天文學的研究方法精選(九篇)

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第1篇：天文學的研究方法范文

關(guān)鍵詞：天文學 宇宙演化 宇宙結(jié)構(gòu) 天有九重

日本著名學者山田慶兒在所著的《朱子的自然學》中對朱熹在天文學上的成就予以全面的論述和評價，并且稱朱熹是“一位被遺忘的自然學家”[i]。筆者試著借題發(fā)揮，進而認為朱熹是“一位被遺忘的天文學家”。作為宋代大理學家的朱熹研究過天文學，這已是不爭的事實。然而，他是否可稱為天文學家，迄今尚無定論。他研究天文學的歷程以及所取得的成就，他的天文學研究在中國古代天文學史上的重要地位，尚待進一步理清。筆者通過對《朱文公文集》、《朱子語類》中朱熹的有關(guān)天文學方面的言論進行整理和研究，大致理出了一些頭緒。

一.

天文學研究的歷程

朱熹對天文現(xiàn)象的思考很早就已開始。據(jù)朱熹門人黃義剛“癸丑（1193年，朱熹63歲）以后所聞”和林蘷孫“丁巳（1197年，朱熹67歲）以后所聞”，朱熹曾回憶說：“某自五、六歲，便煩惱道：‘天地四邊之外，是什么物事？’見人說四方無邊，某思量也須有個盡處。如這壁相似，壁后也須有什么物事。其時思量得幾乎成病。到而今也未知那壁后是何物？”[ii]可見，朱熹從小就關(guān)心天文，直到晚年仍對此難以忘懷，并孜孜以求。

然而，朱熹在其早期的學術(shù)生涯中，并沒有進行天文學的研究。朱熹早年除讀儒家經(jīng)典外，“無所不學，禪、道文章，楚辭、詩、兵法，事事要學”[iii]。紹興三十年（1160年，朱熹30歲），朱熹正式拜二程的三傳弟子李侗為師，開始潛心于儒學，并接受李侗以“默坐澄心”于“分殊”上體認“理一”的思想。

據(jù)《朱文公文集》以及當今學者陳來先生所著《朱子書信編年考證》[iv]，朱熹最早論及天文學當在乾道七年（1171年，朱熹41歲）的《答林擇之》，其中寫道：“竹尺一枚，煩以夏至日依古法立表以測其日中之景，細度其長短?！盵v]

測量日影的長度是古代重要的天文觀測活動之一。最簡單的方法是在地上直立一根長八尺的表竿，通過測量日影的長短來確定節(jié)氣；其中日影最短時為夏至，最長時為冬至，又都稱為“日至”。與此同時，這種方法還用于確定“地中”?！吨芏Y·地官》載：“以土圭之法測土深，正日景以求地中?！罩林?，尺有五寸，謂之地中。”意思是，在夏至日中午測得日影為一尺五寸的地方，此地便是“地中”。而且，從“地中”向北，每一千里則影長增一寸；向南，每一千里則影長減一寸。這就是《周髀算經(jīng)》所謂“周髀長八尺，勾之損益寸千里”。這一說法到南朝以后受到懷疑；唐朝的一行和南宮說通過不同地區(qū)日影的測量，進一步予以糾正。朱熹要其弟子林擇之協(xié)助測量日影，顯然是要比較不同地區(qū)日影的長短，其科學精神可見一斑。

在同年的《答蔡季通》中。朱熹寫道：“歷法恐亦只可略說大概規(guī)模，蓋欲其詳，即須仰觀俯察乃可驗。今無其器，殆亦難盡究也。”[vi]

蔡季通，即蔡元定（1135—1198年）；建陽（今屬福建）人，學者稱西山先生；精于天文、地理、呂律、象數(shù)，著作有《律呂新書》、《大衍詳說》等；為朱熹“四大弟子（蔡元定、黃干、劉爚、陳淳）”之首。蔡元定的年齡僅比朱熹小5歲，并在天文學等科學上有所造詣，很受朱熹的器重。從以上所引《答蔡季通》可知，當時朱熹正與蔡元定討論天文歷法，并且認為，研究歷法必須用科學儀器進行實際的天文觀測。

淳熙元年（1174年，朱熹44歲），朱熹在《答呂子約》中寫道：“日月之說，沈存中筆談中說得好，日食時亦非光散，但為物掩耳。若論其實，須以終古不易者為體，但其光氣常新耳?！盵vii]顯然，朱熹在此前已研讀過北宋著名科學家沈括的《夢溪筆談》，并對沈括的有關(guān)天文學的觀點進行分析。胡道靜先生認為，在整個宋代，朱熹是最最重視沈括著作的科學價值的唯一的學者，是宋代學者中最熟悉《夢溪筆談》內(nèi)容并能對其科學觀點有所闡發(fā)的人。[viii]

淳熙十三年（1186年，朱熹56歲），朱熹在《答蔡季通》中寫道：“《星經(jīng)》紫垣固所當先，太微、天市乃在二十八宿之中，若列于前，不知如何指其所在？恐當云在紫垣之旁某星至某星之外，起某宿幾度，盡某宿幾度。又記其帝坐處須云在某宿幾度，距紫垣幾度，赤道幾度，距垣四面各幾度，與垣外某星相直，及記其昏見，及昏旦夜半當中之星。其垣四面之星，亦須注與垣外某星相直，乃可易曉?！缎墙?jīng)》可付三哥畢其事否？甚愿早見之也。近校得《步天歌》頗不錯，其說雖淺而詞甚俚，然亦初學之階梯也?！盵ix]可見，當時朱熹正與蔡元定一起研究重要的天文學經(jīng)典著作《星經(jīng)》和以詩歌形式寫成的通俗天文學著作《步天歌》，并就如何確定天空中恒星的位置問題進行討論，其中涉及三垣二十八宿星象體系。

同年，朱熹在《答蔡伯靜》中寫道：“天經(jīng)之說，今日所論乃中其病，然亦未盡。彼論之失，正坐以天形為可低昂反復耳。不知天形一定，其間隨人所望固有少不同處，而其南北高下自有定位，政使人能入于彈圓之下以望之，南極雖高，而北極之在北方，只有更高于南極，決不至反入地下而移過南方也。但入彈圓下者自不看見耳。蓋圖雖古所創(chuàng)，然終不似天體，孰若一大圓象，鉆穴為星，而虛其當隱之規(guī)，以為甕口，乃設(shè)短軸于北極之外，以綴而運之，又設(shè)短軸于南極之北，以承甕口，遂自甕口設(shè)四柱，小梯以入其中，而于梯末架空北入，以為地平，使可仰窺而不失渾體耶？”[x]在這里，朱熹設(shè)想了一種可進入其中觀看天象的龐大的渾天儀。

淳熙十四年（1187年，朱熹57歲），朱熹在《答廖子晦》中寫道：“日之南北雖不同，然皆隨黃道而行耳。月道雖不同，然亦常隨黃道而出其旁耳。其合朔時，日月同在一度；其望日，則日月極遠而相對；其上下弦，則日月近一而遠三。如日在午，則月或在卯，或在酉之類是也。故合朔之時，日月之東西雖同在一度，而月道之南北或差遠，于日則不蝕?；蚰媳彪m亦相近，而日在內(nèi)，月在外，則不蝕。此正如一人秉燭，一人執(zhí)扇，相交而過。一人自內(nèi)觀之，其兩人相去差遠，則雖扇在內(nèi)，燭在外，而扇不能掩燭?；虮鼱T者在內(nèi)，而執(zhí)扇在外，則雖近而扇亦不能掩燭。以此推之，大略可見。”[xi]在這里，朱熹對月亮盈虧變化的原因作了探討。

