一种的说法，即水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星。在2006年8月24日于布拉格举行的第26届国际天文联会中通过的第5号决议中，冥王星被划为矮行星，并命名为小行星134340号，从太阳系九大行星中被除名。所以现在太阳系只有八颗行星。
老师讲课的重点是宇宙大爆炸。“大爆炸宇宙论”认为：宇宙是由一个致密炽热的奇点于137亿年前一次大爆炸后膨胀形成的。1929年，美国天文学家哈勃提出星系的红移量与星系间的距离成正比的哈勃定律，并推导出星系都在互相远离的宇宙膨胀说。宇宙并非永恒存在而是从虚无创生的思想在西方文化中可以说是根深蒂固。虽然希腊哲学家曾经考虑过永恒宇宙的可能性，但是，所有西方主要的宗教一直坚持认为宇宙是上帝在过去某个特定时刻创造的。
这个理论也经历了很多演变，是现代人类通过一种假象加上研究和证据得出的理论。大约在50亿年前，宇宙所有的物质都高度密集在一点，有着极高的温度，因而发生了巨大的爆炸。大爆炸以后，物质开始向外大膨胀，就形成了今天我们看到的宇宙。大爆炸的整个过程是复杂的，现在只能从理论研究的基础上描绘过去远古的宇宙发展史。
天文学对于人类的意义绝非一个“不简单”可以形容的。他的重要性也决不仅仅体现于我上面所说的几个方面。天文学这一学科就像天空一样广袤无边，人类要走的路还很长，要探索的旅程还很远。而人是一切发现的原动力，所以对于天文学爱好者及专门从事天文学的职业工作者来说，任重而道远！
天文学论文 篇3
摘要：长城是中国古代重要的边防工程，在两千多年长城的修建过程中，天文科技发挥着重要的指导作用。在本文的论述中，笔者从长城修建的天文学背景出发，将秦、明时期的长城形体分别与北斗七星和银河进行比对，揭示了一系列长城在设计过程中可能蕴含的天文特征，这些特征充分反映出中国传统宇宙现在建筑工程方面的深刻影响。
关键词：长城；天文学；星宿；银河
中国长城是人类文明史上最伟大的建筑工程之一，自春秋战国至明清时期在中国北方疆域发挥着重要的战略防御功能。历史上对长城有两次大规模的修筑时期，一是秦统一后连各国长城为一体所形成的秦长城；一是明朝在原长城基础上重新规划后修筑的如今之格局的明万里长城。历代长城工程之浩繁，气势之雄伟，堪称世界奇迹。
长城的防御作用是毋庸置疑的，但从战略发展角度看，长城位于崇山峻岭及不毛之地，仅仅出于防御的需要来修建这样的庞然大物的理由似乎过于单一。翻开历史志书就会发现，中国历代城池、建筑在动土开工前无不仰观天文、考察星象后进行全方位的规划布局，使城市、建筑与天体之间形成某种特殊关联。长城是历代耗费巨资建造的重大的建筑工程，它在建造之前是否考察天象并按照天体特征进行规划与布局呢?长城还有其他的天文特征么?文章将做如下探讨。
一、长城修建的天文学背景
中国人对天象的观察由来已久，人们在天文观测中了解了星辰起落、日月阴晴圆缺的奥秘，揭示了宇宙的一般运行规律，建立了指导日常生活的天文历法。我国古代有世界上最丰富、最系统的天文观测记录。五帝之一的黄帝依靠对天象的观察确定了阴阳、五行、十方和十二宫完整的天文体系，并在公元前2637年确定了中国历法的开端，这些天文成就奠定了他崛起中原号令天下的基础。商代甲骨文记录着世界上最早的日食、月食和新星，并已采用干支纪年法。《周礼》对天体星象亦有记载，分设天、地、春、夏、秋、冬六官。西周时我国已用二十八星宿划分周天。春秋时期的星官们创立“上天变异，州国受殃”说法，以天空中的星象变化来预测不同地区将要发生的吉、凶、祸、福，将各州、国与星空的区域互相匹配对应形成分野。其所载“保章氏”：“以星土辨九州岛之地，所封封域皆有分星，以观妖祥”即按分野来预卜各地吉凶。再如《论衡变虚篇》中“荧惑守心。荧惑，天罚也；心，宋分野也，祸当君”亦提到“宋”分野。《晋书天文志》载诸侯国分野如下表：
这些将天文与各州县祸福相关联的做法在历代政策管理中起着重要的指导作用。河南马王堆三号汉墓出土的公元前170年左右的帛书《五星占》载有公元前246年至前177年间土星、金星、木星的空间位置以及金星的会合周期，充分反映了秦汉时期高度发达的天文观测水平。
自古以来，那些掌握天文科技的星官们成为历代政治中重要的决策者和参政者。考察天象并遵照天象旨意行事不但是中国传统文化中最重要的一部分，还关系着人们对日常生活的安排，甚至左右着国家领导对重大事务的决策。“观天象”成为古人作出重大决定时必须例行的公事。如古人行军打仗前往往用天象预测吉凶后方才出军；建造建筑前亦要按天文现象来布局或决策动土日期。至秦汉时期，观天之风更加弥漫，最具有参考价值的史实书籍《史记》中多次提到天象与祸福、行军等重大事件相关联的事实，为便于观察天象和有效地将天文原理加以利用，与之相关的观天建筑便应运而生。
中国古代至迟在周代以前形成了以北极星(帝星)为中心，四周三垣、四象、二十八星宿相环绕的古代天宫系统，这个系统深深地影响了历代王室的营国计划。春秋时期各国都城建筑布局多以“象天”为指导思想，其都城形象多反映以帝星为中心的天体系统。秦人发展了“象天法地”和“象天立宫”的思想，使城市布局真正反映了上天的宫阙形态。经学者实地调研发现：秦朝曾修建数量甚众的“完全式全天星台，这些星台分布面积甚广，遍及甘肃、陕西、山西、内蒙等多个省区，反映出秦长城修建时观天现象的普遍性。基于以上背景笔者认为，长城的大规模修建正是在宫殿“象天法地”、民间“观星”与“星运”说极为昌盛的秦朝时期，为强化皇权及满足皇帝对国家长久统治的需求，在秦长城修建过程中，极有可能将“星象”文化融入到长城的建设中。至明朝初期，天文科技已经相当发达，与天文相关的数学、物理学、堪舆学成为社会重要的科技支柱，明长城的修建具备着更加雄厚的天文学和科技基础。
二、秦长城天文学特征设想
1.秦长城用来观测天文
秦长城大多在甘肃、宁夏、陕西与沿北岸边界一带，经历了自秦厉公至秦统一前修建的长城和统一后秦始皇命蒙恬将战国诸侯国长城相接连形成万里长城的两个历史时期。关于秦河西长城，据《史记秦本纪》载，厉公“十六年，堑河旁。以兵二万伐大荔，取其王城。……简公六年，堑洛。城重泉”。秦昭王长城见《史记匈奴列传》：“秦昭王时，……筑长城以拒胡。”秦统一后将北部长城连接起来，形成一道天然屏障。
秦长城兼有天文台的观测功能。天文台一般具有两大功能，一是祭天，二是观象，中国早期的高台建筑都具有观象性质。长城是高台建筑，它所包括的关城、城墙、墙台、敌台、烟墩、营、寨和城堡等均具有高空望功能，可以作为观察天文现象的场所。长城每隔一段距离便设置相应的关城、营寨、堡寨等，这些为那些时刻准备出征或等待敌情的决策者们提供了观察星象变化的绝佳场所。据《全天星台遗址及其源流考(考证分册)》记载：“秦统一之初与后期，置星、祭星之制大变，全国郡、县、军城、亭障乃至长城遍置星台。郡、县多置心宿。军城、亭障多置天枪、平星，角宿台也较普遍，龙文化更进一步体现在星台文化中”。可见在长城的各个区域“遍置星台”已成为秦王朝极为普遍的事情。由此可知，在战争频繁的秦朝，长城不但承担着重要的防御功能，还为决策者们提供观察星象以对重大事物做出重要决策的场所，同时兼具举行祭天、祭星、祈神等宗教活动场所的功能。
2.秦长城象北斗而建
体现秦长城星台文化较突出的一段为临洮与上郡所在的秦南段长城(秦上郡塞)。为进一步了解秦长城可能存在的天文内涵，笔者将南段长城与历代星图作了详细对比。在对比中笔者发现，秦南段长城与咸阳城、渭水三者之间形成了美妙的天宫图：南段长城极有可能模拟北斗七星之形与位置建造，咸阳城正是帝星所在，而渭水则代表了银河(见图1)。秦长城、咸阳、渭水三位一体确立了北斗星、帝星与银河的相对位置，它们共同营造了北天极区最完美的天宫图，而地上的郡、县或星台也可能与天体星辰相对位，共同完善着这幅巨大的天宫图的其他部位。(见图1与图2)
秦南段长城原本只有上郡这一段(原称上郡塞)，秦统一后增加了斗形部分，使得南段长城从形体上满足了北斗形。从司马迁《史记》中描述秦皇陵“上具天文，下具地理”便知秦始皇十分重视天象，他既然可以动用数以百万计的人力打造他死后的人间天堂，也可以在他的国土中创造现世中的天上宫阙。
(1)成阳城象帝居，渭水象天汉
咸阳城的规划是法天象地的结果。秦王朝强大后，咸阳城成为秦朝经济、政治和文化中心。为标榜前所未有的帝王成就，秦始皇将自己比拟为不可一世的玉皇大帝，在总结并继承前人经验的基础上，将咸阳城用“象天法地”手法重新规划和调整，使咸阳城的整体布局与天象呈现一一对应关系。据《史记秦始皇本纪》载，秦始皇建咸阳“为复道，自阿房渡渭，属之咸阳，以象天极阁道绝汉抵营室也”。《三辅黄图》亦描绘秦始皇“筑咸阳宫，因北陵营殿，端门四达，以则紫宫，象帝居。渭水贯都，以象天汉；横桥南渡，以法牵牛”。文字中的“紫宫”即紫微垣，象征天帝居所。咸阳自营建之初象“帝居”而建，并以其为中心，各宫殿环列周围，形成拱卫之势。渭水则被视为“天汉”即银河。
秦始皇建宫殿“象天极”的手法不仅体现在咸阳城，公元前220年秦始皇“作信宫，已而更命信宫为极庙，象天极”；阿房宫也营造了非常完美的天官体系：“表山南之巅以为阙，并为复道，自阿房宫渡渭，属之咸阳，以象天极绝汉抵营室也”，表明咸阳象征北天极的北极星，阿房宫象征营室星，咸阳宫与阿房宫之间的复道，象征天桥。由此可知，秦始皇在国土规划中将城市、河流作为基本要素与天体星座相对应：咸阳以“帝居”身份建造，渭水象征银河，阿房宫为营室星，三者相联系确立了完美的人间天宫图。秦朝的这种做法深刻影响了汉长安的规划布局，汉承秦制，在建设工程方面“非壮丽无以重威”。根据《三辅黄图》记载，汉长安“城南为南斗形，城北为北斗形，至今人呼京城为斗城是也”。
(2)北斗为帝车
为使“象天极”的宏伟计划得以呼应，秦咸阳将周边更大的宏观地域纳入到整个城市的规划范围内。秦始皇以咸阳为中心修建了二百七十多个宫观，并通过复道、甬道将这些宫殿聚集在“天极”咸阳城周围，犹如众星拱极一般，突出了帝都成阳的核心地位。而秦南段长城模拟北斗星形态和位置而建，最终成为北斗星的象征。
《史记天官书》说：“北斗七星，所谓‘旋、玑、玉衡、以齐七政’。……斗为帝车，运于中央，临制四乡。分阴阳，建四时，均五行，移节度，定诸纪，皆系于斗。”《尚书纬》认为：“七星在人为七瑞。北斗居天之中，当昆仑之上，运转所指，随二十四气，正十二辰，建十二月，又州国分野、年命，莫不政之，故为七政。”《甘石星经》：“北斗星谓之七政，天之诸侯，亦为帝车。”《冠子》记载：“斗杓东指，天下皆春；斗杓南指，天下皆夏；斗杓西指，天下皆秋；斗杓北指，天下皆冬。”由此可见，北斗七星不但是协助君王治理天下的“齐政”法宝和辅助辨方正位的重要星辰，还是天帝巡游各地的帝车，象征君王巡游天下所乘坐的御辇，其重要性可见一斑。秦始皇这个自视功高堪比玉皇大帝的一代帝王，在咸阳、渭水已经具备的前提下，只要将长城之形略作改动便可以使自己居住的咸阳稳如天宫，而自己则足以比拟伟大的天帝之布政与施德，何乐而不为呢?
