1、1第一节 西方天文发展史天文学，从无史可考，到现在粗具规模。从信仰崇拜的幻想世界，到理性科学的自由思想。我们走了很远。现在，让我们顺着历史的足迹，来看看天文走过的路，和西方先人们努力的足迹。 时间的洪流 上古的古文明中，直接影响现今西方天文学思想的，是巴比伦和埃及，印度。直接传承者便是希腊，罗马，建立了所谓古典天文体系。随之而来的近一千年中古黑暗时期中，科学思想被视为异端邪说，中国在这时期保存了相当多的观测资料，贡献不可谓不大。随着十字军东征，从前传至阿拉伯世界的天文知识又回流欧洲，风气渐开，教廷的束缚终于被打破，随后的三百年，科学突飞猛进。最后，我们踏上了月球，在你我的有生之年，人类也将踏上
2、火星，至于距离我们最近的半人马座 星？未来，是值得想象的。 1.上古天文学 天文学和所有科学一样，起源于需要。四季的判别，农耕的时间，乃至于对天象的敬畏崇拜，都造成了天文学的发展。 巴比伦文明：苏美人已能从月相来订出历法，并已知润月的观念。巴比伦人更改进并统一了历法，且订出了黄道十二宫。亚述人则更认识了黄道和白道，也订出了一星期七天的制度。随后的迦勒底人更可预测日月食，对于天文的观测也是有名的详实，对于五大行星的纪录更是如此。总言之，巴比伦文化为日后承接的希腊文化打好了良好的基础。 埃及文明：埃及的天文学是僧侣祭司的特权，埃及的天文学，在早期第三到第六王朝间发展最为快速，金字塔，太阳历的订定都
3、是在这个时期。比较特别的，是埃及人将一天分为昼夜，各分为十二小时，但由于随季节日夜长短会有变化，所以古埃及一小时的长度不是一定的。 印度文明；印度文明发源虽早，但发展较慢，后期天文发展还有受到希腊的影响。印度使用二十七星宿，他们将一个朔望月分为白月和黑月，又以月圆时月亮所在的星座命名该月份，是比较特殊的。 2.西方古典天文体系的形成 - 希腊时代 古希腊素有西方文明摇篮的美誉。从公元前八世纪的荷马时期起，由于巴尔干半岛上的希腊多山陆路交通不便，所以没有形成古代东方国家特有的中央集权体制，而形成了另一种新型的城市国家。在主要的城市国家里，城市平民在和贵族的抗争中取得了胜利，这些平民在外贸和扩展领
4、地的活动中接触到了外来的文化，又因为地近埃及，巴比伦，古埃及和巴比伦的天文知识也就这样为他们所吸收。这些平民，相对来说思想较开放，在这样的环境下使他们能够自由的进行科学研究和独立思考，一个百花齐放的时代便就此展开。 首先登场的是地处小亚细亚，和埃及以及巴比伦最为接近的爱奥尼亚，泰勒斯(Thales)是爱奥尼亚学派的始祖，他曾预言公元前 585 年的一次日蚀，制止了两个种族的战争。但后来波斯攻陷爱奥尼亚，此学派便渐趋没落。 随后而起的是意大利南希腊端民地上的毕达哥拉斯(Pythagoras)学派，毕达哥拉斯曾用船的桅杆，星星的高度，月食时的地球影来证明地球是圆的。但后来此学派因分裂和政治压迫而告
5、没落。爱奥尼亚学派没落之后，仅寻的学者移居雅典继续工作，毕达哥拉斯学派的学者也渐聚集在雅典，两派学者在雅典的聚集造成了雅典学派的兴起。柏拉图(Plato) 便是此学派代表人物之一，此学派的欧多克斯(Eudoxus) 用许多复杂同心球壳的套迭来证明行星的运动。亚理士多德(Aristotle)不仅支持此学说，并用恒星不动的理由来说明天动说的可信性。贺拉客利特(Heraclides) 则由观测水，金星，认为内行星绕日运动，这点对哥白尼的日心体系具有启发作用。公元前四世纪，马其顿兴起，公元前 338 年，整个希腊被纳入马其顿统治，随后的亚历山大大帝，更建立了跨欧亚非三洲的大帝国。后来亚历山大帝国崩溃，
6、他的大将托勒密占领埃及，由于他曾为亚理士多德的学生，故重视学术发展，在亚历山大城设立了一个规模庞大的研究教学机构，还有一间五十万卷书的图书馆，直接造成了亚历山大学派的产生。阿利斯塔克(Aristarchus)在那时首先提出日心说，但此想法超前时代太多，不为人接受。后来阿基米得记录下了这个看法，为一千多年后哥白尼的日心地动说起了重要的启发作用。阿利斯塔克也是第一个测量日月地距离，地球直径，黄赤交角的人。 托勒密王朝后来也脱离不了衰亡的命运，逐渐沦为罗马附庸，学术中心渐转移至罗德斯岛和爱琴诸岛，喜帕恰斯是这时代的代表人物，最大贡献是在观测天文学上，他的发现十分多，其中他编篡的星表，更在 1800
