天文學概念

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天文學概念范文第1篇

Electronic Imaging in

Astronomy

2009

Hardcover

ISBN 9783540765820

Ian S. Mclean著

現代天文學非常依賴于對宇宙中微弱光信號的觀測和解釋。1970年貝爾實驗室首次發表了電荷耦合器件(CCD)的概念,天文學家看到了CCD對天文觀測的重要性,于是主動參與或支持專為天文設計的CCD 芯片研制。時至今日,CCD 芯片已經廣泛用在天文臺上,專業的天文CCD芯片已近乎完美。

本書講述了近年來在天文觀測上取得的巨大發展成就。從1970年的CCD到當前超大望遠鏡時代,內容涉及了整個光譜范圍內獲得天文圖像的主要方法和技術。并使用CCD的發展過程將一系列天文學上的電子成像技術及方法聯系起來。

全書共14章,1.天文學中電子成像及其發展歷史;2.如何克服大氣層影響及自適應光學的應用;3.介紹了天文望遠鏡以及目前最新的超大天文望遠鏡技術;4.闡述了天文觀測儀在天文發現上發揮的重大作用,同時說明分光儀和攝影機的工作原理;5.描述了天文學上觀測儀的分類,并介紹了半導體;6.進一步地講述了天文觀測儀的設計和建造。7-8.分別描述了CCD的工作原理和實際運作;9.描述了絕大多數電子成像儀器的校正問題,介紹了平場、信噪比等概念;10.介紹了圖像處理和分析技術。接下來幾章使用CCD的發展歷程把各個波長下的電子成像技術聯系了起來;11.紅外波長下的電子成像;12.紫外波長、x射線及γ射線波長下的電子成像。13.亞毫米波和無線電波長下的電子成像。14.對未來的天文觀測做了展望,描述了新的天文觀測儀的應用前景。

本書作者麥克萊恩教授是將電子成像系統應用到先進天文觀測儀中的世界性權威專家之一。他1974年在英國格拉斯哥大學獲得天文學博士學位。在愛丁堡皇家天文臺工作的十年間他開發了第一個基于CCD成像的分光偏振儀。他在凱克天文臺任職的10年間,也多次研制具有開創性的天文儀器。

本書講述了一系列基本的天文觀測技術和方法。使用詳細的案例研究重點闡述了攝影機、光譜儀、望遠鏡等天文觀測儀的工作原理和技術。適合光電專業讀者及對現代觀測天文學感興趣的高年級大學生和研究生閱讀。

張永杰,博士生

(中國科學院力學研究所)

天文學概念范文第2篇

美國資深科學記者達娃?索貝爾的《一星一世界》，英文書名是“The planets”，最省事的譯法當然是《行星》。但好像很多書都用過這個名字，而且那些已經習慣了調味刺激的讀者會嫌它平淡，所以中文版用了現在的書名――這是我瞎猜的。

這娃?索貝爾在中文版序里表示，這本書是專門寫給缺乏天文學知識背景的讀者看的。她又說：“在英語中有一個助記句子，幫助學童記憶行星的名字和它們距離太陽由近至遠而排出的次序，而在漢語中就找不到與之對應的句子。”的確，中國的學校和家庭歷來缺少讓小孩學點宇宙知識的傳統，除非是考試必需。索貝爾的話促使我搜索了一下大腦，覺得漢語里的“金術水火土”也許沾了點行星的邊。不過這個詞組最初大概是出自算命先生和老中醫的口訣吧?

如今的學生應該都能說出(或九大)行星的名稱，甚至排出它們距離太陽的次序。但那都是概念化科普的成績，跟長達100位的π值一樣，靠家長和老師耳提面命才背熟的。可是那些家長和老師1000人里找不出3個能指出天上哪個是火星，哪個是木星。其實想想也沒啥了不得的：現今能走出國門的也不過千分之五六，天上的星星比陰曹地府還遙遠，不知道那里的事炒股票還會虧?――那倒也是一種瀟灑活法。只是人們除了有飯吃、有房子住、有錢花，還會有些好奇心：本年度哪部大片能被奧斯卡看好？乾隆皇帝到底是不是海寧陳閣老生的？某女星真的被某大腕所包?……林林總總，吊人胃口。于是就有了易中天講歷史，于丹講《論語》，馬未都講古董，等等。達娃?索貝爾寫的天文科普書，也是為了滿足一些人對天上事情的好奇心。