淳熙十六年（1189年，朱熹59歲），朱熹在《答蔡季通》中寫道：“極星出地之度，趙君云福州只廿四度，不知何故自福州至此已差四度，而自此至岳臺，卻只差八度也。子半之說尤可疑，豈非天旋地轉(zhuǎn)，閩浙卻是天地之中也耶？”[xii]在這里，朱熹試圖通過比較各地北極星的高度及其與地中岳臺的關(guān)系，以證明大地的運動。

朱熹在一生中最后的十年里，在天文學研究上下了較多的功夫，并取得了重要的科學成就。南宋黎靖德所編《朱子語類》卷一“理氣上·太極天地上”和卷二“理氣下·天地下”編入大量朱熹有關(guān)天文學的言論，其中大都是這一時期朱熹門人所記錄的。例如：《朱子語類》卷二朱熹門人陳淳“庚戌（1190年，朱熹60歲）、己未（1199年，朱熹69歲）所聞”：“天日月星皆是左旋，只有遲速。天行較急，一日一夜繞地一周三百六十五度四分度之一，而又進過一度。日行稍遲，一日一夜繞地恰一周，而於天為退一度。至一年，方與天相值在恰好處，是謂一年一周天。月行又遲，一日一夜繞地不能匝，而於天常退十三度十九分度之七。至二十九日半強，恰與天相值在恰好處，是謂一月一周天。月只是受日光。月質(zhì)常圓，不曾缺，如圓毬，只有一面受日光。望日日在酉，月在卯，正相對，受光為盛。天積氣，上面勁，只中間空，為日月來往。地在天中，不甚大，四邊空?！盵xiii]

《朱子語類》的其它卷中也有此類記錄。例如：《朱子語類》卷二十三黃義剛“癸丑（1193年，朱熹63歲）以后所聞”：安卿問北辰。曰：“北辰是那中間無星處，這些子不動，是天之樞紐。北辰無星……。”義剛問：“極星動不動？”曰：“極星也動。只是它近那辰后，雖動而不覺?！袢艘怨苋ジQ那極星，見其動來動去，只在管里面，不動出去。向來人說北極便是北辰，皆只說北極不動。至本朝人方去推得是北極只是北辰頭邊，而極星依舊動。又一說，那空無星處皆謂之辰……?！庇衷唬骸疤燹D(zhuǎn)，也非東而西，也非循環(huán)磨轉(zhuǎn)，卻是側(cè)轉(zhuǎn)?！绷x剛言：“樓上渾儀可見?！痹唬骸笆??！薄衷唬骸澳蠘O在地下中處，南北極相對。天雖轉(zhuǎn)，極卻在中不動。”[xiv]

《朱文公文集》卷七十二朱熹所著《北辰辨》（大約寫成于1196年，朱熹66歲）以及卷六十五朱熹所注《尚書》之《堯典》、《舜典》（大約寫成于1198年，朱熹68歲）都包含有豐富的天文學觀點。《北辰辨》是朱熹專門討論天球北極星座的論文；在所注的《堯典》中，朱熹討論了當時天文學的歲差、置閏法等概念；在所注《舜典》中討論了早期的渾天說、渾天儀的結(jié)構(gòu)，并詳細記錄了當時的渾天儀結(jié)構(gòu)。

這一時期朱熹所編《楚辭集注》（成書于1195年，朱熹65歲）之《天問》中也有一些注釋反映了他在天文學方面的研究和造詣。

二.

天文學的成就

就朱熹研究天文學的方法而言，其最根本的研究方法是[xv]：

其一，細心觀察各種天文現(xiàn)象。朱熹是重視親身觀察、善于觀察的人。他經(jīng)常運用儀器觀察天文現(xiàn)象；并運用觀察所得驗證、反駁或提出各種見解。

其二，用“氣”、“陰陽”等抽象概念解釋天文現(xiàn)象。朱熹所采用的這一方法與中國古代科學家普遍采用的研究方法是一致的。

其三，運用推類獲取新知。朱熹經(jīng)常運用“以類而推”的方法，用已知的東西、直觀的東西，對天文現(xiàn)象進行類推解釋。

其四，闡發(fā)前人的天文學研究成果。朱熹研讀過包括沈括《夢溪筆談》在內(nèi)的大量科學論著，對前人的天文學觀點均予以評述，并提出自己的看法。

從現(xiàn)代科學的角度看，朱熹的天文學研究方法，固然有其不足之處，這主要是由于古代科學所處的階段而導致的。在古代科學的范疇中，朱熹的天文學研究方法應(yīng)當屬于合理。更為重要的是，朱熹運用這些方法在天文學上取得了重要的成就。

朱熹在天文學方面的科學成就主要反映在他最后十年里有關(guān)的言論中。概括起來主要有三個方面：

第一，提出了以“氣”為起點的宇宙演化學說。朱熹曾經(jīng)說：“天地初間只是陰陽之氣。這一個氣運行，磨來磨去，磨得急了便拶許多渣滓；里面無處出，便結(jié)成個地在中央。氣之清者便為天，為日月，為星辰，只在外，常周環(huán)運轉(zhuǎn)。地便只在中央不動。不是在下?！盵xvi]這里描繪了一幅宇宙演化途徑的圖景。

在朱熹看來，宇宙的初始是由陰陽之氣構(gòu)成的氣團。陰陽之氣的氣團作旋轉(zhuǎn)運動；由于內(nèi)部相互磨擦發(fā)生分化；其中“清剛者為天，重濁者為地”[xvii]，重濁之氣聚合為“渣滓”，為地，清剛之氣則在地的周圍形成天和日月星辰。朱熹還明確說：“天地始初混沌未分時，想只有水火二者。水之滓腳便成地。今登高而望，群山皆為波浪之狀，便是水泛如此。只不知因什么時凝了。初間極軟，后來方凝得硬?！畼O濁便成地，火之極輕便成風霆雷電日星之屬?！盵xviii]他根據(jù)直觀的經(jīng)驗推斷認為，大地是在水的作用下通過沉積而形成的，日月星辰是由火而形成的。

將宇宙的初始看作是運動的氣，這一思想與近代天文學關(guān)于太陽系起源的星云說有某些相似之處。1755年，德國哲學家康德提出了太陽系起源的星云說；1796年，法國天文學家拉普拉斯也獨立地提出星云說。星云說認為，太陽系內(nèi)的所有天體都是由同一團原始星云形成的。然而，在他們500多年之前，朱熹就提出了類似之說；盡管尚缺乏科學依據(jù)和定量的推算，但其通過思辯而獲得的結(jié)果則是超前的。

對此，英國科學史家梅森在其《自然科學史》一書中予以記述：“宋朝最出名的新儒家是朱熹。他認為，在太初，宇宙只是在運動中的一團渾沌的物質(zhì)。這種運動是漩渦的運動，而由于這種運動，重濁物質(zhì)與清剛物質(zhì)就分離開來，重濁者趨向宇宙大旋渦的中心而成為地，清剛者則居于上而成為天?！盵xix]

第二，提出了地以“氣”懸空于宇宙之中的宇宙結(jié)構(gòu)學說。朱熹贊同早期的渾天說，但作了重大的修改和發(fā)展。早期的渾天說認為：“天如雞子，地如雞中黃，孤居于天內(nèi)，天大而地小。天表里有水，天地各乘氣而立，載水而行”[xx]但是，當天半繞地下時，日月星辰如何從水中通過？這是困擾古代天文學家的一大難題。朱熹不贊同地載水而浮的說法，他說：“天以氣而依地之形，地以形而附天之氣。天包乎地，地特天中之一物爾。天以氣而運乎外，故地搉在中間，隤然不動。”[xxi]這就是說，地以“氣”懸空在宇宙之中。

