天文学发展史论文

浅论天文 天文学历史 天文学的起源可以追溯到人类文化的萌芽时代。远古时代，人们为了指示方向、确定时间和季节，而对太阳、月亮和星星进行观察，确定它们的位置、找出它们变化的规律，并据此编制历法。从这一点上来说，天文学是最古老的自然科学学科之一。 古时候，人们通过用肉眼观察太阳、月亮、星星来确定时间和方向，制定历法，指导农业生产，这是天体测量学最早的开端。早期天文学的内容就其本质来说就是天体测量学。从十六世纪中期哥白尼提出日心体系学说开始，天文学的发展进入了全新的阶段。此前包括天文学在内的自然科学，受到宗教神学的严重束缚。哥白尼的学说使天文学摆脱宗教的束缚，并在此后的一个半世纪中从主要纯描述天体位置、运动的经典天体测量学，向着寻求造成这种运动力学机制的天体力学发展。 十八、十九世纪，经典天体力学达到了鼎盛时期。同时，由于分光学、光度学和照相术的广泛应用，天文学开始朝着深入研究天体的物理结构和物理过程发展，诞生了天体物理学。 二十世纪现代物理学和技术高度发展，并在天文学观测研究中找到了广阔的用武之地，使天体物理学成为天文学中的主流学科，同时促使经典的天体力学和天体测量学也有了新的发展，人们对宇宙及宇宙中各类天体和天文现象的认识达到了前所未有的深度和广度。 天文学就本质上说是一门观测科学。天文学上的一切发现和研究成果，离不开天文观测工具——望远镜及其后端接收设备。在十七世纪之前，人们尽管已制作了不少天文观测仪器，如中国的浑仪、简仪，但观测工作只能靠肉眼。1608年，荷兰人李波尔赛发明了望远镜，1609年伽里略制成第一架天文望远镜，并作出许多重要发现，从此天文学跨入了用望远镜时代。在此后人们对望远镜的性能不断加以改进，以期观测到更暗的天体和取得更高的分辨率。1932年美国人央斯基用他的旋转天线阵观测到了来自天体的射电波，开创了射电天文学。1937年诞生第一台抛物反射面射电望远镜。之后，随着射电望远镜在口径和接收波长、灵敏度等性能上的不断扩展、提高，射电天文观测技术为天文学的发展作出了重要的贡献。二十世纪后50年中，随着探测器和空间技术的发展以及研究工作的深入，天文观测进一步从可见光、射电波段扩展到包括红外、紫外、X射线和γ射线在内的电磁波各个波段，形成了多波段天文学，并为探索各类天体和天文现象的物理本质提供了强有力的观测手段，天文学发展到了一个全新的阶段。而在望远镜后端的接收设备方面，十九世纪中叶，照相、分光和光度技术广泛应用于天文观测，对于探索天体的运动、结构、化学组成和物理状态起了极大的推动作用，可以说天体物理学正是在这些技术得以应用后才逐步发展成为天文学的主流学科。 人类很早以前就想到太空畅游一番了。1903年人类在地球上开设了第一家月亮公园。花50美分就能登上一个雪茄状、带翼的车，然后车身剧烈摇晃，最后登上一个月亮模型。 同一年，莱特兄弟在空中哒哒作响地飞行了59秒，同时一位名为康斯坦丁·焦乌科夫斯基、自学成才的俄罗斯人发表了题为《利用反作用仪器进行太空探索》的文章。他在文内演算，一枚导弹要克服地球引力就必须以1．8万英里的时速飞行。他还建议建造一枚液体驱动的多级火箭。 50年代，有一个公认的基本思想是，哪个国家第一个成功地建立永久性宇宙空间站，它迟早就能控制整个地球。冯·布劳恩向美国人描述了洲际导弹、潜艇导弹、太空镜和可能的登月旅行。他曾设想建立一个经常载人的、并能发射核导弹的宇宙空间站。他说：“如果考虑到空间站在地球上所有有人居住的地区上空飞行，那么人们就能认识到，这种核战争技术会使卫星制造者在战争中处于绝对优势地位。 1961年，加加林成为进入太空的第一人。俄国人用他说明，在天上飞来飞去的并不是天使，也不是上帝。美国约翰·肯尼迪竞选的口号是“新边疆”。