職業天文學家出身的作家卞毓麟先生說，索貝爾的寫作風格近乎阿西莫夫。這位科普太師的書卞老師翻譯過很多本，他的心得當然是有根據的。我自小喜歡法國天文科普名著《大眾天文學》，百看不厭，覺得《一星一世界》的內容安排上，跟《大眾天文學》第二分冊(太陽和太陽系)有點相像。兩本書都是逐個介紹太陽和行星(包括地球)，也都完全避開了一般讀者難以明白的專業概念和數學公式。還有，兩本書都把人類對一個星球的探索和發現史為主線，介紹了與之相關的科學家趣聞軼事，以及各國與行星有關的歷史、民俗掌故，信息量、故事量很密集，并且都選用了頗耐人尋味的詩篇。

我特別欣賞的是，為了避免讓讀者讀著厭倦，索貝爾在撰寫不同章節(也就是介紹不同行星)時，不斷嘗試改變陳述形式：

――寫到火星，就讓那塊據說蘊藏微生物的著名火星隕石(NASA這幾年似乎已不好意思提起此事了)作擬人化獨自，娓娓道出火星世界的環境，它“自己”戲劇性來到地球的經過，以及在南極冰原上被科學家采集到的情景。

――土星一章則以音樂為主線。如果我是電臺的DJ，完全可以按照索貝爾的講述編輯一檔介紹土星的配樂節目。

天文學概念范文第3篇

關鍵詞：校本化；高中歷史；科學史

科學史是溝通自然科學和人文學術的最好橋梁。通過科學史的訓練和熏陶，不僅可以培養文理兼通的人才素質，而且還可以優化人才的知識結構，這是其他學術無法替代的。科學史是人類文明發展的一個重要組成部分，如果不懂科學史，就不能真正理解社會發展的歷史。就科學高中的培養目標而言，大部分畢業生將會從事理工科專業的學習和工作。而一個從事科學技術工作并且力求在科學技術上有所創新的人，如果對科學的發展缺乏整體上的了解，不能掌握科學技術發展的規律以及其他學科對本門學科的影響，就很難有所成就。因此，開設科學史這門課程尤為必要。這門課程重在還原人類認識自然界的本質和運動規律的發展歷程，揭示科學發展的一般規律，特別是向學生提供著名科學家、發明家解決問題的思路和方法，進而為科高學子在科學研究的道路上提供借鑒，讓他們站在巨人的肩膀上，走得更遠。以下為科學史的具體學習要點：

一、科學史的意義與研究現狀

1.了解科學史的確立及其諸種功用，理解科學與正確之間的關系。2.掌握科學史研究中的內史和外史，了解科學史在中國的發展現狀。

二、古希臘的科學與哲學

1.了解古希臘科學產生的背景。2.概述古希臘賢人對萬物本原的探究，認識對萬物本原的探究意義。3.了解亞里士多德在自然哲學、邏輯學以及系統的經驗考察等方面的貢獻。4.知道古希臘在數學、物理、天文學等方面的貢獻，理解其對古代世界的影響。

三、古代中國的自然觀與科學技術

1.知道天人感應與天人相分及宇宙演化思想，理解中國古代的時空觀念。2.了解天文學上的曠世之爭――渾蓋之爭，認識其對中國天文學發展的影響。3.概述中國古代傳統數學、計時技術和測向技術的發展演變。

四、阿拉伯的科學及科學在歐洲的復興

1.概述阿拉伯科學產生的歷史背景，了解其與古代希臘羅馬文化的淵源，認識“翻譯”為阿拉伯科學的真正起點。2.了解阿拉伯在數學、天文學、醫學、光學和化學方面的發展，理解阿拉伯科學的世界意義。3.了解基督教、亞里士多德思想以及農業技術革命對中世紀歐洲科學發展的影響，認識“1277大譴責”對人們打破亞里士多德思想對科學的束縛作用。4.理解文藝復興、宗教改革以及不同文明間技術的交往對歐洲近代科學革命的影響，準確把握宗教與科學的關系。5.了解培根倡導的實驗、哈維的血液循環說以及數學的新進展對科學在歐洲復興的作用。

