上海交通大学科学技术史第07讲 从第谷到开普勒
科学史十五讲第07讲天文学革命
1577年大自然满足了 第谷的愿望：一颗明亮 1577年大彗星 的彗星真的出现了，第 谷的观察也表明它是天 体。更精确的是，它位 于行星际空间。 然而如果是这样，它就 是正在毫不费力地穿过 被认为携带着行星绕着 中心地球运动的那些看 不见的天球。 这使得第谷彻底明白了： 这些球体实际上根本不 存在。
为解释火星、木星 和土星的运动，托 勒密引入了一个地 球的“镜象”对点， 设定C相对于E在 圆周上做匀速运动， 则相对圆心M做非 匀速运动。 牺牲了自古希腊以 来一直坚持的信念： 行星作完美的匀速 圆周运动。
《至大论》提供了一套预推日、月 和五大行星在天空中精确位置的几 何模型。它的成就达到了人们几个 世纪以来努力的顶点。 但是它自身带有的缺陷（对点、月 亮视大小、变化、日地连线）也一 直成为天文学家议论的对象。最后 由哥白尼提出的日心体系成功地消 除了这些缺陷。
宇宙学的考虑
每个天文学家都是潜在的宇宙学家，第谷也不例外。 第谷很欣赏哥白尼宇宙学说的优点，但他是个传统 主义者，他认为哥白尼那样做的代价太高了。 作为一个新教徒，他从《旧约》的某些篇章中看到 了哥白尼的困难。 建立在上抛物体──将一支箭垂直射向空中，它会 回到原地，表明地球不动──之上关于地球静止不 动的古老论证，在他看来其有效性不减当年。 并且即使借助于他出类拔萃的仪器，他也没有发现 恒星呈现出任何周年运动。
《至大论》各卷内容
第一卷和第二卷为数学准备。 第三卷论述太阳的运动。使用偏心圆运动 的模型，用来解释四季长短不一。 第四、第五卷讨论月球运动。 第六卷描述日食和月食。 第七、第八卷给出了包括有1022颗恒星的 星表，给出了每颗星的黄经和黄纬及亮度。 第九到第十三论述了五颗行星的运动。
从托罗密到开普勒
1576年在丹麦王腓特烈二世的资 助下，他在汶岛上建立一所宏大的 天文台，他称之为天文堡。在那儿 他坚持了二十多年的天文观测。 1597年离开汶岛。1599年到布拉 格，任鲁道夫二世的御前天文学家。 第二年，他邀请开普勒来当助手.
第谷是最后一位也是最伟大的一位用 肉眼观测的天文学家,是一位杰出的观 测家.
行星
太阳 A
r
R
B
3.木星绕太阳运动的周期为地球 绕太阳运动周期的12倍。那么， 木星绕太阳运动的半长轴是地球 绕太阳运动的半长轴的多少倍？
4.太阳系中某小行星绕太阳运行 的轨道半径是地球绕太阳运行的 轨道半径的4倍，求该行星绕太 阳运转周期。
5.如图，发射地球同步卫星时的三个阶段， 首先将卫星送上近地圆轨道，其半径为r， 然后在某处B加速使其轨道成为以地心为焦 点的椭圆轨道，最后在轨道最高点A在次加 速，使卫星进入地球同步圆轨道，其半径为 R，周期为T。A、B分别为椭圆的远地点和 近地点。试求卫星从B运动到A经历的时间。
1.1970年4月24日我国发射了第一 颗人造地球卫星，其近地点高度 为h1=439km,远地点高度为 h2=2348km,则近地点和远地点卫 星运动的速率之比v1:v2是多少？
A
B C
F1
F2
M P N
2.如图，某行星绕太阳C沿椭圆轨道运行， 它的近日点A到太阳的距离为r，远日点B到 太阳的距离为R；若行星经过近日点时的速 度为vA，求该行星经过远日点时速度的大小
托勒蜜的宇宙模型
1、托勒密的重要著作《大综合论》 （《天文学大成》） 。
2、托勒密是“地心说”理论的 集大成者和代表者，“地心说” 理论影响人类长达1000余年之久。
二、哥白尼迎来了科学的春天
沪科版必修二5.1《从托勒密到开普勒》01
4、关于行星绕太阳运动的下列说法中正确的是（ D ）
A、所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动。 B、行星绕太阳运动时太阳位于行星轨道的中心处。 C、离太阳越近的行星运动周期越长。 D、所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期
Moreover, our store provides various types of classic sample essays, such as contract agreements, documentary evidence, planning plans, summary reports, party and youth organization materials, reading notes, post reading reflections, essay encyclopedias, lesson plan materials, other sample essays, etc. If you want to learn about different formats and writing methods of sample essays, please stay tuned!