至于地如何以“氣”懸空在宇宙中央，朱熹說：“天運不息，晝夜輾轉(zhuǎn)，故地搉在中間。使天有一息之停，則地須陷下。惟天運轉(zhuǎn)之急，故凝結(jié)得許多渣滓在中間?！盵xxii]又說：“地則氣之渣滓，聚成形質(zhì)者；但以其束于勁風旋轉(zhuǎn)之中，故得以兀然浮空，甚久而不墜耳?！盵xxiii]朱熹認為，宇宙中“氣”的旋轉(zhuǎn)使得地能夠懸空于宇宙中央。朱熹的解釋克服了以往天文學家關(guān)于宇宙結(jié)構(gòu)學說的弱點，把傳統(tǒng)的渾天說發(fā)展到了一個新水平。[xxiv]

關(guān)于地之外的天，朱熹說：“天之形，……亦無形質(zhì)?！祗w，而實非有體也?！盵xxv]“天無體，只二十八宿便是天體?！盵xxvi]又說：“星不是貼天。天是陰陽之氣在上面”；“天積氣，上面勁，只中間空，為日月來往。地在天中，不甚大，四邊空，”[xxvii]這顯然是吸取了傳統(tǒng)宣夜說所謂“天了無質(zhì)，……日月眾星，自然浮生虛空之中，其行無止，皆須氣也”[xxviii]的思想。

第三，提出了天有九重和天體運行軌道的思想。朱熹認為，屈原《天問》的“圜則九重”就是指“九天”，指天有九重。事實上，在朱熹之前，關(guān)于“九天”的說法可見《呂氏春秋·有始覽》：中央曰鈞天，東方曰蒼天，東北曰變天，北方曰玄天，西北曰幽天，西方曰顥天，西南曰朱天，南方曰炎天，東南曰陽天；后來的《淮南子·天文訓》等也有類似的說法；直到北宋末年洪興祖撰《楚辭補注》，其中《天文章句》對“九天”的解釋是：東方皞天，東南方陽天，南方赤天，西南方朱天，西方成天，西北方幽天，北方玄天，東北方變天，中央鈞天。顯然，這些解釋都不包括天有九重的思想。

朱熹則明確地提出天有九重的觀點，并且還說“自地之外，氣之旋轉(zhuǎn)，益遠益大，益清益剛，究陽之數(shù)，而至于九，則極清極剛，而無復有涯矣”[xxix]；同時，朱熹贊同張載所謂“日月五星順天左旋”的說法。他進一步解釋說：“蓋天行甚健，一日一夜周三百六十五度四分度之一，又進過一度。日行速，健次于天，一日一夜周三百六十五度四分度之一，正恰好。比天進一度，則日為退一度。二日天進二度，則日為退二度。積至三百六十五日四分日之一，則天所進過之度，又恰周得本數(shù)；而日所退之度，亦恰退盡本數(shù)，遂與天會而成一年。月行遲，一日一夜三百六十五度四分度之一行不盡，比天為退了十三度有奇。進數(shù)為順天而左，退數(shù)為逆天而右。”[xxx]《朱子語類》卷二朱熹的門人在闡釋所謂“天左旋，日月亦左旋”時說：“此亦易見。如以一大輪在外，一小輪載日月在內(nèi)，大輪轉(zhuǎn)急，小輪轉(zhuǎn)慢。雖都是左轉(zhuǎn)，只有急有慢，便覺日月似右轉(zhuǎn)了。”朱熹贊同此說。[xxxi]

對此，英國著名科學史家李約瑟說：“這位哲學家曾談到‘大輪’和‘小輪’，也就是日、月的小‘軌道’以及行星和恒星的大‘軌道’。特別有趣的是，他已經(jīng)認識到，‘逆行’不過是由于天體相對速度不同而產(chǎn)生的一種視現(xiàn)象?！盵xxxii]因此李約瑟認為，不能匆忙假定中國天文學家從未理解行星的運動軌道。

在天文學研究中，朱熹除了提出以上新見外，還對沈括有關(guān)天文學的觀點做過詳細的闡述。例如：沈括曾說：“月本無光，猶銀丸，日耀之乃光耳。光之初生，日在其傍，故光側(cè)，而所見才如鉤；日漸遠，則斜照，而光稍滿。如一彈丸，以粉涂其半，側(cè)視之，則粉處如鉤；對視之，則正圓?！盵xxxiii]朱熹贊同此說，并接著說：“以此觀之則知月光常滿，但自人所立處視之，有偏有正，故見其光有盈有虧?！盵xxxiv]他還說：“月體常圓無闕，但常受日光為明。初三、四是日在下照，月在西邊明，人在這邊望，只見在弦光。十五、六則日在地下，其光由地四邊而射出，月被其光而明?！?，古今人皆言有闕，惟沈存中云無闕?！盵xxxv]

三.

對后世的影響

中國古代的天文學大致包括宇宙結(jié)構(gòu)理論和歷法兩大主要部分，尤以歷法最為突出。宇宙結(jié)構(gòu)理論自漢代形成蓋天說、渾天說和宣夜說之后，也經(jīng)歷了不斷的發(fā)展，主要表現(xiàn)為占主導地位的渾天說不斷吸取各家學說之長而逐步得到完善。

朱熹的天文學研究側(cè)重于對宇宙結(jié)構(gòu)理論的研究。他通過自己的天文觀測和科學研究，以渾天說為主干，吸取了蓋天說和宣夜說的某些觀點，提出了較以往更加完善的宇宙結(jié)構(gòu)理論，把古代的渾天說推到一個新的階段，這應(yīng)當是朱熹對于古代天文學發(fā)展的一大貢獻。

但是，由于朱熹的天文學研究只是專注于宇宙的結(jié)構(gòu)，對于當時在天文觀測和歷法方面的研究進展關(guān)注不夠，在這些方面的研究稍顯不足。因此，他的宇宙結(jié)構(gòu)理論在某些具體的細節(jié)方面，尤其是定量方面，尚有一些不足之處，有些見解和解釋是欠妥當?shù)摹?/p>

然而，他畢竟對宇宙結(jié)構(gòu)等天文學問題作了純科學意義上的研究，代表了宋代以至后來相當長一段時期中國古代天文學在宇宙結(jié)構(gòu)理論研究方面的水平。而且，朱熹的宇宙結(jié)構(gòu)理論在后來直至清代一直受到了不少學者的重視和引述。

朱熹之后宋末的重要學者王應(yīng)麟(1223—1296年，字伯厚，號深寧居士)撰《六經(jīng)天文編》六卷，記述了儒家經(jīng)典中大量有關(guān)天文學方面的重要論述，《四庫全書·六經(jīng)天文編》“提要”說：“是編裒六經(jīng)之言天文者，以易、書、詩所載為上卷，周禮、禮記、春秋所載為下卷?！痹撝饕灿浭隽酥祆涞脑S多有關(guān)天文學方面的論述。

