“天文學(xué)”簡介、含義、起源、歷史與發(fā)展

1、 HYPERLINK javascript:gotothis() 天文學(xué)翻開人類文明史的第一頁，天文學(xué)就占有顯著的地位。巴比倫的泥碑，埃及的金字塔，都是歷史的見證。在中國，殷商時代留下的甲骨文物里，有豐富的天文記錄，表明在黃河流域，天文學(xué)的起源可以追溯到殷商以前更為古遠(yuǎn)的世代。幾千年來，在人類社會文明的進(jìn)程中，天文學(xué)的研究范疇和天文的概念都有很大的發(fā)展。為了說明我們今天對天文這門學(xué)科的理解，本文將在第一節(jié)里首先介紹一下天文研究的特點。本文的第二節(jié)星空巡禮，是對目前所認(rèn)識的天文世界的幾筆速寫。在第三節(jié)里，我們舉出伽利略-牛頓時代天文學(xué)的一次飛躍，來對照當(dāng)前天文研究的形勢，希望借此探討天文學(xué)發(fā)展的

2、規(guī)律，并強調(diào)說明一次新的飛躍正近在眼前。我們不準(zhǔn)備、也不可能用這篇短文囊括天文學(xué)悠久的歷史和豐富的內(nèi)容（這是本書這一整卷的任務(wù)），而只是對它的特征、現(xiàn)狀和趨向作一個概括性的描述。為使讀者對天文學(xué)的輪廓有一個認(rèn)識，本文的第四節(jié)，用簡單的圖解方式介紹當(dāng)前天文學(xué)科各分支之間的相互關(guān)系。 天文學(xué)研究的特點天文學(xué)是一門古老的學(xué)科。它的研究對象是遼闊空間中的 HYPERLINK javascript:hotword(天體,26476) 天體。幾千年來，人們主要是通過接收天體投來的輻射，發(fā)現(xiàn)它們的存在，測量它們的位置，研究它們的結(jié)構(gòu)，探索它們的運動和演化的規(guī)律，一步步地擴(kuò)展人類對廣闊宇宙空間中物質(zhì)世界的認(rèn)識

3、。作為一顆行星，地球本身也是一個天體。但是，從學(xué)科的分野來說，“天”是相對于“地”的。地面上實驗室里所熟悉的那些科學(xué)實驗方法，很多不能搬到天文學(xué)領(lǐng)域里來。我們既不能移植太陽，也無法解剖星星，甚至不可能到我們所矚目的研究對象那邊，例如，到銀河系核心周圍去看一看。從這個意義上來說，天文學(xué)的實驗方法是一種“被動”的方法。也就是說，它只能靠觀測（“觀察”和“測量”）自然界業(yè)已發(fā)生的現(xiàn)象來收集感性認(rèn)識的素材，而不能像其他許多學(xué)科那樣，“主動”地去影響或變革所研究的對象，來布置自己的實驗。觀測，主要依靠觀測，是天文學(xué)實驗方法的基本特點。不斷地創(chuàng)造和改革觀測手段，也就成為天文學(xué)家的一個致力不懈的課題。宇宙中

4、的天體何止“恒河沙數(shù)”，而同類型的天體離開我們愈遠(yuǎn)看起來也愈暗弱。因此，觀測設(shè)備的威力愈益提高，研究暗弱目標(biāo)的能力就愈益增強，人的眼界就愈益深入到前所未能企及的天文領(lǐng)域，同時也就愈益擴(kuò)展到遙遠(yuǎn)的空間深處。天文觀測盡管可以看作是一種“被動”的實驗，但是，在浩瀚無際的宇宙空間中，從猶如滄海一粟的地球上所能進(jìn)行的實驗，無論是多么“主動”，多么“精確”，然而在規(guī)模上，在內(nèi)容和條件的多樣化上，都不可能同天文世界中大自然本身所演出的“實驗”相比擬。因此，天文觀測盡管帶有它所不可避免的“被動”性和由此而來的粗略性，卻仍然是、而且將永遠(yuǎn)是人類考察自然、認(rèn)識自然的一個必不可少的方面。認(rèn)識自然是改造（或利用）自然

5、的前提，而改造自然，也就是生產(chǎn)實踐，又往往是認(rèn)識自然的動力。天文學(xué)，作為一門以認(rèn)識自然為主題的自然科學(xué)，同生產(chǎn)實踐之間正是存在著這種辯證關(guān)系。與此同時，二者又各有自己的發(fā)展規(guī)律。天文學(xué)的發(fā)展規(guī)律，概括來說，總是表現(xiàn)為針對每一時期中學(xué)科本身的主要矛盾（也包括由生產(chǎn)課題向?qū)W科提出的矛盾），沿著觀測理論觀測的途徑螺旋上升。在這樣螺旋上升的發(fā)展過程中，天文學(xué)和其他學(xué)科一樣，并不是孤立地前進(jìn)，而是隨時都同許多鄰近學(xué)科互相借鑒，互相滲透的。它從應(yīng)用光學(xué)、無線電電子學(xué)以及各種工程、技術(shù)中汲取養(yǎng)料，創(chuàng)造獨特的觀測手段，而天文觀測手段的每一發(fā)展，又都給應(yīng)用科學(xué)帶來有益的東西。天文學(xué)借助于數(shù)學(xué)來分析天文觀測結(jié)果和