在将长城成功地对比北斗星位置建造之后，秦南段长城、咸阳城与渭水三者形成的空间关系与当时北斗七星、帝星、银河在天体宫阙的位置相一致，三者正反映出秦始皇将自己比拟为坐守帝居(咸阳)并可随时乘坐帝车(南段长城)在银河星汉遨游的玉皇大帝之本身。
3.秦长城修建的科技背景
前文已经阐述，秦长城修建前秦朝的天文学已十分发达，这为秦长城进行天文布局提供了良好的基础。与此同时，秦朝高超的大地测量水平、建筑施工技术和数学运算能力是确保长城与天体相对位的技术条件。我国大地测量技术的历史很早，相传大禹时期已开始使用“准、绳、矩”等原始工具进行测量，春秋以后水准测量已较为普遍。战国时期的漳水渠、都江堰、郑国渠能够建成，表明当时的测量技术和建筑施工已具有相当高的水平。数学测算方面也有很大进步，《九章算术》中记载了勾股定理和立表法、连索法、参直法等先进的测量方法。在堪舆方面，秦朝朱仙桃所著的《搜山记》，是至今流传下来的最早的风水学著作。可见，秦朝修建长城时具备良好的技术基础，它们保证了长城得以顺利的进行天文规划布局和实际工程建造的条件。
三、明长城天文特征的可能性
明朝为加强北方边防于洪武元年(1368年)开始修建长城，一直持续了近两百年。虽然修建之初存有一些北魏、北齐、隋长城，但大多残损严重且不可用。为实现宏伟的防御体系，明帝王重新设定了长城的走向，向东将长城延长至鸭绿江畔的辽东境内，向西修建至甘肃的嘉峪关。明朝的天文学十分发达，明初营建的南京故宫、北京紫禁城、北京十三陵均依天象布局，紫禁城以模拟天体宫阙布局和命名而著称于世。作为国内最重要的建筑工程，明长城既然经历了重新规划，就有可能将之与天象相联系以达到最佳的防御与象征功能。
1.明长城沿银河走向布局
有国外学者研究认为明长城蕴含了中国“龙”的概念，除了在文化上将长城比拟为“巨龙”外，还在形体上与龙的体征相契合，如山海关为龙头，嘉峪关为龙尾，长城重镇、军堡则对应龙身其他部位，以展示出中国龙应有的特征。根据多方对比分析笔者认为：明长城可能与银河系建立了多种关联，具体表现为：
第一，从象征主义出发，明长城与银河具有相似的防御功能。
明长城与银河是人间与天上两道不可逾越的屏障，具有阻隔之功能。长城用以防御北方民族入侵，已成为一道人工防御体系；银河被认为是天空中无法逾越的天然屏障，其将天体星空划分两大部分，彼此之间不能逾越，是阻隔彼此相爱的牛郎与织女的天堑。《诗小雅大东》“维天有汉，监亦有光。跛彼织女，终日七襄。虽则七襄，不成报章。皖彼牵牛，不以服箱”，《诗经周南汉广》中述“汉有游女，不可求思”，及明代孙仁孺的《东郭记钻穴隙》：“到而今可是难依傍，只落得一水银河隔两厢”，均表达了银河作为屏障让人求之不得的心理。基于对银河“阻隔”含义的深刻理解，明帝王极有可能将长城的防御功能比喻为银河的阻隔作用来设计建造，明长城因此在文化语义上与银河具有一定相似性。
第二，从形态模拟角度，明长城沿银河走向布局。
在比对明长城与银河走向时发现，明长城与银河系的走向表现出惊人的一致性(见图4)，这种一致性不但体现在整体走向上，其拐弯处、分支结构也几乎相同。历史上各时期的长城形态与明长城有许多不同，明长城的起点、终点、蜿蜒走势、波折点都作了重新调整，而这些调整却使明长城的外形与银河系的固有形态相一致(见图5)。
从建造的角度，明长城与其他时期长城的修
建过程略显不同。在修建长城之初，明廷已推翻了蒙古政权，实现了全国统一。尽管边防战事不断，但国内已经开始大面积的兴复工作。建造长城是兴复工作的重要内容，如何合理规划并保证长治久安是明廷在建造长城前必须思考的，这使得明长城并非在原长城基址上的“重建”，而是重新规划后的“再建”，由此设置了九边重镇。因此我们有理由相信在最初的规划中，设计者将银河象征纳入到长城设计中的假设。
2.明长城的重镇与天上明星位置相对
明长城沿线的一些重镇与银河系个别亮星的位置相一致(见图4)。每到夏季，银河系中部的天津四、牛郎(河鼓二)、织女三星在周天中最亮，即使在城市灯红酒绿之夜也可肉眼相见，形成了著名的“夏季大三角”现象。对于这三颗亮星史书上有数不尽的语言在赞美，还有凄婉的故事与之相连，故此它们在中国的天文史上享有重要地位。这些特殊的亮星与重镇不但在位置上相对应，在文化寓意上也表现出相似性，表现如下：
(1)大同市对位天津四
大同府对应着天津四这颗明星。大同北据元蒙，地处西域与中原的交同要塞，明初被列为九边重镇之一，有“大同士马甲天下”之说，大将军徐达镇守于此。朱元璋在洪武二十四年(公元1391年)改封他的第十三子豫王朱桂为代王，坐镇大同(封藩于大同)，可见大同的地位不一般。天津四是全天第19亮星，在银河中部的渡口之处，我国古代把天津四所在的星座天鹅座看成渡船，具有轮渡之意，因而有“天津”这个名字。由于大同是蒙古通往晋冀鲁豫的咽喉要道，也有隘口、交通要道之意。无论从天津四的明亮程度和显赫的咽喉位置来讲，它都与大同十分接近。
(2)宣化市对位织女星
宣化市于1394年在原宣德府的基础上扩建为宣府，明朱元璋次子朱穗受封谷王，就藩宣府，宣府由此成为重要的边防重地。《说文》：“宣，天子宣室也”可知宣府意为皇家宫室。朱元璋之所以将“宣德府”改为“宣府”，并将皇子朱穗派封于此，源于在对宣府的整体规划上体现了“皇家”二字。与此意义相同，织女星正为天帝之子“织女”之宫室。以天子之“宣府”对位天帝之子的“织女星”应该说有足够的理由。
(3)北京城对位牛郎星(河鼓二)
明朝的北京城无疑是在北方防御战线上最重要的城市，从拥有重兵的燕王朱棣的藩府再到后来的国都，它都是最重要的城市之一。牛郎星不但是排名全天第十二的明星，在我国古代的星象术数学领域又是很重要的天象星。《说文解字》中说：“物，万物也；牛为大物，天地之数起于牵牛，故从牛，勿声。”古人认为，日月起于牵牛星，从牵牛星左转，止于北斗。日月起于此，则天地间一切术数皆起于此。因此，天地万物之“物”的部首从牛。北京意味着万物之中心，一切事物从此衍生并发展，有着同心脏一样重要的地位。于是把重要的北京城与牵牛星相对位规划便可知其原因了。
(4)山海关对位心宿二
山海关是在明朝洪武十四年(公元1381年)由中山王徐达所创建。山海关有着特殊的地理位置和文化背景，它锁住海陆交通口，是万里长城之源，亦是万里长龙之“龙首”。龙首及龙头是皇帝的象征，代表着尊贵和显赫。另外，山海关属于秦皇岛辖区，秦始皇多次驻跸于此成为佳话。《大清一统志永平府临榆县》中记载：“秦皇岛，在临榆县西南二十五里，人海一里，四面皆水。相传秦始皇尝驻跸于此。”秦始皇是统一中国历史上最伟大的帝王之一，亦是秦长城的集大成者，与之相关的山海关和秦皇岛成为帝王的代名词。居于以上两种原因，山海关暗示着“龙首”与“帝居”的帝王之意。与之相对应的是天蝎座的心宿二。心宿有三颗星，分别代表了皇帝和皇子。心宿二居中，古时又叫大火，属东方苍龙七宿的心宿，是帝王的象征。心宿二为夏季第一个月应候之星宿，常用来论述“中央支配四方”。山海关与此相对，皇帝统筹天下之意。
(5)千百军堡对应闪闪明星
如果做进一步考证会发现，长城周边上百千个军堡、营寨、关口等或许与天体星辰是对应设置的(见图6)。这些布于不同时期的战争产物体现了中国古代传统文化的深厚内涵。目前已知建于隋末山西张壁古堡就是与天文结合紧密的最好例证，其古堡外围堡墙、堡内东面三口水井、西面八口水井、南斗六星槐、北斗七星槐、奎星楼、真武庙、张壁村村名来历、德星聚门、联辉门、金墓等均显示出与天文学的重要关联。作为军事文化产物的长城堡寨，也有可能在某些或大部分建筑中将建筑设计与天文科技相结合。由于数量众多，工程浩大，笔者未能一一考证，希望日后能有所进展。
四、结语
中国古代建筑无论从外部形体还是内部空间都深受古代宇宙观的影响，长城作为中国历史上最伟大的建筑工程之一也不例外。自周朝末年开始，人们修建长城时尽管主要出于防御目的，但受中国传统文化的制约与影响，长城通过形体变化和文化象征等手法使其与象天法地、星象论、宿命论等天文思想相结合，使长城因特殊的形体和所富含的象征含义而备受人们尊重。秦南段长城与咸阳、渭水相结合，在形体上形成了中国古代天宫形态；而明长城则循银河之走向进行宏大的银河系布图，体现了中国传统宇宙观在建筑工程方面的深刻影响。
天文学论文 篇4
也谈《周易》和天文学——向李申先生讨教
经常拜读李申先生有关《周易》与古代科技关系的大作，今又在国际易学联合会网站上看到李申的文章“《〈周易〉和天文学》”，受益匪浅。由于曾经撰写《儒家文化与中国古代科技》对这一问题略有涉猎，故有些疑问，提出来向李先生讨教。
李先生承认刘歆、一行是古代有贡献的天文学家，并且都用《周易》的象数解释历法的基本数据。我本以为仅凭这两点就可以认定《周易》对古代历法有积极作用。而李先生则认为，刘歆用《周易》的象数解释历法，“不过是在已经做成的历法上涂了一层油彩。无论这层油彩的色调如何，但历法本身没有变。”又说：“假如我们把历法当作一本书，那么，周易，仅仅被某些人(如刘歆，一行)用来做了这本书的封皮”。凭我的理解，李先生的观点是：《周易》对古代历法是有作用的，只是作用不那么大（或可有可无）。（不知这种理解恰当否？）
问题一，如果《周易》对古代历法的作用不那么大，刘歆、一行为什么在修订历法时，还予以高度的重视？这会有很多可能的答案。但有一点可以肯定，在当时，《周易》对于历法是非常重要的。如果这是事实，那么，我们凭什么说《周易》对古代历法的作用不那么大。
问题二，如果刘歆、一行用《周易》的象数解释历法所起的作用是可有可无的，那么，这种解释方法为什么会被一直沿用，而且，古代历法一直是不断发展的？虽然古代历法的不断发展可以用多种原因来解释，但是，《周易》所起的作用是不可低估的。
问题三，如果刘歆、一行用《周易》的象数解释历法所起的作用是积极的，我们凭什么说《周易》对古代历法的作用不那么大呢？刘歆、一行用《周易》的象数解释历法虽然在历史上也受到批评，但应当从历史发展的角度来看，后人的批评，不应当否认其曾经起过的作用，就像今天可以不用《周易》的象数来研究天文学，但不能以此否认《周易》的象数对研究历法曾经起过的作用。
我个人以为，要否认《周易》对古代历法有积极作用有很多困难，所以，我更愿意研究这样的问题：《周易》为什么能对古代历法产生积极作用？若李先生有兴趣，我们可进一步探讨这样的问题。
再谈《周易》和天文学——向李申先生讨教
对于中国古代历法史上用《周易》象数比附历法基本数据的现象，李申先生在《〈周易〉和天文学》中，用不少篇幅论述了古代天文学家所做出的批评。其实，古代天文学家的不少批评仍然是根据《周易》而做出的。试举李申先生所引的两例进行分析：
其一，李申先生引杜预、何承天对刘歆三统历的评论。杜预对刘歆三统历的批评主要是讲三统历不准确，并根据《周易》“革”卦的《象》曰：“泽中有火，革，君子以治历明时”为依据，提出修历的原则。他说：
《书》所谓‘钦若昊天，历象日月星辰’，《易》所谓‘治历明时’，言当顺天以求合，非为合以验天者也。
后来的何承天也说:
夫圆极常动，七曜运行，离合去来，虽有定势，以新故相涉，自然有毫末之差，连日累岁，积微成著。是以《虞书》著钦若之典，《周易》明治历之训，言当顺天以求合，非为合以验天也。
这里所谓的“顺天以求合”，就是要求根据天象制定历法并使历法符合天象；《尚书·尧典》中帝尧命令羲氏、和氏通过观测日月星辰的运行制定历法以及《周易》中所说“《易》与天地准，故能弥纶天地之道。仰以观于天文，俯以察于地理，是故知幽明之故”，就是“顺天以求合”。何承天认为，制定历法应当以儒家经典《尚书》中的《虞书》以及《周易》为依据，应当“顺天以求合”，而不是为了让天象符合于历法，不是“为合以验天”。
其二，李申先生引邢云路的《古今律历考》对一行大衍历的评论。邢云路的《古今律历考》的第一卷为《周易考》，讨论《周易》和历法的关系。其开宗明义便是：《象》曰：“泽中有火，革，君子以治历明时”，主张改历。接着，便是“律历配六十四卦”，讲64卦与12律24节气相配。又说：“大衍为天地之枢，如环之无端，盖律历之大纪也。”该篇最后说：
夫是易也，显道佑神，何物不有，历固在其中矣……至于气朔之分秒，升降，消长、一而不一，则在人随时测验，以更正之。正其数即神乎《易》也（这几个加点的字，李申先生没引述——笔者注），汉史不知，遂以大衍之数，牵强凑合，以步气朔，而谓历数诸率皆出于此，则非矣。
李申先生认为，“邢云路的话反映了他那个时代的某种精神：理学已经严密地控制了人的思想，作为六经之首的《周易》，更加不容亵渎。易“显道佑神”，给人们指示大道，赞美和拥护神灵，所以历“固在其中”，因为《周易》已经包含了一切；不仅历，而且医、律，可能还有许多别的什么，都“固在其中”。邢云路还没有胆量说不在其中，或者是没必要说那些结论性的，授人以柄的话，还是就事论事吧。”我以为，李申先生的解释有臆测之嫌。我认为，邢云路想要说明的是，牵强凑合地去附会《周易》象数并不是《周易》之神妙之处，只有“随时测验，以更正之”才是《周易》的根本。这与以上杜预、何承天所言是一致的。
所以，我认为，古代历法中的争论，大都依据于《周易》，谁也没有贬低《周易》对于古代历法的作用。但是，在对《周易》的理解上略有不同。
三论《周易》和天文学——向李申先生讨教
李申先生在《〈周易〉和天文学》中认为，古代历法家用《周易》解释历法是牵强附会、“大约有些苦衷”，或者说是，可有可无，不得已而为之。笔者不敢苟同。我认为，古代历法家用《周易》解释历法反映了三方面的积极意义：
其一，从科学发现与理论解释的关系来看，用《周易》解释历法是历法研究的进一步深入。在历法研究中，获得正确的历法数据是非常重要的。虽然我们可以知道古代历法家大都精通《周易》，并且用《周易》解释历法的基本数据，但他们如何算出这些数据，《周易》在他们计算数据时实际上起了怎样的作用，无论是积极的，还是负面的，这涉及历法家的思维和心理过程，我们不得而知。我们可以讨论的是，古代历法家用《周易》解释历法的基本数据，这对于古代历法的发展来说，是积极的，还是负面的。我们首先必须承认，在科学研究中理论解释的必要性。古代历法家不满足于历法的基本数据，而试图对它做出解释，这是科学研究的进一步深入，是必要的，不是可有可无。至于为什么用《周易》来解释，这是由当时历法研究的“范式”来决定的，不能说是“有些苦衷”。
