天文学的研究方法

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天文学的研究方法范文第1篇

关键词：中国古代天文学；科学哲学；真科学

一、中国古代天文学的兴起

从众多资料来看，中国古代天文学的历史之悠久，可以追溯到上古时期。传说在少昊氏时，人人私下研习天文，都搞起了沟通上天的巫术，致使天下大乱。颛顼帝命令重、黎二人“绝地天通”，禁止了平民与上天沟通交流。之后与天交流的权利就专属于天子，也只有天子钦定的巫觋才有资格去沟通上天。从此天文学在古代中国就成了皇家的专属品，而天子也开始拥有了对“天命”的解读权。这也就是中国漫长天文学史的开端。

二、中国古代天文学的发展

我国天文学至于夏商周代时已经有了一定水准的历法。特别是到了周代，已经有人开始观测流星、行星等天象及星辰。相比于上古时代，这已经有了很大的进步。传统的天文学体系是在春秋战国时期正式完成的。在这一时期，不仅二十八星宿体系确立，而且在历法方面有了重大的进步。我们古人开始通过观测日影长短的周年变化来确定冬至和夏至的日期。并且在这一时期流传了大量人们观测流星、彗星等天象的详细记录。这些都成了我国历史上的宝贵资料。自从春秋战国时期传统天文学大框架建立之后，秦、汉、魏晋南北朝、隋、唐、宋时期，天文学进一步蓬勃发展。不仅历法得到统一，二十四节气，浑天仪等天文知识以及天文学仪器的进一步发明使得我国的天文学一路高歌猛进。到了元朝，由于铁木真缔造了一个横跨欧亚大陆的辉煌帝国，我国古代天文学甚至传到阿拉伯等国，可谓是盛极一时。明清时期，中国开放了千年来“严禁私习天文”的禁令，使得我国古代天文学有机会走向一个新的巅峰。

三、对中国古代天文学的质疑

也正是因为我国古代天文学在很长一段时间是服务于皇室，很多中西方学者就质疑中国古代天文学是否是真正的科学。甚至有些激进派的学者直接将中国古代天文学打入伪科学的深渊。在此，笔者持有不同看法。的科学观认为，科学是历史发展总过程的产物，它抽象地表现了这一历史发展总过程的精华，这个精华显然包括自然科学与社会科学。每一种不同的运动形式都构成每一门具体科学的研究对象，而整个物质世界和精神世界在总体上便构成总体科学的研究对象。因此，所谓科学就是对自然界和人类社会运动、变化规律的概括，都是人们在感觉经验基础之上用“理性方法”整理概括的结果。此外在科学的本质与功能上，马克思还突出强调了科学技术是生产力，科学是一种在人类历史上起推动作用的、革命力量的思想。按照马克思的观念，我们反观中国古代天文学，这是一门有着上千年悠久历史的学科，毫无疑问它也是历史发展的产物。无数古代先贤们定历法、造仪器、编文献来研究这浩渺天空中天体运转的奥秘。这分明就是在研究自然界的运动变化规律。更为重要的是，我国古代天文学对社会发展变革起了很大的推动作用。中国古代天文学最重要的应用领域之一便是航海。早在战国时期中国人就根据天文学中观测到的星辰位置，发明了具有指向的“司南”。这在当时的世界上是独一无二的。这为日后开辟海上丝绸之路做出了不可磨灭的贡献。如果大家觉得航海之术离我们日常生活过于遥远，不能说对社会变革起了决定性的作用。那么，中国作为一个传统的农业大国，农业该是我们的立身之本了吧。中国古代天文学对我国农业的发展也起到巨大的推动作用。在石器时代，人们保持着刀耕火种的农业经营方式，这种粗放的耕作模式导致了极端的低产。不过正是伴随着天文学的发展，历法的完善，节气的确立，使得传统农业高度关注农时后，精耕细作的优良方式才逐步趋于成熟，造福了无数黎民百姓。如果说马克思的观点太过于阳春白雪，那当代科学哲学界的泰斗吴国盛教授在《什么是科学》一书中精辟分析了科学的两种基本用法，堪称下里巴人式的真知灼见。第一种是可以依靠它来振兴国家，第二种是某种积极意义上的价值判断。根据这种观点，中国古代天文学及推动了航海时代的发展，促进了国家的繁荣发展。同时，它又大力推动了农业的进步，在价值意义上来讲也是毋容置疑的“好东西”。那么我们为什么不能承认中国古代天文学是真正的科学呢？

参考文献：

[1]江晓原，钮卫星.中国天学史[M].上海人民出版社，2005.