7、年之后，帮助哈雷发现了恒星的自行。曾被人称为天文学之父 。 喜帕恰斯的传人是托勒枚(Claudius Ptolemy) ，他的主要著作【大综合论】(Megale Syhtaxis)涵盖了希腊化时期所有的天文学成就。拖勒枚承认，行星的运动可以用地球运动来说明，但当时还不了解万有引力，所以他否定了这个说法。 后来的罗马人对于科学研究并不醉心，他们只学到了希腊人的科学知识。但并没学到希腊的研究精神，所以，罗马时代天文学的进展是很缓慢的。罗马本来的历法是阴阳合历，到了儒略、凯萨(Julius Caesar)的时代，已经和实际的时间差了三个月，于是废除了阴阳合历，采用太阳历，新修改后的历称为儒略历，现今
8、的七月就是 Julius 的变形。后来的奥古斯都(Augustus)把八月用自己的名字代替，也就是 August 的由来。 罗马帝国崩溃之后，传统的希腊知识被基督教义取代，天文学发展停滞。加上阿拉伯人入侵，毁掉了东方希腊文化的几个中心。希腊文化就此成为教科书名词，长达一千年的黑暗时代开始。3.日心体系和古典天文学的诞生 罗马帝国衰亡，随后文化中心的没落，日耳曼蛮族的入侵，基督教兴起。一直到十一世纪，希腊科学和所有的新科学思想被2教会以圣经的内容加以压制。欧洲直到十字军东征，才又接触到古希腊和阿拉伯的天文学。远洋航行技术的进步，造成天体导航的需求，和新航路的开拓，以及资本主义的发生。哥伦布和麦哲
9、伦随后完成了他们的伟大航行。教会的枷锁渐渐被打破了。由于观测技术的进步，到了哥白尼时代托勒玫地心体系中的圆不断增加至八十个之谱。如此复杂的系统，已使一些科学家感到不满。在十三世纪时，知晓天文的西班牙国王阿耳丰索就开了个玩笑，结果连王位都不保。哥白尼(Nicolaus Copernicus) 分析了托勒玫体系的行星运动，发现如果把三种共同的运动(周日旋转，周年运动，岁差) 用地球在运动来表示，则复杂的系统变得简洁明暸。他花了数十年的时间反复证明自己的论点无误，最后在临终前出版了【天体运行论】 ，改变了人们的视野。之后的布鲁诺，本为牧师，但一生为科学奋斗。他延伸哥白尼的学说，创造出了和我们如今认同
10、的宇宙观相当的思想。但在这种宇宙中，没有上帝的存在，于是他被教会视为公敌，于 1592 年被教会逮捕，八年后烧死在罗马。 开普勒(Johannes Kepler)幼年时在神学院接触哥白尼学说，后来在弟谷(Tycho Brache)麾下与其合作，最后继承了弟谷的观测数据，创出了行星运动三大定律。首先，他发现观测的资料和前人推算的值有 8左右的误差，而在一千条的火星观测数据中，都有相同的误差，他开始试着找出原因。归纳出了第一条行星运动定律- 行星在椭圆轨道运动，太阳在其中一个焦点上。随后又发现了第二定律- 面积定律和第三定律-行星公转周期平方和半长轴立方成正比，为牛顿的万有引力定律开辟了道路。 和
11、开普勒同时期的伽利略(Galileo Galilei)则是第一位用望远镜进行观测的天文学家。他看到了太阳黑子，月球的表面，木星的卫星，金星的盈亏，这些都证明了哥白尼学说的正确。最后他被教会逮捕下狱，屈打成招，签下悔过书，软禁终生。 稍后的牛顿(Issac Newton)生在教会控制较少的英国。他发现了统治行星运动的定律。古典天文学，至此趋于完备。5.18，19 世纪天文学的进展 首先登场的是哈雷(Edmond Halley)，他二十二岁时就因出版了一份南天星表而享有盛名，1705 年，他计算出了二十四颗彗星的轨道，发现有一颗是 1681-1682 出现过的，而且和 1607，1531 年彗星出