五、近代科學革命――天文學、新物理學、數學、化學

1.理解哥白尼《天體運行論》在近代天文學方面的革命性作用，了解伽利略望遠鏡以及第谷的精密天文學對傳統天文學的沖擊，概述開普勒三大定律對哥白尼天文學的繼承與批判，理解近代天文學革命是近代科學革命的切入點。2.說明斯蒂文鏈、伽利略的實驗方法、笛卡爾的機械主義方法論、牛頓的萬有引力定律和物體運動三定律等對近代物理學發展的意義，明確近代物理學是近代科學的核心領域。3.了解微積分的創立，列舉笛卡爾、費馬、牛頓、萊布尼茨、歐拉、拉格朗日等人在微積分發展過程中的貢獻。4.概述古代煉金術對近代化學產生的影響，了解波義耳、拉瓦錫對近代化學誕生的貢獻。

六、生物學的重大突破――從進化論到遺傳學

1.了解達爾文進化論提出的背景以及達爾文的生平，認識其個人經歷對其提出自然選擇的進化論的影響。2.認識孟德爾定律，理解孟德爾被稱為現代遺傳學的奠基人的原因，了解遺傳基本因子――DNA的發現對遺傳學發展的意義。

七、物理學的新突破

1.了解電磁學理論的建立和通信技術的發展，認識其對第二次工業革命的作用。2.簡述能量守恒定律和熱力學定律的建立過程，理解熱力學第一定律與能量守恒定律之間的關系，并說明熱力學的基本定律對化學、天文學等學科發展的影響。3.了解狹義相對論的兩條基本原理，概述廣義相對論的三大驗證，說明對廣義相對論正確性的認識。4.了解愛因斯坦對量子論方面的貢獻，理解相對論和量子力學之間的關系，認識量子力學的測不準原理。

八、數學的新時代

天文學概念范文第4篇

1．水晶球體系的形成。

同心天球體系的概念可以追溯到古希臘的Parmenides，甚至更早的 Pythagoras。〔1〕〔2〕但真正建立起可以定量描述天體運動的體系是Eudoxus，他的工作在文〔2〕中保存了一個梗概，較詳細的內容則見于公元六世紀時Simplicius對亞里士多德(Aristotle)《論天》一書所作的注釋中。Eudoxus采用一套以地球為中心的同心球組，通過各球轉軸的不同取向以及轉速(皆勻速)和轉向的不同組合來描述天體視運動。這一體系的建立在小輪理論的奠基人Apollonius之前百余年，比托勒密(Ptolemy)早四個世紀以上。后來小輪理論大行于世，Eudoxus體系遂湮沒無聞。直到十九世紀才有Schiaparelli作了系統研究〔3〕，發現Eudoxus體系已能描述行星的順、留、逆等視運動，其中對土星、木星很成功，水星亦尚可，金星很差，火星則完全失敗。有的學者持論稍嚴，認為只有土、木令人滿意。〔4〕

Eudoxus并未提出水晶球的概念。一般認為他只是用幾何方法來表示和計算天象，不過這個結論是從Aristotle和Simplieius著作中的第二手材料得出的，由于Eudoxus原著皆已佚失，第一手材料不可得。

Callippus對Eudoxus體系作過一些改進，而Aristotle在兩人工作的基礎上建立了水晶球體系。他的發展大致可歸結為三方面：

首先，他把Eudoxus假想的球層變為實體，并認為諸球層皆由不生不滅、完全透明、硬不可人的物質構成，水晶球之名即由此而來。日月行星和恒星則附著于各自的球層上被攜帶著運轉，整個宇宙是有限而封閉的，月球軌道以上的部分萬古不變。這意味著新星爆發、彗星、流星等天象只能是大氣層中的現象。

第二，Aristotle把Eudoxus原來各自獨立轉動的諸球變成一個整體，其轉動皆由最外層的天球傳遞下來。不過我們發現，在Aristotle原著中并沒有宗動天這一球層。他的安排是：“第一天為恒星天……恒星天為總動天”，并闡述說：“第一原理或基本實是創作第一級單純永恒運動，而自己絕不運動，也不附帶地運動。……又因為我們見到了所說不動原始本體所創作的宇宙單純空間運動以外，還有其他空間運動——如行星運動——那也是永恒的。”〔5〕這段話并不難理解，“不動原始本體所創作的宇宙單純空間運動”即指恒星天球的周日運動，由此帶動其他天球運動。可見恒星天球之上的宗動天當是后人所加，這一點值得注意。

