qiazyy2015-06-09

托勒密 哥白尼 牛頓 哈勃

四大天文學家

中的第一個阿里斯塔克（前310年-前230年）就是這方面的先驅之一。在他的《論太陽和月球的大小和距離》一書中，他利用前人阿納克薩哥拉對月相的解釋，巧妙地用幾何學原理來解決這個問題。當時尚未建立三角學，但他通過幾何推理仍得出了完全正確的方法。但由於測量角度的儀器不夠精確，月球呈現半圓的時刻也無法準確判定，造成誤差較大。他計算出日地距離是月地距離的18-20倍（正確值是400倍），進而推出太陽直徑約為月球直徑的20倍。隨後，他又利用月食現象比較了地球和月球的大小，得出直徑比例為2 ： 1（應為4 ： 1）。雖然他的計算誤差很大，但三者的大小順序卻是正確的，而且由此得到一個重要結論：太陽的直徑遠大於地球（至少是7倍）。這對當時人的觀念是很大的衝擊。 據阿基米德的記載，阿里斯塔克因而明確提出了日心說：“恆星與太陽是不動的，地球沿著一個圓周的周邊繞太陽運動，太陽則在軌道的中心”。而面對地球運動時何以觀察不到恆星運動的質疑，他也正確地指出，這是由於恆星與地球的距離，同地球的軌道直徑比起來極其巨大的緣故。

阿里斯塔克的日心說

是走在時代前面太遠了，以至於連阿基米德都反對，只有等哥白尼來重新提出。當時普遍流行的學說仍是越來越完善的地心說體系。而更精確地測定地球大小和日地距離的是埃拉托色尼（Eratoshtenes，前273年-前192年）。

埃拉托色尼

不但是四大天文學家之一，還長期擔任亞歷山大里亞圖書館館長，且多才多藝，同時也是“地理學之父”。晚年由於雙目失明不能閱讀，絕食自盡。 他認為地球是迴轉橢圓體，透過估算近似處於同一子午線上的兩個地方的緯度和距離，測算地球的球面大圓周長（赤道長度）。他的計算中有三個主要誤差，幸運的是差不多正好抵消，因此他的計算結果（25。2 萬Stade，約合 3。9萬公里）很接近正確值（4萬公里）。他測算出的日地距離 - 1。495億公里 - 也和現代數值驚人的接近。 埃拉托色尼在地理學上也有開創性的貢獻。他觀察到大西洋與印度洋潮汐相似，因此推論兩者相通，認為亞非歐三洲是一個巨大島嶼，可以繞過非洲南端航行到印度；並認為大西洋對岸有一塊南北向的陸地，啟發了後人去尋找新大陸；他的這一觀點為波塞冬尼烏斯（Posidonius）所反對，後者又低估了地球的大小，說只需向西航行7000 Stade就能到達印度 - 正是這個錯誤結論鼓勵了哥倫布的遠航。 最後兩位、也更重要的天文學家-數學家-地理學家，是喜帕恰斯（Hipparchus）和托勒密。他們分別是（平面和球面）三角學的創立者和發展者。喜帕恰斯發明了一種普遍方法，來解答一切將幾何中的兩類不同量度 - 長度和角度聯絡起來的問題，這就是三角學。他並且提出了弧度的概念，製作了第一張弧表，進而研究了球面三角（球面三角形的三角之和不等於π），並指出瞭如何測量地球上各點的經緯度來確定其位置。而托勒密改進了三角學，並強調要把工作建立在“算術和幾何學的無可爭論的方法”之上；他進一步堅持，在測繪地圖時必須先正確測量經緯度。雖然這樣的確可以將地理學置於牢固的基礎之上，但當時的科學裝置尚不足以精確測定經度。儘管如此，他仍結合商人和探險家帶來的資料繪製出了很有啟發價值的地圖：東至馬來半島，西至直布羅陀和不列顛，南至尼羅河上游某湖泊，北至斯堪的納維亞和俄羅斯草原的廣大地區。

喜帕恰斯

在公元前160年至前127年之間，先後在羅德島和亞歷山大里亞工作，人稱天文學之父（至此自然科學各學科的開創者差不多都出場了）。他在羅德島上建立了天文臺，按巴比倫的方式將天文儀器上的圓周分為360°，併發明瞭許多天文儀器，他對角度的測量精度已經達到驚人的1/150°。 因此，他所測出的黃赤交角比埃拉托色尼更精確；他確定的迴歸年長度誤差小於6分鐘；他發現了歲差（天極與恆星間相對位置的緩慢變動，由地球自轉軸方向的轉動引起，每過2。58萬年轉動一週）並測得其大小為每年36秒（現代測定值50秒左右）；測得月地距離為地球直徑的33又2/3倍，月球直徑為地球的1/3。他還繪製了包含1080個恆星及其相對位置的星表，並在這個過程中發現了新恆星，從而打破了亞里士多德“天空不變”的說法。 喜帕恰斯是歐多克索（大家可能還記得，他還是窮竭法的創立者）開創的地心說體系的完善者，正是他使之成為嚴格的科學理論（是的，雖然這個理論已經過時，但在當時的確是天文學的一大進步）。他假定地球是中心，讓日月行星等天體在一個叫做“本輪”的軌道上運動，而本輪又在大得多的圓軌道“均輪”上繞地執行，這樣就可以解釋這些天體的視運動。均輪和本輪的位置大小都透過觀察確定，然後做成數表，可據以預測未來任何時候的天體位置，準確地預報日月食。這個理論可以成功地解釋天文現象達幾百年之久。 而

