科学技术概论课件5.1天文学的诞生与发展

德国天文学家、数学家贝塞尔 （ F.W.Bessel, 1784-1846 ） 。 1810 年 起任哥尼斯堡天文台台长兼哥尼斯堡大 学教授。当选为法兰西科学院院士、英 国皇家学会会员。编制包含75000颗星 的基本星表，后经阿格兰德 （ F.W.A.Argelander ， 1799-1875 ） 扩 充为《波恩巡天星表》。首先测定天鹅 座61号星距离，视差为0”.31。研究成 果还有贝塞尔函数。著有《天文学基 础》。
第五章 天地演化
5.1 宇宙
5.1.1 天文学的诞生与发展
导言
天文学因与人类的基本社会生活密切相关而受到 一切原始民族的重视，而成为自然科学中最古老的学 科之一。它是研究天体系统运动、结构和演化规律的 科学。在长达几千年的历史发展过程中，天文学先后 发展形成天体测量学、天体力学、天体物理学三大分 支学科。20世纪以来，随着科学技术的发展，又诞生 了射电天文学、空间天文学和宇宙学。
系统论述了他的日心地动说。
1543年《论天球的旋转》出版 时，哥白尼已神志不清，不久便与 世长辞。
哥白尼日心体系
布鲁诺为捍卫真理英勇献身
布鲁诺批判宗教哲学，热情宣 传和支持日心说。布鲁诺的唯物主 义宇宙观，引起了宗教界的极端仇 视。
1592 年 ， 在 威 尼 斯 遭 到 逮 捕 ， 被罗马宗教裁判所审判并遭监禁。 在遭受酷刑和监禁的8年中，他没有 屈服。1600年2月17日布鲁诺因坚持 真理被烧死在罗马的鲜花广场。
近代天文学的成就(1)
英国天文学家威廉·赫歇尔发现天王星
1781年3月13日，威廉·赫歇耳(中)与妹妹卡落琳·赫歇耳用自 制的反射式望远镜发现了天王星
科技史概论
近代天文学的成就(2)
威廉·赫歇耳与妹妹卡落琳·赫歇耳用自制的反射 式望远镜发现了一颗新星——天王星。
德国数学家、天文学家贝塞尔则预测：在天王星附 近可能有一颗未知的行星干扰着它的运动——即后来的 海王星
天文学的起源（2）
古埃及天文学
金字塔表明古埃及 人在天文观测上的能 力，就其方位来说， 早期修建的几座精确 到几度，后期几座精 确到几十分之一度。
古埃及金字塔
天文学的起源（3）
古希腊天文学
•泰勒斯及其学生——认为地是薄薄的圆片，漂浮在空气的旋涡 里，孤立在球状宇宙的中心，日、月与行星在它的周围循圆周而 运行。
天文学的起源（5）
古希腊天文学
古希腊天文学家喜帕 恰 斯 （ Hipparchus ， 公 元前2世纪末）根据古代 观测的研究，测定四季 长短不等，并求得一年 长 365 又 1/4 日 再 减 去 1/300，这一数字与现今 的数值只相差6分钟。
天文学的起源（6）
古罗马天文学
古希腊天文、数学、地理、 地图学家托勒密 （ （C.Ptolemy，约85-165 年）统一说明天体的运动现 象，把前人的全部“地心” 思想系统化，并巧妙地运用 几何模型方法，建立了一个 完整的地心体系，使古代天 文学的发展达到了高峰。
古希腊人关于平坦宇宙 概念的中世纪图解，地 球浮于水上，在它之上 是4种元素。
天文学的起源（4）
古希腊天文学
埃拉托色尼（Eratosthenes， 公元前276年-前194年）最显 著的成就是对地球周长的测 量，得到的值为25万希腊里， ( 1希腊里长 158.5米 )，那 么约合 39600 千米，与现今 公认的地球周长 4 万千米相 差很少。
叶凯士天文台
世界上最大的反射望远镜， 口径 5米，位于美国加利福 尼亚州的帕洛马山上
美国帕洛马天文台。美国海尔天文台的一部分，位于圣地亚哥东北 80千米处的帕洛马山之颠，海拔1706米，有闻名世界的5米海尔反射望 远镜。
5.1.3 近代天文学的成就
天文学的起源（11）
中国古代天文学成就之三——天文观测记录
苏州石刻 古天文图。 世界上现存 较早的宋代 大型石刻科 学星图，刻 于公元1247 年。星图直 径91.5厘米， 有星1400多 颗。
天文学的起源（12）
中国古代天文学成就之四——天文观测仪器
浑仪， 中国铜铸 天文仪器，主要用 于测定天体的赤道 坐标，也能测黄道 经度和地平坐标。 公元1437年仿制， 现陈列于南京紫金 山天文台。
