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天文學的研究方法范文第1篇

關鍵詞：中國古代天文學；科學哲學；真科學

一、中國古代天文學的興起

從眾多資料來看，中國古代天文學的歷史之悠久，可以追溯到上古時期。傳說在少昊氏時，人人私下研習天文，都搞起了溝通上天的巫術，致使天下大亂。顓頊帝命令重、黎二人“絕地天通”，禁止了平民與上天溝通交流。之后與天交流的權利就專屬于天子，也只有天子欽定的巫覡才有資格去溝通上天。從此天文學在古代中國就成了皇家的專屬品，而天子也開始擁有了對“天命”的解讀權。這也就是中國漫長天文學史的開端。

二、中國古代天文學的發展

我國天文學至于夏商周代時已經有了一定水準的歷法。特別是到了周代，已經有人開始觀測流星、行星等天象及星辰。相比于上古時代，這已經有了很大的進步。傳統的天文學體系是在春秋戰國時期正式完成的。在這一時期，不僅二十八星宿體系確立，而且在歷法方面有了重大的進步。我們古人開始通過觀測日影長短的周年變化來確定冬至和夏至的日期。并且在這一時期流傳了大量人們觀測流星、彗星等天象的詳細記錄。這些都成了我國歷史上的寶貴資料。自從春秋戰國時期傳統天文學大框架建立之后，秦、漢、魏晉南北朝、隋、唐、宋時期，天文學進一步蓬勃發展。不僅歷法得到統一，二十四節氣，渾天儀等天文知識以及天文學儀器的進一步發明使得我國的天文學一路高歌猛進。到了元朝，由于鐵木真締造了一個橫跨歐亞大陸的輝煌帝國，我國古代天文學甚至傳到阿拉伯等國，可謂是盛極一時。明清時期，中國開放了千年來“嚴禁私習天文”的禁令，使得我國古代天文學有機會走向一個新的巔峰。

三、對中國古代天文學的質疑

也正是因為我國古代天文學在很長一段時間是服務于皇室，很多中西方學者就質疑中國古代天文學是否是真正的科學。甚至有些激進派的學者直接將中國古代天文學打入偽科學的深淵。在此，筆者持有不同看法。的科學觀認為，科學是歷史發展總過程的產物，它抽象地表現了這一歷史發展總過程的精華，這個精華顯然包括自然科學與社會科學。每一種不同的運動形式都構成每一門具體科學的研究對象，而整個物質世界和精神世界在總體上便構成總體科學的研究對象。因此，所謂科學就是對自然界和人類社會運動、變化規律的概括，都是人們在感覺經驗基礎之上用“理性方法”整理概括的結果。此外在科學的本質與功能上，馬克思還突出強調了科學技術是生產力，科學是一種在人類歷史上起推動作用的、革命力量的思想。按照馬克思的觀念，我們反觀中國古代天文學，這是一門有著上千年悠久歷史的學科，毫無疑問它也是歷史發展的產物。無數古代先賢們定歷法、造儀器、編文獻來研究這浩渺天空中天體運轉的奧秘。這分明就是在研究自然界的運動變化規律。更為重要的是，我國古代天文學對社會發展變革起了很大的推動作用。中國古代天文學最重要的應用領域之一便是航海。早在戰國時期中國人就根據天文學中觀測到的星辰位置，發明了具有指向的“司南”。這在當時的世界上是獨一無二的。這為日后開辟海上絲綢之路做出了不可磨滅的貢獻。如果大家覺得航海之術離我們日常生活過于遙遠，不能說對社會變革起了決定性的作用。那么，中國作為一個傳統的農業大國，農業該是我們的立身之本了吧。中國古代天文學對我國農業的發展也起到巨大的推動作用。在石器時代，人們保持著刀耕火種的農業經營方式，這種粗放的耕作模式導致了極端的低產。不過正是伴隨著天文學的發展，歷法的完善，節氣的確立，使得傳統農業高度關注農時后，精耕細作的優良方式才逐步趨于成熟，造福了無數黎民百姓。如果說馬克思的觀點太過于陽春白雪，那當代科學哲學界的泰斗吳國盛教授在《什么是科學》一書中精辟分析了科學的兩種基本用法，堪稱下里巴人式的真知灼見。第一種是可以依靠它來振興國家，第二種是某種積極意義上的價值判斷。根據這種觀點，中國古代天文學及推動了航海時代的發展，促進了國家的繁榮發展。同時，它又大力推動了農業的進步，在價值意義上來講也是毋容置疑的“好東西”。那么我們為什么不能承認中國古代天文學是真正的科學呢？

參考文獻：

[1]江曉原，鈕衛星.中國天學史[M].上海人民出版社，2005.