2、古代把天体的运动看得很神圣，认为天体的运动必然是完美、 和谐的（匀速圆周运动 ）运动，后来 （开普勒 ）仔细研究了第 谷的观测资料，经过4年多的刻苦计算，最后终于发现：所有的 行星绕太阳运动的轨道都是（ 椭圆 ），太阳处在（椭圆的一个焦点
）位置上，所有行星轨道的（ 半长轴的三次方）跟 （公转周期的二次方）的比值都相等。
关于开普勒的故事
关于开普勒的故事约翰尼斯·开普勒(JohannesKepler,1571-1630)，杰出的德国天文学家，同时他对光学、数学也做出了重要的贡献，他是现代实验光学的奠基人。
下面是YJBYS小编整理的关于开普勒的故事，欢迎阅读。
天空的立法者——开普勒约翰尼斯·开普勒，1571年12月27日生于德国符腾堡。
13岁进入教会学校，16岁被蒂宾根大学录取，20岁获硕士学位。
1594年，在担任中学教师期间，潜心天文探索，并在1596年出版了《宇宙的神秘》一书。
此书受到天文学家第谷的赏识。
1600年，开普勒移居布拉格，应邀为第谷做助手。
第谷逝世后，开普勒利用遗留的大量资料，利用几何曲线表示火星的运动，发现火星运动的轨迹不是圆，而是椭圆，并且运行速度不匀。
1609年，开普勒在《新天文学》一书中，发表了着名的第一和第二定律。
第一定律把太阳的位置精确标定在椭圆焦点上，各行星都在椭圆轨道上绕太阳运行。
第二定律也叫“面积定律”，在形式上提示了行星与太阳的连线于等时间内扫过的面积相等，这在本质上阐明了行星离太阳近则快，远则慢的不匀速性。
1619年，开普勒在《宇宙和谐论》一书中发表了第三定律，即行星绕太阳一周的时间的平方，等于椭圆长轴一半的立方。
开普勒的发现为人类科学事业的发展做出了巨大的贡献，被誉为“天空的立法者”。
1604年9月30日，开普勒发现蛇夫座附近一颗新星，即“开普勒新星”。
1611年他出版了近代望远镜理论着作《光学》。
1618～1620年他发表了《哥白尼天文学简论》一文。
1619～1620年他发表了《慧星论》一书，预言了太阳光辐射压力的存在。
1627年他出版的《鲁道夫星表》，直到18世纪一直被视为标准星表。
开普勒于1629年出版了《稀奇的1631年天象》一书，预言1631年11月7日将出现水星凌日现象，12月6日金星也将凌日。
果然，在预报的日期，巴黎的加桑狄观测到水星通过日面。
这是最早的水星凌日观测。
【名人故事】第谷与开普勒的天文生涯
第谷与开普勒的天文生涯第谷1510年12月14日生于斯坎尼亚省基乌德斯特普的一个贵族家庭。
其父是律师。
1601年10月24日，第谷逝世于布拉格，终年57岁。
第谷于1559年入哥本哈根大学读书。
1560年8月，他根据预报观察到一次日食，这使他对天文学产生了极大的兴趣。
1562年第谷转到德国莱比锡大学学习法律，但却利用全部的业余时间研究天文学。
1563年他写出了第一份天文观测资料，记载了木星、土星和太阳在一直线上的情况。
1566年第谷开始到各国漫游，并在德国罗斯托克大学攻读天文学。
从此他开始了毕生的天文研究工作，取得了重大的成就。
第谷的一生在天文观测方面所取得的成果，为近代天文学的发展奠定了坚实的基础。
第谷的最重要发现是1572年11月11日观测了仙后座的新星爆发。
前后16个月的详细观察和记载，取得了惊人的结果，彻底动摇了亚里士多德的天体不变的学说，开辟了天文学发展的新领域。
1576年在丹麦国王弗里德里赫二世的建议下，第谷在丹麦与瑞典间的赫芬岛开始建立“观天堡”。
这是世界上最早的大型天文台，在这里设置了四个观象台、一个图书馆、一个实验室和一个印刷厂，配备了齐全的仪器，耗资黄金1吨多。
直到1579年，第谷一直在这里工作20多年，取得了一系列重要成果，创制了大量的先进天文仪器。
其中最著名的有1577年以二颗明亮的彗星的观察。
他通过观察得出了慧星比月亮远许多倍的结论，这一重要结论对于帮助人们正确认识天文现象，产生了很大影响。
1599年丹麦国王弗里德里赫死后，第谷在波希米亚皇帝鲁道夫十世的帮助下，移居布拉格，建立了新的天文台。
1600年第谷与开普勒相遇，邀请他作为自己的助手，次年第谷逝世，开普勒接替了他的工作，并继承了他的宫廷数学家的职务。
第谷的大量极为精确的天文观测资料，为开普勒的工作创造了条件，他所编著经开普勒完成，于1627年出版的《鲁道夫天文表》成为当时最精确的天文表。
第谷是一位杰出的观测家，但他的宇宙观却是错误的。
科学技术史资料(1)汇总
