古希腊的天文学研究论文

人类正确认识宇宙以及地球在宇宙中的地位经历了漫长的过程，这一过程与历史上许多著名学者的辛勤劳动——细致的观测和深入的理论研究——是密切不可分的。地心说：地心说是长期盛行于古代欧洲的宇宙学说。它最初由古希腊学者欧多克斯提出，后经亚里多德、托勒密进一步发展而逐渐建立和完善起来。亚里多德、托勒密： 公元前4世纪，古希腊哲学家亚里士多德就已提出了"地心说"。公元140年，古希腊天文学家托勒密发表了他的巨著《天文学大成》，在总结前人工作的基础上系统地确立了地心说。地心说是世界上第一个行星体系模型。尽管它把地球当作宇宙中心是错误的，然而它的历史功绩不应抹杀。地心说承认地球是“球形”的，并把行星从恒星中区别出来，着眼于探索和揭示行星的运动规律，这标志着人类对宇宙认识的一大进步。地心说最重要的成就是运用数学计算行星的运行，托勒密还第一次提出“运行轨道”的概念，设计出了一个模型。按照这个模型，人们能够对行星的运动进行定量计算，推测行星所在的位置，这是一个了不起的创造。在一定时期里，依据这个模型可以在一定程度上正确地预测天象，根据这一学说，球形居于宇宙中心，静止不动，其他天体都绕着地球转动。这一学说从表面上解释了日月星辰每天东升西落、周而复始的现象，又符合上帝创造人类、地球必然在宇宙中居有至高无上地位的宗教教义。日心说：太阳并不位于宇宙中心，日心说把宇宙的中心从地球挪向太阳，这看上去似乎很简单，实际上却是一项非凡的创举。哥白尼:1543年，波兰天文学家哥白尼在临终时发表了一部具有历史意义的著作——《天体运行论》，完整地提出了“日心说”理论。这个理论体系认为，太阳是行星系统的中心，一切行星都绕太阳旋转。地球也是一颗行星，它上面像陀螺一样自转，一面又和其他行星一样围绕太阳转动。哥白尼依据大量精确的观测材料，运用当时正在发展中的三角学的成就，分析了行星、太阳、地球之间的关系，计算了行星轨道的相对大小和倾角等，“安排”出一个比较和谐而有秩序的太阳系。这比起已经加到80余个圈的地心说，不仅在结构上优美和谐得多，而且计算简单。更重要的是，哥白尼的计算与实际观测资料能更好地吻合。因此，日心说最终代替了地心说。银河系：银河系是否已经包括了宇宙的全部内容呢？赫歇尔尝试确定银河系结构之前，人们就已观测到天空中除恒星外还存在着一些暗弱而又模糊的云雾状天体，取名为"星云"。1750年赖特天才地猜想，这类星云中有一些可能是同银河系相似的巨大恒星系统。1755年德国人康德首次明确提出在银河系外的宇宙空间中存在着无数个类似的天体系统，称为河外星系。可是当时人们对星云的精细结构缺乏了解，更不知道它们的距离，无从妄下断语。20世纪初，美国威尔逊山天文台建成了当时世界上最大口径的2.5米天文望远镜。1923年10月6日，美国天文学家哈勃利用这台望远镜拍摄了仙女星云的照片，照片上星云的外缘已被分解成一颗颗恒星。哈勃从中发现了多颗这类变星。利用这些造父变星，哈勃推算出仙女星云的距离为225万光年，远远超出银河系范围。河外星系的存在最终得以确认，仙女星云应该更名为仙女星系。赫歇尔的工作把人们的视野扩大到银河系，而哈勃的发现又进一步把人们从恒星世界带入星系世界，人类对宇宙的认识又大大地跨进了一步。我们的地球在宇宙之中毫无特殊之处可言，地球不是上帝刻意安排的，人类自然也不是上帝创造的。不过，就是在这样一颗行星上，人类演出了光辉灿烂的文明史，并最终正确地认识了宇宙的概貌。

要写论文吗？课题不错，需要些时间写的，有意可私信