他解释说：“我们又一次生活在一个充满发现的时代。宇宙空间是我们无法估量的新边疆。”对肯尼迪来说，苏联人首先进入宇宙空间是“多年来美国经历的最惨痛的失败”。唯一的出路是以攻为守。1958年美国成立了国家航空航天局，并于同年发射了第一颗卫星“探险者”号。1962年约翰·格伦成为进入地球轨道的第一位美国人。 许多科学家本来就对危险的载人太空飞行表示怀疑，他们更愿意用飞行器来探测太阳系。 而美国人当时实现了突破：三名宇航员乘“阿波罗号”飞船绕月球飞行。在这种背景下，计划在1969年1月实现的两艘载人飞船的首次对接具有特殊的意义。 补充回答： 20世纪的80年代，苏联的第三代空间站“和平”号轨道站使其航天活动达到高峰，都让美国人感到眼热。“和平”号被誉为“人造天宫”，1986年2月20日发射上天，是迄今人类在近地空间能够长期运行的唯一载人空间轨道站。它与其相对接的“量子1号”、“量子2号”、“晶体”舱、“光谱”舱、“自然”舱等舱室形成一个重达140吨、工作容积400立方米的庞大空间轨道联合体。在这一“太空小工厂”相继考察的俄罗斯和外国宇航员有106名，进行的科考项目多达万个，重点项目600个。 在“和平”号进行的最吸引人的实验是延长人在太空的逗留时间。延长人在空间的逗留时间是人类飞出自己的摇篮地球、迈向火星等天体最为关键的一步，要解决这一难题需克服失重、宇宙辐射及人在太空所产生的心理障碍等。俄宇航员在这方面取得重大进展，其中宇航员波利亚科夫在“和平”号上创造了单次连续飞行438天的纪录，这不能不被视为20世纪航天史上的一项重要成果。在轨道站上进行了诸如培养鹌鹑、蝾螈和种植小麦等大量的生命科学实验。 如果将和平号空间站看作人类的第三代空间站，国际空间站则属于第四代空间站了。国际空间站工程耗资600多亿美元，是人类迄今为止规模最大的载人航天工程。它从最初的构想和最后开始实施既是当年美苏竞争的产物，又是当前美俄合作的结果，从侧面折射出历史的一段进程。 国际空间站计划的实施分3个阶段进行。第一阶段是从1994年开始的准备阶段，现已完成。这期间，美俄主要进行了一系列联合载人航天活动。美国航天飞机与俄罗斯“和平”号轨道站8次对接与共同飞行，训练了美国宇航员在空间站上生活和工作的能力；第二阶段从1998年11月开始：俄罗斯使用“质子－K”火箭把空间站主舱——功能货物舱送入了轨道。它还担负着一些军事实验任务，因此该舱只允许美国宇航员使用。实验舱的发射和对接的完成，将标志着第二阶段的结束，那时空间站已初具规模，可供3名宇航员长期居住；第三阶段则是要把美国的居住舱、欧洲航天局和日本制造的实验舱和加拿大的移动服务系统等送上太空。当这些舱室与空间站对接后，则标志着国际空间站装配最终完成，这时站上的宇航员可增至7人。 补充回答： 美、俄等15国联手建造国际空间站，预示着一个各国共同探索和和平开发宇宙空间的时代即将到来。不过，几十年来载人航天活动的成果还远未满足他们对太空的渴求。“路漫漫其休远兮，吾将上下而求索”，人类一直都心怀征服太空的欲望和和平利用太空资源的决心。1998年11月，人类第一个进入地球轨道的美国宇航员、77岁的老格伦带着他未泯的雄心再次踏上了太空征程，这似乎在告诉人类：照此下去，征服太空不是梦。

写星星，行星，地球，都可以呀