元代之后科舉考試以“四書五經(jīng)”為官定教科書。其中《尚書》以蔡沈的《書集傳》為主。蔡沈（1167—1230年，字仲默，號九峰）曾隨其父蔡元定從學于朱熹。他的《書集傳》是承朱熹之命而作，其中包含了朱熹所注《尚書》之《堯典》、《舜典》等內(nèi)容，涉及不少有關(guān)天文學方面的論述。另有元代學者史伯璿（生卒不詳）著《管窺外篇》；《四庫全書·管窺外篇》“提要”說：該書中“于天文、歷學、地理、田制言之頗詳，多能有所闡發(fā)?！痹谡摷疤煳膶W時，該書對朱熹的言論多有引述，并認為“天以極健至勁之氣運乎外，而束水與地于其中”。這與朱熹的宇宙結(jié)構(gòu)理論是一致的。

明初的胡廣等纂修《性理大全》，其中輯錄了大量朱熹有關(guān)天文學的論述。明末清初的天文學家游藝（生卒不詳，字子六，號岱峰）融中西天文學于一體，撰天文學著作《天經(jīng)或問》，后被收入《四庫全書》，并流傳于日本。該書在回答地球何以“能浮空而不墜”時說：“天虛晝夜運旋于外，地實確然不動于中……天裹著地，運旋之氣升降不息，四面緊塞不容展側(cè)，地不得不凝于中以自守也?！边@里吸取了朱熹關(guān)于氣的旋轉(zhuǎn)支撐地球懸于空中的宇宙結(jié)構(gòu)理論；在解釋地震的原因時，該書又明確運用了朱熹的這一觀點，說：“地本氣之渣滓聚成形質(zhì)者，束于元氣旋轉(zhuǎn)之中，故兀然浮空而不墜為極重亙中心以鎮(zhèn)定也。”在論及日月五星的運行方向和速度時，該書說道：“日月之行，宋儒言之甚詳”，并且還直接引述朱熹關(guān)于五星運行方向和速度的觀點予以說明。

清代著名學者李光地（1642—1718年，字晉卿，號榕村）曾奉命主編《朱子大全》，其中“卷四十九理氣一”有“總論、太極、天地、陰陽、時令”，“卷五十理氣二”有“天文、天度、地理、雷電、風雨雪雹霜露”，收錄了朱熹有關(guān)天文學的不少論述。李光地所著的《歷象本要》引述了朱熹所謂“地在中央不動，不是在下”，“天包乎地”以及“天有九重”等，用以說明朱熹的天文學思想中包含了西方天文學有關(guān)宇宙結(jié)構(gòu)的知識[xxxvi]。他在所撰的《理氣》篇說：“朱子言天，天不宜以恒星為體，當立有定之度數(shù)記之。天乃動物，仍當于天外立一太虛不動之天以測之，此說即今西歷之宗動天也。其言九層之天。近人者最和暖故能生人物。遠得一層，運轉(zhuǎn)得較緊似一層。至第九層則緊不可言。與今西歷所云九層一一吻合?！盵xxxvii]他的《御定星歷考原》六卷，也引述了朱熹有關(guān)宇宙結(jié)構(gòu)的言論，并且認為，朱熹所說的“天包乎地，地特天中之一物爾”就是指“天渾圓地亦渾圓”，而與西方天文學的宇宙結(jié)構(gòu)理論相一致。

李光地與被譽為清初“歷算第一名家”的梅文鼎（1633—1721年，字定九，號勿庵）[xxxviii]交往甚密，并且對當時的西方科學都持“西學中源”說。梅文鼎在所著《歷學疑問》中多處引用朱熹有關(guān)宇宙結(jié)構(gòu)的言論。該書認為，朱熹已經(jīng)具有西方天文學所謂“動天之外有靜天”、“天有重數(shù)”和“以輪載日月”的觀點，并且說：“朱子以輪載日月之喻，兼可施諸黃、赤，與西說之言層次者實相通貫?！盵xxxix]

除此之外，清代還有黃鼎（生卒不詳）的《天文大成管窺輯要》八十卷，其中也包括朱熹有關(guān)天文學的不少論述。

朱熹是古代的大哲學家，代表了中國古代哲學發(fā)展的一座高峰。也許正是這個原因，他在天文學上所取得的成就一直沒有能引起人們足夠的注意。但是，這并不能否認他在天文學上確實做出過卓越的貢獻，他的宇宙結(jié)構(gòu)理論對后世產(chǎn)生過重大的影響，他是歷史上重要的天文學家。的確，作為宋學集大成者的朱熹是“一位被遺忘的天文學家”，一位不該被遺忘的天文學家。

轉(zhuǎn)貼于 注釋：

1．〔日〕山田慶児：《朱子の自然學》，東京 : 巖波書店， 1978。

2．〔宋〕黎靖德編：《朱子語類》，卷第九十四。

3．《朱子語類》，卷第一百四。

4．陳來：《朱子書信編年考證》，上海人民出版社1989年版。

5．《答林擇之》，《晦菴先生朱文公文集》（四部叢刊初編），卷四十三。

6．《答蔡季通》，《晦菴先生朱文公文集》續(xù)集卷二。

7．《答呂子約》，《晦菴先生朱文公文集》卷四十七。

8．胡道靜：《朱子對沈括科學學說的鉆研與發(fā)展》，《朱熹與中國文化》，學林出版社1989年版。

9．《答蔡季通》，《晦菴先生朱文公文集》卷四十四。

10．《答蔡伯靜》，《晦菴先生朱文公文集》續(xù)集卷三。

11．《答廖子晦》，《晦菴先生朱文公文集》卷四十五。

12．《答蔡季通》，《晦菴先生朱文公文集》續(xù)集卷二。

13．26．27．30．31．35．《朱子語類》，卷第二。

14．《朱子語類》，卷第二十三。

15．樂愛國、高令印《朱熹格物致知論的科學精神及其歷史作用》，《廈門大學學報》，1997年第1期。

16．17．18．21．22．《朱子語類》，卷第一。

19．〔英〕梅森：《自然科學史》，上海譯文出版社1980年版，第75頁。

20．28．《晉書·天文志上》。

23．25．29．朱熹：《楚辭集注》，上海古籍出版社1979年版，第51頁。

24．杜石然等：《中國科學技術(shù)史稿》（下），科學出版社1982年版，第106頁。

32．〔英〕李約瑟：《中國科學技術(shù)史》（第四卷）《天學》，科學出版社1975年版，第547頁。

33．〔宋〕沈括：《夢溪筆談》卷七《象數(shù)一》。

34．朱熹：《楚辭集注》，第53頁。

36．樂愛國：《李光地的中西科技觀述評》，《李光地研究》廈門大學出版社1993年版。

37．〔清〕李光地：《榕村語錄》卷二十六《理氣》。

第2篇：天文學的研究方法范文

王廷相是明代中葉重要儒家學者。他以信守孔子之道為己任，指出：“儒者之論，合于圣者，即圣人也，則信而守之；戾于圣者，即異學也，則辨而正之，斯善學道者也。”[ ]他還根據(jù)孔子所言“多聞闕疑，慎言其余，則寡尤；多見闕殆，慎行其余，則寡悔”[ ]中的“慎言其余”著《慎言》。同時，他明確主張研究自然，要求把握“物理”。王廷相在所作“策問”中說：

諸士積學待叩久矣，試以物理疑而未釋者議之，可乎？天之運，何以機之？地之浮，何以載之？月之光，何以盈缺？山之石，何以欹側(cè)？經(jīng)星在天，何以不移？海納百川，何以不溢？吹律何以回暖？懸炭何以測候？夫遂何以得火？方諸何以得水？龜何以知來？猩何以知往？蜥蜴何以為雹？虹霓何以飲澗？何鼠化為鴽，而鴽復為鼠？何蜣螂化蟬，而蟬不復為蜣螂？何木焚之而不灰？何草無風而自搖？何金之有辟寒？何水之有溫泉？何蜉蝣朝生而暮死？何休留夜明而晝昏？蠲忿忘憂，其感應(yīng)也何故？引針拾芥，其情性也何居？是皆耳目所及，非騁思于六合之外者，不可習矣而不察也。請據(jù)其理之實論之。[ ]