[2]陳遵媯.中國天文學史[M].上海人民出版社，2007.

[3]張之滄.科學哲學導論[M].人民出版社，2004.

天文學的研究方法范文第2篇

數學天文學家柏拉圖

柏拉圖將“理念”應用到天文學，“理念”在希臘天文學中的本意是形式，畢達哥拉斯借用“理念”來指稱理想的幾何圖形，以區別于紙面上畫出的幾何圖形.蘇格拉底將這一思想推廣到倫理范疇，柏拉圖將這一思想推及到整個宇宙18Pg.柏拉圖的宇宙論由形式、個體和造物主構成.柏拉圖繼承和發揚了畢達哥拉斯學派的數是世界本原的觀點.他用理想的、數學的天文學來代替觀察天文學，是一項激進的觀念變革.柏拉圖第一次為幾個世紀以來一直盤旋在天文學家腦海中的行星運動問題給出了明確的目標:如何組合各種均勻的圓周運動，使其結果對應于所觀測到的行星運動l8]2，圍繞著柏拉圖提出的問題，經過了500多年，從歐多克索(Eudoxus)到托勒密(Rolemy)，希臘天文學家利用數學原則與圓周運動來說明天體運動的各種不規則的現象.柏拉圖提出微觀世界和宏觀世界的學說，由人類組成的微觀世界與宇宙的宏觀世界相回應，他的思想影響到了中世紀歐洲的思想.柏拉圖企圖使天文學成為數學的一個分支，他的宇宙觀基本上是一種數學的宇宙觀.他用數學表達描述了神圣的天體運動，他設想宇宙開端有直角三角形，他堅信地球是固定在宇宙的中心，同太陽、月亮和行星一起與不同的速度圍繞地球旋轉.柏拉圖認為只有一個宇宙，他認為不同的天體都是由四種元素的微粒組成的.火微粒是正四面體，氣微粒是正八面體，水微粒是正二十面體，土微粒是立方體.第五種正多面體是由正五邊形形成的十二面體，這是組成天上物質的第五種元素，叫做以太•柏拉圖的正多面體，多元素體現了把自然數學化的一大步.古希臘著名哲學家亞里士多德就繼承和發展了柏拉圖的這一思想，哥白尼和伽利略也遵行了柏拉圖的數學天文學思想而取得成功的典范，伽利略在《試金者》中曾這樣描述過:宇宙這本書是上帝“用數學語言寫成的，其文字是三角、圓和其他幾何圖形”四巴柏拉圖受到了畢達哥拉斯派關于數的神秘主義的影響，他把這個理論運用到天文學中.在《蒂邁歐》中，柏拉圖強調“一個”世界的完美性.他用“一”這個數字的概念說明了世界太完美了，并和德漠克利特的機械論展開論戰，推動了天文學向前發展.柏拉圖的天文學體系不涉及可見天體的可感知的運動，而是與想象中的天空中數學點的完美運動有關，這些完美的數學點描繪出圓周運動，通過勻速圓周運動的組合來解釋天體運動的不規則性這一思想為數學天文學的發展開辟了道路.歐多克斯(Eudoxs)在柏拉圖原則的指導下提出了天文學的天體的同心圓理論.托勒密乃至哥白尼一直延續這一思想研究完美的同心圓運動軌道.