60年来天文事业的长足进步，使我国取得了一大批对人类探索宇宙奥秘具有重要推动作用的科学成果。 随着空间技术不断发展，航天事业已成为国家高科技发展的战略制高点之一。航天事业的发展为天文学提供了新的历史机遇，天文学也为服务国家重大战略需求做出了重要贡献。近年来，通讯卫星导航系统概念创新和工程的阶段性实施以及应用领域的开拓，奠定了天文科技在国家导航重大专项中的地位；探月工程地面应用系统的建设以及运行任务的顺利完成、实时VLBI技术研发并成功应用于探月卫星测定轨系统，以及空间目标与碎片观测研究以及系统建设等成就，体现了天文学在国家重大工程和应用领域不可替代的作用。 去年，“神七”飞行期间，我国航天员进行了首次出舱行走。当时，航天员身着舱外航天服暴露在太空，最怕遭到空间碎片的撞击，否则后果不堪设想。因此，监测和预报空间碎片，就成为太空行走的必要条件。可是，太空环境很容易“变脸”，太空“天气预报”更难以把握。王宜介绍，“空间碎片危害非常大，它比子弹还厉害，所以要搞空间碎片监测。为此，国家天文台建立了小空间碎片数据库，把空间碎片都进行了编目，为航天员出舱行走时机的选择提供了安全保障。” 除了监测空间碎片外，天文学为航空技术服务的领域还有很多。火箭、卫星、飞船的发射、回收条件和运行的轨道，都需要运用天体力学理论来进行设计、计算；飞行中的位置需要用天文方法来观测确定；姿态的保持要按照天体的位置来校正和控制。此外，太阳表面的剧烈活动往往抛射出大量的带电粒子和强紫外线，使地球的磁场和电离层受到严重干扰，以致引起短波无线电通讯中断。因此，必须仔细观测太阳，监视和预测太阳表面的各种活动，确定合适的航天活动时间。 在我国另一项重大空间探索活动———控月工程中，中国科学院的VLBI网也发挥了举足轻重的作用。该网是测轨系统的一个分系统，由北京、上海、昆明和乌鲁木齐的4个望远镜以及位于上海天文台的数据处理中心组成。这样一个网络所构成的望远镜分辨率相当于口径为3000多公里的巨型综合望远镜，测角精度可以达到百分之几角秒，甚至更高。 嫦娥一号任务中，中科院VLBI测轨分系统从2007年10月27日起，即卫星24小时调相轨道段的第一天，正式实施对嫦娥一号卫星的测量任务，完成了24小时、48小时调相轨道、地月转移轨道段和月球捕获轨道段等大量测量任务。在此次测量任务中，VLBI分系统的各测站和数据处理中心设备工作正常，VLBI测量数据及时传输到北京的航天飞控中心，满足了工程的要求，为嫦娥一号卫星的精确定轨作出了重要贡献，功不可没。 “虽然天文学是基础科学，不过它也可以直接服务于现实需求。随着我国天文事业的发展，它必将进一步推动我国经济社会发展，更好地服务于广大人民群众的生产生活。”王宜说。奋起直追业绩骄人 中国科学院院士、天体物理学家陈建生认为，天文学始终是一个国家国力强盛与文明发达程度的象征。 我国天文学曾有过辉煌的过去。我国有世界上最古老、丰富的日食、彗星等天象纪录，有浑仪、简仪等精湛的古天文仪器，有张衡、郭守敬等驰名中外的天文学家。中国古代天文学对世界天文学发展乃至整个人类文明做出了重要贡献。 新中国成立以后，百废待兴，中国天文界开始奋起追赶世界先进水平的步伐。尤其是改革开放30年，我国天文事业迎来了发展的黄金时代。“米”光学望远镜在1989年建成，填补了毫米波与VLBI（甚长基线干涉仪）天文的空白。 进入21世纪，中国天文事业取得了骄人的成绩。LAMOST的建成，是中国望远镜制造史上一件里程碑式的事件，中国掌握了当代望远镜制造的先进技术，并有所创新，建成世界上口径最大、光纤数最多的大视场光谱巡天望远镜。启动了第一个空间天文探测硬X射线调制望远镜（HXMT）。天文研究成果也逐渐被国际天文界重视。与此同时，中国天文队伍建设取得显著成绩，涌现一批优秀中青年人才。 “天文学的发展可不是单纯搞搞理论研究就行，它必须依靠先进的观测设备和观测台站，才能去研究天体的组成、变化。60年来，一座又一座天文台站在全国各地建立，并取得了丰硕的研究成果，这其实是我国天文事业迅速发展的最好证明。”中科院国家天文台研究员王宜说。 国家天文台南京天光所自其前身1958年成立起，40多年来，共为我国天文观测研制了40多种门类齐全的天文仪器，包括恒星物理观测仪器、太阳物理观测仪器、人造卫星观测仪器、天体测量观测仪器、射电天文观测仪器、空间天文观测仪器等。 