6、進(jìn)行理論演算，反過來，由于天文學(xué)上的應(yīng)用而發(fā)展起來的數(shù)學(xué)方法，又豐富了數(shù)學(xué)的內(nèi)容。物理學(xué)各個分支以及力學(xué)、化學(xué)等的研究成果，是天文工作的理論基礎(chǔ)，而天文學(xué)的各種發(fā)現(xiàn)以及天體的理論研究，又多次地反過來為物理學(xué)和其他有關(guān)學(xué)科開辟新的研究前沿。這說明各種學(xué)科之間的辯證關(guān)系，也正是包括天文學(xué)在內(nèi)的各門科學(xué)的共同特點。天文學(xué)的發(fā)展對于人類的自然觀發(fā)生重大的影響。 HYPERLINK javascript:hotword(哥白尼,3810) 哥白尼的日心學(xué)說（見 HYPERLINK javascript:hotword(日心體系,11661) 日心體系）曾經(jīng)使自然科學(xué)從神學(xué)中解放出來。 HYPERLINK

7、 javascript:hotword(康德,21015) 康德和 HYPERLINK javascript:hotword(拉普拉斯,25544) 拉普拉斯關(guān)于 HYPERLINK javascript:hotword(太陽系起源,28156) 太陽系起源的星云學(xué)說，在十八世紀(jì)形而上學(xué)的自然觀上打開了第一個缺口。在當(dāng)今的天文學(xué)前沿上，辯證法與形而上學(xué)、唯物主義與唯心主義的斗爭，仍然在持續(xù)地進(jìn)行。天文學(xué)研究中的一個重大課題是各類天體的起源和演化。在我們所觀測到的天體中，百萬歲的年齡算是很年輕的。太陽的年齡約為五十億歲，是一個中年的恒星?？墒牵祟惖奈拿魇菲癫贿^幾千年，而一個天文學(xué)家畢其一生也

8、不過幾十年的歲月。因此我們所能研究的天文現(xiàn)象，在天體的生命史中只相當(dāng)于一剎那的過程。從“一剎那”的觀測來探討百億年的演變，應(yīng)當(dāng)說是天文學(xué)研究的又一個特點。天文學(xué)家雖然無法進(jìn)行長達(dá)億年的觀測，但是可以觀測到數(shù)以億計的天體。一個天體的物理特征，除了反映出它的基本結(jié)構(gòu)以外，還反映它所處的演化階段，就像一個人的各種特征可以反映出他的年齡一樣。此外，天體的信息是通過輻射(比如光)傳給我們的。對于遙遠(yuǎn)的天體，光在旅途中要經(jīng)歷漫長的時間，比如說對于離我們一億光年的天體，光要用一億年才送到它的信息，而我們看到的則是它一億年前的形象。這樣，我們所觀測到的許許多多天體，展示給我們的是時間上各不相同的“樣本”。特別

9、是我們目前所看到的河外（銀河系以外的）天體，代表從百萬年直到上百億年前的各種“樣本”，包含著上百億年的演化線索。因此，通過統(tǒng)計分類和理論探討，我們就可以建立起天體演化的模型。這樣，天文學(xué)是在極其“短暫”的千百年時間里，以基本上“被動”的觀測方法，面向廣闊無邊的宇宙空間，探索各類天體在漫長時間歷程中的存在和演變。它不斷地從同代科學(xué)技術(shù)的寶庫中，充實自己的實驗武器和理論武器，同時也不斷地以自己的成就豐富這個寶庫。在科學(xué)相對真理的長河中，天文學(xué)循著觀測理論觀測的發(fā)展途徑，不斷把人的視野伸展到宇宙的新的深處。 星空巡禮現(xiàn)在我我們環(huán)顧顧一下目目前所認(rèn)認(rèn)識的天天文世界界。太陽和和太陽系系 HYPERLIN

10、K javascript:hotword(太陽,6649) 太陽是 HYPERLINK javascript:hotword(太陽系,23779) 太陽系系的中心心天體，占占有太陽陽系總質(zhì)質(zhì)量的999.886。太太陽系的的其他成成員: HYPERLINK javascript:hotword(行星,2927) 行行星、 HYPERLINK javascript:hotword(小行星,30239) 小行星星、 HYPERLINK javascript:hotword(彗星,32386) 彗星、 HYPERLINK javascript:hotword(流星,18863) 流星，都都繞著太太陽旋

