南京大学-天文学史-选修课

1第一讲绪论一、天文学史的研究对象天文学史是天文学的一个分支学科，也是自然科学史的一个组成部分，研究人类认识宇宙的历史，探索天文学发生和发展的规律。1．研究天文学的发展与人类社会发展的关系（1）天文学的发展促进了人类对客观世界的认识·人类认识世界，从而能动地改造世界·认识人类在宇宙中的地位，人类必须与自然界和谐相处·推动了人类思想史上的革命（2）天文学在人类社会和科技发展中前进·天文学在人类历史的进程中发展·观测技术的发展和测量精度的提高导致一系列新发现·哲学、数学、物理学等学科的发展推动了天文学的发展2．研究人类认识宇宙的历史过程人类对宇宙的认识经历了：由近及远、由浅入深、由表及里、由简及繁、由另及整的过程。3．天文学史的主要研究内容（1）研究天文学家的学术活动（2）人类认识宇宙有赖于观测手段的改进（3）在人类历史的早期，占星术与天文学有密切关系二．天文学史的分支学科1．按地域划分世界天文学史民族或国家天文学史2．按时代划分史前天文学（考古天文学）古代天文学中世纪天文学近代天文学现代天文学3．按分支学科划分例如：天体演化学史、宇宙论史、射电天文学史、空间天文学史、月球研究史、海王星发现史等等三．天文学史的研究历史1．中国的天文学史研究古代·二十四史中的天文志和律历志·古代著名天文学家近代·钱大昕、李锐、顾观光等·阮元主编《畴人传》现代·朱文鑫（1883－1938）·陈遵妫（1901－1991）·席泽宗（－）《中国天文学史》（四卷）·1957年成立中国自然科学史研究所·各天文单位和高等院校2．西方的天文学史研究中世纪末·哥白尼近代·贝利（1736－1793）2·德朗布尔（1749－1822）现代·古希腊以来的欧洲天文学史·埃及、美索不达米亚、中国、印度、玛雅天文学史安东尼亚迪（1870－1944）《埃及天文学》李约瑟（1900－199）《中国科学技术史》·考古天文学·古代天象资料的利用·现代天文学史O．斯特鲁维（1897－1963）《20世纪天文学》·天文学名著和主要论文选编沙普利（1885－1972）《天文学原著选（1543－1897）》《天文学原著选（20世纪）》兰和金格利奇《天文学与天体物理学原著选（20世纪）》·国际天文学联合会天文学史专业委员会·天文学史的专业学术刊物·大学天文学史系、专业·科学史研究机构四、研究天文学史的意义（1）有助于深刻地了解天文学（2）研究天文学思想史·探索认识宇宙的思维发展规律·掌握正确的宇宙观和方法论·丰富辩证唯物主义的认识论（3）研究中国天文学史·了解中国古代学术成就，增进爱国主义教育·了解中外天文学交流史，增强开放意识（4）探索天文学的发展规律，总结经验，提供借鉴（5）挖掘和利用古代天象记录，用于研究某些课题·超新星爆发·地球自转速率长期变化·太阳黑子活动·彗星运动（6）丰富科学文化史的内容，有助于历史学的研究·科学技术史·哲学史·世界文化史和民族文化史·年代学五、天文学发展分期概述1．古代天文学（史前——16世纪中叶）2．近代天文学（16世纪中叶——19世纪中叶）（1）哥白尼的日心说（1543）（2）天文望远镜的应用（1609）（3）万有引力定律的发现（1687）和天体力学的创立（4）康德（1755）和拉普拉斯（1796）的星云说以及天体演化学3的创立（5）近代天体测量学的兴起和天体力学的发展（6）银河系概念的确定（1785）3．现代天文学（19世纪中叶——现代）（1）分光术、测光术和照相术的发明及天体物理学的创立和发展（2）量子力学和相对论的创立（20世纪初）（3）河外星系的发现和现代宇宙论的发展（20世纪20年代）（4）射电探测技术（20世纪30年代）（5）空间探测技术（20世纪50年代）第二讲宇宙概观一、宇宙万物的尺度1．微观世界、宏观世界和宇观世界的尺度2．天文学中的单位光年光线在真空中传播一年中经过的距离。1ly＝94，605亿km≈9．5×1012km（附：光速c＝299，792．