其二，从遵循“范式”与打破“范式”的关系看，用《周易》解释历法是古代历法研究的重要组成部分。《周易》象数是当时历法研究所遵循的“范式”。这个问题证明起来很复杂，但有一点可以肯定，古代历法家大都遵循这个“范式”，如果古代历法与《周易》相矛盾，肯定不会被认可，即使是用现代天文学的理论加以解释。如果承认《周易》象数是古代历法研究的“范式”，那么，《周易》象数对于古代历法研究的积极意义，那就是不言而喻的。当然，在科学研究中，既有遵循“范式”，还有打破“范式”，这在科学发展中是同样重要的，不可顾此失彼。
其三，从科学与文化的关系看，用《周易》解释历法是运用文化来促进科技发展。在中国古代，《周易》文化是一种强势。用《周易》解释历法可以使历法得到普及和延续，相反，如果历法与《周易》相矛盾，不仅无人会认同，而被抛弃，而且作为历法家，他们也不可能这样做。有人可能会以现代科学与文化的差异性来否认这种做法，但是，在中国古代，科技是文化的一部分，这一点在拙著《儒家文化与中国古代科技》已作论述。笔者甚至认为，即使在今天，把科学与文化对立起来也是有危害的，科学与文化之间应当保持一种和谐。在今天，科技成了强势，用文化解释科学，可能是可有可无，但是，用科学来解释文化，就非常必要；与此对应，在古代，《周易》是强势，用《周易》解释历法，当然也非常必要，也具有积极意义。
以上只是就中国古代用《周易》解释历法对于古代历法发展的积极意义做些阐述，至于今天是否还具有同样的意义，这只能另行再议。
天文学论文 篇5
摘要:《崇祯历书》是由徐光启等人历时五年编撰而成，是介绍欧洲天文学知识的文学著作。《崇祯历书》分为基本五目和节次六目两部分。基本五目主要介绍欧洲天文学中的天文仪器、天文数学和天文学相关理论，节次六目主要介绍历法方面的知识。本文将对《崇祯历书》中的数学和天文学知识基础进行探讨。
关键词:《崇祯历书》；数学基础；天文学基础
《崇祯历书》中采用了几何算法和天体系统，清晰地引入了地球与地理经纬度的概念，同时采用了西方的计量单位，对欧洲天文学的基本理论、天文学仪器和必要的数学知识进行了详细的阐述，是我国较为全面的介绍欧洲天文学的著作，对天文学在我国的传播具有重要的意义。其中《测量全义》作为《崇祯历书》的基础文献，记载了西方球面天文学和三角学的相关知识，是《崇祯历书》数学和天文学研究的基础。
一、《崇祯历书》的天文学基础
（一）崇祯改历与天文学知识
在十七世纪的中国天文学逐渐出现改革。在封建社会里，历法的作用不仅在于告知民众时间，更是王权得以确立的条件。在明朝末期，由于钦天监采用的元朝郭守敬等人编制的《大统历》进行的日食推测，屡次不能够得到验证，使明朝官员对《大统历》中的天文学知识产生质疑，因而上书请博访知历人员对天文学知识进行改革。徐光启通过崇祯二年发生的日食现象，将传教士预推的时间和食分与《大统历》预推的时间与食分进行比较，得到传教士预推的时间和食分比较精准，而钦天监使用的《大统历》预推结果则出现偏差。长期参与历法编纂工作的钦天监五官正戈如实将情况汇报给了崇祯帝，崇祯帝这才同意了改历的申请，并命令徐光启、李天经和李之藻等人以及入华的耶稣会天文学家进行西法改历的工作。在徐光启、李天经等人的支持下，从崇祯二年到崇祯七年，中西学者共同努力编译了长达137卷的长篇巨著《崇祯历书》，促使了明清之际的西学东渐渐趋高潮。
《崇祯历书》中五目指的是：法原，即天文学基本理论，包括球面天文学原理；法数，即天文数表，附有使用说明；法算，即天文计算必备的数学知识，包括平面和球面三角学几何学；法器，天文仪器知识；会通，指中国传统方法和西历度量单位的换算。六次指的是：日躔历、恒星历、月离历、日月交会历、五纬星历、五星交会历六种。包括日月五星运动，恒星方位，日月交食，节气，朔望等的中西换算。徐光启为了介绍一些基本的天文学理论，还特意在基本五目中设立了法原一目，在法原中着重介绍了哥白尼和第谷的天文学体系，还涉及到更早一些的托勒密体系的内容。这些传教士在中国采取了科学传教的策略，在传播天主教的同时，也将西方天文、历算等科学知识输入中国。在《崇祯历书》的天文学知识部分有大量与开普勒天文学相关的内容。在改历的过程中，欧洲传教士金妮阁曾奉命返回欧洲搜集与天文学相关的研究著作和寻找西方优秀的天文学家，最终其带回了七千多部著作回到中国，对《崇祯历书》的编撰工作产生了重大的影响。此外，开普勒在《崇祯历书》的编纂工作中与中国的传教士进行过大量的书信往来，详细回答了邓玉函在编纂工作中所出现的问题。
（二）《崇祯历书》中的天文学思想
《崇祯历书》中开普勒对天文学的主要贡献在于他对天体机械运动现象进行描述，并通过机械运动的知识来对天体运动现象进行解释，之后分析天体运动的原因，通过数学假设解释天体物理运动的本质。在《崇祯历书》中的观点认为天文学与物理知识是有一定的界限的。例如，书中认为天体实际的薄厚实际上是天体之间的距离，而脱离的距离及无法表述其与速度之间的关系，因此，其在开普勒天文学中是一个很重要的概念，同时也反映了当时的西方主流天文学的思想，即认为数学天文学与物理天文学之间没有必然的联系。
《崇祯历书》系列历法采用的是第谷体系，这一点很多文献已经证明。《崇祯历书》系列历法中的日躔也是参考了第谷的理论。《崇祯历书》中强调了太阳在天体中的中心位置，认为太阳是万光之源，其他所有的天体都在或多或少地接受太阳的光源，太阳的地位就像君主在群臣中的地位一样。这样的观点与托勒密在《至大论》、哥白尼在《天体运行论》以及开普勒在《天文光学》中所阐述的观点是相一致的。然而，在具体的论述中托勒密、哥白尼与开普勒对太阳中心位置的具体论述是不尽相同的。托勒密在论述中采用midpart一词，强调太阳是在天体的中间部分，而哥白尼则是采用nearcenter一词，强调太阳是在中心位置附近，这两位天文学家都是在数学意义上强调太阳的中心位置，而开普勒不仅认识到了太阳在天体中数学上的中心位置，而且认识到太阳在天体中物理上的中心位置。他阐述，太阳是天体光与热的直接来源。
从物理力源的角度强调了太阳是天体运动的中心，认为太阳为天体的运动提供了动力来源，并提出天体的运动是由于太阳的旋转，太阳是一个巨大的磁体，吸引天体围绕其运动。《崇祯历书》融入了欧洲天文学的基本思想，尤其是开普勒的天文学物理思想，对《崇祯历书》的编撰工作产生了重要的影响。
（三）《崇祯历书》与天文仪器
16世纪末，欧洲传教士开始在中国开拓宗教事业。同时将欧洲科学和技术传入中国，导致某些中国科技领域一定程度上的欧洲化。其中，天文学和天文仪器的变化在社会上引起了很大反响。1629年起，邓玉函、汤若望、罗雅谷等传教士应徐光启的邀请供职皇家天文机构，在《崇祯历书》比较全面地介绍了17世纪初以前的欧洲天文学和天文仪器。这本书中既解说了发明不久的新仪器，又描述了若干已经或即将被淘汰的古典仪器，内容包括仪器的几何学理论、基本构造、安装和使用方法等。
传教士所造仪器与同时期的欧洲产品相比是落伍的，但在中国历史上是先进的。它们之中的大多数未能广泛传播，因为对于中国人来说属于新知识，有些技术仅停留在书本描绘阶段，有些仪器只是御用品，也没能在天象观测上得到较好地应用。
二、《崇祯历书》的数学基础
天文学的研究离不开数学基础的支持，《崇祯历书》采用了丹麦的天文学家第谷所创立的几何学计算方法，将几何学、三角学用于天文学预测与研究中。其中《测量全义》是《崇祯历书》中的基础，汇集了平面三角和球面三角的相关知识以及测绘仪器的制造等知识，其内容丰富，是当时先进的天文学数学知识的总结。《测量全义》详细讲述了平面几何、立体几何、圆锥曲线、球面三角以及球面天文等数学知识。
在平面几何相关知识中主要对直线三角形、面上、面下、线上和线下等公式和测量方法进行了总结。通过举例的方式对定理进行阐述和证明。具体方式都是通过文字论述。例如在论证圆面积计算公式中，通过先给出命题，之后以解曰为标志将抽象的命题以具体的题目的方式将其具体化，然后通过论曰、再论曰等词汇，对具体题目进行具体的论证。《测量全义》中公式与理论的论证体现了西方数学中所蕴含的严格的逻辑性和确定性，在论证的过程中使每个环节环环相扣，这与我国传统数学中寓理于注和注重算法的形式形成了鲜明的对比。
此外，在命题的证明过程中采用了反证法开拓了中国数学家的思维。立体几何主要论述了柱、台、球和锥的一些性质以及其计算公式。《测量全义》对例题几何的论述，其内容较为零碎、讨论也不尽充分，但其完善了我国数学家的几何体系，对我国数学的发展产生了深远的影响。在圆锥曲线、球面三角和球面天文部分对圆锥、球面以及球面与天文的知识进行了更加详细的介绍，丰富了我国数学和天文学研究的内容。
三、总结
徐光启以翻译求会通，以会通求超胜为目的编译了《崇祯历书》，这具有非常重要的意义。《崇祯历书》的编纂对我国数学和天文学的发展具有重要的影响，一方面，它刺激中国学者整理中国传统文献，另一方面，将中国数学与天文学知识与西方知识相融合，并进行一定的创新研究，推动了中国数学和天文学的发展。
参考文献：
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天文学论文 篇6
摘要：中国古代天文学有着上千年的悠久历史，自神话时期兴起，绵延千年不衰。但中外学者对于中国古代天文学的质疑也从未停止过。本文从科学哲学角度，叙述中国古代天文学的兴起与发展，详细分析其功能效用与历史影响，从而辨别中国古代天文学是否为真科学。
关键词：中国古代天文学；科学哲学；真科学
一、中国古代天文学的兴起
从众多资料来看，中国古代天文学的历史之悠久，可以追溯到上古时期。传说在少昊氏时，人人私下研习天文，都搞起了沟通上天的巫术，致使天下大乱。颛顼帝命令重、黎二人“绝地天通”，禁止了平民与上天沟通交流。之后与天交流的权利就专属于天子，也只有天子钦定的巫觋才有资格去沟通上天。从此天文学在古代中国就成了皇家的专属品，而天子也开始拥有了对“天命”的解读权。这也就是中国漫长天文学史的开端。
二、中国古代天文学的发展
我国天文学至于夏商周代时已经有了一定水准的历法。特别是到了周代，已经有人开始观测流星、行星等天象及星辰。相比于上古时代，这已经有了很大的进步。
传统的天文学体系是在春秋战国时期正式完成的。在这一时期，不仅二十八星宿体系确立，而且在历法方面有了重大的进步。我们古人开始通过观测日影长短的周年变化来确定冬至和夏至的日期。并且在这一时期流传了大量人们观测流星、彗星等天象的详细记录。这些都成了我国历史上的宝贵资料。
自从春秋战国时期传统天文学大框架建立之后，秦、汉、魏晋南北朝、隋、唐、宋时期，天文学进一步蓬勃发展。不仅历法得到统一，二十四节气，浑天仪等天文知识以及天文学仪器的进一步发明使得我国的天文学一路高歌猛进。到了元朝，由于铁木真缔造了一个横跨欧亚大陆的辉煌帝国，我国古代天文学甚至传到阿拉伯等国，可谓是盛极一时。明清时期，中国开放了千年来“严禁私习天文”的禁令，使得我国古代天文学有机会走向一个新的巅峰。
三、对中国古代天文学的质疑
也正是因为我国古代天文学在很长一段时间是服务于皇室，很多中西方学者就质疑中国古代天文学是否是真正的科学。甚至有些激进派的学者直接将中国古代天文学打入伪科学的深渊。在此，笔者持有不同看法。
马克思主义的科学观认为，科学是历史发展总过程的产物，它抽象地表现了这一历史发展总过程的精华，这个精华显然包括自然科学与社会科学。每一种不同的运动形式都构成每一门具体科学的研究对象，而整个物质世界和精神世界在总体上便构成总体科学的研究对象。因此，所谓科学就是对自然界和人类社会运动、变化规律的概括，都是人们在感觉经验基础之上用“理性方法”整理概括的结果。此外在科学的本质与功能上，马克思还突出强调了科学技术是生产力，科学是一种在人类历史上起推动作用的、革命力量的思想。
按照马克思的观念，我们反观中国古代天文学，这是一门有着上千年悠久历史的学科，毫无疑问它也是历史发展的产物。无数古代先贤们定历法、造仪器、编文献来研究这浩渺天空中天体运转的奥秘。这分明就是在研究自然界的运动变化规律。更为重要的是，我国古代天文学对社会发展变革起了很大的推动作用。
中国古代天文学最重要的应用领域之一便是航海。早在战国时期中国人就根据天文学中观测到的星辰位置，发明了具有指向性功能的“司南”。这在当时的世界上是独一无二的。这为日后开辟海上丝绸之路做出了不可磨灭的贡献。
如果大家觉得航海之术离我们日常生活过于遥远，不能说对社会变革起了决定性的作用。那么，中国作为一个传统的农业大国，农业该是我们的立身之本了吧。中国古代天文学对我国农业的发展也起到巨大的推动作用。在石器时代，人们保持着刀耕火种的农业经营方式，这种粗放的耕作模式导致了极端的低产。不过正是伴随着天文学的发展，历法的完善，节气的确立，使得传统农业高度关注农时后，精耕细作的优良方式才逐步趋于成熟，造福了无数黎民百姓。
如果说马克思的观点太过于阳春白雪，那当代科学哲学界的泰斗吴国盛教授在《什么是科学》一书中精辟分析了科学的两种基本用法，堪称下里巴人式的真知灼见。第一种是可以依靠它来振兴国家，第二种是某种积极意义上的价值判断。根据这种观点，中国古代天文学及推动了航海时代的发展，促进了国家的繁荣发展。同时，它又大力推动了农业的进步，在价值意义上来讲也是毋容置疑的“好东西”。那么我们为什么不能承认中国古代天文学是真正的科学呢？
参考文献：
[1]江晓原，钮卫星.中国天学史[M].上海人民出版社，2005.
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[3]张之沧.科学哲学导论[M].人民出版社，2004.
[4]吴国盛.什么是科学[M].民出版社，2016.