11、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)。從天文文學(xué)的角角度看，地地球貴在在是一個個適于生生物存在在和繁衍衍的行星星。雖然然我們相相信宇宙宙間還會會有千千千萬萬個個能夠繁繁殖生命命的星球球，但以以目前的的科學(xué)水水平，我我們還不不能發(fā)現(xiàn)現(xiàn)它們。作作為行星星，地球球只是太太陽系的的一個普普通成員員。它的的直徑約約13，0000公公里，與與太陽相相距約11.5億億公里，每每年繞太太陽公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)一周。它它的物理理結(jié)構(gòu)和和化學(xué)組組成雖然然都有自自己的特特點，但但并不特特殊。連連地球在在內(nèi)，太太陽系內(nèi)內(nèi)已經(jīng)知知道的有有九個行行星，從從離太陽陽最近的的算起，依依次為 HYPERLINK javascript:hotword(水星,16922) 水

12、水星、 HYPERLINK javascript:hotword(金星,30263) 金星、 HYPERLINK javascript:hotword(地球,16441) 地球、 HYPERLINK javascript:hotword(火星,13270) 火星、 HYPERLINK javascript:hotword(木星,5636) 木星、 HYPERLINK javascript:hotword(土星,25244) 土星、 HYPERLINK javascript:hotword(天王星,25822) 天王星星、 HYPERLINK javascript:hotword(海王星,861

13、4) 海王星星、 HYPERLINK javascript:hotword(冥王星,28051) 冥王星星。它們們都沿著著同一方方向自西西向東繞繞著太陽陽轉(zhuǎn)動，軌軌道都是是橢圓的的。大多多數(shù)行星星的軌道道，都大大致在同同一平面面上。冥冥王星離離太陽最最遠(yuǎn)，軌軌道直徑徑約1220億公公里。但但太陽系系的疆界界可能還還要遙遠(yuǎn)遠(yuǎn)得多。除了水星和金星，太陽系的行星周圍都有 HYPERLINK javascript:hotword(衛(wèi)星,23598) 衛(wèi)星。地球有一個衛(wèi)星 HYPERLINK javascript:hotword(月球,19878) 月球，直徑約3，500公里，在太陽系里算是一個大型衛(wèi)星

14、。截至目前，除了幾顆尚待證實外，連月球在內(nèi)，已經(jīng)確知的衛(wèi)星共有34顆。小行星是太陽系里較小的天體，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并正式命名的有2，000多顆，其中最大的一顆谷神星，直徑約1，000 公里。大部分小行星分布在火星和木星的軌道之間。彗星也是太陽系中質(zhì)量較小的天體。絕大多數(shù)彗星沿著非常扁的橢圓軌道繞日運行。它靠近太陽時顯得十分明亮，而且拖著一條掃帚形的尾巴。流星體是太陽系內(nèi)更小的天體，大多數(shù)還沒有豌豆那樣大，質(zhì)量不到1克。流星體是固態(tài)的，也繞太陽轉(zhuǎn)動，但軌道千差萬別。它們進(jìn)入地球大氣層時，由于速度很高，同地球大氣的分子碰撞而發(fā)熱、發(fā)光，形成明亮的光跡，劃過長空，稱為流星現(xiàn)象。絕大部分流星體在進(jìn)入地球大氣時

15、化為氣體，也有一些比較大的或特別大的，在大氣中沒有耗盡，落到地面上便是 HYPERLINK javascript:hotword(隕石,25620) 隕石。太陽是地球上光和熱的泉源。從天文學(xué)的觀點來看，它還作為離我們最近的一顆恒星而占有特殊的地位。作為恒星來說，太陽既很普通又很典型。它在各類恒星中不算亮也不算暗，不算大也不算小。它的質(zhì)量約為2，000億億億噸，半徑約70萬公里。太陽的中心處在很高的壓力下，溫度約達(dá)1，500萬度。那里的高溫高壓條件導(dǎo)致熱核聚變，每秒鐘釋放的能量可供地球上按現(xiàn)在的消費水平使用1，000萬年。這種能量中的主要部分，輾轉(zhuǎn)經(jīng)歷千萬年的時間才傳到太陽表面，然后輻射到周圍的

16、空間中去。太陽由約71的氫、27的氦和 2的其他元素組成。表面溫度約6，000 度。作為太陽大氣外層的 HYPERLINK javascript:hotword(日冕,14395) 日冕含有溫度高達(dá)100200萬度的電子氣體。太陽外層大氣以及 HYPERLINK javascript:hotword(太陽磁場,11684) 太陽磁場，延伸到極其廣闊的太陽系空間。日面上經(jīng)常出現(xiàn)的以 HYPERLINK javascript:hotword(黑子,3899) 黑子和磁場為標(biāo)志的太陽活動，是宇宙電動力學(xué)現(xiàn)象的一個重要事例。這種活動趨于劇烈時便發(fā)生 HYPERLINK javascript:hotwo

17、rd(耀斑,7853) 耀斑爆發(fā)事件，表現(xiàn)為各種波長電磁輻射的突增和“高”能量質(zhì)點的拋射。這是天文世界中極為重要、極其復(fù)雜的能量聚集、存儲、引發(fā)和釋放過程的一個特寫，盡管在恒星世界中這還屬于一種較小規(guī)模的活動。隨著二十世紀(jì)天體物理學(xué)的進(jìn)展，我們已經(jīng)能夠大概地描繪出太陽（以及絕大部分恒星）的發(fā)生和發(fā)展的歷程。大約在50億年前，太陽的前身銀河系里的一團(tuán)塵埃氣體云，由于 HYPERLINK javascript:hotword(引力收縮,9888) 引力收縮，在幾億年中聚集成為發(fā)光的“星前”天體，隨即形成了太陽系的雛形。星前天體在繼續(xù)收縮中使中心部分愈來愈熱，當(dāng)溫度升至700萬度以上時，便產(chǎn)生核聚變