458km≈30万km／sec）天文单位大致上的日地平均距离。1au＝1．49597870×108km≈1．5亿km秒差距日地距离在恒星处的张角为1″，该处的距离。1pc＝308，568亿km1pc＝3．2616ly＝206，256au1ly＝0．307pc＝63，240au1au＝1．5813×10－5ly＝4．848×10－6pc.3．当前观测宇宙的尺度150亿光年—200亿光年二、宇宙的层次结构宇宙超星系团星系团星系星团星云恒星星际物质行星系统彗星流星体卫星系统三、太阳系概况太阳系的范围：引力范围－1光年大行星区域－40天文单位1．太阳2．地球3．月球4．大行星4水星、金星、地球、火星——类地行星木星、土星——巨行星天王星、海王星、冥王星——远日行星5．小行星6．彗星和流星体7．卫星和行星环四、银河系概况由恒星、星团、星云和弥漫物质集合成的系统。形状为扁平的铁饼形，绕自身的对称轴旋转，有旋臂成旋涡状，直径约10亿万光年，厚度最大约1万光年，包含约2000亿颗恒.1．恒星2．恒星集团双星和聚星星团：疏散星团、球状星团3．星云4．星际物质五、星系、星系集团和宇宙1．星系2．星系集团：双重星系、多重星系、星系群和星系团。3．超星系团4．宇宙第三讲古代天文学一、天文学的起源1．天文学现象的观察2．农牧业生产的需要3．占星术的推动二、史前时期的天文遗址和遗物（1）巨石阵位于英格兰索尔兹伯里平原，柏克人在BC1800－BC1400年间建造。（2）“魔轮”美国怀俄明州北部，早期印第安人建筑。（3）半坡和河姆渡遗址出土文物半坡遗址（约BC5000）出土陶器上太阳图案。河姆渡遗址（约BC4700）出土象牙饰物上日、月图案。山东出土陶片（约BC2500）。甲骨文（BC1300－BC1046）。三、古埃及天文学公元前四十世纪起在尼罗河流域出现农业定居区。古埃及第三王朝至第六王朝（BC2686－BC2181）文化十分繁荣，为金字塔时代。1．历法早期：年长360天。BC18世纪，由观测天狼星偕日升，定年长365天。BC13世纪，定年长365．25天。用漏壶计时。2．天体位置测量和天文定位BC11世纪发明麦开特（merkhet）测量天体位置。金字塔的建筑。53．宇宙观念关于世界生成的神话：天神努特(Nut)、地神盖伯(Geb)和空气阳光之神煦(Shu)。关于宇宙的结构。四、美索不达米亚天文学位于今伊拉克境内底格里斯河和幼发拉底河流域。BC40世纪－BC20世纪苏美尔－阿卡德时期。BC1894年－BC1595年古巴比伦帝国。BC1595－BC626先后为赫梯帝国和亚述帝国行省。BC626迦勒底人建新巴比伦王国。BC539波斯帝国灭新巴比伦王国。使用楔形文字。1．对天空的认识划分星座，发现五大行星。划分黄道十二宫。2．时间和历法一天内的时间计量。朔望月置闰的历法。星期的设置。3．宇宙观念五、古印度天文学包括印度河流域和恒河流域的广阔地区，涉及巴基斯坦、印度和孟加拉国。BC18世纪至BC7世纪称吠陀时期。1．历法2．月亮运动和二十八宿分黄道天区为27等分，称纳沙特拉（Nakshatra），意为月站。3．宇宙观念第四讲中国天文学史概述一、中国天文学的诞生（史前－西周）《尚书》记载，早在尧舜时代已设专门天文宫职，“乃命羲和，钦若昊天，历象日月星辰，敬授人时。”当时定平年12朔，若干年后加闰月，年平均长度366天。《尚书·尧典》，“期三百有六旬有六日，以闰月定四时成岁。”通过观测“昏中星”判断季节。夏朝后期（BC18世纪－BC16世纪），还观测“旦中星”和北斗星斗柄的指向变化更准确地掌握节令。“斗柄东指，天下皆春；斗柄南指，天下皆夏；斗柄西指，天下皆秋；斗柄北指，天下皆冬。”北极星商代（BC16世纪－BC11世纪）后期盘庚定都于殷。大量甲骨记载各种天象：日食、月食、新星和干支纪日等等。6西周时期（BC11世纪－BC771年）。