第三，由于各天球不再是獨立轉動，他不得不引入一系列“平衡天球”來抵消上一層天球的運動，“而使每一天球下層諸行星得以回復其位置”〔6〕。不過平衡天球為何能反轉，他未說明。

2．托勒密與水晶球體系。

把托勒密(Ptolemy)的名字和水晶球體系連在一起，這在國內外著作中都很常見，但這樣做是有問題的。在《至大論》中，我們沒有發現任何水晶球的觀念。他在全書一開頭就表示他的研究將用幾何表示(geometrical demonstrations)之法進行。在開始討論行星運動時他說得更明白：“我們的問題是表示五大行星和日、月的所有視差數——用規則的圓周運動所生成。”〔7〕他把本輪、偏心圓等視為幾何表示，或稱為“圓周假說的方式”。顯然，他心目中并無任何實體天球，而只是一些假想的空中軌跡。

Ptolemy另一部著作《行星假說》在希臘文手稿中僅保存下前一部分，但在九世紀的阿拉伯譯本中卻有全璧。阿文本中的后一部分通常被稱為“假說Ⅱ”。其中出現了許多實體的球，但又與Aristole的體系不同。這里每個天體有自己的一個厚球層，各厚層之間又有“以太殼層”(ether shell)，厚層中則是實體的偏心薄球殼，天體即附于其上。這里的偏心球殼實際上起了《至大論》中本輪的作用。〔8〕不過“假說Ⅱ”在歐洲失傳已久，阿文譯本直到1967年才首次出版；況且其中雖有實體球殼，但與水晶球體系大不相同，因此Ptolemy的名字何以會與水晶球體系連在一起，和“假說Ⅱ”并無直接關系。其原因應該另外尋找。

然而，“假說Ⅱ”對中世紀阿拉伯天文學的影響卻不容忽視。阿拉伯天文學家曾提出過許多類似水晶球的體系。比較重要的有A1 Bat-tani，他主張Aristotle的體系。〔9〕稍后有Ibnal-Haythan，他對《至大論》中的幾何表示之法大為不滿，試圖尋求物理機制，因而主張類似“假說Ⅱ”中的體系。〔10〕Nasir ad-DinAlTusi則主張一種由許多大小不同的球相互外切或內切組成的體系，各球以不同的方向和速度旋轉，他自認為這是前人未得之秘。〔11〕此外還有A1Kazwini、Abu’l Faraj和Al Jagmini等，都詳細討論過水晶球體系。

“假說Ⅱ”既與《至大論》大異其趣，偏偏又只保存在阿拉伯譯本中，而類似的體系在阿拉伯天文學中又如此流行，因此有人懷疑“假說Ⅱ”中可能雜有阿拉伯天文學家的工作。〔12〕這是有道理的。

3．水晶球體系成為教條。

水晶球體系所以會成為教會欽定的教條，主要和Albertus Magnus及T．Aquinas師徒兩人的工作有關。Albertus以Aristotle龐大的哲學體系為基礎，創立丁經院哲學體系。〔13〕Aquinas則幾乎把Aristotle學說全盤與神學相結合。他也寫了一部對《論天》的注釋，巧妙地將Aristotle的天文學說與《圣經》一致起來。〔14〕并特別引用Ptolemy的著作來證明地心和地靜之說。〔15〕

這里必須強調指出，Aristotle的學說直到13世紀初仍被教會視為異端，多次下令禁止在大學里講授。此后情況才逐漸改變〔16〕〔17〕，1323年教皇宣布Aquinas為“圣徒”，標志著他的學說得到了教會官方的認可，這也正是Aristotle學說——包括水晶球體系在內——成為欽定之時。這一點在許多哲學史著作中都是很清楚的，但在科學史論著中卻廣泛流行著“亞里士多德和托勒密僵硬的同心水晶球概念，曾束縛歐洲天文學思想一千多年”〔18〕之類的說法，而且遞相祖述，這種說法有兩方面的問題。

首先，在13世紀之前Aristotle和Ptolemy的學說與其他古希臘學說一樣，在歐洲還鮮有人知，根本談不到“束縛”歐洲的天文學思想。即使從14世紀獲得欽定地位算起，能起束縛作用的時間也不到四百年。其次，水晶球體系是Aristotle的學說，雖然Aquinas兼采了Ptolemy的著作，但若因此就把水晶球的賬攤一份(甚至全部)到Ptolemy頭上，至少是過于簡單化了。特別是在科學史論著中，更以區分清楚為妥。