[2]陈遵妫.中国天文学史[M].上海人民出版社，2007.

[3]张之沧.科学哲学导论[M].人民出版社，2004.

天文学的研究方法范文第2篇

数学天文学家柏拉图

柏拉图将“理念”应用到天文学，“理念”在希腊天文学中的本意是形式，毕达哥拉斯借用“理念”来指称理想的几何图形，以区别于纸面上画出的几何图形.苏格拉底将这一思想推广到伦理范畴，柏拉图将这一思想推及到整个宇宙18Pg.柏拉图的宇宙论由形式、个体和造物主构成.柏拉图继承和发扬了毕达哥拉斯学派的数是世界本原的观点.他用理想的、数学的天文学来代替观察天文学，是一项激进的观念变革.柏拉图第一次为几个世纪以来一直盘旋在天文学家脑海中的行星运动问题给出了明确的目标:如何组合各种均匀的圆周运动，使其结果对应于所观测到的行星运动l8]2，围绕着柏拉图提出的问题，经过了500多年，从欧多克索(Eudoxus)到托勒密(Rolemy)，希腊天文学家利用数学原则与圆周运动来说明天体运动的各种不规则的现象.柏拉图提出微观世界和宏观世界的学说，由人类组成的微观世界与宇宙的宏观世界相回应，他的思想影响到了中世纪欧洲的思想.柏拉图企图使天文学成为数学的一个分支，他的宇宙观基本上是一种数学的宇宙观.他用数学表达描述了神圣的天体运动，他设想宇宙开端有直角三角形，他坚信地球是固定在宇宙的中心，同太阳、月亮和行星一起与不同的速度围绕地球旋转.柏拉图认为只有一个宇宙，他认为不同的天体都是由四种元素的微粒组成的.火微粒是正四面体，气微粒是正八面体，水微粒是正二十面体，土微粒是立方体.第五种正多面体是由正五边形形成的十二面体，这是组成天上物质的第五种元素，叫做以太•柏拉图的正多面体，多元素体现了把自然数学化的一大步.古希腊著名哲学家亚里士多德就继承和发展了柏拉图的这一思想，哥白尼和伽利略也遵行了柏拉图的数学天文学思想而取得成功的典范，伽利略在《试金者》中曾这样描述过:宇宙这本书是上帝“用数学语言写成的，其文字是三角、圆和其他几何图形”四巴柏拉图受到了毕达哥拉斯派关于数的神秘主义的影响，他把这个理论运用到天文学中.在《蒂迈欧》中，柏拉图强调“一个”世界的完美性.他用“一”这个数字的概念说明了世界太完美了，并和德漠克利特的机械论展开论战，推动了天文学向前发展.柏拉图的天文学体系不涉及可见天体的可感知的运动，而是与想象中的天空中数学点的完美运动有关，这些完美的数学点描绘出圆周运动，通过匀速圆周运动的组合来解释天体运动的不规则性这一思想为数学天文学的发展开辟了道路.欧多克斯(Eudoxs)在柏拉图原则的指导下提出了天文学的天体的同心圆理论.托勒密乃至哥白尼一直延续这一思想研究完美的同心圆运动轨道.