坐落在云南天文台凤凰山台址内的40米口径射电望远镜，目前与北京密云50米口径天线配合使用，组成了我国唯一的深空（月球）探测器数据接收地面站系统，同时作为VLBI的工作单元之一，在我国实施探月（嫦娥）系列工程中承担着数据接收和测轨观测的任务。 我国天文事业何以取得世人瞩目的成就？王宜认为，这与国家多年来对天文事业的重视与支持密不可分。首先，我国对天文学研究的投入在不断加大；其次，近年来我国出台了一系列人才政策，吸引了一大批海外高层次人才，培养了一支优秀的天文人才队伍；再次，天文学科发展的良好机制体制也在逐步形成。瞄准世界领先水平不懈努力 “我国天文学有悠久而辉煌的历史，但是在现代天文学发展过程中，却和国际上有较大差距。”王宜说，“不过，新中国成立以来，尤其是改革开放30年来，我国的天文事业取得了长足进步，在某些领域已经达到了或超越国际先进水平。” 我国天文学家在暗物质和宇宙大尺度结构领域的一系列工作，使我国现代天文学研究的国际影响达到了前所未有的高度。他们发现宇宙电子谱在高能段超过理论预计，这有可能成为人类第一次发现暗物质粒子湮灭的证据；利用数值模拟和观测统计方法揭示了星系和宇宙大尺度结构的形成和演化特性，描述了暗物质晕的物质分布和演化规律；利用引力透镜效应并结合高能X射线等观测资料研究暗物质在宇宙中的分布，揭示了宇宙中最大的引力束缚体星系团内部的物质层次和结构…… 为了赶超国际先进水平，我国天文学家充分利用后发优势，另辟蹊径。“亦步亦趋肯定总是要落后的，必须发挥自己的特色。比如怀柔太阳观测基地，虽然它望远镜的口径不是世界最大的，但技术上有特色，别人代替不了，在世界上有较高的知名度。”王宜说。 怀柔太阳观测基地的太阳多通道望远镜，能同时测量太阳不同层次、不同尺度的视频矢量磁场、速度场，以及通过光谱扫描获得光谱线轮廓和Stokes参数轮廓。它是目前世界上最强大的综合功能的太阳望远镜系统之一，观测资料处于世界领先水平。 有了这个“利器”，怀柔太阳观测基地在太阳光球矢量磁场、太阳色球磁场以及太阳磁活动物理过程等方面的研究均处于世界前沿，部分研究处于世界领先水平。他们与美国大熊湖天文台在世界上首先成功地进行了太阳磁场的“日不落”观测，为太阳物理研究领域中的开创性研究课题。 为了探测宇宙第一代天体所发出的“第一缕曙光”，我国在新疆天山深处布设了宇宙第一缕曙光探测阵列望远镜。该设施自2006年夏季开始运行并观测，在国际同类项目的竞争中走在前列。 中科院国家天文台还与阿根廷国立San Juan大学合作，在南美洲建立了一个卫星激光测距站，安装了中国研制的一个望远镜口径为600毫米的高精度卫星激光测距系统。国际激光测距服务（ILRS）认为，该站的观测数据量已位列全球仪器的前5名之内，对国际激光测距系统是非常重要的。 在中国南极第24次科考中，我国天文学家成功地在冰穹A安装了包括CSTAR（中国小型光学望远镜阵）在内的天文观测和台址测量仪器。这项工作的开展，为我国在暗物质、暗能量及系外行星探测等前沿科学领域的研究步入世界先进水平提供难得的契机。 展望未来，我国还将开辟空间天文、南极天文以及参与地面30米光学／红外望远镜国际合作等工作，为我国天文学发展开辟更为广阔的发展前景，让我国天文学研究牢牢地占据国际先进水平的一席之地。上图为云南天文台的40米口径射电望远镜。它与北京密云50米口径天线配合，组成了我国唯一的深空（月球）探测器数据接收地面站系统，在我国实施探月（嫦娥）系列工程中承担着数据接收和测轨观测的任务。 下图为空间太阳望远镜（SST）示意图，其主要目的是认识太阳活动的特性和本质，实现太阳物理研究的重大突破。