柏拉圖:理念論與數理思想相結合的古代典型柏拉圖

在科學研究過程中，他將在認識論體系上的理念論與在本體論體系上的數理思想相結合，逐步建立和形成了自己的科學方法論理論體系.柏拉圖對真理的認識是和他的理念論結合在一起，形成了他特有的唯心主義，后世稱之為“唯實論”.“唯實論”對科學史的影響，超過了他的任何其他理論.科學史學家丹皮爾認為柏拉圖的唯實論是一種現代形式觀念的“實在論”，比一種粗糙的唯名論更接近真理7竺柏拉圖的唯實論與基督教神學相結合，在方法論上表現為注重推納演繹法，重視數的觀念.柏拉圖將幾何學作為演繹推理的一個很好的實例，柏拉圖曾經明確地把上帝看成一位幾何家.他以幾何學為藍本，認為數理學家要利用各種幾何圖形進行思考，但是這種圖形不是現實中的圖形，而是理念中的圖形，經過假設和邏輯推演，最終形成人們對現實世界認識的各種的理念.E•邁爾(Mayr)將這種思維稱之為“類型邏輯思維”〔10183.這種思維模式認為自然界中應該重視研究典型現象，柏拉圖本人建構的宇宙模型正是用了這種方法，歐幾里得乃至整個自然科學所采用的方法都是如此111].波普爾認為，柏拉圖是提出幾何世界圖景的第一人，是哥白尼、伽利略、開普勒、牛頓等近代科學奠基者的思想噶矢112].研究科學史的歷史學家林德伯格(Lindberg)這樣描述柏拉圖在科學上的影響:柏拉圖的觀點具有明顯的現代口吻—理想化是大多數現代科學的一個顯著特征;我們在建構模型和定律時，為了把握本質就需要忽略偶然因素的作用110183.而物理學也是遵行了這一方法論而取得了巨大成功，例如:古希臘的阿基米德在解決杠桿原理時，繼承了柏拉圖的理想化思想，忽略了杠杠本身的重量、支點的摩擦以及空氣阻力的因素，同時把物體作為質點，把杠桿的位置定位為一個理勝化的數學點來處理.同樣，伽利略的對接斜面理想實驗就是試圖在排除所有阻力和干擾的理想狀況下描述物體的運動，解決了物體的運動問題，這是柏拉圖的“類型邏輯思維”延伸的一個經典實例.后來的牛頓在伽利略理想實驗的基礎上提出了牛頓第一定律，即賡勝定律，慣性定律是不能直接用實驗去嚴格的驗證，它也是理想化邏輯推理的產物.柏拉圖的自然哲學思想記錄在他的眾多著作中，其中最著名的是《蒂邁歐篇》.科學史學家WC丹皮爾曾這樣評論《蒂邁歐篇》:這部書差不多成了中古時期的知識的唯一來源，在亞里士多德的著作被遺忘的幾百年中，它給中世紀帶來了一種自然哲學，當時的異想天開的見解有許多就是從那里來的Iv]51.柏拉圖還通過舉辦學院的形式傳播他的科學思想，他注重實證研究，培養了歐多克索斯、亞里士多德等大批杰出人才.

作者：張瑤 吳文良 徐楠 單位：昭通學院物理系

天文學的研究方法范文第3篇

天文學的研究對象是各種天體，古代的天文學家通過觀測太陽、月球和其他一些天體及天象，確定了時間、方向和歷法，這也是天體測量學的開端。如果從人類觀測天體、記錄天象算起，天文學的歷史至少已經有5、6千年了。最初，不管是東方還是西方，古人都是觀察太陽、月球和天空中的星星來確定時間、方向和歷法，并記錄天象，這叫做歷制。

化學從公元前1500年到公元1650年，煉丹術士和煉金術士們為求得長生不老的仙丹，為求得榮華富貴的黃金，開始了最早的化學實驗、記載。化學方法轉而在醫藥和冶金方面得到了正當發揮，在歐洲文藝復興時期，出版了一些有關化學的書籍，第一次有了“化學”這個名詞。

（來源：文章屋網 ）

天文學的研究方法范文第4篇

同為地球上的智慧生命，各國人對年齡的詢問有著不同的看法。按照西方傳統禮節，初次見面就問“您貴庚”是不得體的；但中國人習慣以此拉近距離，而且還會根據對方的情況謹慎選擇用語，例如：“您高壽?”當我們拋開世俗放眼星辰之際，詢問星系的年齡則不再是個民俗禮節問題，而是個充滿挑戰的自然科學問題了。

回顧天文學的發展歷史不難發現，天文學家無時無刻不面對著有關天體年齡的尷尬局面：從最原始的認為天地永恒，到發現宇宙大爆炸及其加速膨脹；從相信太陽始終如一地送給人類光明和溫暖，到發現恒星內部的核聚變過程；從因數據有誤而估算出比地球巖石年齡還小的宇宙年齡，產生“先有兒子后有父親”的佯謬，到精確測得今天可觀測宇宙的年齡大約為137億年。這一切都表明天文學家對宇宙以及各類天體的年齡估計是多么艱難、復雜又漫長的過程。但我們不是專業的天文學家，也無需了解艱深繁雜的判斷天體年齡的具體過程，我們只需對宇宙天體的年齡有概念性的了解就足夠了。

時間等于距離

在談論宇宙天體的年齡之前，我們需要進行一個思維轉換——距離等于時間。這不是多難的事，讓我們先想想身邊的情況。假設我們在高速公路上行駛，每個人都會自然想到時速，沒錯，就是我們掛在嘴邊的時速120，時速80，當然我們的默認單位是千米每小時。這樣任何距離部可以等效成時間。例如時速120千米就意味著2千米等于1分鐘，而相距600千米的兩個城市，在我們的腦海中就等于5小時。現在我們把這種時間距離的轉換應用到宇宙中，與高速公路上行駛的機車相比，惟一的不同是現在我們的速度是光速!120千米每小時的速度對于宇宙來說太慢了，我們必須用30萬千米每小時的光速作為衡量標準，這也是我們的宇宙中最快的速度。如果你聽說過愛因斯坦，聽說過相對論，你會立刻想到任何物體的速度部不可能超越光速。之所以要進行這樣的轉換，只是為了更接近專業天文學家的思路，在他們的研究中，在宇宙學尺度上，時間和距離是一回事，對宇宙中星系年齡的估計，就變成對這個星系距離的測量。

宇宙有多老?