18、，也就是由四個氫原子核聚變?yōu)楹ぴ雍说摹皻淙紵边^程。氫燃燒釋放出的巨大能量使太陽內(nèi)部的輻射壓力和氣體壓力一起抵擋住進(jìn)一步的引力收縮，這時太陽便進(jìn)入了較為穩(wěn)定的平衡時期。太陽所含的氫估計足夠燃燒 100億年。太陽現(xiàn)在的年齡約50億歲，所以正處在中年。到了氫燃燒末期，太陽的核心部分主要是聚變的產(chǎn)物氦，外殼部分則仍以氫為主。由氦構(gòu)成的核心由于引力作用，愈縮愈密，氫包殼則在繼續(xù)燃燒中膨脹，使太陽變成表面溫度較低而體積很大的 HYPERLINK javascript:hotword(紅巨星,13089) 紅巨星。紅巨星的氦核心部分繼續(xù)收縮，直到中心溫度達(dá)到一億度時，開始了內(nèi)部的“氦燃燒”，也就是氦聚變

19、成碳的過程。到了氦燃燒末期，由碳構(gòu)成的核心不斷收縮，而其外殼可能很快膨脹成為與中心脫離的 HYPERLINK javascript:hotword(行星狀星云,2821) 行星狀星云，而中心體在太陽原始質(zhì)量的條件下不足以引起“碳燃燒”，就繼續(xù)收縮，直到形成密度非常大、亮度很低的 HYPERLINK javascript:hotword(白矮星,3024) 白矮星。恒星世界銀河系中估計有數(shù)以千億計的恒星，比較稀疏地分布在尺度約10萬光年的空間范圍里。在已經(jīng)研究過的恒星中，它們的化學(xué)組成大同小異（雖然這個小異絕不是無關(guān)緊要的），質(zhì)量的差別也不是很大：恒星最小的質(zhì)量大約為太陽的百分之幾，最大的不過為

20、太陽的 120倍。不同質(zhì)量的恒星在自己的各個演化階段中呈現(xiàn)出不同的顏色和光度。不同恒星的光度，以每秒鐘發(fā)出的能量來看，可能相差很大。例如一些 HYPERLINK javascript:hotword(超巨星,11770) 超巨星，光度可達(dá)太陽的200萬倍，而像白矮星那樣的暗星，光度則只有太陽的幾十萬分之一。當(dāng)然還有許多我們沒有能夠觀測到的那些并不發(fā)光或正在熄滅的星體，它們的光度等于或接近于零。許多恒星的光度發(fā)生引人注目的變化。其中 HYPERLINK javascript:hotword(變星,24584) 變星的光度變化是周期性的，周期從一小時到幾百天不等，也有的可以長達(dá)兩三年。另有一些恒星

21、的光度變化是突發(fā)性的，其中變化最劇烈的是 HYPERLINK javascript:hotword(新星,11688) 新星和 HYPERLINK javascript:hotword(超新星,20763) 超新星。它們是處在演化過程的某個轉(zhuǎn)折點上，內(nèi)部嚴(yán)重失去平衡，導(dǎo)致星體的劇烈爆炸。規(guī)模較小的可以引起光度突增幾萬至幾百萬倍，稱為新星，而規(guī)模大的則幾乎把星體全部質(zhì)量都拋射出去，這時的光度突變可達(dá)千萬倍至上億倍，稱為超新星。恒星的大小十分懸殊。盡管處在氫燃燒階段的各類恒星直徑相差最多不過幾百倍，但是在演化的某些階段上則不然，如包殼膨脹時形成的超巨星，直徑可達(dá)太陽的幾百或幾千倍。而演化末期的白矮

22、星和 HYPERLINK javascript:hotword(中子星,23230) 中子星，星體物質(zhì)高度壓縮，內(nèi)部密度分別可達(dá)水的十萬倍到百萬億倍，直徑分別只有太陽的幾萬分之一到幾十分之一。盡管各種恒星的性質(zhì)千差萬別，但是它們的演化幾乎都可以用核聚變?yōu)橹鞯睦碚搧斫忉?。事實上，只要確定星體的起始質(zhì)量和化學(xué)組成，就可以推斷出這顆恒星從誕生到死亡的每一個階段的物理特性。上面所說的形形色色的恒星，都可以被認(rèn)為是具有某種起始質(zhì)量的星體演化到某一特定階段的表現(xiàn)。恒星演化理論的建立，無疑是二十世紀(jì)天文學(xué)的一個重大成就。盡管這種理論并非無懈可擊，但是它為理解恒星的基本性質(zhì)奠定了堅實的基礎(chǔ)。而由此引伸出來的一