顯然，王廷相是主張研究各種自然現(xiàn)象、研究科學的。而且他還認為，研究天地之道是學者“窮理盡性”所必不可少的。他說：

古之圣人，仰以觀乎天文，俯以察乎地理，而人之道益明。蓋以人性貫徹上下，通極內(nèi)外，彌滿于無垠，周匝于六合，茍一物之未知，是于性猶有所未盡也。故天地之道，雖悠遠高深，學者不可不求其實矣。[ ]

王廷相不僅主張研究自然，同時自己也廣泛深入地研究自然、研究科學。在天文學上，他進行過大量的天文觀測，主張渾蓋合一論，并且通過對渾天說與蓋天說的優(yōu)點加以綜合，以解釋各種天文現(xiàn)象；他還專門研究了古代天文學上的“歲差”概念的發(fā)展，撰有《歲差考》。[ ]

明清之際，顧炎武、黃宗羲、王夫之三大儒講經(jīng)世致用，與此相聯(lián)系，他們也極力推崇科學，主張研究科學，包括研究天文學。

顧炎武對當時的王學末流提出批評。他說：“不習六藝之文，不考百王之典，不綜當代之務(wù)，舉夫子論學、論政之大端一切不問，而曰‘一貫’，曰‘無言’，以明心見性之空言，代修己治人之實學?！盵 ]顧炎武認為，王學末流清談“明心見性”之類，實際上是棄“修己治人之實學”，其結(jié)果是“股肱惰而萬事荒，爪牙亡而四國亂；神州蕩覆，宗社丘墟”。

顧炎武所謂的“修己治人之實學”，就是“博學于文”、“行己有恥”。關(guān)于“博學于文”，顧炎武說：

君子博學于文，自身而至于家國天下，制之為度數(shù)，發(fā)之為音容，莫非文也。[ ]

顧炎武講的“博學于文”，當然也包括研究科學。顧炎武的《日知錄》三十余卷“凡經(jīng)義史學、官方吏治、財賦典禮、輿地藝文之屬，一一疏通其源流，考證其謬誤”[ ]，其中也包括科技知識?！度罩洝返?0卷“論天象數(shù)術(shù)”，有《天文》、《日食》、《月食》、《歲星》、《五星聚》、《百刻》、《雨水》等條涉及天文學。

黃宗羲的《明夷待訪錄》被認為是“中國歷史上第一部系統(tǒng)地闡發(fā)民主主義思想的著作”[ ]。同時在該書中，黃宗羲還非常重視“學校”，認為學校不僅在于養(yǎng)士，更重要的是“必使治天下之具皆出于學?！?。他認為學校除了有“五經(jīng)”師，“兵法、歷算、醫(yī)、射各有師”。他還說：

學歷者能算氣朔，即補博士弟子。其精者同入解額，使禮部考之，官于欽天監(jiān)。學醫(yī)者送提學考之，補博士弟子，方許行術(shù)。歲終，稽其生死效否之數(shù)，書之于冊，分為三等：……上等解試禮部，入太醫(yī)院而官之。[ ]

對于取士，黃宗羲提出了8種渠道，有科舉、薦舉、太學、任子、邑佐、辟召、絕學和上書。其中所謂“絕學”，黃宗羲說：

絕學者，如歷算、樂律、測望、占候、火器、水利之類是也?？たh上之于朝，政府考其果有發(fā)明，使之待詔。否則罷歸。[ ]

顯然，黃宗羲非常強調(diào)天文學的學習，注重選拔天文學人才。

黃宗羲在為學上有《明儒學案》、《宋元學案》等重要著作流傳于世，同時也撰寫了不少科學著作，其中天文學類著作“有《授時歷故》一卷，《大統(tǒng)歷推法》一卷，《授時歷法假如》一卷，《西歷假如》、《回歷假如》各一卷”[ ]。

王夫之一生潛心著述，著作等身。除了對經(jīng)學、史學、文學以及政治等有深入研究外，他對科學也有較多的關(guān)注。尤為重要的是，他把研究科學與理學的“格物窮理”聯(lián)系在一起。他曾說：

密翁與其公子為質(zhì)測之學，誠學思兼致之實功。蓋格物者，即物以窮理，惟質(zhì)測為得之。[ ]

密翁，即方以智（公元1611～1671年），字密之，號曼公，明清之際的思想家、科學家。在學術(shù)思想上，他主儒、釋、道三教合一，[ ]并且著有《物理小識》、《通雅》等科學著作。他認為，學問有“質(zhì)測”、“宰理”、“通幾”之分，[ ]所謂的“質(zhì)測”就是要研究“物理”；他還明確指出：“物有其故，實考究之，大而元會，小而草木螽蠕，類其性情，征其好惡，推其常變，是曰‘質(zhì)測’?！盵 ]可見，方以智的“質(zhì)測之學”就是指自然科學。王夫之以方以智的“為質(zhì)測之學”解“格物”，實際上就是以研究科學解“格物”。把研究科學與儒家為學成人所必需的“格物”聯(lián)系起來，足以表明王夫之對科學的重視。

王夫之不僅以研究科學解“格物”，他本人對科學也進行了廣泛的研究。王夫之晚年著《思問錄》以及《張子正蒙注》，其中《思問錄》外篇和《張子正蒙注》的《太和》、《參兩》等篇包含了豐富的科學方面的論述，涉及天文學、地學以及醫(yī)學等方面的內(nèi)容。

在天文學上，王夫之反對蓋天說，贊同渾天說。他認為，蓋天說“可狀其象而不可狀其動也，此渾天之說所以為勝”。他還說：

乃渾天者，自其全而言之也；蓋天者，自其半而言之也。要皆但以三垣二十八宿之天言天，則亦言天者畫一之理。[ ]

王夫之還具體分析了歷家的“天左旋，日月五星右轉(zhuǎn)”以及張載的“日月五星順天左旋”，并且說：

張子據(jù)理而論，伸日以抑月，初無象之可據(jù)，唯陽健陰弱之理而已。乃理自天出，在天者即為理，非可執(zhí)人之理以強使天從之也。[ ]

顯然，王夫之不贊同張載提出的“日月五星順天左旋”的觀點。與此同時，他也不贊同張載用陰陽五行說解釋日月五星各自運行速度的不同，并且明確指出：“五緯之疾遲，水金火木土以為序，不必與五行之序合?！盵 ]關(guān)于日月五星運行的速度，王夫之說：

遠鏡質(zhì)測之法，月最居下，金、水次之，日次之，火次之，木次之，土居最上。蓋凡行者必有所憑，憑實則速，憑虛則遲。氣漸高則漸益清微，而憑之以行者亦漸無力。故近下者行速，高則漸緩。[ ]