事實上水晶球體系與Ptolemy的幾何表示是難以相洽的。前者天球層層相接，毫無間隙；而后者是天體自身運動，在空間中劃出軌跡。C．Purbach在1473年已經明確指出這一點，為了調和兩者，他主張一種中空的水晶球殼，其內可容納小輪。〔19〕然而理論上的不相洽并不妨礙二者在實際上共存，天文學家可以一面在總的宇宙圖式上接受水晶球體系，一面用本輪均輪體系來解決具體的天文學計算問題，這種現象在水晶哉他蔡帚缽袖拋春少前相當普諞。

二 幾位著名近代天文學家對水晶球體系的態度

1．哥白尼在這個問題上的態度。

最近有人提出，哥白尼(Copernicus)主張以太陽為中心的—同心水晶球體系。不僅各行星皆由實體天球攜載，而且諸天球層層相接，充滿行星際空間〔20〕，理由是Copernicus那張著名的宇宙模式圖〔21〕多了一個環。我們認為這一說法未免穿鑿附會，很難成立。理由有四：

①由于行星與太陽的距離有一個變動范圍，因此圖中兩環之間的空間完全可以理解為行星的活動范圍；又因該圖只是示意圖，也就沒有必要給出精確的比例。②如果對圖的解釋有歧義，那顯然原書的文字論述更重要，但Copernicus在這一章中根本未談到過實體天球，文〔21〕全書的其他部分也沒有任何這類主張。相反他一直使用“軌道”(orbital circles)一詞，還談到“金星與火星軌道之間的空間”〔22〕，這些都是與實體密接天球完全不相容的概念。Rosen也曾指出，Copernicus即使使用“sphaeta”、“orbit”等詞，多數情況下也是指二維圓環，即天體的運行軌道。〔23〕③Copernicus既然主張日心地動，地球已成行星之一，那么如果設想既有公轉又有自轉的地球是被一個實體水晶球所攜載，無論如何無法與人們的直接感覺相一致。除非認為地球及其上的萬物都被“澆鑄”于水晶球體之內，如同琥珀中的小蟲那樣才行。④Copemicus在《要釋》中說得更明確：“Callipus和Eudoxus力圖用同心球來解決這個問題，但他們未能解釋行星的所有運動，……因此看來還是使用大多數學者最后都接受了的偏心圓和本輪體系為好。”〔24〕

2．第谷對水晶球體系的打擊。

第谷(Tycho)并不主張日心地動之說，但他卻給水晶球體系以致命打擊。1572年超新星爆發，他用各種方法反復觀測，斷定該星必在恒星空間，而按水晶球體系的理論，這種現象只能出現在月球下界。不過翌年他發表其觀測工作時，尚未與水晶球體系決裂。〔25〕1577年又出現大彗星，TYcho的觀測無可懷疑地表明：該彗星在行星際空間，且穿行于諸行星軌道之間。于是他斷然拋棄了水晶球，發表了他自己的宇宙新體系(1588)。他明確指出：“天空中確實沒有任何球體。……當然，幾乎所有古代和許多當今的哲學家都確切無疑地認為天由堅不可人之物造成，分為許多球層，而天體則附著其上，隨這些球運轉。但這種觀點與事實不符。”〔26〕Tycho反對水晶球的三條主要理由后來開普勒(Kepler)曾概述如下：①彗星穿行于諸行星軌道間，故行星際空間不可能有實體天球。②如真有層層水晶球，則必有巨大折射，天象將大異于實際所見者。③火星軌道與太陽軌道相割(這是Tycho體系的特點)，表明沒有實體天球。〔27〕

Tvcho對超新星和彗星的觀測是那個時代對水晶球教條最有力的打擊。對于其他反對理由，水晶球捍衛者皆可找到遁詞，比如折射問題，可以推說天界物質未必服從地上的光學定律；火日軌道相割問題可以用否認Tycho體系的正確性來回避；對日心地動說與水晶球的不相容也可仿此處理。但對于Tycho提供的觀測事實，就很難回避。S．Chiaramonti為此專門寫了兩部著作(1621，1628)，竟想釜底抽薪，直接否認Tycho的觀測結果。