23、些結(jié)果，如化學(xué)元素的起源學(xué)說，以及包括 HYPERLINK javascript:hotword(黑洞,22290) 黑洞在內(nèi)的超密態(tài)天體的預(yù)測等，除了天文學(xué)上的意義外，對現(xiàn)代物理學(xué)的影響也是不可低估的（見 HYPERLINK javascript:hotword(恒星的形成和演化,30414) 恒星的形成和演化）。恒星在空間中常常不是孤棲獨處的。估計由兩顆星組成的 HYPERLINK javascript:hotword(雙星,30755) 雙星可能占全部恒星的三分之一。還有三、五顆星聚在一起的，組成 HYPERLINK javascript:hotword(聚星,13947) 聚星。也有幾

24、十、幾百乃至幾百萬個聚在一起的，形成 HYPERLINK javascript:hotword(星團(tuán),18590) 星團(tuán)。所有恒星都沉浸在 HYPERLINK javascript:hotword(星際物質(zhì),11814) 星際物質(zhì)的海洋中。星際物質(zhì)包括星際氣體和塵埃，平均密度約為每立方厘米一個原子。星際物質(zhì)高度密集的地方形成 HYPERLINK javascript:hotword(星云,24424) 星云。星云與恒星是天文世界中兩種互相矛盾又互相轉(zhuǎn)化的實體。星云是構(gòu)成恒星的原料，而恒星向空間拋射的物質(zhì)也成為星云的一部分原料。銀河系與河外星系夏夜仰望天空，可以看到橫貫天空的 HYPERLINK

25、 javascript:hotword(銀河,17665) 銀河。從 HYPERLINK javascript:hotword(望遠(yuǎn)鏡,2888) 望遠(yuǎn)鏡里看去，銀河帶實際上是由千千萬萬顆星星組成的。這個龐大的恒星集團(tuán)取名為 HYPERLINK javascript:hotword(銀河系,27053) 銀河系。在銀河系里，大部分恒星集中在一個扁球狀的空間范圍內(nèi)，側(cè)面看去像一只鐵餅。人們?nèi)庋劭吹降你y河正是這個“鐵餅”的一部分投影。在銀河系里，恒星的總數(shù)在1，000億顆以上，此外還有各種類型的銀河星云、星際氣體和塵埃。銀河系的扁球密集部分，直徑約十萬光年，中心厚約一萬光年；除了扁球系統(tǒng)外，還有一

26、部分恒星稀疏地分布在一個圓球狀的空間范圍內(nèi)，形成所謂的 HYPERLINK javascript:hotword(銀暈,14216) 銀暈。整個銀河系在轉(zhuǎn)動著，離開中心的距離不同，轉(zhuǎn)動速度也不同。太陽帶著太陽系的其他天體，以每秒250公里的速度繞銀河系中心轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)一周約需2.5億年。銀河系以外還有許許多多同銀河系規(guī)模相當(dāng)?shù)凝嫶筇祗w系統(tǒng)，它們曾被形象地稱為“ HYPERLINK javascript:hotword(宇宙島,23753) 宇宙島”，一般稱為河外星系，簡稱 HYPERLINK javascript:hotword(星系,8892) 星系。星系也聚成大大小小的集團(tuán)，有雙重星系、多重星

27、系以至由成百上千個星系組成的 HYPERLINK javascript:hotword(星系團(tuán),18732) 星系團(tuán)。用目前最大的望遠(yuǎn)鏡可以觀測到數(shù)以十億計的星系，其中離我們最遠(yuǎn)的估計達(dá)150億光年。河外星系按它們的形態(tài)可以分為 HYPERLINK javascript:hotword(橢圓星系,24754) 橢圓星系、 HYPERLINK javascript:hotword(旋渦星系,24209) 旋渦星系和 HYPERLINK javascript:hotword(不規(guī)則星系,10445) 不規(guī)則星系等類型。它們的演化歷程目前尚無定論。但是六十年代以來，許多正在經(jīng)歷著爆炸過程或正在拋射巨

28、量物質(zhì)的河外目標(biāo)，陸續(xù)進(jìn)入天文學(xué)研究的前沿。這些目標(biāo)包括 HYPERLINK javascript:hotword(類星體,2817) 類星體、各種 HYPERLINK javascript:hotword(射電星系,15454) 射電星系、 HYPERLINK javascript:hotword(塞佛特星系,4167) 塞佛特星系、 HYPERLINK javascript:hotword(蝎虎座BL型天體,19649) 蝎虎座BL型天體等，統(tǒng)稱為“活動星系”。對它們的研究涉及宇宙間規(guī)模巨大的能量產(chǎn)生、釋放和轉(zhuǎn)移的過程，同時也接觸到星系的發(fā)生和發(fā)展的線索。河外星系的觀測使天文研究的范圍擴(kuò)展