一、天文科学体系在古代中国是否存在？ 天文科学体系在古代中国是否存在？许许多多中外学者对这一问题的说法并不一致，正如天文学专家郑文光先生所说： “一个早期研究中国天文学的法国学者德莎素（deSaussure）,就曾经根据《尚书·尧典》热情地描绘了他所想象的我国四千多年前的天文学的盛况： ‘在隐藏着中国的神秘古代的黑暗中，《尧典》在我们面前揭开了这样一个场景。皇宫的一个庭院清晰的出现了，这里便是司天之台。闪烁不定的火炬的亮光显示出正在进行的事情；从那投射在漏壶刻度的光线，我们可以看到天文学家们正在选择四颗恒星；当时，这四颗星正位于天球赤道的四个等角距的点上，但是，它们注定要用它们的移动来为后世说明，这幕场景发生在四千多年以前。’ 也是一早期研究中国天文学史的法国学者马伯乐（H.Maspero）却截然相反，他认为中国天文学的历史是很短的，直到公元前五、六世纪，中国天文学还没有产生。 另一个法国人德伦贝尔（M.Delambre）走得更远。他说：‘中国历史虽然长，但天文学简直没有在中国发生过。’这已经不是评价的观点问题，而是肆意的贬低了。 有一个对中国历史和文化从来不曾做过研究的英国三一学院院长，更是十分恶毒地诬蔑中国古代天文学。他说：‘这是一个从来不晓得把自己提高到最低水平科学推理的民族；我们对于他们那些荒谬的东西所做的工作已经够多了。他们是迷信或占星术实践的奴隶，一直没有从其中解放出来；即使散布在他们史书中的古代观测记录是可靠的，也从来没有一个人去注意。中国人并不用对自然现象兴致勃勃的好奇心去考察那星辰密布的天穹，以便彻底了解它的规律和原因，而是把他们那令人敬佩的特殊毅力全部用在对天文学毫无价值的胡言乱语方面，这是一种野蛮习俗的悲惨后果。’…… 近年来，英国的一个研究中国科学史的专家李约瑟（J.Needham）对中国天文学作了一些较为公允的评价。他说： ‘除巴比伦的天象记事（其中大部分都已散佚）可以看出，中国人在阿拉伯人以前，是全世界最坚毅、最精确的观测者。’他又说：‘显然，中国天文学在整个科学史上所占的位置，应该比科学史家通常所给予它的重要得多。’”并总结出中国天文学的七个优点[1]。 通常学术界的一些学者则认为，“由于古代中国和西方科学家处于不同的社会环境，本身的角色意识不同，所以，他们除了为求知这一共同目的进行科学探索活动外，还有不同的目的。古代中国科学家进行科学活动更主要的是为了实用，为生存服务；而古希腊的科学家更主要的是为了解释自然，为认识服务。以天文学为例，古代中国官方天文机构名称历代不同，如太史、太史局、司马监、钦天监等，但天文机构的设立一是为了制订历法。二是为了观测天象。在古代，历法是人民‘生存’的指南，农田的耕种、收播都要依照历法行事。历法的另一个重要功能是，中国历代帝王登基都以颁布他的新历法作为其合理性的标志，如刘歆的‘三统历’就是为王莽篡权而制定的，及崇祯改历等。观测天象主要用于为皇帝预测吉凶，以求奉天承运，行战争，平天下。这种为生存服务的实用传统为中国人从事科学探索设定了一座无形的围城，人们一旦谈及科学就必定进入这座围城，否则就不属于科学探索范围，这也就是古代中国历代都涌现出一些天文学家，总体人数比其它学科都多，而且天文学研究一直持续进行，却没有产生出天文学体系的缘故。”[2]我们的辞书也是只有“中国天文学史”的词条，没有“中国天文学”的词条，无法令人象了解希腊、埃及、阿拉伯天文学的框架那样对“中国天文学”的框架一目了然。让人难以置信的是，如果没有“中国天文学”，那麽“中国天文学史”又从何而来？ 古代中国究竟有没有天文学？为什麽同是面对中国古代大量的天象记录，却会有如此不同的看法，除了带有偏见的种族歧视这一原因之外，学术界的一些学者不了解古代中国天文学的独特性，用西方天文学知识探究古代中国天文学，也是不承认古代中国有天文学的一个主要原因。立足点不同是足可以让人“横看成岭，侧成峰”的,岭有路可行，峰无路可攀。有路可行则所获颇丰，无路可攀则收效甚微，立足点、研究方法不对头会让人一无所获。因为对中国天文学的正确认知直接关系到对中国传统科学与思想文化的正确认知，所以非常有必要从根本上予以澄清。 二、独特的古代中国天文学 古代中国天文学根本不象有的学者所论述的那样，是“天文学简直没有在中国发生过”，“古代中国科学家进行科学活动更主要的是为了实用，为生存服务”。而是与古希腊的科学家一样，“更主要的是为了解释自然，为认识服务。”英国著名科学家李约瑟先生，在全面、深刻、细致地综合分析、对比中国和西方在天文学体系方面的差异之后，得出的精确结论是：