3。開普勒、伽里略和其他人。

開普勒(Kepler)斷然否認有實體天球，并認為行星際空間“除了以太再無別物”〔28〕。伽里略(Galileo)除了嘲笑和挖苦水晶球體系的捍衛者，還力斥Chiaramonti著作之謬。〔29〕此兩人皆力主日心地動之說，他們對水晶球體系的態度無疑是Copernicus學說與水晶球體系不相容的有力旁證之一。

這一時期除了上述四位最重要的天文學家外，還有不少著名人物也反對水晶球體系。T．Campanella借太陽城人之口表示“他們痛恨亞里士多德……并且根據一些反常的現象提出了許多證據來反對世界永恒存在的說法”〔30〕。C．Bruno和W．Gilbert的態度更為明確，已有人注意到了。〔31〕

三 水晶球體系在中國傳播的情況

關于水晶球體系在中國的情況，李約瑟的說法影響很大。他認為“耶穌會傳教士帶去的世界圖式是托勒密-亞里士多德的封閉的地心說；這種學說認為，宇宙是由許多以地球為中心的同心固體水晶球構咸的”，又說“存宇宙結構問題亡，傳教士們硬要把一種基本上錯誤的圖式(固體水晶球說)強加給一種基本上正確的圖式(這種圖式來自古宣夜說，認為星辰浮于無限的太空)”〔32〕。他的說法曾被許多文章和著作引用，但是我們不得不指出，李約瑟的說法至少不很全面。

眾所周知，耶穌會土在中國所傳播的西方天文學知識，主要匯集在《崇禎歷書》中。這部百余卷的巨著于1634年修成之后，很快風靡了中國的天文界，成為中國天文學家研究西方天文學最重要的材料。1645年，又由清政府以《西洋新法歷書》之名正式頒行。此書采用Tyeho的宇宙體系，不僅沒有采用任何固體水晶球的說法，恰恰相反，它明確否定了水晶球體系： 問：古者諸家日天體為堅為實為徹照，今法火星圈割太陽之圈，得非明背昔賢之成法乎?曰：自古以來測候所急，追天為本，必所造之法與密測所得略無乖爽，乃為正法。……是以舍古從今，良非自作聰明，妄違迪哲。〔33〕

必須注意，這段論述的作者羅雅谷(Jacobus Rho)和湯若望(J．Adam Shall von Bell)皆為耶穌會士，這又從另一側面反映出天主教會欽定的水晶球教條在當時失敗的情形——連教會自己的天文學家也拋棄這個學說了。

雖然早期來華耶穌會土中利瑪竇(Matthaeus Ricci)和陽瑪諾(Emmanuel Diaz)兩人曾在他們的宣傳介紹性小冊子中傳播過水晶球之說〔34〕〔35〕，但其影響與《崇禎歷書》相比是微不足道的。況且他們僅限于談論宇宙圖式，而這并不能解決任何具體的天文學問題，因此也不被中國天文學家所重視。

清代中國天文學家對各層天球或軌道是否為實體有過熱烈討論。王錫闡主張“若五星本天則各自為實體”〔36〕，梅文鼎則認為“故惟七政各有本天以為之帶動，斯能常行于黃道而不失其恒；惟七政之在本天又能自動于本所，斯可以施諸小輪而不礙”〔37〕。這與Purbach的折衷想法頗相似。王、梅兩人是否受過水晶球理論的影響，目前還缺乏足夠的史料來斷言。何況當時“本天”一詞往往被用來指二維圓環，即天體軌道。而更多的天文學家認為連這樣的二維軌道也非實體。焦循說：“可知諸論皆以實測而設之。非天之真有諸輪也。”〔38〕江永也承認非實體：“則在天雖無輪之形質，而有輪之神理，雖謂之實有焉可也。”〔39〕阮元力言實體論之謬：“此蓋假設形象，以明均數之加減而已，而無識之徒……遂誤認蒼蒼者天果有如是諸輪者，斯真大惑矣!”〔40〕盛百二也說：“舊說諸天重重包裹皆為實體，乃細測火星能割人日天，金水二星又時在日上，時在日下，使本天皆為實體，焉能出人無礙?”〔41〕值得注意的是，焦循等人皆已領悟了Ptolemy“幾何表示”的思想。這一思想可以上溯到Eudoxus，而Copernicus、Tycho，直到Kepler，皆一脈相承。既然認為二維軌道也非實體，當然更不會接受三維的實體天球。事實上，幾乎所有的清代天文學家都接受Tycho宇宙體系，或是經過他們自己改進的Tycho體系，而不是水晶球體系。