29、到以百億光年為尺度的廣闊空間，使我們對大尺度空間中的物理狀態(tài)有了實測的基礎(chǔ)，成為現(xiàn)代 HYPERLINK javascript:hotword(宇宙學(xué),24099) 宇宙學(xué)（研究大尺度空間中的空、時性質(zhì)和物質(zhì)運動規(guī)律的科學(xué)）的一個重要支柱。 人類認(rèn)識宇宇宙的兩兩次飛躍躍在這一一節(jié)里我我們將簡簡單地回回顧一下下天文學(xué)學(xué)的發(fā)展展歷史。恩恩格斯在在自然然辯證法法中指指出：“首首先是天天文學(xué)單單單為了定定季節(jié)，游游牧民族族和農(nóng)業(yè)業(yè)民族就就絕對需需要它。”古古代的天天文學(xué)家家測量太太陽、 月亮、 星星在在天空的的位置，研研究它們們的位置置隨著時時間變化化的規(guī)律律、從而而為農(nóng)，牧牧業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)的需要要確立了了

30、時間、節(jié)節(jié)氣和歷歷法。這這就是說說，是他他們最初初創(chuàng)建了了 HYPERLINK javascript:hotword(天體測量學(xué),18235) 天體測測量學(xué)，認(rèn)認(rèn)識到天天體運行行的規(guī)律律性，把把它應(yīng)用用到 HYPERLINK javascript:hotword(時間服務(wù),7976) 時間間服務(wù)和和歷書編編算（也也就是所所謂的“授授時”和和“編歷歷”）上上。千百百年來，天天體測量量學(xué)通過過授時和和編歷為為生產(chǎn)斗斗爭服務(wù)務(wù)，而生生產(chǎn)斗爭爭的發(fā)展展又不斷斷地促進(jìn)進(jìn)了天體體測量學(xué)學(xué)的發(fā)展展。早在十十六世紀(jì)紀(jì)以前，中中國的天天象觀測測已達(dá)到到非常精精確的程程度。中中國古代代天文學(xué)學(xué)家，如如 HYPER

31、LINK javascript:hotword(落下閎,23791) 落下閎閎、 HYPERLINK javascript:hotword(張衡,5473) 張衡、祖祖沖之（見見 HYPERLINK javascript:hotword(祖沖之父子,3945) 祖沖之之父子）、 HYPERLINK javascript:hotword(一行,3369) 一行行、 HYPERLINK javascript:hotword(郭守敬,3725) 郭守敬敬等，設(shè)設(shè)計制造造出精巧巧的觀測測儀器，通通過恒星星觀測，以以定歲時時，上百百次地改改進(jìn)歷法法。在西西方，古古代天文文學(xué)家傾傾注很大大力量，研研究行星

32、星在星空空背景中中的運動動。他們們年復(fù)一一年，精精益求精精地測量量行星的的位置和和分析行行星運動動的規(guī)律律，終于于導(dǎo)致了了中世紀(jì)紀(jì)哥白尼尼日心學(xué)學(xué)說的創(chuàng)創(chuàng)立。這這給當(dāng)時時的宗教教勢力以以有力的的打擊，是是歷史上上自然科科學(xué)在捍捍衛(wèi)唯物物主義、反反對唯心心主義的的斗爭中中取得的的一次輝輝煌的勝勝利。日心心學(xué)說的的發(fā)展到到十七世世紀(jì)達(dá)到到了高峰峰。 HYPERLINK javascript:hotword(牛頓,8170) 牛頓頓把力學(xué)學(xué)概念應(yīng)應(yīng)用于行行星運動動的研究究，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)和驗證證了 HYPERLINK javascript:hotword(萬有引力定律,23273) 萬有有引力定定律和力力學(xué)

33、定律律，并創(chuàng)創(chuàng)立了天天文學(xué)的的一個新新的分支支 HYPERLINK javascript:hotword(天體力學(xué),3478) 天天體力學(xué)學(xué)。天體體力學(xué)的的誕生，使使天文學(xué)學(xué)從單純純描述天天體的幾幾何關(guān)系系，進(jìn)入入到研究究天體之之間相互互作用的的階段。也也就是說說，從單單純研究究天體運運動的狀狀況，進(jìn)進(jìn)入到研研究造成成這些運運動的原原因。牛頓頓力學(xué)的的發(fā)展給給人類社社會，特特別是給給生產(chǎn)斗斗爭帶來來了革命命性的影影響；而而奠定力力學(xué)規(guī)律律的最精精確的“實實驗”，卻卻是從觀觀測太陽陽和行星星的運動動開始的的。這是是歷史上上最初把把宇宙空空間作為為實驗基基地的一一次巨大大進(jìn)展。古代的天文工作者日復(fù)

34、一日、年復(fù)一年、孜孜不倦地探索行星運動的規(guī)律，也許他們并未意識到這種勞動會在階級斗爭和生產(chǎn)斗爭中導(dǎo)致如此重大的結(jié)果。但是這個歷史事實卻告訴我們，無邊無際的宇宙空間作為科學(xué)實驗的基地，是人類認(rèn)識自然、改造自然的一個極其重要的陣地。這一段歷史，記載了那時的天文學(xué)家以極大的耐力(事實上，用了一、二千年的時間)不斷地積累資料，補充資料，使得天文觀測和分析的藝術(shù)達(dá)到了很高的水平，從而在一定程度上補救了天文學(xué)只能“被動”實驗的缺陷，也就是單純依靠觀測的缺陷。而他們在當(dāng)時的條件下選定了矛盾集中點的行星運動作為研究目標(biāo)，收到了很大的效果。在牛頓以后的二百年中，我們還看到了天體力學(xué)的發(fā)展給應(yīng)用數(shù)學(xué)以有力的推動。