把黄道和赤道区域划分为二十八宿，后来进而分为东南西北四宫与“四象”相配：东宫苍龙：角、亢、氐、房、心、尾、箕南宫朱雀：井、鬼、柳、星、张、翼、轸西宫白虎：奎、娄、胃、昴、毕、觜、参北宫玄武：斗、牛、女、虚、危、室、壁开始用仪器进行天文观测，已发明圭表。西周初周公在阳城（今河南省登封市告城镇）设立测景台。二、中国古代天文学的分期中国天文学的发展经历了以下几个时期，止于近代，中国确立了由西方传入的近代天文学。体系形成时期（从春秋－秦汉，BC770－AD220）各项内容大体已完备，一个富有特色的体系已经建立起来。张衡为代表。繁荣发展时期（从三国－五代，220－960）经历唐朝全面兴盛，在历法编算、仪器制造、大地测量和宇宙观念方面达到新成就。祖冲之、一行为代表。由鼎盛到衰落的时期（从宋初－明末，960－1600）宋代封建经济发展，科学技术得到推动，天文学也取得成就。元代以郭守敬为主导，中国传统天文学达到顶峰。明代统治腐朽，压制科技文化。明末“西学东渐”。取代传统天文学。中西天文融合时期（从明末－鸦片战争，1600－1840）耶稣会传教士利玛窦、汤若望等先后来华，徐光启等学习西方科技。出现民间天文学家。三、中国古代天文学的特点①精确完善的天文历法；②完整系统的天象记录；③灵巧精密的观测仪器。1．历法编制（1）中国古代历法的主要特点①使用干支纪日、岁星纪年和干支纪年法。从商代已实行干支纪日法。至从春秋鲁隐公元年（BC722）二月己巳日起日干支从未间断。②采用二十四节气。③十分重视朔的推算。④涉及内容十分广泛。中国历法的发展是中国天文学史的一条主线。（2）主要历法简介①“古六历”（黄帝历、颛顼历、夏历、殷历、周历、鲁历）先秦至汉初使用。取平均年长365．25日；朔望月长29．530851日；采用18年置7闰。颛顼历取立春为岁首，其余取冬至为岁首。②太历初汉武帝元封七年（BC104）由落下闳、邓平等制订。首次规定没有中气的月份为闰月；把二十四节气订入历法。第一次计算了日月食发生的周期。③大明历南北朝时代刘宋孝武帝大明六年（462）成历，由祖冲之（429－500）制订。取年长365．2428；第一部计及岁差的历法；采用391年加144年闰的新闰周。但直到梁武帝天监7九年（510）才采用，行用达80年。④麟德历唐高宗麟德二年（665）发颁行，由李淳凤（602－670）制订。废除平朔，采用定朔；废除闰周，由观测和统计确定置闰；改正周日视差对交食影响；简化计算。⑤大衍历唐玄宗开元十五年（727）一行（张遂）（683－727）编订。共有历术7篇、略例3篇、历议9篇，阐述编历内容、日月位置和大行星位置、日月食、夜晚所见恒星等。提出“食差”概念及其计算公式；编排方式成为后代典范。⑥统天历南宋宁宗庆元五年（1199）颁行，杨忠辅创制取年长365．2425日。⑦授时历元世祖至元十八年（1281）颁行。郭守敬（1231－1316）和王恂等创制。是古历中最精良的历法，采用当时最精确的数据。施行最久，历时364年。采用三次差内插法计日、月运动；用类似球面三角方法（弧矢割圆术）作日、月位置的坐标换算；采用百进制简化运算。⑧《崇祯历书》和《西洋新历书》与时宪历明思宗崇祯二年（1629）徐光启（1562－1633）组织历局，聘请西洋传教士罗雅各(JacobusRho,1590-1638)、汤若望(J.A.S.vonbell,1591-1666)等参加编译，崇祯七年编成。《崇祯历书》。采用第谷宇宙体系和几何学的计算系统，引入地理经纬度，应用球面三角学，采用通行的角度和时间度量单位制。清顺治元年（1644）汤若望更名此书为《西洋新法历书》，被任命为钦天监监正，并据以编成时宪历，完全采用定朔和定气。（3）关于阳历的设想和实践11世纪末，北宋科学家沈括（1031－1095）在《梦溪笔谈》中提出改阴阳历为阳历的设想。名之曰《十二气历》。19世纪年代太平天国的“天历”体现了这一思想。2．天象的观测和记录（1）日食和月食殷商甲骨文有日月食记载，最早的记载为《尚书·胤征》记录夏仲康元年（约BC2000）“乃季秋月朔，辰弗集于房”。春秋以来有确切年代的