Eudoxus的同心球體系被認為是數學假設，其本質與后來的小輪體系并無不同，而古希臘數理天文學的傳統即發端于此。Aristotle將其發展為水晶球體系，卻在很大程度上出于哲學思辨。但他或許帶有尋求天體運動物理機制的積極傾向，這種傾向后來一度在阿拉伯天文學中有所加強。當水晶球體系在14世紀成為教條之后，就束縛了天文學的發展，以至Galileo等人不得不付出沉重代價來沖破它。舉例來說，超新星、彗星和太陽黑子，本來無論地心說還是日心說都可以接受，但在水晶球體系中就不能容忍。水晶球體系傳人中國之后，如果曾起過某些作用的話，同樣也是消極的。比如王錫闡，他主張天球實體論，并由此認為火星與太陽軌道相割為不可能，因而試圖修改Tycho體系。如果他是受了水晶球理論的影響，那么這種影響看來只是引起了他思路的混亂，因為他對Tycho宇宙體系的修改是不成功的。〔42〕

參考文獻

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〔23〕E．Rosen，3 CopernicanTreatises，Dover，(1959)P．11．

〔24〕Copernicus，Commentariolus，〔23〕，P．57．

〔25〕Tycho，De Nova stella，H．Shapley，H．E．Howarth，A Source Book in Astronomy，Mc-Graw-Hill，(1929)P．13—19．

〔26〕Tycho，Opera Omnia，ed．Dreyer，Copehagen，1913—1929，Ⅳ，P~222．Quoted by 〔23〕，P．12．

〔27〕Kepler，Epitom Astrohomiae Copernicanae，411，Great Books Of the Western World，Encyclopaedia Britannice，(1980)，16，P·856--857．

〔28〕Kepler，〔27〕，P．857．

〔29〕Galileo，Dialogo，The Univ．Of Chicago Press，1957．

〔30〕T．CampaneHa：《太陽城》，陳大維等譯，商務印書館，1982。

〔31〕李約瑟，〔18〕，P．647－648。

〔32〕李約瑟，〔18〕，P．643－646。

〔33〕《西洋新法歷書》：五緯歷指卷一。

〔34〕利瑪竇：《乾坤體義》卷上。

〔35〕陽瑪諾：《天問略》。

〔36〕王錫闡：《五星行度解》。

〔37〕梅文鼎：《歷學疑問》卷一。

〔38〕焦循：《釋輪》卷上。

〔39〕江永：《數學》卷六。

〔40〕阮元：《疇人傳》卷四十六。

天文學概念范文第5篇

在現代天文學界和物理學界，有一個困擾現代物理學發展的重大難題，它就是被科學家稱為“世紀之謎”的暗物質。4月3日，諾貝爾獎得主、美籍華人物理學家丁肇中在日內瓦歐洲核子中心，首次公布其領導的阿爾法磁譜儀（以下簡稱AMS）項目在歷時18年后的第一個實驗結果：AMS已發現超過40萬個正電子，這些正電子有可能來自于脈沖星或者人類一直尋找的暗物質。據了解，這是目前世界首次在太空中直接觀測、分析到的高能量反物質粒子，讓人類首次打開了一扇從太空觀測宇宙射線的大門，人類對暗物質的理解和檢測實現新突破。

究竟什么是暗物質？人類為什么長期苦尋不得？發現它又有什么作用？

它無所不在，卻又無跡可尋，沒有它就沒有我們的宇宙，更談不上今天的人類，它就是暗物質。

想象一下，在一個漆黑的夜晚，你飛行在崇山峻嶺之上，你知道下面有連綿起伏的山巒，但是你無法看見。突然，山坡上幾戶人家的燈光進入了你的視野。這星點的燈光勾勒出了山的輪廓，同時也使你明白在遠處的黑暗中還隱藏著更大的山體。

現在，科學家們所面對的情況與此相似。研究證明，在宇宙中，包括我們熟悉的太陽、銀河系以及所有發光的物質，只是其中極小的一部分。相反，宇宙中的暗物質占了將近1/4，暗能量占了近3/4。我們身處的可能是一個原來從不了解的宇宙：一種完全不為人知的物質和能量正控制著我們，主宰著宇宙的未來。