35、從微積分到現(xiàn)在的數(shù)學(xué)物理方法，已成為現(xiàn)代科學(xué)中必不可少的工具。天體之間的引力作用雖然說明了許多天文現(xiàn)象（地球運動、 HYPERLINK javascript:hotword(潮汐,30659) 潮汐現(xiàn)象、太陽系天體乃至星團(tuán)、 HYPERLINK javascript:hotword(星系動力學(xué),27410) 星系動力學(xué)現(xiàn)象），卻不足以闡明天體的本質(zhì)。十九世紀(jì)中葉以來，物理學(xué)的重大發(fā)展把天文學(xué)推進(jìn)到一個新的階段。以測定天體亮度和分析天體光譜為起點的 HYPERLINK javascript:hotword(天體物理學(xué),4690) 天體物理學(xué)成為天文學(xué)科的一個新的生長點。十九世紀(jì)末到二十世紀(jì)初，量

36、子論、 相對論、 原子核物理學(xué)和高能物理學(xué)的創(chuàng)立，給了天文學(xué)以新的理論工具。研究天體的化學(xué)組成、物理性質(zhì)、運動狀態(tài)和演化規(guī)律，使人類對天體的認(rèn)識深入到問題的本質(zhì)。天體物理學(xué)帶來的第一個成就，是天文學(xué)家從此可以有根有據(jù)地談?wù)撎祗w的演化。天體物理學(xué)的誕生標(biāo)志著現(xiàn)代天文學(xué)的起點。天文觀測也在這時進(jìn)入到一個新的階段?；仡櫴呤兰o(jì)以前，天文工作者在漫長的年代里只是靠肉眼來觀測天象，能看到的星星不過六、七千顆。十七世紀(jì)， HYPERLINK javascript:hotword(伽利略,5369) 伽利略首創(chuàng)的天文望遠(yuǎn)鏡，使人類的眼界忽然大大開闊。隨著光學(xué)技術(shù)的發(fā)展(其中相當(dāng)一部分是出于天文學(xué)家本身的努力

37、)，望遠(yuǎn)鏡的口徑愈來愈大，人類的視野從我們周圍的太陽系，從太陽系所在的、由數(shù)以千億計的恒星和星云組成的銀河系，擴(kuò)大到銀河系以外廣袤無垠的空間。目前竭各種望遠(yuǎn)鏡“視力”所及，有數(shù)以十億計的河外星系呈現(xiàn)在我們眼前。這些種類繁多、 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、 內(nèi)容豐富、而大部分是非常遙遠(yuǎn)而暗弱的天文對象，需要有很大的望遠(yuǎn)鏡來進(jìn)行觀測，特別是分光觀測。二十世紀(jì)初以來，直徑2米直到56米的大型光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的發(fā)展，尤其重要的是近三、四十年來 HYPERLINK javascript:hotword(射電天文學(xué),28675) 射電天文學(xué)和 HYPERLINK javascript:hotword(空間天文學(xué),4435) 空間

38、天文學(xué)的相繼誕生，使天文觀測手段不但具有空前的探測能力和精度，而且使天文觀測的領(lǐng)域擴(kuò)展到了整個電磁波段。這就是說，除了肉眼可以看見的光波以外，天體的紫外、紅外、無線電、X射線、射線的現(xiàn)象也都能盡收眼底。十分明顯，我們的時代正在經(jīng)歷著天文學(xué)的一次新的巨大飛躍。觀測手段的飛躍使天體物理學(xué)進(jìn)入空前活躍的階段。如果說天體物理學(xué)在它誕生之初就對物理學(xué)作出某些貢獻(xiàn)，如從太陽光譜中發(fā)現(xiàn)了化學(xué)元素氦，對星云譜線的分析提供了原子禁線理論的線索，對太陽和恒星內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究獲得了熱核聚變的概念(見 HYPERLINK javascript:hotword(恒星內(nèi)部結(jié)構(gòu)理論,17349) 恒星內(nèi)部結(jié)構(gòu)理論)，從恒星演

39、化的理論引伸出元素綜合的假說（見 HYPERLINK javascript:hotword(元素合成理論,8253) 元素合成理論），那么，在最近十幾年來天文學(xué)上接連發(fā)現(xiàn)的新現(xiàn)象，可以說給物理學(xué)科，包括天體物理學(xué)和其他物理學(xué)科分支以一連串的沖擊。像 HYPERLINK javascript:hotword(紅外源,19101) 紅外源、分子源、 HYPERLINK javascript:hotword(天體微波激射源,31378) 天體微波激射源的發(fā)現(xiàn)對恒星形成的研究提供了重要的線索； HYPERLINK javascript:hotword(脈沖星,21026) 脈沖星、X射線源（見 HYP