中国古代天文学成就
天文观测
早在 6 世纪初，中国古 代天文学家张子信就发现了太 阳、月亮和太阳系内 5 颗行 星。图中右上方的仪器称为浑 仪，用于测定恒星的位置。
天文学的起源（10）
中国古代天文学成就之三——天文观测记录
公元10世 纪的中国古星 图。它是世界 上现存最早的 星图之一，现 列于英国不列 颠博物馆。
古印度关于宇 宙的一种观点。
天国在地球 上面，地球则 在4头象的背 上休息，而象 在一只巨大的 海龟背上，这 一切又被一条 巨大的蛇所缠 绕。
天文学的起源（8）
中国古代天文学成就之一——历法
中国历法比较多，前后有一百多种，精度较高， 居世界首位。 主要代表：
阴阳合历（简称阴历） 邓平、落下闳等创制的“太初历” 唐代僧一行编制的“大衍历” 祖冲之编制的“大明历”， 郭守敬编制的“授时历”
•毕达哥拉斯学派——认为等速圆运动是最完美的，因而天体的 运动必须遵循这一形式，日、月、星均遵循同心的圆周轨道绕地 球运动
•柏拉图学派——主张一切天体分别以不同的半径绕地作圆周运 动的集合宇宙体系，并通过自己的观察和概括，初步形成了地为 中心、地为球形的宇宙观念。
•亚历山大学派——主张日心系统理论。
天体仪—— 显示天球的各 种坐标、天体 的视运动和亮 星位置的铜制 天文仪器，其 上镶有1449颗 星。公元1905 年制造，现陈 列于南京紫金 山天文台。
中国河南登封观星台，建于元朝初年，是中国现存最早的天文台
紫金山天文台。建于1934年，位于中国南京市郊的紫金山上。
5.1.2 近代天文学的诞生与发展
近代天文学的诞生与发展(2)
英国天文学家威廉·赫歇尔
赫歇尔用他自制 的大型望远镜对全天 空的恒星进行了观测， 并绘制了人类历史上 第一张银河系结构图。
近代天文学的诞生与发展(3)
英国天文学家哈雷
哈雷（E.Halley，1656-1742）生于伦敦，他 的父亲是个商人。哈雷从小热爱天文学。他就学 于牛津大学。1676年，年近20岁的哈雷便承担起 了南天星表的编制任务，并获得了巨大成功。 1678年被选为皇家学会会员。1703年任牛津大学 教授。1720年成为皇家天文学家，并担任格林威 治天文台台长。哈雷在天文学方面的贡献很大， 在天体力学研究上功绩卓著，有“南方的第谷” 之称。是第一个把万有引力定律应用于实际天体 的人，并根据万有引力定律预测了“哈雷彗星”。
哈雷的主要著作有《磁针的磁差理论》（1683年）、《彗星天文学 概要》（1705年）、《天文表》（1752年）等。
哈雷彗星的轨道
哈雷预言的哈雷彗星
金星
1910年的哈雷彗星与金星
哈雷预言的哈雷彗星
1986年的哈雷彗星
在地面上拍摄 到的彗星图片
在地面上拍摄到的彗星图片
在地面上拍摄到的彗星图片
近代天文学的诞生与发展(1)
英国天文学家威廉·赫歇尔
赫歇尔 （F.W.Herschel,1738-1822）生于德国
汉诺威城。14岁时跟随父亲在汉诺威军乐队中当小提琴 手。1758年随其父定居英国。同时开始钻研数学和天文 学。长期进行天文观测和光学仪器的制造工作。曾获得 爱丁堡大学和格拉斯哥大学的名誉博士学位。1781年他 发现了天王星，并获得皇家学会授予的科普利奖章，被 选为皇家学会会员。1782年英王乔治三世聘他担任宫廷 御前天文学家，致力于天文研究活动。1783年根据太阳 系七颗行星的自转发现了太阳的空间运动。打破了太阳 静止的观念。1800年发现了太阳光中的红外辐射，从而 开创了天文学中的一门新学科——彩色光度学。 1821年赫舍尔担任了英国皇家天文学会第一任会长。1822年8月25日逝世，终 年84岁。赫舍尔是恒星天文学的创始人，是的近代天文学的始祖。
伽里略因支持哥白尼的日心说受到罗马教廷的审判
人物名言
“追求科学，需要有特殊的勇敢，思考是人类最 大的快乐。”
“生命犹如铁砧，愈被敲打，愈能发出火花。” “你无法教别人任何东西，你只能帮助别人发
现一些东西。” “科学不是一个人的事业” “真理不在蒙满灰尘的权威著作中，而是在宇
宙、自然界这部伟大的无字书中。” “世界是一本以数学语言写成的书。” "一切推理都必须从观察与实验中得来。”