托勒密

（127年-151年，不是托勒密王朝的那個托勒密）進一步發展了喜帕恰斯的理論，寫成《天文學大全》一書（阿拉伯人稱之為《至大論》以表達他們的崇敬），是天文學的百科全書，直到開普勒的時代都是標準論著，有點類似於《幾何原本》、《圓錐曲線論》在數學中的地位。其中加入了一些觀察到的新現象，如月球執行的二均差。後人多把地心說直接歸於托勒密，這是不太妥當的；他還是科研工作中“剃刀原理”的最早提出者：在解釋現象時，採用能把各種事實統一起來的最簡單假說，便是正路。而這個原理恰恰是後世反駁地心說的利器。最後，托勒密在光學方面可能還是折射定律的發現者，雖然他的表述僅在小角度下成立

編輯本段其他發展歷程

約公元前2800年，新石器時代建築遺蹟巨石陣在英格蘭威爾特郡索爾茲伯裡（Salisbury）附近建成，它是一個圓形的土方建築，直徑為97。5米、320英尺，周圍有56個小坑（後來被稱為奧布里洞）。圓圈外的“底石”位置說明其與太陽崇拜和觀測有關。巨石陣可能是一個具有宗教作用的天文臺，藉助仔細排列的巨石來跟蹤太陽和月亮的運動。 公元前1300年，中國商朝確定太陽年為365。25天，在那時的歷法中，一年有12個月，每月有30天，並設定閏月使太陰年保持一致。 2世紀時，古希臘天文學家托勒密提出的地心說統治了西方對宇宙的認識長達1000多年。 16世紀，波蘭天文學家哥白尼才提出了新的宇宙體系的理論——日心說。 1608年，人們發明瞭望遠鏡，此後，天文學家就能夠更清楚的觀察恆星和行星了。 1610年，義大利天文學家伽利略獨立製造折射望遠鏡，首次以望遠鏡看到了太陽黑子、月球表面和一些行星的表面和盈虧。在同時代，牛頓創立牛頓力學使天文學出現了一個新的分支學科天體力學。天體力學誕生使天文學從單純描述天體的幾何關係和運動狀況進入到研究天體之間的相互作用和造成天體運動的原因的新階段，在天文學的發展歷史上，是一次巨大的飛躍。 19世紀中葉天體攝影和分光技術的發明，使天文學家可以進一步深入地研究天體的物理性質、化學組成、運動狀態和演化規律，從而更加深入到問題本質，從而也產生了一門新的分支學科天體物理學。這又是天文學的一次重大飛躍。 20世紀50年代，射電望遠鏡開始應用。 20世紀60年代，取得了稱為“天文學四大發現”的成就：微波背景輻射、脈衝星、類星體和星際有機分子。而與此同時，人類也突破了地球束縛，可到天空中觀測天體。除可見光外，天體的紫外線、紅外線、無線電波、X射線、γ射線等都能觀測到了。這些使得空間天文學得到巨大發展，也對現代天文學成就產生很大影響。 今天天文學家使用許多不同型別的望遠鏡來收集宇宙的資訊，天文學已進入一個嶄新的階段。絕大多數望遠鏡是安放在地球上的，但也有些望遠鏡被放置在太空中，沿著軌道運轉，如哈勃太空望遠鏡。現在，天文學家還能夠透過發射的航天探測器來了解某些太空資訊。 多年來，天文觀測手段已從傳統的光學觀測擴充套件到了從射電、紅外、紫外到X射線和γ射線的全部電磁波段 。這導致一大批新天體和新天象的發現：類星體、活動星系、脈衝星、微波背景輻射、星際分子 、X射線雙星 、γ射線源等等，使得天文研究空前繁榮和活躍 。 口徑2米 級的空間望遠鏡已經進入軌道開始工作。一批口徑10米級的光學望遠鏡將建成。射電方面的甚長基線干涉陣和空間甚長基線干涉儀，紅外方面的空間外望遠鏡設施，X射線方面的高階X射線天文設施等不久都將問世。γ射線天文臺已經投入工作。這些儀器的威力巨大，遠遠超過現有的天文裝置。可以預料，這些天文儀器的投入使用必將使天文學注入新的生命力，使人們對宇宙的認識提高到一個新的水平，天文學正處在大飛躍的前夜。