柏拉图:理念论与数理思想相结合的古代典型柏拉图

在科学研究过程中，他将在认识论体系上的理念论与在本体论体系上的数理思想相结合，逐步建立和形成了自己的科学方法论理论体系.柏拉图对真理的认识是和他的理念论结合在一起，形成了他特有的唯心主义，后世称之为“唯实论”.“唯实论”对科学史的影响，超过了他的任何其他理论.科学史学家丹皮尔认为柏拉图的唯实论是一种现代形式观念的“实在论”，比一种粗糙的唯名论更接近真理7竺柏拉图的唯实论与基督教神学相结合，在方法论上表现为注重推纳演绎法，重视数的观念.柏拉图将几何学作为演绎推理的一个很好的实例，柏拉图曾经明确地把上帝看成一位几何家.他以几何学为蓝本，认为数理学家要利用各种几何图形进行思考，但是这种图形不是现实中的图形，而是理念中的图形，经过假设和逻辑推演，最终形成人们对现实世界认识的各种的理念.E•迈尔(Mayr)将这种思维称之为“类型逻辑思维”〔10183.这种思维模式认为自然界中应该重视研究典型现象，柏拉图本人建构的宇宙模型正是用了这种方法，欧几里得乃至整个自然科学所采用的方法都是如此111].波普尔认为，柏拉图是提出几何世界图景的第一人，是哥白尼、伽利略、开普勒、牛顿等近代科学奠基者的思想噶矢112].研究科学史的历史学家林德伯格(Lindberg)这样描述柏拉图在科学上的影响:柏拉图的观点具有明显的现代口吻—理想化是大多数现代科学的一个显著特征;我们在建构模型和定律时，为了把握本质就需要忽略偶然因素的作用110183.而物理学也是遵行了这一方法论而取得了巨大成功，例如:古希腊的阿基米德在解决杠杆原理时，继承了柏拉图的理想化思想，忽略了杠杠本身的重量、支点的摩擦以及空气阻力的因素，同时把物体作为质点，把杠杆的位置定位为一个理胜化的数学点来处理.同样，伽利略的对接斜面理想实验就是试图在排除所有阻力和干扰的理想状况下描述物体的运动，解决了物体的运动问题，这是柏拉图的“类型逻辑思维”延伸的一个经典实例.后来的牛顿在伽利略理想实验的基础上提出了牛顿第一定律，即赓胜定律，惯性定律是不能直接用实验去严格的验证，它也是理想化逻辑推理的产物.柏拉图的自然哲学思想记录在他的众多著作中，其中最著名的是《蒂迈欧篇》.科学史学家WC丹皮尔曾这样评论《蒂迈欧篇》:这部书差不多成了中古时期的知识的唯一来源，在亚里士多德的著作被遗忘的几百年中，它给中世纪带来了一种自然哲学，当时的异想天开的见解有许多就是从那里来的Iv]51.柏拉图还通过举办学院的形式传播他的科学思想，他注重实证研究，培养了欧多克索斯、亚里士多德等大批杰出人才.

作者：张瑶 吴文良 徐楠 单位：昭通学院物理系

天文学的研究方法范文第3篇

天文学的研究对象是各种天体，古代的天文学家通过观测太阳、月球和其他一些天体及天象，确定了时间、方向和历法，这也是天体测量学的开端。如果从人类观测天体、记录天象算起，天文学的历史至少已经有5、6千年了。最初，不管是东方还是西方，古人都是观察太阳、月球和天空中的星星来确定时间、方向和历法，并记录天象，这叫做历制。

化学从公元前1500年到公元1650年，炼丹术士和炼金术士们为求得长生不老的仙丹，为求得荣华富贵的黄金，开始了最早的化学实验、记载。化学方法转而在医药和冶金方面得到了正当发挥，在欧洲文艺复兴时期，出版了一些有关化学的书籍，第一次有了“化学”这个名词。

（来源：文章屋网 ）

天文学的研究方法范文第4篇

同为地球上的智慧生命，各国人对年龄的询问有着不同的看法。按照西方传统礼节，初次见面就问“您贵庚”是不得体的；但中国人习惯以此拉近距离，而且还会根据对方的情况谨慎选择用语，例如：“您高寿?”當我们抛开世俗放眼星辰之际，询问星系的年龄则不再是个民俗礼节问题，而是个充满挑战的自然科学问题了。

回顾天文学的发展历史不难发现，天文学家无时无刻不面对着有关天体年龄的尴尬局面：从最原始的认为天地永恒，到发现宇宙大爆炸及其加速膨胀；从相信太阳始终如一地送给人类光明和温暖，到发现恒星内部的核聚变过程；从因数据有误而估算出比地球岩石年龄还小的宇宙年龄，产生“先有儿子后有父亲”的佯谬，到精确测得今天可观测宇宙的年龄大约为137亿年。这一切都表明天文学家对宇宙以及各类天体的年龄估计是多么艰难、复杂又漫长的过程。但我们不是专业的天文学家，也无需了解艰深繁杂的判断天体年龄的具体过程，我们只需对宇宙天体的年龄有概念性的了解就足够了。

时间等于距离

在谈论宇宙天体的年龄之前，我们需要进行一个思维转换——距离等于时间。这不是多难的事，让我们先想想身边的情况。假设我们在高速公路上行驶，每个人都会自然想到时速，没错，就是我们挂在嘴边的时速120，时速80，當然我们的默认单位是千米每小时。这样任何距离部可以等效成时间。例如时速120千米就意味着2千米等于1分钟，而相距600千米的两个城市，在我们的脑海中就等于5小时。现在我们把这种时间距离的转换应用到宇宙中，与高速公路上行驶的机车相比，惟一的不同是现在我们的速度是光速!120千米每小时的速度对于宇宙来说太慢了，我们必须用30万千米每小时的光速作为衡量标准，这也是我们的宇宙中最快的速度。如果你听说过爱因斯坦，听说过相对论，你会立刻想到任何物体的速度部不可能超越光速。之所以要进行这样的转换，只是为了更接近专业天文学家的思路，在他们的研究中，在宇宙学尺度上，时间和距离是一回事，对宇宙中星系年龄的估计，就变成对这个星系距离的测量。

宇宙有多老?