12、现的轨道也相近，于是他预言，下一次将会在 1758 年回归。到了 1758 年，哈雷彗星果然回来了，计算所依据的牛顿定律被大众完全接受，彗星是大气现象的说法也不攻自破了。 布拉德雷(J.Bradley)在误打误撞的情形下则发现了光行差，求得了更精确的光速数值。他晚年编制了一份庞大的星表，被誉为十八世纪最精密的星表，对近代研究恒星自行有伟大的价值。 十八世纪发现了一条行星位置的规律，将日地距离取为 1，则已发现的行星位置都符合 0.4+0.3*2n 的规律，称为提丢斯(Titius)定则，或称波德守则，于是人们在发现到了天王星后，又在火星和木星间找到了小行星带，根据天王星的轨道摄动，又找到了海王
13、星。值得一提的，最先计算出海王星位置的是一名英国的大学生亚当斯(J.C.Adams)，这是人们用牛顿力学发现的第一枚星体。 在欧洲文艺复兴的时期，东方的中国正处于积弱不振，科学衰落的时期。教会利用这个机会藉传扬科学知识为传教活动服务。当时许多派来中国的传教士都是欧洲一流的天文学家，但由于教规的约束，起初他们传扬的多半是中古世纪的古老科学思想。开始传扬日心说，已是十八世纪中叶之后的事了，那时日心说在欧洲已取得绝对的胜利。这些耶稣会教士对于介绍西方数学，天文学到中国，以及将东方古老天文学数据介绍至西方，有着相当的贡献。 如果说哥白尼创立了行星天文学，则恒星天文学之父应该是威廉、赫歇耳(W.Hers
14、chel)，他发现了太阳的自行(太阳朝武仙座方向运动)，又发现了互绕的双星系统，他在估计银河的距离时，也开始了恒星统计学的工作。 贝赛耳(F.W.Bessel) 则完成了之前许多天文学家想证明的恒星视差，证明了哥白尼地动说唯一未被证明的部份。人类也开始了可测定恒星距离的时代。 此时，分光仪，光度学，照相术也在天文上展露头角。分光仪使我们得到遥远星球的温度，化学组成，甚至视速度。光度学使我们精确地分析行星光度，照相术则使我们能摄取微弱天象。在 1850 年代，天体物理学诞生了。 1888 年，在天体物理学终于厘清星云星团的面目后，德雷耶耳(J.L.E.Dreyer)发表了星云星团【新总星表】(
15、简称 N.G.C.)，一直至今，这个星表还经常使用。5.二十世纪的天文学 天体物理学在二十世纪才利用于行星的观测上，南加州威尔逊天文台发现火星大气的成份不适于生物生存。金星上的红外线吸收带，表示有大量的二氧化碳。木星表面存在甲烷和氨分子。使得天文学家开始建立行星表面构造的理论。 1930 年，靠着照相术，汤鲍(C.Tombaugh)发现了预言中的冥王星。 莫理(A.C.Maury)则靠着十九世纪哈佛大学的观测数据，将恒星分成S 数类。最后罗素(H.N.Russel)发表了绝对星等对光谱型的统计图，世称赫罗图。 勒维特(H.S.Leavitt)则利用已知绝对星等的造父变星求出两个麦哲伦云的距离，
16、利用这种方法，很多球状星团的距离也被求出了。 1931 年，无线电工程师杨斯基(K.G.Jansky)发现了宇宙背景辐射，开始了无线电天文学，在无线电干涉仪发明以后，无线电狭着不受天候限制以及观测波谱广的优点，为天文研究方法造成了革命性的跃进。 1924 年，哈柏(E.Hubble)确定了仙女座星系是河外银河，开辟了河外星系的研究。二战后，星系集团的研究，更发现了本星系群，甚至超星系群。有人也发现，许多星系的运动方向都远离我们，再加上宇宙背景辐射的证据，于是，大霹雳宇宙学兴起。我们能到那儿去吗？ 二十世纪，除了天文学的进展之外。由于科技工艺的进步，人类终于有机会一偿千年以来的夙愿-到那儿去。但
17、很讽刺的，航天3科技的萌芽，却是由于战争的栽培。 冯布朗，为德国 V-2 火箭设计者，二战后来到美国，为美国太空计划贡献良多。但第一枚飞上太空的物体，是苏俄的史波尼克一号卫星。第一位航天员也是苏俄的盖佳林。美国不堪受辱，甘乃迪总统于 1961/5 发表六零年代送人类上太空的宣言，最后在太空竞赛中，美国从阿波罗(APOLLO)和诺瓦(NOVA)计划中择其易者，集全国之力，击败了苏联的龙特(ZOND) 计划。 七零年代之后，由于政治因素(美国陷于越战，民意自大) ，所以航天不再占有重要性的地位。但最近登陆火星的计划再度登上台面，也许，在 2012 年以前，人类真能踏上火星呢。 和哥伦布，麦哲伦，以