希腊天文学解决什么问题,有什么成就可以说是一个问题古希腊天文学成就地球的形状和大小爱奥尼亚学派认为大地是个圆盘或圆筒；毕达哥拉斯学派则认为大地是个球形；亚里士多德在《论天》（明末中译本名《寰有诠》）里肯定了这一看法之后，地为球形的概念即成定论。埃拉托斯特尼用比较科学的方法得出了很精确的结果，他注意到夏至日太阳在塞恩（今阿斯旺）地方的天顶上，而在亚历山大城用仪器测得太阳的天顶距等于圆周的1/50。他认为这个角度即是两地的纬度之差，因而地球的周长即是两地之间距离的50倍。这两地之间的距离当时认为是5,000希腊里，所以地球的周长为 25万希腊里。据研究，1希腊里(Stadia)=158.5米，那么地球周长便是 39,600公里，可以说相当准确。100多年以后,住在罗得岛上的波西东尼斯又利用老人星测过一次地球的周长，得出为18万希腊里，没有埃拉托斯特尼的准确，但为托勒密所采用，而成为一段时期内公认的地球周长的数值。日、月的远近和大小毕达哥拉斯认为，月光是太阳光的反射；月亮的圆缺变化是由于月、地、日之间相互位置的变动，月面明暗交界处为圆弧形，表明月亮为球形，并推想其他天体也都是球形。亚里士多德接受了这一论断，并且进一步提出“运动着的物体必是球形”这一错误命题来作为论据。阿利斯塔克第一次试图用几何学的方法测定日、月、地之间的相对距离和它们的相对大小。他的论文《关于日月的距离和大小》一直流传到今天。在这篇论文中，他设想上、下弦时，日、月和地球之间应当形成一个直角三角形，月亮在直角顶上。通过测量日、月对地球所形成的夹角，就可以求出太阳和月亮的相对距离。他量出这个夹角是87°，并由此算出太阳比月亮远约18～20倍。喜帕恰斯继续做阿利斯塔克测量日、月大小和距离的工作，他通过观测月亮在两个不同纬度地方的地平高度，得出月亮的距离约为地球直径的倍，这个数字比实际稍小一点。日心地动说毕达哥拉斯学派的菲洛劳斯认为日、月和行星除绕地球由西向东转动外，每天还要以相反的方向转动一周。这是不谐和的。为了解决这种不谐和的问题，他提出地球每天沿着由西向东的轨道绕中央火转动一周。和月亮总是以同一面朝着地球一样，地球也是以同一面朝着中央火，而希腊人是住在背着中央火的一面。地球和中央火之间还有一个“反地球”，它以和地球一样的角速度绕中央火运行，因此，地球上的人是永远看不见中央火的。按照菲洛劳斯的理论，中央火是宇宙的中心。处在它外面的地球，每天绕火转一周，月球每月一周，太阳每年一周，行星的周期更长，而恒星则是静止的。这样的见解要求地球每天运行一段行程后，恒星之间的视位置应该有所改变，除非恒星跟地球的距离是无限远。毕达哥拉斯学派认为天体与中央火的距离应服从音阶之间音程的比例，也就是说恒星与地球的距离是有限的；可是，从来没有观测到在一天之内恒星之间的视位置有什么变化。为了消除这一矛盾，毕达哥拉斯学派另外两位学者希色达和埃克方杜斯提出地球自转的理论，认为地球处在宇宙的中心，每天自转一周。其后，柏拉图学派的赫拉克利德继承了希色达和埃克方杜斯的观点，以地球的绕轴自转来解释天体的视运动，同时又注意到水星和金星从来没有离开过太阳很远，进而提出这两个行星是绕太阳运动，然后又和太阳一起绕地球运动。和赫拉克利德同时的亚里士多德反对这种观点，他以没有发现恒星视差，来反对地球绕中央火转动的学说。他以垂直向上抛去的物体仍落回原来位置，而不是偏西的事实来反对地球自转的学说。亚里士多德的这两个论据，直到伽利略的力学兴起和贝塞耳发现了恒星的视差以后，才被驳倒。虽然亚里士多德的观点在很长时期内占了统治地位，但是，公元前三世纪的阿利斯塔克还是认为，地球在绕轴自转的同时，又每年沿圆周轨道绕太阳一周，太阳和恒星都不动，行星则以太阳为中心沿圆周运动。为了解释恒星没有视差位移，他正确地指出，这是由于恒星的距离远比地球轨道直径大得多的缘故。同心球理论阿利斯塔克的见解虽富于革命性，但走在时代的前面太远了，无法得到一般人的承认。