第1 章原始时代技术的起源和科学的萌芽第一节原始时代的技术创造一、石器制造和弓箭发明石器制造标志着人类掌握了第一种最基本的材料加工技术，因此，它可以作为古代技术创造的第一个标志。
历史上把早期人类社会统称为石器时代，更细的又划分为旧石器、中石器和新石器时代。
二、人工取火在旧石器时代，人类已经注意到了火的用途。
人工取火说明人类已经在实践中懂得了机械能可以转化为热能的经验知识三、驯养动物和栽培植物恩格斯曾指出：“野蛮时代的特有标志，是动物的驯养、繁殖和植物的种植。
”这里说的“野蛮时代”相当于新石器时代。
人类完成了从狩猎捕食动物到驯养繁殖家畜和从采集野生植物到有意识地种植植物的重大转折，开始了人类真正意义上的生产实践。
四、烧制陶器和冶炼金属在新石器时代，除了石器的制造技术有很大发展外，还发明了陶器顺序青铜、铁第二节原始时代科学的萌芽一、天文学知识的萌芽二、数学知识的萌芽三、力学知识第三节原始时代的宗教自然观原始宗教自然观的主要内容是万物有灵论和图腾崇拜第2 章奴隶时代的科学技术第一节古埃及、古巴比伦、古印度的科学技术一、河流文明即城市文明的出现，是人类历史的一个重大转折。
古埃及、古巴比伦、古印度和中国是世界文明的发祥地，在这些地区先后出现了最早的奴隶制国家。
古埃及和古巴比伦的文明对奴隶时代科学技术的高峰——古希腊的科学技术有直接影响。
二、文字的发明埃及在早期王朝时期就有了以表形符号、表意符号和标声字母相结合的象形文字，其中有单辅音符号24 个，这是人类最早创造的标声字母，书写在形状似芦苇的植物——纸草上。
巴比伦：字形呈楔形，所以被称为楔形文字三、天文学和数学埃及人此时已经认识到行星和恒星的区别，并且已经能用图画来表示星体在天空的位置。
古巴比伦人根据月亮的盈亏制定了太阴历，把一个月定为29 或30 日，大小相间，一年12 个月共354 日。
这与一回归年相差11 日左右，所以他们采用置闰办法，每隔几年加一个闰月。
第谷和开普勒的故事
第谷和开普勒的故事
李丹
【期刊名称】《天文爱好者》
【年(卷),期】2003(000)004
【摘要】第谷·布拉赫1546年12月14日诞生于北欧古城斯科纳的一个贵族家庭，斯科纳今属瑞典，但当时属于丹麦。
第谷的叔叔膝下无子，第谷在孩提时代过继给叔叔。
叔叔很富有，7岁时对他进行启蒙教育，13岁上送他到哥本哈根大学学习
哲学，一心想将他培养成为政治家。
【总页数】2页(P16-17)
【作者】李丹
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】P1-091.3
【相关文献】
1.比草还要微小——叶廷芳、陆谷孙的故事——孤独书生陆谷孙
2.数学应用的故
事9——开普勒第三定律3.“大侠”故里新故事——记蒙山县羽生谷休闲农业核
心示范区沼气综合利用项目4."大侠"故里新故事
——记蒙山县羽生谷休闲农业核心示范区沼气综合利用项目5.太阳探索史画之二
古希腊时代·哥白尼、第谷和开普勒
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
5.1-从托勒密到开普勒
开普勒研究了第谷连续20 年的观测数据，希望进一步解 释哥白尼的行星圆形轨道模型。 但他失败了。因为他得到的结 果与第谷的观测数据至少有8′ 的误差，开普勒相信这不是第谷 的粗心，而是哥白尼的理论还 需要进一步完善。从此他开始 研究行星的非匀速圆周运动。 经过多年的埋头计算，数十次 地否定自己的设想，开普勒最 终发现了更精确的行星运动规 律，并先后提出了行星运动的 三大定律。
2.第二定律（面积定律）
3.第三定律（周期定律）
a3 T2
k
（k是一个只与中心天体质量有关的物理量）
1.关于“日心说”被人们接受的原因是( D ) A.太阳总是从东面升起 B.地球是绕太阳运转的 C.以地球为中心来研究天体的运动有很多无法 解决的问题 D.以太阳为中心，许多问题都可以解决，行星 运动的描述也变得简单了
一.托勒密集古代天文学研究之大成
托勒密（C.Ptolemaeus， 约90—168），集古代天 文学、地理学、数学研究 之大成的古希腊学者。
托勒密
托勒密的宇宙模型
中间： 地球 九重天： 月球 水星 金星 太阳 火星 木星 土星 恒星天 原动天
地心说 地球是宇宙的中心，地球是静止不动的，太 阳、月亮以及其他行星都绕地球运动，代表人物 是托勒密。 托勒密的理论在天文学研究上有一定的积极 意义。 如“天球”球壳对恒星进行定位的坐标系， 至今仍在天文观测中应用。