托勒密的本轮-均轮模型
天文学的起源（7）
古罗马天文学
托勒密是中世纪在欧洲占统治地位 的地心说的主要代表。他的主要著 作《至大论》（也称《天文大 全》），在中世纪被推崇为标准的 权威天文著作。他的地心说与张衡 的混天说有很大相似之处，但更进 步一些。托勒密的地球中心说之所 以被推崇，是因为教会发现可以利 用它来为上帝创造了人并将其置于 宇宙中心的宗教作论证。
天文学的起源（9）
中国古代天文学成就之二——天文观测
在汉代，我国已有了关于太阳黑子、新星、超新星的明 确记录，对日食、彗星、北极光均有细致形象的描述。
例如：我国有1000多次日食和 100多次太阳黑子的记录， 至少有 180次以上的流星雨记载，堪称世界之最。
从公元前240 年到1910 年，哈雷彗星共出现29次，我国 都有详细的记载。关于新星和超新星的爆发，从公元前13年 到1700年，共记录到约90颗。
托勒密与天文学
托勒密还形成了一种天文学的研究方法，这就是： 首先，注重天象观测。他的地心说是在许多世代积累的天 文资料以及自己20多年的实际观测的基础上建立起来的； 其次，建立假说模型。在解释现象时采用一种能够把各种 事实统一起来的最简单的假说； 第三，运用几何论证。他主张把天文学建立在“算术和几 何学的无可争辩的方法”之上； 最后，检验理论结果。他把由假说模型进行演绎得出的定 量的理论结果，重新和实际观测不断对照，逐步修正和完善自 己的理论。在托勒密的研究方法中，最为突出的是几何图象和 定量分析，它成为古希腊天文学的主要特色。
西汉(公元前206 －公元8年)时期的古星 图。原图长 50厘米， 宽48厘米。1973年湖 南长沙马王堆三号墓出 土。
原图《星占》部分 在天蝎星座和北斗之间 绘有二十九幅彗星图。 所绘彗星有三种不同的 彗头，四种不同的彗尾， 说明当时对彗星形态的 观察已很精确，分类也 很科学，反映了我国当 时天文学的突出成就。
位于英国索尔兹伯里北面的巨石阵(Stonehenge)。其主轴线指向夏至时日 出的方位，其中有两块石头的连线指向冬至时日落的方向。人们猜测，巨 石阵是远古人类为观测天象而建造的。
天文学的起源（1）
古埃及天文学
古埃及人擅长研究历法、 季节和用天文的方法测定方 向。
公元前20或30世纪里， 每年天狼星解同太阳东升以 后不久，尼罗河即发生泛滥， 对这一现象的不间断观测， 古埃及人测得一年大约有若 干日，这便是太阳在繁星间 复回到相同方位所需要的时 间。
近代天文学的诞生与发展(4)
夫琅和费制造出分光镜，发现了太阳的光谱线.
夫琅和费正 在做分光镜 实验
建于1675年的英国格林威治天文台
印度德里古天文台，建于1724年，置有十几件巨型灰石或金属结 构的天文仪器。
位于美国加利福尼亚州圣克鲁斯的 利克天文台(Lick Observatory)
位于美国威斯康星州威廉斯湾的叶凯士天文台 (Yerkes Observatory)
丹麦天文学家第谷（1）
丹麦天文学家第谷·布拉 赫以毕生精力进行观测，获 得了大量数据资料，为开普 勒行星运动三定律的研究作 了充分准备。
右图为第谷建立的天文台
丹麦天文学家第谷（2）
第谷制作的天球仪， 上面标有1000颗星的 位置
1708出版的《和谐的 宇宙》卷首插图，图 中人物为哥白尼，托 勒密，伽利略.
托勒密手持象限仪测量月亮的高度
天文学的起源（8）
托勒密宇宙体系
托勒密地心体系
天文学的起源（9）
哥白尼“日心说”的建立
经过30多年的深入研究，哥白
尼于1539年写出了天文学史上的伟
大 著 作 《 论 天 球 的 旋 转 》 （ De
revolutionibus
orbium
coelestium，原译《天体运行论》）
天文学的起源（13）
中国古代天文学成就之四——天文观测仪器
公元1276年由郭守敬在浑仪的基础上进行改造创制了简仪 , 现 陈列于南京紫金山天文台。
天文学的起源（14）
中国古代天文学成就之四——天文观测仪器
地平经仪,现陈列于北京古观象台
纪限仪,现陈列于北京古观象台
天文学的起源（15）
中国古代天文学成就之四——天文观测仪器