此外，王夫之對月食、月中之影、歲差等天文現(xiàn)象以及歷法的有關(guān)問題都提出了自己的觀點。

明清之際的陸世儀也非常重視天文學的研究。陸世儀（公元1611～1672年），字道威，號剛齋，又號桴亭，太倉（今屬江蘇）人。他贊同朱熹的格物窮理之說，反對王陽明的致良知。他說：“致良知雖是直截，終不賅括，不如窮理穩(wěn)當?！煜率掠锌梢圆粦]而知者，心性道德是也。有必待學而知者，名物度數(shù)是也。假如只天文一事，亦儒者所當知，然其星辰次舍，七政運行，必觀書考圖，然后明白，純靠良知，致得去否？”[ ]陸世儀認為，科學方面的知識不同于心性道德方面的知識，其認知方法也不相同；儒者應(yīng)當學習科學知識、研究科學，而不是靠“致良知”。與此同時，陸世儀還從經(jīng)世致用的角度強調(diào)學習科學的重要性。他說：“六藝古法雖不傳，然今人所當學者，正不止六藝。如天文、地理、河渠、兵法之類，皆切于用世，不可不講。俗儒不知內(nèi)圣外王之學，徒高談性命，無補于世，此當世所以來迂拙之誚也?！盵 ]

清初大儒李光地對天文學也有研究。李光地（公元1642～1718年），字晉卿，號厚庵、榕村，福建安溪人。曾奉命主編《性理精義》、《朱子大全》等著作。李光地一生致力于理學，“以子朱子為宗，得道學正傳。而又多才多藝，旁及天文算數(shù)之事，尤能貫通古今，洞明根底”[ ]。他說：“思知人，不可以不知天。仰則觀于天文，窮理之事也，此則儒者所宜盡心也。”[ ]在這里，李光地把研究科學與儒家的“盡心”、“知性”、“知天”、“窮理”聯(lián)系在一起。

李光地對天文歷算有特殊的愛好，與當時的天文學家、數(shù)學家梅文鼎交往甚密。清康熙二十八年（公元1689年），梅文鼎奉昭參與修《明史歷志》。當時的李光地因仰慕梅文鼎的歷算才華，與他訂交，并就歷算的研究進行了交談。此后，李光地經(jīng)常前去求教，學問大進。期間，梅文鼎還根據(jù)李光地的建議編纂《歷學疑問》。該書寫成后，李光地為之作序，并刊刻行世。后來，李光地又將《歷學疑問》以及梅文鼎推薦給康熙皇帝，梅文鼎受到了褒獎，于是名聲大震。在與梅文鼎的交往過程中，李光地對天文學也作了深入的研究，其天文歷法類著作主要有：《歷象要義》、《歷象合要》、《歷象本要》等，主編《御定星歷考原》、《御定月令輯要》等；還有論文《記太初歷》、《記四分歷》、《記渾儀》、《算法》、《歷法》、《西歷》等。

戴震是清代重要的漢學家。他除參與編修《四庫全書》外，還有著作《原善》、《孟子字義疏證》、《聲韻考》、《聲類表》、《方言疏證》等，有清代考據(jù)學大師之譽。同時，他也非常強調(diào)研究科學。他說：

誦《堯典》數(shù)行，至‘乃命羲和’，不知恒星七政所以運行，則掩卷不能卒業(yè)。……不知古今地名沿革，則《禹貢》、《職方》失其處所。不知‘少廣’、‘旁要’，則《考工》之器不能因文而推其制。不知鳥獸、蟲魚、草木之狀類名號，則比興之意乖。[ ]

顯然，戴震把對科學的研究看作是整理、考訂古典科技文獻必要的知識基礎(chǔ)。

戴震不僅強調(diào)研究科學，而且自己也深入研究科學，“凡天文、歷算、推步之法，測望之方，宮室衣服之制，鳥獸、蟲魚、草木之名狀，音和、聲限古今之殊，山川、疆域、州鎮(zhèn)、郡縣相沿改革之由，少廣旁要之率，鐘實、管律之術(shù)，靡不悉心討索?！盵 ]正是對科技的深入研究，他撰寫了大量的科技著作，其中有天文歷法類著作：《原象》、《續(xù)天文略》、《迎日推策記》、《九道八行說》、《周禮太史正歲年解》、《周髀北極璿璣四游解》、《記夏小正星象》、《歷問》、《古歷考》等。

還需指出的是，明清一些儒家，比如黃宗羲、李光地等，他們在研究天文學時，較多地通過介紹西方的天文學知識，把中國傳統(tǒng)的天文知識與西方的天文學結(jié)合起來。這對于西方天文學的傳入是有積極意義的。

注釋：

[1] 《王氏家藏集》卷二十八《與彭憲長論學書》。

[2] 《論語為政》。

[3] 《王氏家藏集》卷三十《策問》。

[4] 《王氏家藏集》卷三十《策問》。

[5] 參見高令印、樂愛國：《王廷相評傳》，江蘇：南京大學出版社1998年版，第228—261頁。

[6] 《日知錄》卷七《夫子之言性與天道》。

[7] 《日知錄》卷七《博學于文》

[8] 《日知錄》潘耒“序”。

[9] 馮契：《中國古代哲學的邏輯發(fā)展》（下），上海：上海人民出版社1984年版，第1023頁。

[10] 《明夷待訪錄學校》。

[ 1] 《明夷待訪錄取士下》。

[ 2] 全祖望：《鮚埼亭集》卷十一《梨洲先生神道碑文》，《續(xù)修四庫全書》，上海：上海古籍出版社2002年版，第1429冊。

[ 3]《船山全書》第12冊《搔首問》，湖南：岳麓書社1992年版，第637頁。

[ 4] 參見羅熾：《方以智的“質(zhì)測通幾”之學》，載陳鼓應(yīng)等：《明清實學思潮史》（中卷），山東：齊魯書社1989年版。

[ 5] 方以智：《通雅》卷首三《文章薪火》。

[ 6] 方以智：《物理小識》“自序”。

[ 7] 王船山：《思問錄》外篇。

[ 8] 《思問錄》外篇。

[ 9] 《思問錄》外篇。

[20] 《思問錄》外篇。

[21] 《思辨錄輯要》卷三《格致類》。

[22] 《思辨錄輯要》卷一《大學類》。

[23] 阮元：《疇人傳》卷四十《李光地》，北京：商務(wù)印書館1955年版。

[24]梅文鼎：《歷學疑問》“李光地序”。

第3篇：天文學的研究方法范文

美國哈勃太空望遠鏡科學研究所著名天體物理學家馬里奧•里維奧（MarioLivio，1945-）撰寫的科普名著《IsGodaMathematician？》中提出一個疑問，并指出這個疑問曾令那些最富有創(chuàng)新精神的先賢們苦苦思索了幾個世紀：數(shù)學無處不在，無所不能。這些正會讓人們聯(lián)想到神的特征[1]。數(shù)學似乎不僅是描述和解釋整個宇宙最有效的工具，而且可以用來解釋最復雜的人類活動。

1數(shù)學何以有效

古希臘時期，數(shù)學作為一種神秘主義信仰而存在。直到中世紀基督教時期，數(shù)學逐漸促使人們從盲目的信仰轉(zhuǎn)向理性。隨著數(shù)學理性的發(fā)展和希臘學術(shù)的復興，一批具有理性主義的學者們提出宇宙的設(shè)計主要是數(shù)學設(shè)計，上帝成了數(shù)學家，研究自然界的數(shù)學設(shè)計成為最神圣的事業(yè)。隨著文藝復興后科學理論、科學公式的定量化、演繹的、具有嚴密邏輯結(jié)構(gòu)的方式為人們所把握，人們終于拋棄了世俗的上帝，開始走向無神論和泛神論。對因果關(guān)系的信仰，宇宙統(tǒng)一理論的理想，世界合理性和可理解性的信念，成為支配科學家工作的基礎(chǔ)。數(shù)學的確定性、一致性和對因果關(guān)系的把握，已經(jīng)深深融入西方文化的深層結(jié)構(gòu)，成為人們的一種觀念，對近代西方文化產(chǎn)生了重要的影響。