天文学论文 篇7
宇宙中有第二个地球吗？宇宙是如何形成的？为什么地球能产生生命？太阳的运动对地球有什么影响？玛雅人为什么会消失？天文学中的十万个为什么总能勾起人们的求知欲望！
天文学是自然科学中的一门基础学科，它和人类历史同样悠久。天文学的研究内容和许多概念总是伴随着人类社会的文明和进步而不断发展的。
在望远镜发明以前，天文观测采用的是目视方法，直接观测天体在天空的视位置和视运动，另外也粗略的估计星星的亮度和颜色。17世纪以后相继有了望远镜、分光镜和光度计，不仅提高了天体位置观测的准确度，而且扩大了人们对宇宙的认识。到了20世纪，由于大口径望远镜的问世，使得人类探测宇宙的深度和广度与日俱增，不少模型、学说由观测得到证实，新天体、新发现大量涌现。20世纪30年代以后，人们越来越广泛的使用无线电方法研究天体和宇宙间的辐射，从而诞生了射电天文学。20世纪50年代人造地球卫星发射成功，人类把观测范围由地面扩展到地外空间，天文学家可以自由地探测天体的各种辐射。现代，天文空间探测已经有了长足的发展，人类不仅把望远镜送上天，而且借助太空飞行器踏上月球，或把仪器送到其他行星上进行直接观测或实验。
我一直都觉得天文学是一门很神秘的学科，尤其在观看课堂的视频后，真是不得不感叹天文学的魅力，以及现在科学的强大。
对于天文学，我最感兴趣的是以下几个方面：
一、宇宙大爆炸
宇宙大爆炸(Big Bang)是一种学说，是根据天文观测研究后得到的一种设想。 大约在150亿年前，宇宙所有的物质都高度密集在一点，有着极高的温度，因而发生了巨大的爆炸。大爆炸以后，物质开始向外大膨胀，就形成了今天我们看到的宇宙。
比利时牧师、物理学家乔治·勒梅特首先提出了关于宇宙起源的大爆炸理论，但他本人将其称作“原生原子的假说”。 这一模型的框架基于了爱因斯坦的广义相对论，并在场方程的求解上作出了一定的简化。描述这一模型的场方程由苏联物理学家亚历山大·弗里德曼于1922年将广义相对论应用在流体上给出。1929年，美国物理学家埃德温·哈勃通过观测发现从地球到达遥远星系的距离正比于这些星系的红移，这一膨胀宇宙的观点也在1927年被勒梅特在理论上通过求解弗里德曼方程而提出，这个解后来被称作弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克度规。哈勃的观测表明，所有遥远的星系和星团在视线速度上都在远离我们这一观
察点，并且距离越远退行视速度越大。如果当前星系和星团间彼此的距离在不断增大，则说明它们在过去的距离曾经很近。从这一观点物理学家进一步推测：在过去宇宙曾经处于一个极高密度且极高温度的状态，在类似条件下大型粒子加速器上所进行的实验结果则有力地支持了这一理论。
2003 年 2 月 12 日，美国宇航局公布了探测器拍到的宇宙“婴儿期照片”，为宇宙大爆炸理 论提供了新的依据。根据这张照片科学家还精确地测量出了宇宙的实际年龄是 137 亿年。图 片中的微波光线来自宇宙大爆炸后的38万年，大约是在130多亿年前。美国宇航局的科学家说， 这张照片中可以观测到的辐射是一种电磁波，它充满了整个宇宙。电磁波里包含的微观模型信息，显示了形成星系以及我们周围一切结构的萌芽的特征。这次公开的宇宙“婴儿期照片”清晰地显示了这个遗迹的存在，有力地支持了宇宙大爆炸理论。另外， 图片还显示宇宙中最早的恒星诞生于宇宙大爆炸发生的2亿年后，比许多科学家认为的要早 得多。宇宙起初是由不断相互影响的粒子和射线所构成的一团炽热且无定形的云状物组成的：大爆炸后又过了40万年，宇宙膨胀和冷却到一定程度时，电子和质子结合成中性原子，它们再 与周围的射线相互影响。
经过科学研究，目前被绝大多数人接受的结论是：宇宙诞生之前，没有时间，没有空间，也没有物质和能量。大约150亿年前，在这片四大皆空的“无”中，一个体积无限小的点爆炸了。时空从这一刻开始，物质和能量也由此产生，这就是宇宙创生的大爆炸。但，若真是四大皆空的状态，那么宇宙为何会爆炸？爆炸后的物质又是从哪里来的？不是说自然界的一切物质都是守恒的，那么这个宇宙大爆炸是如何无中生有的呢？
二、黑洞
黑洞（black hole ）是由一个只允许外部物质和辐射进入而不允许物质和辐射从中逃离的边界即视界所规定的时空区域。
根据第七节课影片的介绍，黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程；恒星的核心在自身重量的作用下迅速地收缩，发生强力爆炸。当一颗恒星衰老时，它的热核反应已经耗尽了中心的燃料（氢），由中心产生的能量已经不多了。这样，它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下，核心开始坍缩，直到最后形成体积小、密度大的星体，重新有能力与压力平衡。物质将不可阻挡地向着中心点进军，直至成为一个体积很小、密度趋向很大。而当它的半径一旦收缩到一定程度，巨大的引力就使得即使光也无法向外射出，从而切断了恒星与外界的一切联系——“黑洞”诞生了。2010年11月16日凌晨1点30分，美国宇航局宣称，科学家通过美国宇航局钱德拉X 射线望远镜在距地球5000万光年
处发现了仅诞生30年的黑洞。这是有史以来所发现的最年轻的黑洞。
据科学家揣测，银河系的中心是一个超巨型黑洞。超巨黑洞位于星系中心，据推测每个星系都有，质量一般约为星系总质量的0.5%。目前，关于超巨黑洞的形成主要有两种理论。一种观点认为，它可能是随着星系的诞生一次性产生的。但也有推测说，超巨黑洞是以质量更小的黑洞为基础形成的，后者就好比是一些“种子”，随着时间的推移进化成了巨型黑洞。
因为所有的能量都是守恒的，科学家们提出设想，既然宇宙中有黑洞，那么一定存“白洞”。黑洞可以用强大的吸力把任何物体都吸进去，而白洞可以把这些东西都吐出来。科学家们设想，黑洞与白洞是连在一起的，黑洞把物质吸进去，物质在里面会经过一个叫做“奇异点”的东西，然后物质就到达了白洞的“管辖范围”，会被白洞“吐”出来。然后物质就到达了另一个宇宙（第一平行宇宙到达第二平行宇宙）。但是，如果白洞存在，所有的物体将会以极快的速度离开。这会是我们这个宇宙形成的原因吗？我们是否就生活在被白洞所抛出的物质至上呢?
三、太阳活动与农业生产
太阳活动主要是指周期为11年左右的太阳黑系活动和太阳爆发活动，它们将对地球上的水文、气候、地震活动以及无线电通讯、卫星运行和人类健康有极大的影响。对太阳黑子的活动，我国早在2000多年前 ( 公元前4 3 年汉光帝永光元年) 《 汉书》中就有 “日中黑子，大如弹丸”的记载。1 8 4 4 年德国天文学家许瓦培首先提出太阳黑子活动具有周期性变化，其平均长度约为111年。后经国际规定，从资料比较可靠的1755年那次黑子数量最低年起作为第一个周期。从1755年到1976年，即第一周到2 1 周始，从1 9 8 6 年起太阳黑子活动使进入第22周，1990年太阳活动进人高峰期，黑子活动和太阳耀斑活动频繁。在太阳黑子活动的每个周期中，太阳黑子数通常从极小直径经 3～4年后达到黑子数的极大值，到极大值后黑子数下降较慢，大约要经7～8年后才降到黑子数的极小值，然后开始下一周期。峰年间隔最长1 7.1 年 ( 第4周) ，最短7.3 年 ( 第 7周) ，平均周期为11.1年。黑子极大年又称“太阳活动峰年”。
太阳活动周期的气候变化。 太阳辐射是地球上能量的主要源泉，也是支配地球气候的外因中重要的因素之一。反映在太阳黑子数的变化是，当太阳黑子数增多时，太阳活动增强，结果使地球气温升高； 当太阳黑子数出现特多时，有时太阳辐射反而减弱，使地球气温下降。气象学家从长期的气候变化规律中观测到，太阳黑子活动周期的单数周与双数周气候变化存在着明显的差异。在太阳黑子活动周期数的单数周， 气候一般都是由冷转暖；在双数周气候一般都是由暖变冷。 研究指出，在太阳发生耀斑大爆发后的一个月内，一些地方的
地面温度有明显的升高。黑子峰年和谷年或峰年、谷年附近， 会出现大范围气温偏低，春寒，夏韶之气候。我国著名气象学家竺可桢等人曾利用大量的历史资料，发现太阳活动频繁，我国往往是南涝北早， 1 9 8 0 年，1 9 9 1 年正是太阳活动峰年，长江中、下游出现了严重的洪涝灾，庄稼被淹，而北方却千旱，伏雨奇映。
太阳活动峰年与气候异常。根据统计分析资料表明，天气和气候异常与太阳黑子活动似乎有一定相关性。太阳活动峰年，大气径向 ( 南北向) 环流加强、发展，有利于南北冷暖空气交换，造成温带气旋活动次数增多，高空多大槽大脊活动，多暴风雪、大到暴雨、雷阵雨、冰雹等强对流性天气。同时。当冷空气频繁南下时，天气寒冷，暖空气北上时，回暖快，升温多。在冬春季节常有寒潮、降温，冷雨湿雪，春寒夏凉的天气。太阳活动与农业生产的关系极为密切，这种相关的科学依据，目前科技界还只能作一些粗浅的研究和分析。我们只有掌握和利用太阳活动规律，合理安排生产，方可夺取农业丰收。
四、玛雅预言
关于玛雅人预言的2012世界末日是我最感兴趣的一个部分。地球上有多处迹象表明玛雅人曾经生活在这个地球上过，可是他们为什么消失了？在过去的时间里，也曾有许多关于世界末日的说法，但当所被预言的那一刻真正到来时，所有的预言就不攻自破了。那么玛雅预言也是这样吗？随着2012的渐渐来临，关于玛雅预言的有关事迹、传闻、猜测越来越多。玛雅预言受到了前所未有的关注！
根据玛雅历法的预言传说，我们所生存的世界，共有五次毁灭和重生周期——每一周期即所谓的“太阳纪”。按照这一传说，现在我们正处在第四个“太阳纪”，而2012年左右将是“第5太阳纪”的开始；并且，当时的玛雅人认为，在每一纪结束时，都会在我们生存的家园上演一出惊心动魄的毁灭悲剧。
玛雅预言为何会受到如此多的关注呢？
玛雅人认为一个月等于20天，一年等于18个月，再加上每年之中有5未列在内的忌日：一年实际的天数为365天，这正好与现代人对地球自转时程的认识相吻合。玛雅民族在天文学方面的成就是十分突出的。
玛雅古国有五大预言：
1：玛雅文明的终结。也就是他自己的末日，自己预测到了。却改变不了。
2：汽车，飞机，火箭的出现时期。
3：大魔头（希特勒）的出生和死亡的大致时期。
4：毁灭性战争的爆发时期（一二战）。
5：2012年12月21日太阳落下以后。将不会出现。
这五大预言中的前四个都已准确的实现，如今就差世界末日这一预言。它会像前四个预言一样准确的实现吗？
科学家对玛雅预言并不信以为然，他们首先利用玛雅历法来揭穿所谓的“世界末日”预言。玛雅历法并没有结束于2012年，因此玛雅人自己也没有把这一年当作是世界的末日。不过，2012年12月21日（冬至）肯定是玛雅人的一个重要日子。美国科尔盖特大学考古天文学家安东尼-阿维尼是一名玛雅文化研究专家。阿维尼表示，“在玛雅历法中，1872000天算是一个轮回，即5125.37年。”
玛雅人对于时间的计算比其他许多文化都要精细。阿维尼介绍说，玛雅人曾经发明了所谓的“长历法”，这种历法把最初的计算时间一直追溯到玛雅文化的起源时间，即公元前3114年8月11日。根据“长历法”，到2012年冬至时，就意味着当前时代的时间结束，即完成了5125.37年的一个轮回。长历法于是重新开始从“零天”计算，又开始一个新的轮回。阿维尼认为，“这仅仅是一个重新计时的思想，与我们每年元旦或周一早上重新开始一年或一周生活完全一样。”
也有一种这样的说法，地球环境正在遭受前所未有的破坏，2012世界末日说纯粹是为了提醒人类保护地球的重要性。最近世界总是不太平静，地震、暴雨不停侵袭着人类的家园，造成人类巨大的损失。无论2012是否真的存在，我们都应该珍惜每一天的美好生活！
五、外星文明
茫茫宇宙中，地球上的人类建立的文明是微不足道的。因为地球文明是如此短暂，人类开始创造文明才不过几万年，发展科学技术不过几百年，探索航天技术不过几十年，这和地球年龄的46亿年、银河系年龄100亿至150亿年相比，何异于沧海一粟。因此，我始终坚信外星人是真实存在的，他们就在我们的周围，在某一个星球上，只是我们的科学技术还不够发达，我们无法发现对方。
早在19世纪，人们就在想办法和外星文明联系上。在20世纪的四分之一的时间中，我们已在不停地用电波轰击太空，现在电波在所有方向上已经传播了70光年，覆盖了数千个恒星系统。我们可以设想，某个星球上的智慧生命，现在已经打开收音机，正在收听地球上的一些流行歌曲。
目前科学家一直不懈的努力着、假设着外星人的一切，外星人居住的环境或许与地球相似，但由于大气比例不同，他们生活的星球或许比地球高温，或许比地球潮湿，或许比地球压强大。或许那个存在生物的星球的环境真的会像视频中那样，有飞鲸、跟踪鸟、气球草。
天文学的一切以其未知性和不确定性不停的勾起人们的求知欲望。人们不停假设、不停研究，想要知道宇宙是如何形成的？黑洞究竟是怎么一回事？外星文明是否存在？外星人是什么模样？
天文学的研究对于我们的生活有很大的实际意义，对于人类的自然观有很大的影响。本学期我选修了《天体物理概观》这门课程，向老师绘声绘色的讲课、播放有趣的天文短片，都让我收获了很多关于天文学的知识，也有了不少感想，使我对天文学的定义、研究方向、研究领域、研究理论以及矮行星和中子星等重要的天体有了系统的了解，也丰富了我的知识体系，拓宽了我的知识面。我期待天文学取得更大的进展，也期待我国的科学事业的发展越来越好。
最后，祝老师身体健康，万事如意！
天文学论文 篇8
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，下面为大家提供了关于天文学的论文，一起来看看吧！
【摘要】示范性中学拥有较好的教学资源和硬件条件，给校本课程开发创造了有利条件。文章以江苏省震泽中学为例，探讨了开设天文实践课的可行性。
【关键词】示范性中学；天文；实践课
示范性中学通常是所在地区教学力量比较雄厚，成绩相对突出的学校，还获得了较好的教学资源和硬件条件，很多学校配备了天文观测设备，个别学校甚至还有独立的天文台，这对于开展天文活动与相关教学提供了物质上的支持和保证。校本课程的开发和设置已经成为新课改的热点，它对于增加学生的学习兴趣，提高学生的学习能力，培养学生的创造性、批判性思维都有着独特的作用。地理是义务教育阶段学生认识地理环境、形成地理技能和可持续发展观念的'一门必修课程，怎样在校本课程中发挥地理学科的优势和特色就成为教师必须考虑的问题。俗话说：“上知天文，下知地理。”天文和地理之间联系紧密，因而在中学开设天文实践类的地理校本课程具有可行性。本文将对这些问题进行讨论。
一、开设天文实践课的重要意义