目前主流天文學家認為，宇宙作為一個整體有確定的年齡——大約137億年，這個年齡比任何已知的宇宙內天體年齡都要大，也就是說這個數值至少與已有觀測數據不矛盾。

當我們談論宇宙的年齡時，不得不提到一位大名鼎鼎的天文學家——埃德溫?哈勃。正是他在20世紀20年代對銀河系以外星系的觀測，開創了宇宙學的新時代，他提出的“哈勃定律”為大爆炸宇宙學奠定了基石。不要被這些看起來很嚇人的詞匯所迷惑，我們很快就會搞清楚所謂的哈勃定律和哈勃常數。

當年哈勃觀測了幾十個銀河系之外的星系(稱為河外星系，星系是大量恒星_例如我們的太陽——通過引力作用形成的集合體，我們的銀河系就是一個有大約2千億顆恒星的旋渦星系)，發現幾乎所有的星系都在遠離我們，而且距離我們越遠的星系，離開我們的速度越大。為什么哈勃能夠肯定星系在遠離我們呢?他是通過測量星系的光譜，發現其中的譜線(發射線或吸收線)都向光譜的紅端移動(即紅移，redshifl)。譜線的紅移是因為光源在遠離我們，這就好比當救護車遠離我們時，我們聽到其發出的警笛聲越來越低沉，也就是聲波的波長被拉長，這種現象就是多普勒效應。習慣上用一個沒有單位的純數z來表示紅移的大小，z=(λ觀測-λ靜止)／λ靜止，λ觀測為觀測到的波長，λ靜止為實驗室里靜止光源的波長，紅移z的數值越大，說明波向紅端移動得越多，也就是光源離觀測值越遙遠。哈勃因此提出了著名的“哈勃定律”，即星系遠離我們的速度與距離成正比，V=Hod，其中v代表速度，d代表距離，而比例常數H。就是所謂的“哈勃常數”。哈勃的這一發現震驚世界，因為現在我們看到所有的星系都在遠離我們，而且距離越遠速度越快，那就說明，在有限的一段時間之前，所有的星系是聚集在一處的!這就直接支持了大爆炸宇宙學。

我們再來看哈勃常數H0，因為速度v的單位總可以通過轉換為米／秒，而距離d的單位也可以轉換為米，顯而易見H0的單位是秒分之一，也就是說1／H0的單位是時間單位。1／H0在宇宙學中有特別重要的意義，它就是宇宙的年齡!有個專門的詞匯來描述1／H0，即回望時間(Iookback time)。只要能精確地測得H0的數值，我們就知道宇宙的年齡了!當然，僅用1／H0作為宇宙年齡的表示并不準確，還依賴宇宙學模型等等其他復雜的條件，但那已經超出我們感興趣的范疇，我們只要知道哈勃常數的倒數等效于宇宙年齡就足夠了。而現在對哈勃常數最好的測定結果是H0大約為22千米每秒每百萬光年，其對應的宇宙年齡大約為137億年。

歷史上因為對哈勃常數的測定差異很大，鬧出過不少笑話。如果哈勃常數值是一個很大的數，那么它的倒數就會很小，使得宇宙的年齡比某顆恒星的年齡還小，即“先有兒子后有爸爸”，大爆炸宇宙學也因此備受抨擊。但隨著探測設備技術以及宇宙學的發展，目前對哈勃常數的測定已經達到了足夠的精度，所謂年齡的佯謬也不攻自破了。

星系有多老?

隨著新聞媒體越來越關注天文學新發現，我們經常會看到“某星系的年齡為多少億年”的說法。那么天文學家如何確定某星系的年齡呢?

其實這里面存在一種誤解：在天文學專業里，是無法精確定義星系的年齡的。我們知道星系是由各類恒星、氣體以及暗物質等其他成分構成的混合體，各不同部分部有自己的誕生演化歷史，星系中的全部恒星一般不可能是在一個確定的時刻同時產生的，因此無法定義一個星系的年齡，只能說星系中某一成分的年齡大約為多少年。那么我們經常看到的關于星系年齡的報道，其數值究竟對應的是天文學家的科學研究中哪一部分呢?