B.公式可推广到宇宙中不同星体围绕同一星球运
转的情形下
C.对绕太阳运转的行星而言，k值既与各行星有关
还跟太阳有关
D.对绕地球运转的所有卫星而言，k值与卫星无关
5.如图所示是行星m绕恒星M运动的示意图，下列 说法正确的是（ C ） A.速度最大点是B点 B.速度最小点是C点 C.m从A到B做减速运动 D.m从B到A做减速运动
《从哥白尼到开普勒》课件
从哥白尼到开普勒: 探索从地心说到日心说的变革，并了解开普勒的行星运动 定律。
一、哥白尼的日心说
哥白尼简介
尼古拉斯·哥白尼是一位波兰 天文学家，他提出了日心说， 即地球绕太阳旋转的理论。
日心说的提出
哥白尼认为太阳是宇宙的中 心，而地球和其他行星则绕 着太阳运行。
日心说的意义
哥白尼和开普勒的理论和发现对现代天文学和科学研究产生了深远的影响。
当前的宇宙观
我们现在知道，地球是绕太阳旋转的，而太阳则在银河系中运动。
科学的发展与进步
哥白尼和开普勒的工作促进了科学的发展，并推动了人类对宇宙本质的不断探索。
哥奠定了基础。
二、开普勒的行星运动定律
1
三定律的内容
2
开普勒的三定律描述了行星轨道的形状、
速度以及行星与太阳的距离之间的关系。
3
开普勒简介
约翰内斯·开普勒是德国天文学家，他发 现了行星运动的规律并提出了三个定律。
三定律的意义
开普勒的定律帮助我们更好地理解行星 运动，为后来的天体力学研究提供了重 要的基础。
三、哥白尼与开普勒的区别
日心说与地心说的区别
哥白尼的日心说认为太阳是宇宙的中心，而传统的地心说认为地球是宇宙的中心。
三定律与周期表的区别
开普勒的三定律描述了行星运动的规律，而周期表是化学元素的分类工具。
科学方法的区别
哥白尼和开普勒在探索宇宙的过程中采用了不同的科学方法和观察手段。
四、结语
哥白尼与开普勒的影响
开普勒-上海交通大学数学系
取不同步长实验结果 表1
h 0.05 0.01 0.005 0.001 其中 n 33 168 337 1686
1.6500 1.6800 1.6850 1.6860
r 1.4940 1.4944 1.4932 1.4931
v 2.9819 2.9834 2.9836 2.9837
h,n, , r,v单位分别为107 s,次，弧度，1011 m, 10 4 m/s
根据 Newton 第二定律
mMG i d2Z 2 e m 2 r dt
2 2 mMG i d r d d dr d i 2 2 e me ( 2 r ( ) ) i(r 2 2 ) dt dt dt r dt dt
比较虚实部导出 微分方程组
在第谷·布拉赫(1546-1601)的基础上提出
1. 行星运行的轨道是以太阳为一个焦点的椭圆; 2. 从太阳指向某一行星的线段在单位时间内 扫过的面积相同; 3.行星运行周期的平方与其运行轨道椭圆长轴
的立方之比值是不随行星而改变的常数.
万有引力定律 “自然哲学的数学原理” (1687 牛顿) 天王星－乐师(Herschel)发现的行星 (1781) 海王星－笔尖上的行星 (Adams 1845, Leverrier 1846)
d r C1 dt
2
t
t t
1 2 d C1t r dt 2 dt 2
右边正 是面积
轨道方程 请尝试推导出行星的轨道方程？
p r 1 ecos
( p,e 是常数,根据相关已知数据导出)
改写前面积分表达式成为
r d C1t
2
பைடு நூலகம்
哥白尼与天体运行论第谷与开普勒运动学的奠基
对火星轨道的研究是开普勒重新研究天体运动的起点。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。可是，依照这个方法来预测火星的位置， 跟第谷的观测数据仍然不符，产生8’的误差。 开普勒知道第谷观测数据的准确性，所以他没有将这一误 差“观测范围内的允许误差”，而是认为“匀速圆周运动”的 假设存在错误。此后，开普勒转向了用第谷的观测数据去确定 行星的运行轨道。从而发现火星轨道是一种椭圆，并进而发现 每个行星都沿椭圆轨道运动，太阳就在一个焦点上；接着又发 现面积定律。上述两定律发表在1609年出版的《新天文学》上。 在1619年出版的《世界的和谐》中公布了周期定律。 ※开普勒的上述重要发现，为牛顿创立天体力学理论奠定 了基础。开普勒是用数学公式表达物理定律并成功的人之一。 从此开始，数学方程就成为表达物理定律的基本方式。