40、ERLINK javascript:hotword(X射線天文學(xué),30483) X射線天文學(xué)）、射線源（見 HYPERLINK javascript:hotword(射線天文學(xué),8078) 射線天文學(xué)）的測定，則推動了恒星各階段演化的研究; HYPERLINK javascript:hotword(星際分子,20900) 星際分子的發(fā)現(xiàn)，吸引了生物學(xué)界和化學(xué)界的注意；類星體、射電星系和星系核活動等高能現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，對已知的物理學(xué)規(guī)律提出了尖銳的挑戰(zhàn)；結(jié)合各種類型星系觀測資料的積累和分析，星系演化和大尺度宇宙學(xué)的觀測研究也已經(jīng)提到日程上來。從近處看，人們最熟悉的太陽，由表及里都有一些意外的發(fā)現(xiàn)，如

41、太陽內(nèi)部“核工廠”中的“中微子失蹤案”，太陽表面層現(xiàn)象的脈動，日冕上出現(xiàn)的 HYPERLINK javascript:hotword(冕洞,9340) 冕洞，都向 HYPERLINK javascript:hotword(太陽物理學(xué),28053) 太陽物理學(xué)和物理學(xué)提出了新的課題；自從人造衛(wèi)星上天以來，日地空間物理學(xué)已經(jīng)取得了大量的新結(jié)果;宇宙飛船遠(yuǎn)訪行星，以及在月球、火星、金星上的著陸考察，使太陽系的構(gòu)成和演化的研究展現(xiàn)出嶄新的局面。這一切，標(biāo)志著天文學(xué)史上一次新的巨大飛躍帶來的成果，人們對于把廣闊無邊的宇宙空間作為科學(xué)實驗基地有了更深的印象和更大的信心。人們看到，這個基地有地面實驗室難以模

42、擬的物理條件：像星際空間中每立方厘米不到一個原子的高度真空，像中子星內(nèi)部每立方厘米包含著10億噸物質(zhì)的高密度，像脈沖星表面上強達(dá)一萬億高斯的磁場，像一些恒星內(nèi)部和一些恒星爆發(fā)時產(chǎn)生的超過100億度的高溫，像一些星系和星系核拋射物質(zhì)所具有的極高速度接近于光速、有的看起來甚至大于光速好幾倍的速度，宇宙空間中諸如此類的表演，絕不僅是地面的物理學(xué)、力學(xué)、化學(xué)乃至生物實驗室的簡單補充。事實上，人們意識到在這里交織著宏觀世界和微觀世界研究的前沿，可能正醞釀著人類認(rèn)識自然的一次新的突破，而這個勢頭目前還在增長。光學(xué)、射電和空間觀測手段的發(fā)展，給予天文學(xué)、物理學(xué)以及其他學(xué)科的沖擊，將反過來促進(jìn)天文觀測技術(shù)的迅

43、速發(fā)展，從而再導(dǎo)致更多的新發(fā)現(xiàn)。在這樣的背景下，當(dāng)前的天文學(xué)領(lǐng)域?qū)⑷找婕刑煳膶W(xué)、力學(xué)、高能物理學(xué)、等離子體物理學(xué)、數(shù)學(xué)乃至化學(xué)的重大課題，成為富有生命力的多學(xué)科交叉點。在不遠(yuǎn)的將來，口徑2米以上的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡將進(jìn)入空間，而大氣外的X射線、射線等觀測技術(shù)也將趨于成熟。隨著電子計算機、光學(xué)技術(shù)、 自動化技術(shù)的迅速發(fā)展，地面天文觀測設(shè)備，包括射電天文、光學(xué)天文和紅外天文的設(shè)備，將會產(chǎn)生下一代的巨大口徑的望遠(yuǎn)鏡組合系統(tǒng)，其檢測暗弱信息和分辨微小細(xì)節(jié)的能力將達(dá)到空前的程度。 HYPERLINK javascript:hotword(天體演化學(xué),5785) 天體演化學(xué)， HYPERLINK javascript:hotword(宇宙學(xué),29457) 宇宙學(xué)以及天體物理學(xué)其他分支學(xué)科的發(fā)展步伐將會繼續(xù)加速，而一些重要的物理學(xué)領(lǐng)域，如高能物理學(xué)、核物理學(xué)、引力論、等離子體物理學(xué)等可能在天文研究中找到重要的突破口。不難看出，盡管今天人類對天文現(xiàn)象的認(rèn)識遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過三百年前，但是當(dāng)前天文學(xué)的發(fā)展形勢卻同那時的大飛躍頗有相似之處。當(dāng)時天文觀測手段的巨大變革用望遠(yuǎn)鏡代替肉眼，發(fā)現(xiàn)了一系列以往夢想不到的天文現(xiàn)象；今天的變革用 HYPERLINK javascript:hotword(射電望遠(yuǎn)鏡,27083) 射電望遠(yuǎn)鏡和大氣外觀測手段把天文學(xué)的“視野”擴(kuò)展到全部電磁波段，又一次帶來以往難以