目前主流天文学家认为，宇宙作为一个整体有确定的年龄——大约137亿年，这个年龄比任何已知的宇宙内天体年龄都要大，也就是说这个数值至少与已有观测数据不矛盾。

當我们谈论宇宙的年龄时，不得不提到一位大名鼎鼎的天文学家——埃德温?哈勃。正是他在20世纪20年代对银河系以外星系的观测，开创了宇宙学的新时代，他提出的“哈勃定律”为大爆炸宇宙学奠定了基石。不要被这些看起来很吓人的词汇所迷惑，我们很快就会搞清楚所谓的哈勃定律和哈勃常数。

當年哈勃观测了几十个银河系之外的星系(称为河外星系，星系是大量恒星_例如我们的太阳——通过引力作用形成的集合体，我们的银河系就是一个有大约2千亿颗恒星的旋涡星系)，发现几乎所有的星系都在远离我们，而且距离我们越远的星系，离开我们的速度越大。为什么哈勃能够肯定星系在远离我们呢?他是通过测量星系的光谱，发现其中的谱线(发射线或吸收线)都向光谱的红端移动(即红移，redshifl)。谱线的红移是因为光源在远离我们，这就好比當救护车远离我们时，我们听到其发出的警笛声越来越低沉，也就是声波的波长被拉长，这种现象就是多普勒效应。习惯上用一个没有单位的纯数z来表示红移的大小，z=(λ观测-λ静止)／λ静止，λ观测为观测到的波长，λ静止为实验室里静止光源的波长，红移z的数值越大，说明波向红端移动得越多，也就是光源离观测值越遥远。哈勃因此提出了著名的“哈勃定律”，即星系远离我们的速度与距离成正比，V=Hod，其中v代表速度，d代表距离，而比例常数H。就是所谓的“哈勃常数”。哈勃的这一发现震惊世界，因为现在我们看到所有的星系都在远离我们，而且距离越远速度越快，那就说明，在有限的一段时间之前，所有的星系是聚集在一处的!这就直接支持了大爆炸宇宙学。

我们再来看哈勃常数H0，因为速度v的单位总可以通过转换为米／秒，而距离d的单位也可以转换为米，显而易见H0的单位是秒分之一，也就是说1／H0的单位是时间单位。1／H0在宇宙学中有特别重要的意义，它就是宇宙的年龄!有个专门的词汇来描述1／H0，即回望时间(Iookback time)。只要能精确地测得H0的数值，我们就知道宇宙的年龄了!當然，仅用1／H0作为宇宙年龄的表示并不准确，还依赖宇宙学模型等等其他复杂的条件，但那已经超出我们感兴趣的范畴，我们只要知道哈勃常数的倒数等效于宇宙年龄就足够了。而现在对哈勃常数最好的测定结果是H0大约为22千米每秒每百万光年，其对应的宇宙年龄大约为137亿年。

历史上因为对哈勃常数的测定差异很大，闹出过不少笑话。如果哈勃常数值是一个很大的数，那么它的倒数就会很小，使得宇宙的年龄比某颗恒星的年龄还小，即“先有儿子后有爸爸”，大爆炸宇宙学也因此备受抨击。但随着探测设备技术以及宇宙学的发展，目前对哈勃常数的测定已经达到了足够的精度，所谓年龄的佯谬也不攻自破了。

星系有多老?

随着新闻媒体越来越关注天文学新发现，我们经常会看到“某星系的年龄为多少亿年”的说法。那么天文学家如何确定某星系的年龄呢?

其实这里面存在一种误解：在天文学专业里，是无法精确定义星系的年龄的。我们知道星系是由各类恒星、气体以及暗物质等其他成分构成的混合体，各不同部分部有自己的诞生演化历史，星系中的全部恒星一般不可能是在一个确定的时刻同时产生的，因此无法定义一个星系的年龄，只能说星系中某一成分的年龄大约为多少年。那么我们经常看到的关于星系年龄的报道，其数值究竟对应的是天文学家的科学研究中哪一部分呢?