《高中地理新课程标准》明确指出：地理学是研究地理环境以及人类活动与地理环境相互关系的科学。1.符合新课改要求地理课程要促使学生学习、观察、了解周围的客观世界，熟悉我们周围的地理环境。而环境从微观讲，有我们身边的环境，如学校环境、城市环境等，从宏观讲，有海洋环境、地球环境等，最宏观的环境就要算宇宙环境了，它也是地理环境的重要组成部分，当然也属于学生学习、观测的内容。但由于种种原因，在现阶段中学教育中，有关天文宇宙环境的学习几乎一片空白。因此，天文观测活动的开展，了解人类生活的宇宙环境就完全符合新课程改革的方向，属于新课改的内容。2.对学生的人格和思想产生重要影响“研究”二字指明了中学地理教育不仅担负着地理基础知识的传授，还要对学生进行智能训练和思想教育，形成正确的世界观、人生观和价值观，以及对待处理人地关系的态度和思维方式。在这些方面，天文无疑有着极大的优势，面对浩瀚无垠的宇宙，地球不过是一颗普通的行星，人类更是沧海一粟，微不足道，根本没有理由，也没有资格凌驾于万物之上。同时，天文学是一种严谨的自然科学，它有客观、科学的研究方法和思维模式，会对学生的人格和思想产生重要的影响。由此可知，天文实践课完全满足新课改的要求，还顺应了时代发展对中学地理教学的需求，这是时代发展的趋势。因此，教师要充分认识这种变化，主观上重视，积极应对时代的要求，把天文实践活动开展起来。
二、天文实践课的突出特点
1.较强的实践操作性天文观测是操作性很强的活动，首先要具备一定的基本条件，如观测用的器具，天文望远镜及各种辅助设施；其次，观测者要具备一定的天文理论知识，或有专职的人员指导，保证观测活动的安全；最后，对客观事物或现象发生过程的真实描叙、记录，这就要求观测者能熟练运用、操作工具仪器，准确对天体搜索、跟踪、观察。2.较强的科学体验性天文观测有较强的思想教育性，在观测过程中人们会自觉或不自觉地树立科学的人生观、价值观。一方面，人们对神秘未知的星空充满了敬畏幻想，如果缺少科学体验性教育，受教育者仍然不能为社会服务、做贡献，甚至会走向反动和愚昧，成为社会的对立面；另一方面，人们进行天文观测时会亲身地感受、体验到闪烁的星辰是由实在的物质构成的，就连耀眼的太阳、辽阔的地球也只不过是宇宙中极普通的天体，从而建立唯物主义科学观、人生观，再辅以其他学科最终确立起科学的世界观，这才是教育的根本目的和最终归宿。3.培养学生的科学思维高中生这个年龄段恰好处于思维的形式运算阶段，也是形象思维向抽象思维过渡的重要时期，科学思维方式的建立和培养显得尤为重要。一方面，天文研究对象的特殊性决定了它必须综合利用各学科，特别是物理、数学进行严密的逻辑思维分析；另一方面，在中学阶段，人们习惯将地理视为文科，那么学生就习惯用文科的思维方式进行学习，偏重于知识的记忆和背诵，不重视理解分析，但事实上地理文理兼跨，既有文科内容，也有理科知识。例如，高一上册宇宙环境和大气环境的学习需要学生运用空间想象力，并注重各个知识点之间的联系，推导出其中的逻辑因果关系，天文的逻辑思维方法恰好有助于地理学习和地理教学。
三、天文观测对地理教学的促进作用
地理是在中学教育阶段设置的国家课程，对完善、丰富学生的知识结构有着重要的意义。高效地进行地理教学，是教师必须解决的问题。笔者从以下方面来阐述天文对中学地理教学的作用。1.改变对地理的错误认识传统教育对地理的偏见，使地理明显受到冷落。学生普遍认为学与不学无所谓，认真与不认真也无所谓，学好与学差同样无所谓。通过学校开展的天文观测学习，学生都有较大的转变。其原因在于天文观测的实践活动较多，学习天文知识要求思维缜密，紧跟科学发展最前沿，这就不由自主地改变了对地理的偏见，实际上欧美国家都已经开设天文课。2.促进教学方式向操作化、实验化、科学化发展教育的目的不仅仅是传授知识，更重要的是让学生掌握科学知识的发现、研究过程，在实践中培养发现问题、解决问题的能力。天文观测恰好符合这样的要求，让学生自己动手利用各种天文仪器探索新知，进而推动整个学校教学更具实践性。3.培养学生学习地理的兴趣天文观测是一种实践活动，它改变了地理教学单一的课堂学习模式，学生能够在自由的空间里自主开展学习，摆脱了教室的限制，因而学生对天文观测的积极性非常高。从江苏省震泽中学天文小组的各项活动情况来看，都有半数以上的学生报名参加，并形成一大批活跃骨干分子。例如，去年11月18日晚上，学生为了观看狮子座流星雨，彻夜不眠，与地理教师共同在学校操场上记录了美丽、壮观的天文现象。自此，师生不仅结下了深厚情谊，而且学生在学习地理时更加认真、专注，学习兴趣和积极性有很大提高。4.培养学生的逻辑思维能力不同的学科存在较大的差异，不仅表现在研究对象、研究方法上，思维的差异也是重要方面。地理偏重于综合性思维，往往疏于推理性思维，而新时代要求人们平衡发展，各方面的素质均衡。因此，天文学的推理思维就成了地理教育不足的有益补充。5.提高教师的教学能力天文学涉及许多相关学科，如物理、数学、机械自动化等。这就要求教师努力钻研，扩大知识面。另外，天文的独特性也要求教师在教学内容安排、课程结构设计、教学方法的选择上下功夫。总的来讲，它会显著提高地理教师的教学能力。
四、开展天文教育的途径和要求
1、实践活动课程化在天文教学中，要安排足量的实践活动，并用课程的形式将之固定、数量化，这样才不流于形式和口号，扎扎实实地落到实处，真正发挥天文教学的重要作用。
2、教学管理制度化天文教学要有学期计划和活动安排，做到时间、内容、活动方式、辅导教师、活动效果评估逐项落实，并做好教材、教学双保证。学校要把教学计划检查、教学工作的督导、教学成绩的总结和评估作为常规工作的重要环节。
3、教学研究课题化适当开展研究性学习，并将其作为课题内容，由师生共同完成，形式可以多样化，如组建天文协会、兴趣小组等。为学生将来的发展奠定基础、指明方向，真正培养学生的能力，落实素质教育。随着经济水平的发展，在我国东部的大部分中学已具备开展天文教学的条件，这不光是经济发展的结果，更主要是时代的要求及天文本身的特点共同作用的需要。
天文学论文 篇9
摘要：天文学是一门最古老的科学，他一开始就和人类的劳动和生存密切相关。他同数学、物理、化学、生物、地学同为六大基础学科。大地天文学也是由来已久，从公元前开始到现在，从用传统的方法到现在的各种精密的测量仪器，经历了翻天覆地的变化。本文主要从大地天文学的基础概念入手，主要利用大地天文学 只是来测定经纬度和其他，从而确定地面点的位置。基础知识主要有天球上基本的概念，天球与地球的关系以及天球与地球坐标系的关系与转换，运用这些关系，确定的一些大地天文学的测量方法和在各种方面的应用。
关键字：大地天文学，天球坐标系，坐标系转换，测量方法与应用
Abstract: astronomy is a one of the oldest science, he started and is closely related to the ministry of Labour and survival of human beings. He with mathematics, physics, chemistry, biology, study as the six basic subjects. Astronomy earth also has a long history, from the beginning to now, from the traditional way to the present all kinds of precision measuring instruments, undergone earth-shaking changes. This article mainly from the basic concept of the astronomy, the main use of the land of astronomy is to determine the latitude and longitude and the other, to determine the position of the ground points. Basic knowledge is mainly on the basic concept, the celestial sphere celestial's relationship with the earth and the relationship between the celestial coordinate system with earth and transformation, using these relationships, determine some of the astronomy measurement on the methods and applications in various aspects.
Key words: the astronomy, celestial coordinate, coordinate transformation, measuring method and application
目 录
摘 要 ......................................................................................................................... 1
一 、大地天文学基本概念 ......................................................................................... 1
二 、大地天文学的发展概况 ..................................................................................... 1
三 、天球的基本概念 ................................................................................................. 2
3.1天球的定义 ......................................................................................................................... 2
3.2 天球的分类 ........................................................................................................................ 2
3.3天球的两个特性 ................................................................................................................. 2
3.4 关于天球的基本知识 ........................................................................................................ 2
四 、天球与地球的相关关系......................................................................................................... 3
4.1 天球上与地球公转有关的圈、线、点 .......................................................................... 3
4.2 天球上与地球自转有关的圈、线、点 .......................................................................... 5
五 、天球坐标系 ............................................................................................................................ 6
5.1 天球坐标系分类 .............................................................................................................. 6
5.1.1 地平天球坐标系 ................................................................................................... 7
5.1.2 时角天球坐标系 ................................................................................................... 8
5.1.3 赤道天球坐标系 ................................................................................................... 9
5.1.4 黄道天球坐标系： ............................................................................................... 9
5.2 天球坐标系之间的转换 .................................................................................................. 9
5.2.1 天文坐标与天球坐标之间的关系 ..................................................................... 10