当时盛行的却是另一种见解，即以地球为中心的地心说，它一直延续到十六至十七世纪。在地心说的形成和发展过程中，许多希腊学者起了奠基的作用。毕达哥拉斯学派认为，一切立体图形中最美好的是球形，一切平面图形中最美好的是圆形，而宇宙是一种和谐(Cosmos)的代表物，所以一切天体的形状都应该是球形，一切天体的运动都应该是匀速圆周运动。但是事实上，行星的运动速度很不均匀，有时快，有时慢，有时停留不动，有时还有逆行。可是柏拉图认为，这只是一种表面现象，这种表面现象可以用匀速圆周运动的组合来解释。在《蒂迈欧》(Timaeus)中,他提出了以地球为中心的同心球壳结构模型。各天体所处的球壳，离地球的距离由近到远，依次是：月亮、太阳、水星、金星、火星、木星、土星、恒星，各同心球之间由正多面体联接着。欧多克斯发展了他的观点。欧多克斯认为，所有恒星共处在一个球面上，此球半径最大，它围绕着通过地心的轴线每日旋转一周；其他天体则有许多同心球结合，日、月各三个，行星各四个，每个球用想象的轴线和邻近的球体联系起来，这些轴线可以选取不同的方向，各个球绕轴旋转的速度也可以任意选择。这样，把27个球（恒星1,日、月2×3，行星4×5）经过组合以后，就可以解释当时所观测到的天象。后来，观测资料积累得愈来愈多，新的现象又不断发现，就不得不对这个体系进行补充。欧多克斯的学生卡利普斯，又给每个天体加上了一个球层，使球的总数增加到34个。不同观点欧多克斯和卡利普斯的同心球并非物质实体，只是理论上的一种辅助工具，而且日月五星每一组的同心球与另一组无关。可是到了亚里士多德手里，这些同心球成了实际存在的壳层，而且各组形成一个连续的相互接触的系统。这样，为了使一个天体所特有的运动，不致直接传给处在它下面的天体，就不得不在载有行星的每一组球层之间插进22个“不转动的球层”。这些不转动的球层，和处在它之上的那个行星运动的球层具有同样的数目、同样的旋转轴、同样的速度，但是以相反的方向运动，这样就抵消了上面那个行星所特有的一切运动，只把周日运动传给下面行星。亚里士多德体系不同于前人的地方还在于：他的天体次序是：月亮、水星、金星、太阳、火星、木星、土星和恒星天，在恒星天之外还有一层“宗动天”。亚里士多德认为，一个物体需要另一个物体来推动，才能运动。于是他在恒星天之外，加了一个原动力天层──宗动天。宗动天的运动则是由不动的神来推动的，神一旦推动了宗动天，宗动天就把运动逐次传递到恒星、太阳、月亮和行星上去。这样，亚里士多德就把上帝是第一推动力的思想引进宇宙论中来了。本轮均轮说同心球理论除了过于复杂以外，还和一些观测事实相矛盾：第一，它要求天体同地球永远保持固定的距离，而金星和火星的亮度却时常变化。这意味着它们同地球的距离并不固定。第二，日食有时是全食，有时是环食，这也说明太阳、月亮同地球的距离也在变化。阿利斯塔克的日心地动说可以克服同心球理论的困难，但他无法回答上面提到的亚里士多德对地球公转和自转的责难。当时希腊人认为天地迥然有别，也阻碍人们接受地球是一个行星的看法。因此，要克服同心球理论所遇到的困难，还得沿着圆运动的思路前进。阿波隆尼设想出另一套几何模型，可以解释天体同地球之间距离的变化。那就是：如果行星作匀速圆周运动，而这个圆周（本轮，epicycle）的中心又在另一个圆周（均轮，deferent）上作匀速运动，那么行星和地球的距离就会有变化。通过对本轮、均轮半径和运动速度的适当选择，天体的运动就可以从数量上得到说明。喜帕恰斯继承了阿波隆尼的本轮、均轮思想，并且又进一步有所发现：太阳的不均匀性运动还可以用偏心圆(eccentrics)来解释，即太阳绕着地球作匀速圆周运动，但地球不在这个圆周的中心，而是稍偏一点。这样，从地球上看来，太阳就不是匀速运动，而且距离也有变化，近的时候走得快，远的时候走得慢。本轮均轮说到托勒密时发展到了完备的程度，他在《天文学大成》中作了概括。这种学说统治了天文学界一千四百多年，直到哥白尼学说出现以后，才逐渐被抛弃。