哥白尼的学说不仅改变了那个时代人类对宇宙的认识， 而且根本动摇了欧洲中世纪宗教神学的理论基础。“从此自 然科学便开始从神学中解放出来”，“科学的发展从此便大 踏步前进”
二.第谷与开普勒
1.第谷(Tycho
Brahe,1546-1601)的天文观测
丹麦人，生于贵族家庭，1576年在丹麦国王腓特烈二世 资助下在哥本哈根海峡的一个小岛上修建了一座完善的天文 台，测量精度较前人提高了几十倍至上百倍，在21年的观测 中，各行星角位置的误差仅为2’(即0.033°，1°=60’)。他 将亚里士多德理论和哥白尼体系进行了折中，认为，除地球 和围绕它的月亮外，其他天体都绕太阳运转，太阳率领众行 星围绕地球运转，地球是静止不动的。被人誉为“星学之 王”。 腓特烈二世逝世后，第谷失去了资助。1599年，他在布 拉格得到了奥皇卢道夫的一份赠款，于是他把部分仪器搬到 了布拉格。在这里，他得到了一个青年助手开普勒。他们共 同进行观察，直到1601年第谷去世。
第谷-开普勒-牛顿
第谷－开普勒－牛顿第谷（Tycho Brahe,1546-1601），丹麦天文学家。
1546年12月14日生于丹麦的克努兹斯图浦的一个贵族家庭。
自幼喜欢观察星辰。
1559年进入哥本哈根大学学习法律。
1562年入莱比熄大学。
1563年8月他作了第一个天文记录--木星合土星。
1565年以后，到欧洲许多地方游学。
1572年11月11日他发现在仙后座里出现了一颗新星。
经过长期观测，他认为这是一颗十分遥远的星（现已测知是银河系的一颗超新星）。
1576年在丹麦王腓特烈二世的资助下，他在汶岛上建立了一所宏大的天文台。
1600年，他邀请开普勒来当助手。
1601年10月24日第谷逝世。
在最后的日子里，他将自己生平积累的观测资料赠给了开普勒。
第谷曾提出一种介乎托勒密的地心体系和哥白尼的日心体系之间的宇宙体系。
他认为地球在宇宙中心，静止不动，行星绕太阳转，而太阳则率领行星绕地球转。
第谷是卓越的天文仪器制造家，曾制造过许多大型、精密的天文仪器。
赤道式装置在欧洲的流行是与他的工作分不开的。
他多年精心观测得到的资料，为开普勒发现行星运动三定律准备了基础。
开普勒(JohannesKepler,1571-1630),德国天文学家，幼年体弱多病，12岁时入修道院学习。
1587年进入蒂宾根大学，在校中遇到秘密宣传哥白尼学说的天文学教授麦斯特林。
在他的影响下，很快成为哥白尼学说的忠实维护者。
开普勒1591年获得文学硕士学位，后来想当路德教派牧师而学神学。
因得到大学的有力推荐，中止了神学课程，去奥地利格拉茨的路德派高中任数学教师，开始研究天文学。
1596年出版《宇宙的神秘》一书受到第谷的赏识，应邀到布拉格附近的天文台做研究工作。
1600年，到布拉格成为第谷的助手。
次年第谷去世，开普勒成为第谷事业的继承人。
开普勒视力不佳，但还是作了不少观测工作，1604年9月30日在蛇夫座附近出现一颗新星，最亮时比木星还亮。
开普勒对这颗新星进行了17个月的观测并发表了观测结果。
5.1从托勒密到开普勒课件(沪科版必修2)
太阳是宇宙的中心,并且静止不动, 一切行星都围绕太阳做圆周运动。
哥白尼的“日心 体系”说---太阳系 模型，虽然取得了很 大的成功，但没有逃 脱天体做匀速、正圆 周运动的束缚。
这与第谷的 观察数据不符
第
谷（丹麦）
二十年的精心观测
请同学们阅读课本第81页 并交流、讨论下列问题
1、“日心说”的观点绝对正确吗 ？ 2、谁又提出了新的观点？提出三 定律所经历的过程是什么？
a 所有行星的轨道的半长轴的三次方 K是与中心天体（太阳）有关而 k ， 2 与绕行天体（行星）无关的常数 T 跟公转周期的二次方的比值都相等
3
实际上行星绕太阳的运动 很接近圆，在中学阶段，可 近似看成圆来处理问题，那 么开普勒三定律的形式又如 何？
高中阶段对行星运动的近似化研究
k是和中心天体（太阳） 有关的量
把行星的运动看作为匀速圆周运动处 理，对应的半长轴即为圆的半径。
R3 k T2
请同学们用“P80页 信息浏览中的数据，对照 开普勒定律。对各行星的 运动数据进行粗略评估。
小结---
知识回顾
古希腊天文学家提出地心说
托勒密完善地心说 哥白尼提出日心说 第谷测量了精确的数据
开普勒发现了行星运动定律
从开普勒起，天文学真正成为一门精 确科学，成为近代科学的开路先锋。
若是匀速 圆周运动 呢！！