5.2.2 地平坐标与时角坐标之间的关系 ..................................................................... 10
5.2.3 天球直角坐标系及其转换 ................................................................................. 11
六 、大地天文学的方法及应用................................................................................................... 13
参考文献 ........................................................................................................................................ 15
大地天文学
一 、大地天文学基本概念
大地天文学是天文学的一个分支,也是大地测量的一个重要组成部分。它的重要任务,是用天文方法观测天体的位置来确定地面点在地球上的位置(经纬度)和某一方向的方位角,以供大地测量和其他有关的科学技术部门使用. 这是天体测量学与大地天文学的边缘学科，在测站（通常称为天文点）使用天体测量仪器观测天体以测定天文经度和纬度，也可测定测站至相邻固定目标的方位角从而确定测站的子午线。
大地天文学的传统课题包括：
①测定地面点的天文经度，就是在同一瞬间测定地面上一点与本初子午线上的地方时之差。该点上的时刻可使用经纬仪、中星仪、棱镜等高仪以及照相天顶筒等仪器测定；本初子午线上的地方时则可通过收录无线电时号求得。
②测定地面点的天文纬度。这等同于测定地面点的天极高度。该点的纬度可使用带有纬度水准的经纬仪、天顶仪、棱镜等高仪以及照相天顶筒等仪器测定。
③地面目标方位角的测定。这等同于确定某天文点的子午线方向。观测恒星，测定其时角，算出它的方位角，然后测定该瞬间恒星与地面目标之间的水平角，从而得到目标的方位角。这些任务都包含对各种误差的分析及对削弱和消除误差的研究。近代已能测定地面点在以地心为原点的三维直角坐标系中的地心直角坐标，用诸如甚长基线干涉测量、激光测距、全球定位系统测量等技术，精度可达几厘米量级。
二 、大地天文学的发展概况
大地天文学是天文学中发展最早的一个分支。公元前3世纪，古希腊天文学家用观测夏至日正午太阳高度的方法测定了子午线的长度。公元8世纪，中国天文学家一行(本名张遂，683～727)等通过观测北极星高度推算出了子午线1°的弧长。元代天文学家郭守敬(1231～1316)组织过全国范围的纬度测量。然而，直到17世纪光学望远镜、测微器与天文钟问世以后，才形成精密的大地天文学。现代大地天文学的测量设备包括天文观测仪器、守时仪器、记时仪器和无线电接收机。 天文观测仪器主要是全能经纬仪，也可用中星仪和棱镜等高仪等。守时仪器已全部采用石英钟。记时仪器用以记录观测恒星的时刻。无线电接收机则用以收录时号。为提高观测精度和效率，各国都在研制新的观测仪器，例如美国的自动天文定位系统、方位角监测仪，意大利的天顶摄影机等。
三 、天球的基本概念
3.1天球的定义
各个天体同地球上的观测者的距离都不相同。天体和观察者间的距离与观测者随地球在空间移动的距离相比要大得多，人的肉眼分辨不出天体的远近，所以看上去天体似乎都离我们一样远，仿佛散布在以观测者为中心的一个圆球的球面上（站心天球）。实际上我们看到的是天体在这个巨大的圆球的球面上的投影位置，这个圆球就称为天球。
3.2 天球的分类
文学上就将以空间某一点为中心，以无限大为半径，内表面分布着各种各样天体的球面称为天球。天球是研究天体的位置和运动而引进的一个半径为无限大的假想圆球，想象中所有天体都附着在天球表面上。根据所选取的天球中心不同，有站心天球、日心天球、地心天球等。
3.3天球的两个特性
由于天球的半径可视为无穷大，在空间任何有限的距离与天球半径相比，都微小到可以忽略不计。因此天球具有下面两个特性：
1)相距有限距离的所有平行直线，向同一方向延长与天球交于一点。
2)相距有限距离的所有平行平面天球交于同一大圆。
3.4 关于天球的基本知识
观测者所能直接辨别的只是天体的方向。在球面上处理点和弧段的关系，比在空间处理视线方向间的角度要简便得多，在天文学的一些应用中，都用天体投影在天球上的点和点之间的大圆弧段来表示它们之间的位置关系。天球的半径是任意选定的，可以当作数学上的无穷大。
我们站在地球上仰望星空，看到天上的星星好像都离我们一样远。星星就好
像镶嵌在一个圆形天幕上的宝石。实际上星星和我们的距离有远有近，我们看到的是它们在这个巨大的圆球球面上的投影，这个假想的圆球就称为天球，它的半径是无限大。而地球就悬挂在这个天球中央。星星在天空中移动的方向并不是杂乱无章的，而且星座的形状并不会改变。星星从东方的地平线爬上来，爬到最高点（中天），然后往西方沉下去。看起来就像整个天球围绕着地球旋转一样。相信大家都明白，地球并不是宇宙的中心，星体并不会绕着地球转。星体在天空中绕着我们旋转，是因为地球自转而产生的错觉，天球本身是不会移动的。我们身在地球中，并不会感觉自己在转动的，就好像们乘坐火车时看见窗外的景物向后移动，而并不感觉到自己在移动中。
天球是一个直观的假象球，其形成的原因是人的肉眼分辨不出天体的远近。设在地球中心照准空间远近不等的天体，将各天体方向线延长与天球相交的各投影点称为各天体在天球上的位置。显然，就存在有两个或多个天体在天球上的投影位置是重合的。
四 、天球与地球的相关关系
4.1 天球上与地球公转有关的圈、线、点
黄道在天球上的位置较难确定。所谓黄道是指地球绕着太阳运行的公转轨道平面无限扩大与天球相交截出的大圆，它也是地球公转轨道在天球上的投影。地球每年绕太阳运行一周，但在地球上的人们看来，却好像是太阳在天空众星之间绕地球转圈。因此，黄道也就是太阳每年在天球上所作视运动的路线。
黄道面是地球绕太阳系质心运动的平均轨道平面，将这一平面延伸与天球相交的大圈称为黄道；过天球中心作一条直线垂直与黄道面，这条直线与天球相交于K和K′两点，靠近北天极的K点称为北黄极，靠近南天极的K′点称为南黄极。黄道面与赤道面的夹角称为黄赤交角，一般用ε来表示，其值约为23.5。天球上距离黄道90°的两点，即黄道轴与天球相交的两点，称黄极。靠近北天极的一点叫北黄极（通常用K表示），靠近南天极的一点叫南黄极（通常用K′表示）。
二分点和二至点：天球上黄道与赤道相交于和两点，称为二分点，即春分点
和秋分点。在黄道上距春分点和秋分点90的两个点称为二至点，即夏至点和冬至点，其中在赤道以北（最北）的那一点称为夏至点。在赤道以南（最南）的那一点 称为冬至点。
二分圈和二至圈：在天球上通过天极、春分点和秋分点的大圈，称为二分圈。在天球上通过天极、夏至点和冬至点的大圈，称为二至圈。
4.2 天球上与地球自转有关的圈、线、点，我们要经常用到的基本圈、线、点为：
天轴和天极：通过天球中心（这里为测站点）而与地球瞬时自转轴pp′相平行的直线PP′称为天轴，它与天球相交的两点P和P′称为天极。相应地球北极p的一点P称为北天极，相应地球南极p′的一点P′称为南天极。
天顶和天底：测站的瞬时铅垂线ZZ′与天球相交于Z和Z′两点，在观测者头顶上方的Z点称为天顶，与天顶相对的Z′点称为天底。
天球地平面和天球地平圈：通过天球中心而垂直于测站瞬时铅垂线ZZ′的平面ESWN称为天球地平面，它与天球相交的大圈称为天球地平圈。
天球上的主要圈、线、点
天球赤道面和天球赤道：通过天球中心而与天轴PP′垂直的平面EQWQ′称为天球赤道面（简称赤道面），它与天球相交的大圈EQWQ′称为天球赤道（简称赤道）。其中在天球地平面之上的赤道圈上的点Q称为赤道上点；与赤道上点Q相对应的另一点Q′称为赤道下点。
天球子午面和天球子午圈：由测站铅垂线ZZ′和北天极P所决定的平面PZP′Z′N称为天球子午面（或称天文子午面），它与天球相交的大圈称为天球子午圈（或称天文子午圈）。也可以说通过测站天顶Z和北天极P的大圈即为测站的天文子午圈。其中包含天顶Z和赤道上点Q的半圆PZQSP′称为上子午圈，相对的另一半PNQ′Z′P称为下子午圈。
子午线和四方点：天球子午面与天球地平面垂直，它们的交线NS称为子午线。子午线与天球相交于两点，靠近北天极的那一点N称为北点，和它相对的另一点S称为南点。观测者面向北，在右方地平圈上距南北点各90度的E点称为东点，在左方与东点相对称的一点W称为西点。东南西北四个方向点称为四方点。东西两点也是天球赤道圈与天球地平圈的两个交点。
垂直圈和卯酉圈：通过天顶和天底的任意大圈，例如ZbZ′称为垂直圈。其中过东西点的垂直圈称为卯酉圈。
时圈：通过北天极和南天极或包含天轴的任意大圈，例如PbP′称为时圈。 我们在地球上随着地球的自转而不停地绕着地球自转轴由西向东旋转。所以我们相对地看到地球上的日月星辰都像随着天球绕着地球由东向西旋转，每日旋转一周。因而产生天体东升西落的现象。这种直观的由于地球由西向东自转而产生的天球或天体的视运动，称为天球周日视运动或天体周日视运动。
在周日视运动中不变的圈、点为：南北天极、地方性圈、点（如：子午圈、地平圈、天顶、天底、四方点等）。赤道则在赤道面上原位旋转。其他的圈线点则均绕天轴旋转。
五 、天球坐标系
5.1 天球坐标系分类
为了表示天体在天球上的位置和进行天文测量的需要，需在天球上建立球面坐标系。要建立天球坐标系，须首先确定两个基本要素，如图（5-1）所示：
1）基本平面，由天球上某一选定的大圆所确定。大圆称为基圈，基圈的两个几何极之一作为球面坐标系的极。
2）原点，由天球上某一选定的过坐标系极点的大圆与基圈的交点所确定。 天体在天球坐标系中的位置由两个球面坐标标定，如图（5-1）所示：
1）经向坐标，作过该点和坐标系极点的大圆称为副圈（或终圈），从原点到副圈与基圈交点的弧长为经向坐标。
2）纬向坐标，从基圈上起沿终圈到该点的大圆弧长为纬向坐标。天球上任何一点的位置都可以由这两个坐标唯一地确定。这样的球面坐标系是正交坐标系。对于不同的基圈和原点，以及经向坐标所采用的不同量度方式，可以引出不
同的天球坐标系，常用的有地平坐标系、赤道坐标系、黄道坐标系和银道坐标系等。
地平天球坐标系是一种最直观的天球坐标系，和我们日常的天文观测关系最为密切。取测站的地平圈作为基圈（横坐标圈），子午圈作为次圈（纵坐标圈），南点为原点的球面坐标系，称为地平坐标系。它用地平纬度（高度）h或天顶距Z和地平经度（方位角）A来表示天体在天球上的位置。
地平高度h和天顶距z:过天体ζ作一个垂直圈，设它与地平圈相交于A点。
从A点沿垂直圈量至天体ζ的弧距Aζ称为天体的地平高度、或地平纬度、或垂直角，常用h表示。h从地平圈起算，向天顶量为正，向天底量为负，其值由0到±90。
由天顶至天体的弧距离Zζ，或在天体垂直面上的平面角∠ZOζ，称为天体的天顶距，一般以z表示，其取值范围为0到180恒为正。
天顶距与地平高度的关系是：
地平方位角A：通过天体的垂直面与测站的子午面所夹的二面角∠SZA，或在天球地平面上的平面角∠SOA，或大圆弧距SA称为天体的地平经度（方位角），用A表示。
地平方位角的量算方法：由南点S起算，沿地平圈向西量，取值范围为0到360恒为正；或者由南点S起算，分别沿地平圈向东、和向西量，且约定向西量为正，向东量为负，其值由0到±180。
时角坐标系的基圈是赤道，次圈是子午圈，原点是上点Q（即赤道与子午圈的交点）；此坐标系用赤纬和时角来表示天体在天球上的位置。
赤纬δ：通过天体ζ作一时圈，设它与赤道交于点T。由T点沿时圈量至天体ζ的弧距Tζ，称为天体的赤纬，以δ表示。
赤纬的量度方法：从赤道起算，沿时圈向北天极量为正，向南天极量为负。其值范围：0到±90 。
时角t：通过天体的时圈面与测站的子午面所夹的二面角∠QPT、或大圆弧距QT称为天体的时角，用t表示。
时角的量算方法：由上点Q起算沿赤道向西量，取值范围为：0到360，或0到24小时；或者由上点Q起算，分别沿赤道向东西量，由0到±180，或0到±12小时，且约定向西量为正，向东量为负。
赤纬与周日视运动、测站无关，时角与周日视运动、测站有关有。测量时必须说明时刻。否则毫无意义。
5.1.3 赤道天球坐标系
赤道坐标系的基圈是赤道，次圈是过春分点的极分圈，原点为春分点γ。 此坐标系用赤纬δ和赤经α来表示天体在天球上的位置。
赤纬δ：同时角坐标系。
赤经α：过春分点作一极分圈（即过春分点的时圈），并通过天体ζ作一时圈，设它与赤道交于T点。则天体ζ的时圈面与极分圈面
所夹的二面角∠γPT，或大圆弧距γT称为天体的赤经，以α表示。
赤经的量度方法：从春分点γ起算，沿赤道按反时针方向（即与周日视运动相反的方向）计量，0到24小时。
5.1.4 黄道天球坐标系：
黄道坐标系的基圈是黄道，次圈为过春分点和黄极黄经圈，原点为春分点γ； 它用黄纬β和黄经l来表示天体在天球上的位置。
黄纬β：通过天体ζ作一黄经圈，设它与黄道交于R点。由R点沿黄经圈量至天体ζ的弧距Rζ称为天体的黄纬，以β表示。
黄纬的度量方法：从黄道起算，沿黄经圈向北黄极量为正，向南黄极量为负。其值：0到±90。
黄经λ：过春分点作一黄经圈（即过春分点和黄极的大圈），则天体ζ的黄经圈面与过春分点的黄经圈面所夹的二面角∠γKR，或大圆弧距γR称为天体的黄经，以λ或l表示。
黄经的量度方法：从春分点γ起算，沿黄道按反时针方向计量，0到±360。
5.2 天球坐标系之间的转换
天球坐标系是天文学中描述天空中物体位置的坐标系。类似于我们在地球表面上用到的地理坐标系。天球坐标系随着投影到天球上的坐标格网的不同而不同，沿着大圆将天空分成两个相等的半球的平面称为基础平面，而这种坐标系仅
仅会因为基本面的不同而不同。每个坐标系的名字是根据基本面的选择而定的。
5.2.1 天文坐标与天球坐标之间的关系
测站的天文纬度定义为测站的瞬时铅垂线与地球赤道面之间的夹角；测站的地球天文子午面定义为测站的瞬时铅垂线和地球瞬时北极所决定的平面；而测站的天文经度定义为格林尼治天文台的地球天文子午面与测站的地球天文子午面之间的二面角。另外，测站的地球天文子午面投影到天球上就是测站的天球子午面，而地球赤道面与天球赤道面平行（或在天球上重合）。
天球坐标与天文坐标间存在两个重要关系：
1）测站的天文纬度等于北天极的地平高度，也等于测站天顶的赤纬，即：
Φ = z + δ = δz