上文我们提到了时间距离转换的思维，也提到了红移的概念，现在就是揭开谜底的时刻。在实际观测中，天文学家能够测量到星系的光谱，选择合适的谱线，就可以准确地测定这个星系的红移值。而在天文学家眼里，红移值与距离是完全等价的概念。只要给出宇宙学模型，星系的红移值与距离是惟一对应关系。知道了距离，就等于知道了时间。因此，媒体报道中提及的星系的年龄，实际上就是天文学家通过测量星系的红移，转换为对应的距离即时间，就得到所谓的星系年龄。例如天文学家观测某星系的红移值为0.1，那么按照宇宙学模型给出的对应关系(需要用到哈勃常数的数值)，其对应的宇宙学距离为14亿光年，我们就可以说这个星系的回望时间是14亿年，也就是新闻中提到的14亿年的星系年龄。再考虑到整个宇宙的年龄为137亿年，也可以认为这个星系是在大爆炸之后123亿年时形成的。

其他测定星系距离的办法

既然星系的年龄与其距离是惟一对应的关系，那么天文学家就要想尽各种办法来测量星系的距离。由于星系距离我们都十分遥远，从星系发出的光到达地球时已经非常暗弱，因此说来简单，但真正要确定某个星系的距离是异常困难的工作。

最初天文学家利用一类特殊的恒星(恒星的光度与其光度变化周期有固定的关系，中文称为造父变星)或者星系的光谱来推算其所在星系的距离，但由于亮度有限，这种办法只能测量距离较近的星系。随着天文学以及探测技术的发展，今天的天文学家有很多种办法来测量星系的距离，例如Sunyaey—Zerdovich效应、超新星、引力透镜、塔利-费希尔关系、基本面关系、星系面亮度等等，其中有些可以直接测量星系的绝对距离，有些是通过测量星系的相对距离，再由“距离阶梯”逐步推算出星系的绝对距离。需要特别强调的一点是，由于观测和理论的局限，各种途径测得同一星系的距离并不完全一致。有些方法得到的距离误差也比较大。这也是天文学家致力于提高星系距离测量精度的原因。

天文学的研究方法范文第5篇

新的结果动摇了一些天文学家对暗星云的看法。以前认为巴纳德68是天空中的一个洞，现在知道它是最著名的暗星云之一。在这个暗星云中，致密的尘埃和分子气体几乎完全吸收了背景恒星所发出的可见光。新生成的图片是漫长的细丝凝结而成的巴纳德68，它被来自银河系中心平面方向分布不均匀的外部辐射加热。天文学家利用红外观测发现的一些迹象表明，分子云碎片与巴纳德68碰撞，这可能导致巴纳德68的崩溃，形成一个新的恒星系统，在接下来的几十万年里形成一个或更多的低质量恒星。

早在2009年，一项针对巴纳德68暗星云存在的研究就已经开始进行，当时美国《天体物理学杂志》发表了西班牙卡拉尔·阿尔托天文台负责人若昂·阿尔维斯和德国慕尼黑大学的安德烈亚斯·布尔克特的研究结果。他们预测，在星云这个由气体和尘埃密集的云雾状天体里，一个新的恒星在距太阳系400光年远的地方即将诞生。孕育这个恒星的将主要是质量为太阳两倍的巴纳德68，它是暗星云，不会反射恒星和其他物体发出的光线，因此目前人类还看不到它。

研究表明，这个云雾状天体已开始呈现不稳定状态。而一个质量只有它1/10的星云正在迅速接近并“快要与它相撞”。这两位科学家说，他们是通过超级计算机的模拟试验得出这个结论的。这次相撞将会使巴纳德68的密度和温度升高超过临界点，这时暗星云将在引力作用下开始凝聚，最终孕育出新的恒星。他们指出，这颗恒星将在20万年内诞生，这个速度从天文学的时间尺度来看已经非常快了。在这颗恒星的周围，有可能会形成一些行星。这也意味着，我们的太阳系可能要多出一个新邻居。

MPIA的天文学家表示，我们现在还不是很清楚巴纳德68是如何形成的，但我们知道它很有可能是新恒星将形成的地方，事实上，最近已发现了巴纳德68似乎因崩塌将产生新恒星的迹象。我们可以用红外光透视这类云气，观察星云内部的状态。巴纳德68相当小，最多生成几个低质量的恒星。