16-18世紀的西方數(shù)學家，對于在宇宙體系構(gòu)建上為什么數(shù)學奏效這個問題的回答是直截了當?shù)?。深受大自然是根?jù)數(shù)學設(shè)計的這一古希臘信念的影響，并同樣受上帝根據(jù)數(shù)學設(shè)計了世界這一中世紀信條的影響，他們將數(shù)學看成通過自然界的真理之路。通過將上帝看成專注、至高的數(shù)學家，就有可能將對于大自然的數(shù)學規(guī)律的探求看成宗教追求。伽利略、笛卡爾、牛頓等一大批科學家們堅信世界的和諧是上帝的數(shù)學安排。上帝將嚴格的數(shù)學秩序給予了世界，而我們只能費勁千辛萬苦才能理解[2]。一直到愛因斯坦所信仰的“同深摯的感情結(jié)合在一起的、對經(jīng)驗世界中所顯示出來的高超的理性的堅定信仰”的斯賓諾莎式的上帝概念[3]，自然神論———泛神論才成為愛因斯坦以及之后很多西方科學家的科學信仰和感情的基礎(chǔ)。非歐幾何誕生后，雖然很長一段時間內(nèi)人們對數(shù)學的真理地位喪失了信心，對非歐幾何提出了眾多質(zhì)疑，它能描述我們居住的物質(zhì)世界嗎？但當它在愛因斯坦的相對論中得到回答時，數(shù)學這種神奇的有效性又使眾多數(shù)學家陷入思考，有些人開始認為數(shù)學是原本存在的，我們只是進行不斷的發(fā)現(xiàn)而已，有些人堅持認為數(shù)學只是我們的一種創(chuàng)造，現(xiàn)實世界并不存在，然而數(shù)學何以這么有效呢？愛因斯坦也驚嘆：“數(shù)學，這個獨立于人類經(jīng)驗存在的人類思維產(chǎn)物，怎么會如此完美地與物理現(xiàn)實中的物質(zhì)相一致”[1]？愛因斯坦在《我眼中的世界》(1934年)一文中進一步指出：“迄今為止，我們的經(jīng)驗已經(jīng)使我們有理由相信，自然界是可以想象得到的最簡單的數(shù)學觀念的實際體現(xiàn)。我堅信，我們能夠用純粹數(shù)學的構(gòu)造來發(fā)現(xiàn)概念以及把這些概念聯(lián)系起來的定律，這些概念和定律是理解自然現(xiàn)象的鑰匙。經(jīng)驗可以提供合適的數(shù)學觀念，但是數(shù)學概念無論如何都不能從經(jīng)驗中推導出來。當然，經(jīng)驗始終是檢驗數(shù)學結(jié)構(gòu)的實用性的唯一標準，但是這種創(chuàng)造的原理都存在于數(shù)學之中。因此，在肯定的意義上，我當然地認為，像古人所夢想的純粹思維能夠把握實在”[4]。

非歐幾何在相對論理論上的成功，使人們對數(shù)學的觀念逐漸地發(fā)生轉(zhuǎn)變。對非歐幾何的確認，實際上就已經(jīng)意味著從古希臘以來的、以數(shù)學為代表的“絕對真理觀”的終結(jié)。但不管怎么說，盡管數(shù)學失去了其在真理堡壘中的絕對位置，但它與物理世界很相契。無可回避的而且仍有無可估量的重要性的事實就是，數(shù)學是探究、發(fā)現(xiàn)和描述物理現(xiàn)象的最佳方法。在古希臘、中世紀、文藝復興時期及其后，數(shù)學都是有力的知識工具，即便是被賦予神學意義的時候仍認為上帝是按照數(shù)學規(guī)律設(shè)計這個世界的。

正如我們在近現(xiàn)代物理學的某些分支中見到的，數(shù)學是我們關(guān)于物理世界的知識之精髓。盡管數(shù)學結(jié)構(gòu)本身并不是物理世界的實在，但它們是我們所擁有的唯一通向?qū)嵲谥T的鑰匙。“非歐幾何學的創(chuàng)立非但沒有毀掉數(shù)學的價值及對于其結(jié)果的信心，反而———非常吊詭地———增加了其實用性，因為數(shù)學家能夠自由地探索全新的概念，發(fā)現(xiàn)其中有些可應(yīng)用。事實上，自1830年以來，數(shù)學在組織和控制大自然中的作用以幾乎不可相信的速度擴展了。此外，自牛頓時代以來，數(shù)學家描述和預言自然的過程的準確性大大增加了。[2]”黑洞理論是科學史上極為罕見的情形之一，在沒有任何觀測到的證據(jù)證明其理論是正確的情形下，作為數(shù)學的模型被發(fā)展到非常詳盡的地步。的確，這經(jīng)常是反對黑洞的主要論據(jù)：你怎么能相信一個其依據(jù)只是基于令人懷疑的廣義相對論的計算的對象呢[5]？盡管數(shù)學因為非歐幾何的出現(xiàn)失去了絕對真理的地位，以及哥德爾定理導致的數(shù)學家們對數(shù)學基礎(chǔ)論爭的失敗，讓人們對數(shù)學的有效性產(chǎn)生了懷疑。但是，正如數(shù)學史家M•克萊因所說的：“也許人類的數(shù)學僅僅是一個可行的方案，也許自然本身更為復雜或者并沒有什么固有設(shè)計。但是，數(shù)學仍不失為一種探索，是掌握自然的一種方法。在那些數(shù)學行之有效的領(lǐng)域，它是我們的全部資本；如果它不是現(xiàn)實本身，它就是我們所能達到的與現(xiàn)實最接近的東西。……就知識的確定性而言，數(shù)學是一種理想，我們?yōu)檫@一理想而奮斗，盡管我們也許永遠不會達到。確定性也許只不過是我們在不斷捕捉的一個幻影，它是如此無止境地難于捉摸。然而，理想具有力量和價值，公正、民主和上是理想。的確，也有在上帝的幌子下被謀殺的人，審判不公的案件也臭名遠揚，但是，這些理想是千百年來文化的重要產(chǎn)物。數(shù)學也是一樣，盡管它也僅是一種理想。也許細想這一理想將會使我們更加清楚地認識到在任一領(lǐng)域，我們該選擇什么方向才能獲取真理”[4]。