2）地面A、B两地同时观测同一天体的时角之差（tA - tB），等于A、B两地的天文经度之差（λA - λB），即：
A - λB = tA - tB
显然，若测站与各林尼治天文台同步观测一天体，则有λA – λG = tA – tG ，但λG = 0，故有：λA = tA – tG
由此可知，地面上任意一测站的天文经度，等于测站与各林尼治天文台在同一瞬间观测同一天体的时角之差。
5.2.2 地平坐标与时角坐标之间的关系
由天顶Z、北天极P和天体ζ为顶点构成的球面三角形称为定位三角形（也称天文三角形），局部图见图（5-5）。
在此定位三角形中，各边、角的数值如下：
= 900 – δ，
而∠PζZ = q 一般称为星位角。
根据球面三角形的边余弦公式可得：
根据正弦公式可得：
根据五元素公式可得：
及关系式：
因此，天体的地平坐标z、A和时角坐标t、δ与测站的天文坐标φ存在以上关系。 = 900 – φ， = z ∠ζPZ = t， ∠ζZP = 1800 - A
5.2.3 天球直角坐标系及其转换
地平直角坐标系：坐标原点在天球中心，Z轴指向天顶Z，X轴指向地平坐标系的原点—南点S，由于地平方位角是由南点顺时针量起（从Z轴往下看），因此Y轴应该在X轴的右侧指向西点W。地平直角坐标系形成左手系。天体的直角坐标与其地平坐标的关系为：
时角直角坐标系：坐标原点在天球中心，Z轴指向北天极P， X轴指向时角坐标系的原点—赤道上点Q，由于时角是由上点Q顺时针量起（从Z轴往下看），因此Y轴应该也在X轴的右侧指向西点W。时角直角坐标系形成左手系，天体的直角坐标与其时角坐标的关系为：
可见时角直角坐标系与地平直角坐标系有共同的Y轴，两个坐标系X轴或Z轴之间的夹角为测站的天文余纬度，即：900 – φ。
赤道直角坐标系：坐标原点在天球中心，Z轴指向北天极P，X轴指向时角坐标系的原点—春分点γ，由于赤经是由春分点γ逆时针量起（从Z轴往下看），因此Y轴应该在X轴的左侧90。赤道直角坐标系形成右手系，天体的直角坐标与其赤道坐标的关系为：
可见赤道直角坐标系与时角直角坐标系有共同的Z轴，两个坐标系X轴或Y轴之间的夹角为春分点的时角tr ，即地方恒星时S。
黄道直角坐标系：坐标原点在天球中心，Z轴指向北黄极K，X轴指向黄道坐标系的原点—春分点γ，由于黄经是由春分点γ逆时针量起（从Z轴往下看），因此Y轴应该在X轴的左侧90。黄道直角坐标系形成右手系，天体的直角坐标与其黄道坐标的关系为：
可见黄道直角坐标系与赤道直角坐标系有共同的X轴，两个坐标系Z轴或Y轴之间的夹角为黄赤交角ε。
根据前面讲述的坐标旋转矩阵方法，可导出天球坐标系之间的转换关系式。 时角直角坐标与地平直角坐标之间的关系：
赤道直角坐标与时角直角坐标之间的关系：
黄道直角坐标与赤道直角坐标之间的关系：
可见只要知道测站的瞬时天文纬度φ和观测瞬间的地方真恒星时s，就可将观测天体的地平坐标h和A转换成赤道坐标α和δ，反之亦然。
六 、大地天文学的方法及应用
大地天文学的主要任务是研究精确测定天文点的天文经纬度、方位角以及地方恒星时的理论和方法。已实现天文定位的地面点叫天文点。定位方法都是在测出某些天体的某些量(如天顶距z、高度h、方位角A或天体通过特定平面的时刻T) 后求解天文三角形。测定纬度的方法常用天顶距差法(或称太尔各特法)和等高法。无线电时号法与中天法专门用于测定经度。多星等高法则可同时测定经度与纬度。恒星时角法用于测定方位角。这些测定法在军事上得到广泛应用。军用地图的编绘、火炮射击目标的迅速定位和导弹等武器发射的准确性等，都需要用到它们。大地网的定向、测角的验核、部队战斗队形各要素的大地联测和部队战斗行动的测绘保障等工作，也都离不开天文定位资料。工程建设、海洋开发、国土整治、科学研究、军事测绘都需要进行大地网的布设。天文经纬度与大地测量结果相比对，可获得点位的垂线偏差，这是研究地球形状和大地水准面结构的必要参数。测量天文方位角可确定地面子午线的方向。天文方位角还可用以推算大
地方位角，从而控制大地网中的累积误差。大地天文学的测量精度通常在0.5″以下，固定的天文仪器则可达 0.05″ 左右。在保障军事行动的近似测量中，也可使用中、低精度的经纬仪，天文钟则可用精密秒表代替。
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天文学论文 篇10
中国是世界上最早进行天文观测和记录的国家之一。中国古代帝王自称为天子，并且在历代王朝中都设有专门的官员进行天文观测，由此可见古代天文学在我国政治和社会生活中的重要作用。在秦代，负责天文学研究的官员被称为太史令，以后历代多沿袭这一称呼并稍有变化，到明清时期，天文观测主要由钦天监这一专门机构负责。
天文学和数学、农学、医学被公认为中国古代最发达的四门自然科学。中国古代天文学的很多成就不仅在当时处在世界前列，即使在现代，许多观测数据仍然具有十分重要的研究意义，有些数据更是我国所独有。相比中国古代天文学，西方天文学在16世纪以前发展较缓慢，只是在近几百年随着其他自然科学的发展才取得突破性进展。
中国古代天文学早在新石器时代已经开始有所萌芽，在中国出土的彩陶中，有不少上面已经绘有太阳和月亮的图案，代表了古人原始的天文学观念。中国进入奴隶社会以后，在夏商周三代，天文学更是有了飞跃式的发展。在河南安阳殷墟出土的甲骨中，我们可以看到大量关于商代天文观测的记录。根据当地出土的甲骨，我们知道商代将一年分为十二个月，闰年十三个月。同时甲骨上已经有了关于日食、月食和星辰的记载，这可能是世界上最早的有文字可考的天文学资料了。商代的历法被称为阴阳历，是迄今为止已知的较为完整的一部最早的历法。同时，商代用干支记日，数字记月，每一个月又被分为三旬。由此可知，早在商代，我国已经建立起一套较为完善的天文历法系统。战国秦汉时期百家争鸣，也是我国天文学取得巨大进展的一个辉煌时期。战国时编著的《甘石星经》，是世界上最早的天文学著作。西汉时期，出现了许多新的天文观测的仪器，并在天文学理论方面提出了“浑天说”。隋唐时期，我国进行了世界上最早的子午线长度实测。宋元时期我国创制了《授时历》，并制作了简仪等新的天文观测仪器。明清时期我国天文学处于衰落阶段，西方天文学兴起，这一时期主要是翻译国外天文学著作。
在我国古代天文学研究中，星象观测一直是一项重要内容。中国古代的正史中有专门记载天文资料的部分叫做天文志，其中就包括星象观测的方法、观测的仪器和星象观测的记录。在星象观测中，天文仪器一直发挥着重要的作用。中国古代的天文仪器种类繁多，各个功用也不相同，主要有用来计时的工具、用来观测星象的工具、用来制定历法等几种，具有代表性的有圭表、浑仪和简仪等。
除此以外，古代中国人还设计了地平经纬仪，赤道经纬仪，黄道经纬仪等许多仪器进行天文观测。在我国天文学发展的历程中，天文仪器的不断革新，极大地推动了天文观测的发展，也为我国天文学历法的发展提供了可靠的依据。
我国古代天文历法起源得非常早，从最早的成文历法《四分历》开始，后又经多次历法改革，其不断得到完善和发展。据统计，我国从古至今使用过的历法有一百多种，不管有多少种历法，都可以分别归到阴历、阳历、阴阳合历三大系统当中。阳历是以地球绕太阳公转的周期为计算基础的；阴历则以月亮绕地球的公转周期为计算的基础；阴阳合历是调和太阳、地球、月亮的运转周期制定的历法。其中，《太初历》是中国有完整资料的第一部传世历法，与《四分历》相比，其进步之处主要表现在以正月为岁首，将我国独创的二十四节气分配于十二个月中，并以没有中气的月份为闰月，从而使月份与季节配合得更合理；同时行星的会合周期测得也较准确。到东汉末年，刘洪制定了《乾象历》，第一次将月球运行有快慢变化引入历法。在天文历法方面，有三位科学家做出过非常杰出的贡献，他们是祖冲之、僧一行、郭守敬，他们极大地推动了中国历法的改革和发展。
在祖冲之以前，人们使用的历法是天文学家何承天编制的《元嘉历》。祖冲之通过自己多年的观测，发现了《元嘉历》中存在的许多错误，并编制了新的《大明历》。在新历法中，他首次将岁差引进到历法中，区分出了回归年和恒星年，并且通过多年的观测，得出了木星每84年超辰一次的结论。僧一行修订的《大衍历》是一部具有创新精神的历法，它继承了中国古代天文学的优点和长处，对不足之处和缺点作了修正，因此，取得了巨大成就。它比较正确地掌握了太阳在黄道上运动的速度和变化规律。此外，僧一行还组织在全国13个点的天文测量，并在观测的数据中得到了北极高度相差一度，南北距离就相差351里80步(约合131.3千米)的结论，这个数据在当时世界上是非常领先的。郭守敬的主要贡献也是在历法编著方面，他编著了中国一部很精良的历法《授时历》，为了编撰这部历法，他分析研究了以前的几十部立法，并设计和建造了许多新的天文仪器。
在天文理论方面，我国古代人民也取得了辉煌的成就。特别是在两汉时期，人们对宇宙的认识不断深化，提出了“浑天说”，认为“浑天如鸡子，天体圆如弹丸，地如鸡子中黄，孤居于内”。进而又有人提出了“宣夜说”，认为天没有固定的边际，无边无际，模糊地提出了宇宙的无限性。著名的中国科技史学家李约瑟先生在其所著的《中国科学技术史》天文学卷中，曾为“宣夜说”专设一节，盛赞这种宇宙模型，认为这种宇宙观非常进步，与同时期的希腊任何学说相比都毫不逊色。虽然如此，但是我们必须承认“宣夜说”并不是一种正确的宇宙模型，而且对古代中国产生的作用也远没有“浑天说”大。在我国古籍《周髀算经》中，古代中国人还建立了“盖天说”的宇宙模型。这种模型提出了大地与天相距80,000里；大地中央有高大的柱形物；日月星辰在天上环绕北极作平面圆周运动等9个观点。特别值得一提的是，这种宇宙模型与古代印度的宇宙模型具有惊人的相似性。在中国古代，人们为了弄清楚人与宇宙的关系，还提出了各种假说，每种假说都不乏支持者。从公元前100年开始直到唐代，人们为了探究宇宙奥秘，围绕这些假说进行了持续的争论，其中有不少我们所熟悉的古代科学家为自己支持的观点著书立说。同时，人们还探讨了日食，月食，太阳和地球的距离等很多问题。如我们熟知的“两小儿辩日”的故事，其中就表达了古代人对太阳与地球关系的思考。由于“浑天说”不能很好地解释月食的现象，所以历代很多天文学家都去努力思考，试图解决这个问题，并提出了许多猜想，其中以张衡在《灵宪》和朱熹在《朱子全书》中的猜想最具代表性。
在中国古代，天文学与星象具有非常密切的关系，并以天人感应为哲学基础，形成了中国古代很具特色的占星学。占星学在古代的主要功能是昭示天命及其变化，为当权者的统治提供理论基础。天命如果有所改变，就会通过天象昭示天下。所以古代帝王非常重视天象的变化，尧帝“历象日月，敬授人时”(《尚书?尧典》)，舜帝“在璇玑玉衡，以齐七政”(《尚书?舜典》)都被作为重大事件记录在册。
中国古代天文学不仅在当时取得了巨大的成就，而且为我们留下了许多宝贵的资料。如在20世纪四十年代初，金牛座蟹状星云被天体物理学家认出是公元1054年超新星爆发的痕迹，而在我国古籍中已经找到了关于这次爆发详细的记载。我国古代文献中保留了大量世界独有的天文记录，但是在20世纪以前，对我国古代天文学资料的研究并不充分。
对于中国古代天文资料的研究，早期主要由一批海外归来的学者进行，他们做了许多开创性的工作，创办了许多介绍中外天文学的期刊，使中国天文学资料的研究逐步专业化，并形成了天文史学这一新的研究学科。新中国成立后，中国天文史学的研究终于走上正轨，出现了一批国际知名的天文史学家，他们著书立说，考证许多中国古人杰出的天文学贡献，所以我们现在才可以看到我国古代如此辉煌的天文学成就。
天文学论文 篇11
中国古代的天文和历法，具有政治象征意义。颁布历法，标明正朔之所在，是政权正当性的表现。历法又与农时节气密不可分，是非常实用的知识。而要调整历法，就必须观察天文。中国古代是阴阳合历，既要考虑月相周期，又要考虑二十四节气和四季的变化，必须保持每隔一段时间修订历法。唐朝有天文学家、数学家僧一行借鉴印度历法编撰《大衍历》；元代有郭守敬吸收回回历法，制作《授时历》。
明崇祯二年 （1629 年 ），钦天监据大统历、回回历推算日食皆不验，曾向利玛窦学习历法天文的徐光启，以新法推算，预测“五月初一日，顺天府日食，二分有余，不及五刻”.结果获得验证。说明又到修订历法的当口了。
礼部乃奏请开局修历，礼部侍郎徐光启领衔，耶稣会士龙华民、邓玉函、罗雅谷、汤若望等，先后被聘入局。其实，早在利玛窦在北京时，朝廷已因大统历预报天象屡次失误而持续多年议论改历。加之弘治以来逐渐放开“私习天文”之禁，这就为西洋天文历法技术提供了立足机会。
利玛窦曾自荐修历，未被理会。但他并不灰心，而是强烈要求罗马派遣精通天文学的耶稣会士来中国，阳玛诺、熊三拔、邓玉函等都可能是因此来到中国的。来华耶稣会士成为一个天文学造诣很高的群体，令与他们接触的不少中国官员倾倒，以致多次主动上书，推荐耶稣会士参与修历。
1629 年这次钦天监官员用郭守敬的方法推算日食，再次失误，才出现中西学者联合修撰新历的局面，并于1634 年撰成《崇祯历书》。《崇祯历书》修成后，又经过8 次实测，以及与保守派的数次较量，崇祯确信西方天文学方法的优越，决定颁行。可惜，此时遭遇易代鼎革之变，竟未克进行。
清军进京后，“奉天承运”,迫切需要颁布新历，以明正朔。汤若望将《崇祯历书》作了删改、补充和修订后，自费刻印献上，改名为《西洋新法历书》，给顺治皇帝献上一份厚礼，于是清廷即刻颁行。康熙时去“西洋”二字，改题《新法历书》。
《崇祯历书》涉及到西方天文学理论，行星运行观测和计算的数据表格、必备的天文数学知识、天文仪器的制造与使用以及中西度量单位的换算。其理论部分《法原》总篇幅的 1/3,系统介绍西方古典天文学理论和方法，包括日、月、五星、恒星的运行规律，球面天文学原理，着重阐述托勒密、哥白尼、第谷 3 人的工作，大体未超出开普勒行星运动三定律之前的水平，但也有少数更先进的内容。
《崇祯历书》所参考的天文学著作，已明确考证出的以17 世纪初期的作品居多，而最晚近的是1622 年出版的作品。西方几种主要宇宙模式理论，明末都已传入中国，包括亚里士多德的“水晶球”体系、托勒密的行星系说、第谷宇宙模型、哥白尼的日心地动说。
关于哥白尼的日心地动说，在 1760 年耶稣会士蒋友仁向乾隆进献《坤舆全图》前，就已经引用和介绍到中国，但蒋友仁的《坤舆全图》明确宣称托勒密体系是错误的，第谷的理论不如哥白尼的正确。与此不同的是，《崇祯历书》虽然引用了哥白尼《天体运行论》中 27 项观测记录中的 17 项，对《天体运行论》中的有些章节甚至直接翻译，对其日心地动说的重要内容也有所披露，但对日心说却持否定态度，认为哥白尼用来论证地动的理由，不具说服力。