18、及希腊时代的思想家们一样，人们千百年来总是好奇着，自己的界限在哪儿，我们能够踏出太阳系吗？我们先看看前一页这张表。 （c 代表光速，v 为宇宙飞船速度， 为燃料效率，w/c 为喷射速度对光速比，质量比为出发时重/最后重）我们现在知道，光凭化学燃料是无法踏出太阳系的，现在有很多人提出了多种理论，核分裂，核融合，电浆推进，或是反物质，光帆，星际冲压这里面有些构想天马行空，有些十分可行，但要实现，也许需要再一次像登月竞赛一样的动机才可行吧？随着无线电天文学的发达，观测的精度也跟着增加，在 1980 年代，开始有人试着把无线电望远镜朝向天空，试着接收非地球传来的人造讯号。最近几年，一个精密的搜寻计划-
19、SETI 计划(有人翻成赛提)展开了。我们也曾多方送出信息，如果我们的银河系中真有智能生物，希望能获得回音。 到底外星人存在的可能性有多少呢？下面是【德瑞克公式】 ，后面的估算值是 Carl Sagen 博士所提出的。 N = R * Fp * n * Fl * Fi * Fc * L N:银河系中可能和人类同时存在的文明社会R:银河系中一年诞生的恒星数(10)Fp:在其中拥有行星的比例(1)n:此行星系中具备生命诞生和演化的行星数(1)Fl:在如此的行星系中拥有知性生物的比例(1)Fc:其中拥有星际通讯能力的比例(0.01)L:这个文明的寿命(10000000) 不管外星人是否存在，人类跨出
20、大气圈是必然的趋势。火星，也许会成为新人类的故乡。未来，浩瀚的星海，我们能到那儿去吗？附录：一、古文明之宇宙观 1. 埃及人认为星星是分布在天神的身上，而此天神弓着身体伏在大地上。 2. 希伯来人(圣经)：上帝创造天地与万物。 3. 中国人：盘古开天辟地。宇：四方上下三度空间的无极。宙：古往今来时间的无穷。 天外有天。 二、古文明的天文观测 1. 英格兰南方的石柱群(2800-2200 BC) ： 考古学家认为它是用以观测太阳与月亮升起的位置与时间，尤其是 Heelstone 是标示着夏至太阳升起的位置。 2. 犹加敦半岛（Yucatan）上的马雅文明的废墟 Caracol (AD 1000)
21、， 它的窗户的设计可能是为了便于观测金星和其它的星体。 3. 古代埃及人的观测： 1)20003000 BC，每年天狼星偕同太阳东升以后不久尼罗河即发生泛滥。 2)大金字塔的北面主要隧道正指向天龙 星Thuban, 右枢星，这颗星在金字塔修建的时代(3400 BC)，正是当时的极星。4. 北美阿那萨其神庙（AD1000） ，有近日点的标示。 萨克其万的 药 轮(medicine wheel)是（600 AD）美洲最古老的天文台，为的是观测夏至太阳升起的情形。 5. 中国的观测 1）周朝（文王）时期（2000 BC）即建有灵台（天文台） ，有测日影的圭表。 2）西汉在长安西地建灵台，其上有天文和
22、气象仪器。 东汉在洛阳的平昌门南建灵台，置有张衡所设计的浑象，侯风地动仪。3）唐代设立有仰观台(天文台)及观风台(气象台) 。 44）宋、元、明、清都有天文台的设计。 古文明的观测绝大部分是与季节、气候、或历法或天象的预警有关。而真正天文学 的发展可以说主要来自于希腊文明至（400 BC）以后，首先使用科学的方法， 来研究天体的现象与运动。 三、古希腊天文学人类的思考方法从神秘的改变为理性 著有大综合论(Megale Sysntaxis)，主张地心学说。用周转圆理论 (本轮与均轮) 来解释行星逆行，认为宇宙间任何星体绕地球运行的轨道皆为完美的圆形，托勒密的学说与宇宙模型主宰西方天文学思维将近 1500 年。 1. 天文学（科学）的黑暗期（AD1501500）： 托勒密之后，希腊文化完全坠入黑暗的境界。罗马帝国崩溃，人们放弃了希腊的知识传统，在基督教义的主宰，服从古人的权威，采取圣经中的宇宙观， 天文学和一切科学的发展都受到阻碍，再加上宗教战争，阿拉伯人的侵入， 更毁坏了希腊文化在东方的几个中心，很多无价的手稿都付诸一炬， 从此进入科学的黑暗时期。