上文我們提到了時間距離轉換的思維，也提到了紅移的概念，現在就是揭開謎底的時刻。在實際觀測中，天文學家能夠測量到星系的光譜，選擇合適的譜線，就可以準確地測定這個星系的紅移值。而在天文學家眼里，紅移值與距離是完全等價的概念。只要給出宇宙學模型，星系的紅移值與距離是惟一對應關系。知道了距離，就等于知道了時間。因此，媒體報道中提及的星系的年齡，實際上就是天文學家通過測量星系的紅移，轉換為對應的距離即時間，就得到所謂的星系年齡。例如天文學家觀測某星系的紅移值為0.1，那么按照宇宙學模型給出的對應關系(需要用到哈勃常數的數值)，其對應的宇宙學距離為14億光年，我們就可以說這個星系的回望時間是14億年，也就是新聞中提到的14億年的星系年齡。再考慮到整個宇宙的年齡為137億年，也可以認為這個星系是在大爆炸之后123億年時形成的。

其他測定星系距離的辦法

既然星系的年齡與其距離是惟一對應的關系，那么天文學家就要想盡各種辦法來測量星系的距離。由于星系距離我們都十分遙遠，從星系發出的光到達地球時已經非常暗弱，因此說來簡單，但真正要確定某個星系的距離是異常困難的工作。

最初天文學家利用一類特殊的恒星(恒星的光度與其光度變化周期有固定的關系，中文稱為造父變星)或者星系的光譜來推算其所在星系的距離，但由于亮度有限，這種辦法只能測量距離較近的星系。隨著天文學以及探測技術的發展，今天的天文學家有很多種辦法來測量星系的距離，例如Sunyaey—Zerdovich效應、超新星、引力透鏡、塔利-費希爾關系、基本面關系、星系面亮度等等，其中有些可以直接測量星系的絕對距離，有些是通過測量星系的相對距離，再由“距離階梯”逐步推算出星系的絕對距離。需要特別強調的一點是，由于觀測和理論的局限，各種途徑測得同一星系的距離并不完全一致。有些方法得到的距離誤差也比較大。這也是天文學家致力于提高星系距離測量精度的原因。

天文學的研究方法范文第5篇

新的結果動搖了一些天文學家對暗星云的看法。以前認為巴納德68是天空中的一個洞，現在知道它是最著名的暗星云之一。在這個暗星云中，致密的塵埃和分子氣體幾乎完全吸收了背景恒星所發出的可見光。新生成的圖片是漫長的細絲凝結而成的巴納德68，它被來自銀河系中心平面方向分布不均勻的外部輻射加熱。天文學家利用紅外觀測發現的一些跡象表明，分子云碎片與巴納德68碰撞，這可能導致巴納德68的崩潰，形成一個新的恒星系統，在接下來的幾十萬年里形成一個或更多的低質量恒星。

早在2009年，一項針對巴納德68暗星云存在的研究就已經開始進行，當時美國《天體物理學雜志》發表了西班牙卡拉爾·阿爾托天文臺負責人若昂·阿爾維斯和德國慕尼黑大學的安德烈亞斯·布爾克特的研究結果。他們預測，在星云這個由氣體和塵埃密集的云霧狀天體里，一個新的恒星在距太陽系400光年遠的地方即將誕生。孕育這個恒星的將主要是質量為太陽兩倍的巴納德68，它是暗星云，不會反射恒星和其他物體發出的光線，因此目前人類還看不到它。

研究表明，這個云霧狀天體已開始呈現不穩定狀態。而一個質量只有它1/10的星云正在迅速接近并“快要與它相撞”。這兩位科學家說，他們是通過超級計算機的模擬試驗得出這個結論的。這次相撞將會使巴納德68的密度和溫度升高超過臨界點，這時暗星云將在引力作用下開始凝聚，最終孕育出新的恒星。他們指出，這顆恒星將在20萬年內誕生，這個速度從天文學的時間尺度來看已經非常快了。在這顆恒星的周圍，有可能會形成一些行星。這也意味著，我們的太陽系可能要多出一個新鄰居。

MPIA的天文學家表示，我們現在還不是很清楚巴納德68是如何形成的，但我們知道它很有可能是新恒星將形成的地方，事實上，最近已發現了巴納德68似乎因崩塌將產生新恒星的跡象。我們可以用紅外光透視這類云氣，觀察星云內部的狀態。巴納德68相當小，最多生成幾個低質量的恒星。