哥白尼1543 年发表《天体运行论》，其宇宙观从学理体系说虽属先进，但直到 17 世纪都还没有取得令人信服的优势。特别是哥白尼在仪器制造、观测技术和精度方面并不出众，他的日心说对历法制订影响不大。与观测精准的第谷学说相比，哥白尼学说对于修历缺乏实用性。这不仅说明了国人选择西学中的实用主义倾向，为蒋友仁润色文字的钱大昕和作序的阮元都对哥白尼学说持否定态度；而且也说明中国学者将科学修历的技术实践，转向探索自然奥秘的天文学理论兴趣，仍然存在一道鸿沟，后者必须有更多的社会制度条件加以配合。
天文学论文 篇12
1.导言
说到西方古典观测天文学，对此稍有了解的人会立即联想到著名的丹麦天文学家第谷·布拉赫（TychoBrahe）。他对星体位置的精确和详细的观测直接促成了其助手约翰内斯·开普勒（JohannesKepler）发现行星运动的三大定律，而这又进一步帮助艾萨克·牛顿（IssacNewton）奠定了经典力学的基础。如果说牛顿的名言“站在巨人们的肩膀上”的确具有正面含义的话，那么，第谷无疑是这些巨人中的一个（文献中对第谷·布拉赫的简称不统一，有称布拉赫，有称第谷，本文采用后者）。第谷在观测天文学领域的贡献是极其重大的，在他之后鲜有人能够达到类似的高度。然而在天文学史上，的确有一位堪与第谷相媲美的观测天文学家，他就是本文所要叙述的波兰天文学家约翰内斯·赫维留（JohannesHevelius）。
2.出身与早年生涯
赫维留1611年1月28日出生于格但斯克（Gdansk），该城市虽然位于现今波兰的北部，在历史上，却曾多次被德国占领，因此它还有个德语名，叫做但泽（Danzig）。格但斯克位于波罗的海沿岸，是个海港城市，赫维留诞生时，该城市正处在由波兰统治和管辖的黄金时期，它在当时不但属于汉撒同盟，在贸易上享有特权，而且在民族和宗教上也享有充分的自由，使其成为当时欧洲少有的笼罩在繁荣开放、和平富裕气氛下的城市。赫维留出生在格但斯克的一个啤酒酿造世家，从小被寄予传承家业的厚望。他的母语是德语，其家族是具有德国和捷克血统的路德教贵族。他6岁起在家乡格但斯克接受基础教育，12岁时，家人为使其通晓波兰语，将他送到格但斯克南边的一个通行波兰语的村镇上学，三年后回到格但斯克继续学习。
在格但斯克，有一位叫彼得·克鲁格（PeterCrüger）的数学老师，对赫维留今后的人生与事业起了至关重要的作用。克鲁格曾就读于德国维滕堡大学（第谷也曾就读于此），本身是一名优秀的天文学家和数学家。他不但教授赫维留数学与天文知识，还向他传授天文仪器制造技术和雕刻术。受老师影响，年轻的赫维留对天文产生了浓厚兴趣，尤其敬仰第谷卓越的观测技术及其在天文领域的成就。20岁时，赫维留被家人送往荷兰莱顿大学主修法律。尽管如此，他仍心系天文，在学业完成后，游历了英国和法国，在那里结识了一些著名学者，包括天文学家皮埃尔·伽桑狄（PierreGassendi）和伊斯马尔·布里奥（IsmaelBoulliau）。23岁的他回到家乡，开始接手家业并于次年和其隔壁酿酒商的女儿卡特琳（KatharinaRebeschke）结婚。1639年6月1日，格但斯克发生日食，赫维留对此进行了细心的观测。五天之后，克鲁格告别人世，临终前他希望赫维留能够继续保持天文观测和研究。恩师的离世以及对天文的持之以恒的兴趣终于让赫维留下定决心，从此投身于天文事业。
3.天文成就
赫维留在天文领域的贡献主要有如下几个方面：月球观测、太阳和恒星观测、行星和彗星观测、仪器制造和星图绘制。这些将在下文中一一阐述。
3.1月球观测
从1642年开始，赫维留使用自己制造的望远镜对月球进行了历时5年的观测，终于在1647年正式出版了其生平第一部天文着作--《月面图》（Selenographia）。月面图，顾名思义，就是描绘月球表面的图谱，总共六十幅，其中包括三幅直径约29厘米的满月面大铜版画，以及诸多描绘不同月相表面的小铜版画。这些铜版画均由赫维留亲自制作，其精湛的绘画与雕刻技艺在此得以充分施展，而在这之前尚无人能够如此精确详细地绘制月球表面（图2）。在这本着作中，赫维留用地球上的地名来标注所观测到的月面地貌特征，虽然同时期的意大利学者吉奥瓦尼·瑞齐奥利（GiovanniRiccioli）也创立了人名法来命名月球地貌并被广泛采用，但地名法依旧在一定程度上保留并沿用至今。
赫维留的月面图集首创性、学术性和精致性于一身，堪称当时天文界之鸿篇，它的出版为赫维留赢得了当时欧洲天文界乃至科学界和社会界的崇高威望。1651年，他受聘为格但斯克市议员。1664年，被推选为伦敦皇家学会会员。另外还必须提及的是，在绘制月面图期间，赫维留发现了月球的经天平动。天平动是指从地球上观察，月球的可见部分会出现上下左右的浮动。上下浮动称为经天平动，左右浮动称为纬天平动。由于天平动，使得人们能够看到月球表面多于50%的区域（而不是正好50%）。今天，人们知道，天平动是由多种因素造成的，其中经天平动是月球绕地轨道为椭圆所致。
3.2太阳和恒星观测
赫维留在1642~1645年间对太阳黑子进行了观测。他认为太阳是个火球，黑子是极细的蒸汽聚集体，耀斑则是太阳表面最明亮的地方。他测量了太阳的直径，并推测其自转周期约为27天。他还多次对日食进行了观测记录（包括1639,1659和1661年）。
赫维留对著名的鲸鱼座o星进行过长期观测。鲸鱼座o星也叫米拉变星，中文名为蒭藁增二，由于其亮度不断变化，因此很早就被天文学家所注意。最早描述该星的是德国天文学家大卫·法布里奇乌斯（DavidFabricius），他在1596年搜寻水星时发现它。1638年荷兰天文学家约翰·霍华德（JohannHolwarda）确定其变光周期为11个月。从1659年开始，赫维留对这颗变星进行了长达25年的观测。他曾撰写了专论--《米拉星之历史》（HistoriolaMiraeStellae），第一次将该星命名为米拉，意思是不可思议、美妙无比。在此，他根据时间顺序，将前人的研究成果加以介绍，随后给出了自己的观测结果。他最终认为，米拉星的变光原因在于该星拥有很厚的云层，这些云层密度的变换导致了其亮度变化。今天我们知道，蒭藁增二是一颗脉动变星，其亮度变化起源于其自身的收缩与膨胀，变光周期为80~1000天。
经过对恒星坚持不懈的观测，赫维留成功编撰了新的星表--《赫维留星表》（CatalogusStellarumFixarum）。该星表有两个版本，手写版由赫维留亲自制作完成，现收藏在美国犹他州杨百翰大学的克拉克图书馆中，而印刷版则出自1690年的《天文导览》（ProdromusAstromiae）一书（该书内容虽在赫维留生前已完成，但在他死后才出版）。印刷版的星表共107页，大小为35.5×22.0厘米，共收录1564颗恒星，其中有600多颗是赫维留新发现的星，而在此之前的《鲁道夫星表》（TabulaeRudolphinae）共收录1005颗恒星（包括第谷的777颗和开普勒补充的228颗）。
3.3行星和彗星观测
赫维留对五大行星均有观测记录。1661年水星凌日，他对此作了详细观察，给出了水星大小、轨道倾斜角等数值，并发现《鲁道夫星表》在预测凌日发生的时间上存在较大误差。他把这些观测结果总结在其1662年出版的《水星凌日》（MercuriusInSoleVisusGedani）一书中。
他观测了水星、金星和火星的相位，观察到了木星表面上的暗斑和条纹，推测木星自转周期远长于一个月。还观察了木星的四颗伽利略卫星，给出了它们的直径。对于土星，赫维留认为，它是由一个球形和两个月状天体所组成，由此来解释在目视观测中土星所呈现的变化多端的形状，并将这一理论发表在1665年出版的《论土星的真实形状》（Dissertatio,DeNativaSaturniFacie）一书中。另外，他还对土星的卫星进行了观测，并给出了其与土星之间的距离。
赫维留对彗星颇有兴趣，对它们作了极其仔细的观测，并将其结果总结在《彗星导览》（ProdromusCometicus）、《彗星研究》（DescriptioCometae）和《彗星图》（Cometographia）三本着作中。其中最为著名的是《彗星图》，该书于1668年出版，厚达近1000页，赫维留不但在书中标出了他所观测的彗星在天球上的移动轨迹，并由此推测彗星的运动轨迹是抛物线，而且还绘制了单个彗星的图谱，这些图谱详尽记录了彗核和彗尾的外观、形状、大小、长度等细节，其高超的绘画技艺在此又派上了用场。图3展示的是该书的卷首插图。左边是亚里士多德，手里拿着的图表明他的观点，即彗星游走于月球和地球之间。右边是开普勒，认为彗星是沿着直线运动的。中间坐着的则是赫维留，他与前两者的观点都不一样，认为彗星以抛物线轨迹绕日运行。
3.4仪器制造
同第谷一样，赫维留也是一位出色的天文仪器制造家。他独立于荷兰物理学家和天文学家克里斯蒂安·惠更斯（ChristiaanHuygens），发明了精确到秒单位的摆钟。当时，望远镜刚刚兴起不久（伽利略于1609年第一次将望远镜用于天文观测），为了便于科学研究，赫维留亲自磨制镜片制造望远镜，由于当时镜片磨制技术有限，导致望远镜在实际观测中产生很大像差，不能得到满意结果。为减小观测误差，赫维留采用了通过加长物镜焦距来弥补镜片不足的方法，为此他甚至制造了焦距四十多米的超长望远镜。
赫维留的老师克鲁格曾试图制造过半径1.5米的水平式四分仪，但没有完成，1644年，格但斯克市把此遗物托付予赫维留，后者将其完成。随后，他又制成了半径分别为1.8米和2.4米的木制六分仪。后来，他又改用黄铜作为材料制作了类似器具。四分仪和六分仪是赫维留最为常用的天文仪器，前者用来测量星体相对于地平线的高度，后者用来测量两个星体之间的角距离。
赫维留建有自己的天文台，并将其称为星堡（第谷也将自己的天文台称为星堡）。在那里，赫维留不但安置了各种天文仪器，而且还建造了工房、印刷所、图书馆等设施，其先进程度在当时的欧洲堪称第一，甚至连当时波兰和法国的国王也慕名前来参观。直到17世纪70年代巴黎和格林尼治天文台建立之前，赫维留天文台始终保持着欧洲领先地位。
1673年，赫维留出版了著名的《天文仪器上卷》（MachinaeCoelestisParsPrior），对其所使用的天文仪器（测量仪、钟、望远镜）和天文台进行了详细描述。他在书中宣称，肉眼观测比使用望远镜更加精确。事实上，赫维留一直对望远镜持保留态度，只将其限于对月球、太阳和行星的观测，而他的其他观测活动则主要靠肉眼（借助四分仪和六分仪）来完成。这引起了以罗伯特·胡克（RobertHooke）为首的一些学者的不满，因为胡克刚刚研发了具有瞄准功能的带十字叉丝的望远镜，贬低望远镜就是贬低他的发明功劳。胡克挑衅般地指责赫维留的观测方法既老掉牙也不准确。而当时英国皇家天文学家约翰·弗拉姆斯蒂德则表示，赫维留的肉眼观测精度不亚于那些使用望远镜得到的结果。一场学术论战随即爆发，双方各不相让。为平息这场论战，皇家学会于1679年5月特意派埃德蒙德·哈雷（EdmondHalley）前往格但斯克去探个究竟。哈雷花了数星期时间，将其用望远镜瞄准具观测到的数据与赫维留的肉眼观测数据作对比，最后得出结论，后者的精确程度的确不亚于前者。数月后，哈雷将这一调查结果发表在哲学学报上，这无疑是对赫维留精湛的观测技术的极大褒奖。
3.5星图绘制
赫维留对天文的另一重大贡献是绘制了《赫维留星图》（FirmamentumSobiescianum），它与《拜耳星图》（Uranometria）、《波德星图》（Uranographia）和《弗拉姆斯蒂德星图》（AtlasCoelestis）并称为欧洲四大古典星图。此星图同赫维留的星表一起出现在《天文导览》一书中，包括两幅南北半天球图以及54幅星座图，总共73个星座。其中，北半天球图直径为46.5厘米，上面的大部分星体位置由赫维留亲自测定。而南半天球图上的星体位置则是参考了哈雷的数据。其余的54幅图则精细地绘制了各个星座并标明了其所在天区的星体。在此，赫维留仍旧采用了黄道坐标系而非更为先进的赤道坐标系，且未给恒星标注字母，星体位置也是左右镜像的，这些都限制了该星图的实际应用。尽管如此，赫维留星图的精确性与细致性的特点影响了此后的诸多星图绘制者，在西方古典星图领域可谓影响深远。20世纪60年代和70年代，赫维留的星图曾被分别翻译成俄文和日文出版。
另外需要指出的是，赫维留在绘制星图过程中，创建了一些新的星座，其中有7个得以沿用至今，它们分别是六分仪座（为感谢该仪器对他的帮助）、盾牌座（为感谢支持他的波兰国王索比斯基，后者于1683年打败了围困维也纳的土耳其军队）、猎犬座、天猫座、小狮座、狐狸座和蝎虎座。
4.晚年的不幸和万幸
赫维留68岁时，即1679年，不幸的事情发生了。这年的9月26日，在赫维留外出之际，他的天文台发生了重大火灾（据说是因为他解雇了一名员工而遭到后者的纵火报复），诸多珍贵的仪器、着作和尚未发表的手稿因此被毁。这对赫维留来说无疑是一场巨大的灾难。好在他得到了各方朋友的同情与赞助，其中包括法国和波兰国王。他很快将天文台重新修好，再次投入到观测研究之中。在此，他的第二任妻子（第一任妻子在1662年去世）伊丽莎白（ElisabethaKoopman）对其在事业上给予了极大的支持（受赫维留影响，伊丽莎白对天文也有极大兴趣），同他一起观测记录，并将结果写在1685年出版的《危机之年》（AnnusClimactericus）一书中。1687年1月28日，正好在76岁生日之际，赫维留在格但斯克去世。他死后，多亏伊丽莎白将其尚未出版的手稿加以整理，并于1690年正式出版，这就是前文提到的《天文导览》，赫维留星表和星图均在其中。
5.结语
今天，赫维留依旧是格但斯克市的象征之一。在其老市政厅前，树立着一座赫维留手持六分仪观测星空的雕像（图4）。正对着他的是一面绘着赫维留星图的墙壁（图5）。在老市政厅里的墙上，挂着一块赫维留纪念像（图6）。
赫维留从一个爱好天文的少年到最终成为名垂千古的伟大学者，他将一生中的大部分时间都献给了天文事业。赫维留不但详细观测了太阳、月球、行星、恒星、彗星等诸多天体，而且还自己发明和制作天文仪器，并绘制编撰星图和星表，不愧是继第谷之后在古典观测天文学领域最为杰出的集大成者。他给后人留下的那些不朽之作，将作为灿烂的里程碑永远矗立在人类探索自然和宇宙的宏伟历程中。寂静的夜晚，当我们再次抬头仰望那深邃浩渺的星空时，请不要忘记这位成就卓越的伟大学者。
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