开普勒（德国）
第
谷（丹麦）
四年多的刻苦计算
二十年的精心观测
行星轨道为椭圆
1、认为太阳是宇宙的中心，实 际上，太阳只是太阳系中的一个中 心天体，不是宇宙的中心； 2、沿用了行星在圆轨道做匀速 圆周运动的旧观念，行星的运动轨 道为椭圆，速度的大小也不是恒定 的。
开普勒之长和第谷之短——科学史上的大数据故事
开普勒之长和第谷之短——科学史上的大数据故事天文学家第谷数十年如一日，每晚观测行星运动，却未有所获。
开普勒把数据分析从每晚拉远到每年，发现了行星围绕太阳旋转的规律，由此拉开了近代天文学的序幕。
数据不是越多越好，而是在海量数据下清醒地分析。
四百多年前的简单教训，对于今天仍然适用。
演讲者｜张首晟（斯坦福大学终身教授，美国国家科学院院士、中国科学院外籍院士）人人都说这是一个大数据时代，我想和大家分享一个科学史上大数据的故事。
在中世纪，科学界最大的争论在于，到底是地球围绕太阳旋转，还是太阳围绕地球旋转。
站在地球上来看，好像是太阳绕着地球旋转。
但是观测别的行星运行轨迹，好像又在围绕太阳运行。
那时候有一位非常伟大的天文学家叫第谷·布拉赫（Tycho Brahe，1546-1601），为了解决这个人类科学最初的大争论，开始了寻求数据支持的伟大征程。
1576年，第谷接受了当时丹麦国王腓特烈二世的资助，搭建了自己的天文台，配备了齐全的观测仪器。
第谷·布拉赫和他的汝岛天文台从那时之后的20年里，他每天晚上风雨无阻地观测行星运动的轨迹，把每个行星每天晚上的位置，精确地记录下来。
他对于行星的观测精密程度，达到了当时前所未有的程度，是天文史上第一个真正地开始收集大数据的天文学家。
但是光有大数据还是不能解决问题。
第谷拥有大量的精确数据，也花了很长的时间观察，但是他没有足够的智慧从中发现行星运行的规律。
于是他找到另一位数学很强的科学家开普勒作为他的助手，两人一起分析。
但是两位科学家在一起看了很久还是没有看懂。
为什么两个聪明绝顶的人陷入困境呢？如果放在今天，我们肯定认为问题应该出在大数据的量还不够大。
但是，不管是多么精确的大数据，它最重要的特点就在于量大，所以噪音也非常大。
想要得到大数据的智慧，并不是把大数据变成更大的数据，而是要把大数据的噪音过滤掉，从中拿出最精髓的东西。
地球围绕太阳转，行星也围绕着太阳转，运动轨迹本身就是一个参照体围绕另一个参照体在运动，所以最后看到的数据非常复杂。
邮票上的物理学史_第谷布拉赫和开普勒
第17卷第11期大 学 物 理V o l.17No.111998年11月CO L L EG E PHYSICS N ov.1998邮票上的物理学史连载邮票上的物理学史⑤——第谷 布拉赫和开普勒秦克诚(北京大学物理系,北京 100871) 哥白尼提出的日心体系打破了地球静止不动、居于宇宙中心的信条,并且为宇宙的无限性开辟了道路.但是,哥白尼仍然执着于天体作匀速圆周运动.打破对圆周运动的迷信、进一步完善哥白尼体系的是开普勒,他根据第谷 布拉赫丰富而精确的天文观测资料,建立起行星运动三定律.第谷 布拉赫(T ycho Br ahe ,1546～1601年)是丹麦天文学家,贵族出身,毕生从事天文观测,特别是观测和记录行星的运动.图1是丹麦1946年发行的纪念他诞生400周年的邮票.籍助于他自己设计的仪器,使天文观测的精度达到了0.5′,比哥白尼使用的数据提高了20倍.他进行的天文观测是望远镜发明之前最精确的,这种精度已达到肉眼观测能达到的极限.他是西方首先观测到新星的天文学家.1572年11月11日他观测到仙后座中出现了一颗比金星还亮的新星,并证明它不是一颗像彗星一样的近距离天体,而是一颗遥远的恒星.实际上,新星(nov a )一词便是第谷制定的.图2是丹麦1973年为纪念第谷发现新星400周年发行的邮票,下面排成W 形状的5颗星是天后座,其上的大星是新星.仙后座新星的发现使第谷想在德国建立一座大型天文台.丹麦国王腓特烈二世为了把他留在丹麦,1576年把汶岛(在瑞典南部领海,当时属丹麦)赐给第谷作采邑,并出资在汶岛为他修建一座大型天文台.第谷称该台为天文堡(U ra nibo rg ).天文堡是望远镜发明以前最后一座古代天文台,又是第一座完全由国家资助、得到大量成果的近代天文台.天文堡的仪器都是聘请能工巧匠按照第谷的精度要求制作的,这使天文堡成为当时最好的天文台,当时北半球天文研究和发现的中心.1995年丹麦和瑞典联合发行纪念第谷的邮票,每套两张.