如果不了解暗物質的性質，就不能說我們已經了解了宇宙。現在已經知道了兩種暗物質――中微子和黑洞，但是它們對暗物質總量的貢獻非常微小，暗物質中的絕大部分現在還不清楚，暗物質和暗能量仍然是現代天文學和物理學最大的謎團之一。而這一次，AMS項目的這批成果使得對暗物質的理解和檢測實現新進展。

自1933年起，科學家們就一直在暗物質是否確切存在這個問題上爭論不休。

大約75年前，人類第一次發現了暗物質存在的跡象。1937年，瑞士天文學家弗里茲?扎維奇發現，大型星系團中的星系具有極高的運動速度，然而星系的運行速度遠遠超出萬有引力公式計算出的結果，這表明除了人類已知的星系團核心物質對該星系的引力外，還存在其他引力，就此，天文學家現代意義上的暗物質概念由弗里茲?扎維奇提出。天文學家由此進一步推斷，在人類已知的宇宙物質之外，還有一種物質存在。

2006年，美國天文學家利用錢德拉X射線望遠鏡對星系團1E 0657-56進行觀測，無意間觀測到星系碰撞的過程，星系團碰撞威力之猛，使得暗物質與正常物質分開，因此發現了暗物質存在的直接證據。

2007年5月，美國宇航局報告說，一個天文學家小組利用哈勃太空望遠鏡，探測到了位于遙遠星系團中呈環狀分布的暗物質。天文學家們稱，這是迄今為止能證明暗物質存在的最強有力證據。

而此前的同年1月，由美國加州理工學院天文學家理查德?麥西所領導的一支科研團隊歷經數年最終繪制完成首張宇宙暗物質三維數字地圖。在三維地圖中，人們可以清楚地發現，隨著時間的流逝，暗物質的數量會變得越來越多，這與天文學界目前的理論完全吻合。此次繪制完成宇宙暗物質三維數字地圖，對于人類研究宇宙的起源以及未來演化具有極為重要的意義。

2009年12月，一則“美國科學家在廢棄的地下鐵礦中探測到兩個暗物質粒子”的消息，成為全球科學界的一件大事。科學家在美國明尼蘇達州北部一個0.75公里深的廢棄鐵礦中發現暗物質，又強有力地證實了暗物質的存在。

2010年歐洲和中國的天文學家宣稱他們在太陽附近發現了大量的暗物質。對于地球和太陽附近的太空中存在多少暗物質，專家們則不很確定。

自1937年后的70多年的研究、分析充分表明，這一至今未被人們觀測到的物質即“暗物質”在宇宙中的確存在，而且在宇宙中所占的份額遠遠超過目前人類可以看到的物質。

然而，盡管多年來的天文大尺度觀測結果間接驗證了暗物質的存在，但物理上直接的觀測證據到現在還沒有找到。也就是說，人類還不知道暗物質究竟以怎樣的形式存在，或許以別的人類未知的形式存在……

直到2012年7月4日，英國《新科學家》周刊報道提及，德國慕尼黑大學天文臺的約爾格?迪特里希及其研究團隊首次稱已探測到一個超星系團的絲狀物中的暗物質成分。這個超星系團名為“阿伯爾222/223”，距地球約27億光年。這才意味著暗物質在物理上的研究取得突破性進展。

這一次，阿爾法磁譜儀國際研究小組公布了最新的實驗結果：大約40萬個正電子可能來自暗物質粒子湮滅，未來數個月內或將揭開暗物質粒子之謎。這意味著暗物質之謎或將破解。

AMS項目的首要目的也是尋找宇宙中的暗物質及其起源。1995年，丁肇中率領的團隊開始進行阿爾法磁譜儀項目實驗，“AMS-01（阿爾法磁譜儀1）”于1998年6月隨美國“發現”號航天飛機升空開始科學探索。雖然“AMS-01”拿到了大量的數據，但并沒有發現科學家所要的暗物質和反物質。

此后，科學家開始研制“AMS-02（阿爾法磁譜儀2）”。 2011年5月16日，美國“奮進”號航天飛機執行最后一次任務，耗資5億美元將AMS-02送至國際空間站。

AMS項目這個國際空間站上唯一的大型科學實驗讓暗物質研究取得了突破性進展。由AMS探測的超過40萬個正電子，是當前最多的在太空中直接觀測、分析的高能量反物質粒子。此前包括美國費米望遠鏡等項目都曾觀察到過量正電子現象，但數據誤差很大。雖然誤差只有1%但相當于肉眼和精密顯微鏡的區別。