其中一张是天文堡的平面图,两国邮票的图案相同(图3,丹麦票),由图可以想象当年的盛况.另一张是第谷的天文仪器,两国邮票的图案不同(图4,丹麦票,六分仪;图5,瑞典票,赤道浑仪).第谷在天文堡工作了近20年.腓特烈二世去世后,新国王容不了第谷的坏脾气,几年后不再资助第谷的工作,这使他陷入困境.1597年第谷离开天文堡,1599年定居布拉格,任波希米亚国王鲁道夫二世的御前天文学家,直至去世.在宇宙体系上,第谷既不成托勒密,也不同意哥白尼,而提出一个折衷体系:地球静止不动并处于宇宙中心,月亮在近处绕地球旋转,太阳则率领除地球之外的五大行星绕地球旋转,五大行星是围绕太阳旋转的.第谷体系在数学上和哥白尼体系等价.第谷去世前,把毕生精心观测的资料(这些资料主要是在天文堡积累的)都赠给他的学生和助手、德国天文学家开普勒(Johannes Kepler,1571～1630年),并且告诫开普勒一定要尊重观测事实.开普勒是哥白尼的信徒.他用哥白尼体系来描写火星的运动,尽管使用了对等点来改善哥白尼体系的结果,得出的火星轨道和第谷的观测资料仍有8′的误差.对哥白尼,8′是在所用观测数据的误差范围之内的,不必放在心上.但是开普勒坚信第谷的观测结果是精确的,为了解决这个矛盾,他经过多年工作,终于想到必须修改哥白尼体系中坚持的圆形轨道.他发现,如果假设火星绕太阳按椭圆轨道运动,太阳处于椭圆的一个焦点上,那么就可以精确描述火星的运动,而不需要任何本轮、偏心轮,这就进一步使哥白尼体系得到改进和简化.这是表明观测精度的重要性的一个典型例子.开普勒说:“感谢上帝赐给我们第谷这样的天才观测者,这8′误差是不应该忽略的,它使我走上改革整个天文学的道路”.开普勒还发现了火星在这个轨道上运动时速度是怎样变化的.1609年,他正式发表火星运动的两条定律:第一定律(椭圆轨道定律):火星沿椭圆轨道绕太阳运行,太阳为椭圆的一个焦点;第二定律(等面积定律):从太阳到火星的矢径在相等的时间内扫过相等的面积.后来他把这两条定律推广到其他行星和卫星.这两条定律都是讨论单个行星是怎样运行,但是开普勒还要揭示出各个行星运动之间的关系.1619年他发现了第三定律:第三定律(“和谐”定律):各个行星绕日的周期的平方与椭圆轨道的半长轴的立方成正比.开普勒的行星运动三定律精确地规定了行星在空中的运动,因此人们称他为“天空立法者”.这些定律是运动学定律,只描绘各行星如何运动及各个行星的运动之间的关系,而不涉及支配这种运动的物理原因.从这一定律建立起万有引力理论,并且把天体的运动与地上的力学定律结合起来,这是半个多世纪之后由牛顿完成的.图6是奥地利1953年发行的邮票.图7至图9分别为前民主德国、前联邦德国、罗马尼亚于1971年为纪念开普勒诞生400周年发行的邮票.前民主德国的邮票上有开普勒的签名.前联邦德国邮票上的画面是绕太阳运动的天文计算,太阳在椭圆的一个焦点上.图10是匈牙利(1980年)发行的纪念开普勒逝世350周年的邮票.。
从第谷到开普勒
从第谷到开普勒案例:从第谷到开普勒第谷(TychoBrahe)，1510年12月14日生于斯坎尼亚省基乌德斯特普的一个贵族家庭。
其父是律师。
1601年10月24日，第谷逝世于布拉格，终年57岁。
第谷于1559年入哥本哈根大学读书。
1560年8月，他根据预报观察到一次日食，这使他对天文学产生了极大的兴趣。
1562年第谷转到德国莱比锡大学学习法律，但却利用全部的业余时间研究天文学。
1563年他写出了第一份天文观测资料，记载了木星、土星和太阳在一直线上的情况。
1566年第谷开始到各国漫游，并在德国罗斯托克大学攻读天文学。
从此他开始了毕生的天文研究工作，取得了重大的成就。
第谷的一生在天文观测方面所取得的成果，为近代天文学的发展奠定了坚实的基础。
第谷的最重要发现是1572年11月11日观测了仙后座的新星爆发。
前后16个月的详细观察和记载，取得了惊人的结果，彻底动摇了亚里士多德的天体不变的学说，开辟了天文学发展的新领域。
1576年在丹麦国王弗里德里赫二世的建议下，第谷在丹麦与瑞典间的赫芬岛开始建立“观天堡”。
这是世界上最早的大型天文台，在这里设置了四个观象台、一个图书馆、一个实验室和一个印刷厂，配备了齐全的仪器，耗资黄金1吨多。
直到1579年，第谷一直在这里工作20多年，取得了一系列重要成果，创制了大量的先进天文仪器。
其中最著名的有1577年以二颗明亮的彗星的观察。
他通过观察得出了慧星比月亮远许多倍的结论，这一重要结论对于帮助人们正确认识天文现象，产生了很大影响。
1599年丹麦国王弗里德里赫死后，第谷在波希米亚皇帝鲁道夫十世的帮助下，移居布拉格，建立了新的天文台。
1600年第谷与开普勒相遇，邀请他作为自己的助手，次年第谷逝世，开普勒接替了他的工作，并继承了他的宫廷数学家的职务。
第谷的大量极为精确的天文观测资料，为开普勒的工作创造了条件，他所编著经开普勒完成，于1627年出版的《鲁道夫天文表》成为当时最精确的天文表。
开普勒的老师是谁
开普勒的老师是谁导读：我根据大家的需要整理了一份关于《开普勒的老师是谁》的内容，具体内容：第谷是开普勒的老师，也就是说，他们之间是师徒关系。
第谷和开普勒都在天文学方面做出了重大的贡献。
下面是我为你搜集的相关内容，希望对你有帮助!开普勒的老师第谷.布拉赫是丹麦...第谷是开普勒的老师，也就是说，他们之间是师徒关系。
第谷和开普勒都在天文学方面做出了重大的贡献。
下面是我为你搜集的相关内容，希望对你有帮助!开普勒的老师第谷.布拉赫是丹麦天文学家，被称之为近代天文学的奠基人，作为开普勒的老师，第谷以在天文史上观测精密而出名，新星这个词就是由他首先提出来，并且首先否定了星座不是一成不变的这个以前人们的传统思想。
想要深入了解第谷，就不能不对其外貌作一描述，第谷的鼻子是十分特别的，他的鼻子是金属做的，他本来的鼻子呢，说起来也感觉到荒唐，在一次舞会中，他与一位丹麦的贵族发生了摩擦，两个人都是义气用事，当即要决斗，但是第谷显然比他的敌人幸运的多，他只是被砍掉了鼻子，之后他便为自己打造了一个金属的鼻子。
第谷能够成为开普勒的老师，源于他看到了开普勒写出的《神秘宇宙》一书，被书中那些描绘宇宙神奇的语句打动了，随即召见了开普勒本人，并且为其报销路费。
师徒两人虽然相处比较和睦，但是摩擦也是会有的。
特别是开普勒被自己的妻子挑拨，不仅离老师远去，还在文章中发布侮辱第谷的语言，但是第谷的胸襟是宽广的，对其极力挽留，开普勒恍然醒悟，发现自己做的十分不对，随即与老师重归于好，第谷不但将开普勒引荐给国王，还将自己几十年的辛苦研究交给了开普勒。
第谷和开普勒第谷和开普勒他们两个人都是是伟大的科学家和天文学家。
第谷和开普勒他们两个人之间的关系，也是非比寻常的。
第谷是开普勒的老师，也就是说，他们之间是师徒关系。
第谷和开普勒都在天文学方面做出了重大的贡献。
第谷，第谷全名叫做第谷布拉赫，他是丹麦人，同样他也是天文学家和占星学家。
他出生于斯坎尼亚省基乌德斯特普的一个家庭里，并且他还是一个贵族呢。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
年出版著作《论新星》） 结果：证实了新星的存在，打击了亚里士多德 关于天空完美不变的观点，引起社会重视。
② 1577年彗星的观测。证实它比月亮遥
远，且轨道不是正圆。 意义：①，否定了亚里士多德彗星为月下世界 大气现象的说法；②打破了固体天球观念。
③ 其他天文观测工作
A、 大型天文台和天文仪器的建造
B、大量精密观测数据的获得
第谷天文台的布局
第谷天文台模型
第 谷 建 造 的 大 型 天 文 仪 器
3.第谷的宇宙结构模型
• 第谷宇宙结构模型的内容 地球为宇宙中心，太阳、月亮绕地旋转，其 他行星绕太阳旋转。 • 第谷宇宙结构学说的命运 在欧洲受冷落，后被传入中国。
二、开普勒的天文学工作
1. 开普勒的身世
Johann Kepler，15711630，德国天文学家。 1588年，大学毕业。1591 年，获硕士学位。 1594年，在格拉茨大学教 自然科学。 1601年，为第谷做助手。
2.开普勒的思想倾向
• 神秘主义（星占学）倾向 • 希腊的和谐思想——天球音乐
第七讲 从第谷到开普勒
一、第谷的天文学工作
1. 身世：第谷· 布拉赫
（Tycho Brahe， 1546-1601），具有 瑞典血统的丹麦天文 学家
1559年，入哥本哈根大学学习。 1580年，第谷天文台竣工。 1599年，定居布拉格，次年招开 普勒为助手。 1601年，于布拉格去世。
2. 第谷的天文观测
开普勒的行星球模型
3. 开普勒行星运动三定律
第一定律（椭圆定律） 第二定律（面积定律） 第三定律（行星公转周期的平方和行星到太 阳距离的立方成正比）
开普勒第二定律示意图
对开普勒的评价
“天空立法者”的美称
对开普勒研究方法的认识
① 研究方法无所谓对错，但有效率高低之 分； ② 无论哪一种研究方法，都必须接受实践 的检验