愛因斯坦相信人類的數(shù)學只有一少部分由實在主導。他在《相對論的意義》（1945年）中說道：“觀念的世界看來不能用邏輯的方法從經(jīng)驗中推導出來，而從某種意義上說是人類心智的創(chuàng)造，沒有這種創(chuàng)造就沒有科學。盡管如此，這個觀念的世界程度很小地獨立于我們的經(jīng)驗的本性，正如衣服程度很小地獨立于我們身體的形狀一樣”[2]。對于數(shù)學為什么有效，那些較早世紀與宗教有關(guān)的信念在現(xiàn)代被拋棄了。不過現(xiàn)在我們再回過頭來看著名物理學家詹姆斯•金斯提出的“宇宙似乎是由一位理論數(shù)學家設(shè)計的”這一問題，他認為“基本的事實就是這樣：科學現(xiàn)在給大自然所描繪的圖像（看來只有這些圖像能夠與觀察到的事實一致）是數(shù)學化的圖像……大自然似乎精通純數(shù)學的規(guī)則……不管怎么說這一點幾乎是無可爭辯的：大自然和我們的有意識的數(shù)學心智根據(jù)同樣的規(guī)律來運作。”著名數(shù)學家齊民友先生有力地回答了這一問題，數(shù)學作為人類文化的一個重要部分，既然是科學，它首先關(guān)心的當然還是我們生活于其中的宇宙。數(shù)學的探索意義究竟何在？就在于它對認識宇宙的本性上有重大貢獻。我們不贊成狹隘的近視的看法，認為一切數(shù)學研究都必須有某種具體的目的，或者用現(xiàn)行的說法叫做“有應(yīng)用前景”。其實所謂的“前”可以有完全不同的理解，“眼前”固然是“前”，“前瞻若千年”也是前，區(qū)別在于人類社會在文化和物質(zhì)上的發(fā)展程度。發(fā)展向上的社會，具有更高的文化、科學和物質(zhì)生產(chǎn)水平，同樣也就會更認真地考慮各門科學的前景。但是，從根本上說，如果數(shù)學的研究不能在“認識宇宙”上開花結(jié)果，數(shù)學研究還有多少價值呢！“認識人類自己”其實也還是為了提高人的認識能力，去認識大自然和人類社會，否則數(shù)學也就成為一種宗教式的內(nèi)省了。在這里我們沒有用“改造自然”的說法，因為人與自然究竟應(yīng)該是什么關(guān)系，是不是簡單地按人類的需要來“改造”自然是一個很大的問題，當代科學的發(fā)展使我們懂得了人必須與大自然“和睦相處”。認識宇宙，也認識人類自己其實也還是為了找到正確的相處關(guān)系。我們一再強調(diào)過數(shù)學作為人類文化的一個重要特點，就是極端抽象的、甚至有時被誤解為“毫無意義”、“脫離實際”……的數(shù)學研究，可以根本改變?nèi)藢Υ笞匀缓腿祟愖约旱目捶?，甚至可以改變?nèi)祟惿鐣拿婷病Ｈ藗兒茈y回避一個結(jié)論：數(shù)學是人類全部技術(shù)的最重要的基礎(chǔ)[6]。#p#分頁標題#e#

2中國古代的宇宙觀念

在西方文化中，按照數(shù)學模式來解釋世界、構(gòu)造天文理論，從其初始的一種宗教式崇拜，后來演化成上帝用數(shù)學設(shè)計世界。蘊含于其中的數(shù)學理性，最終把西方天文學導入了現(xiàn)代科學的數(shù)學理論框架之中。相反，中國古代天文學空有辛勤準確的觀測記載，而始終未能形成一種明確可遵循的理論體系。例如，哈雷彗星在中國古代天文史上有30多次之多的記載，但中國的天文學家卻從來沒有人想到去構(gòu)造它的運行軌道，結(jié)果這個發(fā)現(xiàn)被18世紀英國的天文學家哈雷獲取。因為哈雷發(fā)現(xiàn)每隔76年出現(xiàn)一次的記載，恰是彗星繞太陽運行的軌道的周期。這個史實足以表明，在經(jīng)驗和知識充分積累之后，如果沒有深層的理性構(gòu)造就必然導致科學停滯不前甚至倒退[7]。中國古代先賢很早就對宇宙問題有過思考，《淮南子•原道訓》注：“四方上下曰宇，古往今來曰宙，以喻天地。”即宇宙是天地萬物的總稱?！肚f子•天運》中記載：“天其運乎？地其處乎？日月其爭于所乎？孰主張是？孰維綱是？孰居無事推而行是？意者其有機緘而不得已乎？意者其運轉(zhuǎn)而不能自止邪？云者為雨乎？雨者為云乎？孰隆施是？孰居無事樂而勸是？風起北方，一西一東，有上仿徨。孰噓吸是？孰居無事而披拂是？敢問何故？”華夏民族作為一個古老的農(nóng)耕民族，對天文學非常依賴，很早就注意觀測和記錄各種天象。在殷墟甲骨卜辭中已有了日食、月食的記載。有關(guān)流星、彗星、太陽黑子等異常天象，中國古代也都有記錄。春秋戰(zhàn)國時期，由齊國人甘德和魏國人石申所著的《甘石星經(jīng)》已有115顆恒星的坐標位置?？梢哉f在天文學史上，中國人的經(jīng)驗知識以及觀測記載堪為世界第一。著名的科學史學者李約瑟先生在把中國古代的天文學與其它民族的天文學成果相比較時認為：“中國人在阿拉伯以前，是全世界最堅毅、最精確的天文觀測者。有很長一段時間（約在公元前5世紀到公元10世紀），幾乎只有中國的記事可供利用?，F(xiàn)代天文學在許多場合（例如對彗星，特別是對哈雷彗星重復出現(xiàn)的記載）都曾求助于中國的天象記事，并得到了良好的結(jié)果”[8]。

中國很早就創(chuàng)立了干支記法和二十八宿的獨特測天方法。戰(zhàn)國時代已有五星記載（金木水火土），在漢代時測得更為精密。中國古人把整個天空分成四宮，就像將一個蘋果切成四大塊那樣，而每一部分都有一種象征性的古代動物代表，蒼龍為東方和春，朱雀為南方和夏，白虎為西方和秋，玄武為北方和冬。而緊圍著天帝極星的北拱極區(qū)，按照類似于五行的象征性關(guān)系又被認為是獨立的中央黃宮。而這種五行觀念貫穿在整個中國的自然哲學之中。從遠古以來，中國的赤道（與黃道相對）被分成28份，即每宮七宿，每宿由一特殊的星座標定，從其中某一特定的定標星（距星）起算，因而每一宿所占的赤道范圍又有很大差別。中國古代信守“天人合一”的理念，歷代帝王治國安民，無不求端于天，傳說自三皇五帝開始就有歷法。三統(tǒng)歷、四分歷、乾象歷等所測得五星的度數(shù)以及會合周期的精確度已經(jīng)相當高。根據(jù)天文學家陳遵媯先生統(tǒng)計，中國自古以來歷代的歷法共有104部之多[9]，經(jīng)歷了準備時期、古歷時期、中法時期、中西合法時期和公歷時期五個發(fā)展階段。其中準備時期以《夏小正》歷法為主，古歷時期從春秋到漢武帝期間主要是《顓頊歷》，中法時期從漢武帝開始的《太初歷》和直到明朝的《大經(jīng)歷》，中西合法時期是以明徐光啟主持的《崇禎歷書》和清朝《時憲歷》、《癸卯元歷》為代表，公歷時期是后從1912年開始實施的公歷，也即格里高里歷[10]。

3基于中西文化史的思考

中國最初在天文理論構(gòu)思方面（蓋天說、渾天說）也不遜于西方天文鼻祖托勒密。而且從實際上說，托托勒密構(gòu)造的“地心說”，并不具有比“渾天說”更多的經(jīng)驗支持。有人曾把托勒密的地心說與同時代漢朝天文學家張衡的天文理論作過比較，發(fā)現(xiàn)兩者具有極大的相似性，依據(jù)張衡的假說所繪制的天文圖與托勒密的地心說天文圖幾乎沒有什么兩樣[11]。遺憾的是張衡并沒有明確提出像托勒密那樣的地心說理論模型。李約瑟曾評價說：“把中國的星表和伊巴谷、托勒密的星表對照來看，是非常有意思的。后者不僅年代較晚，所載的恒星也少三分之一，……周、漢之間中國人在方位天文學方面的工作應(yīng)在科學史上占有遠為重要的地位，這是毫無疑問的。現(xiàn)代世界通用的天球坐標系基本上是中國式的，而不是希臘式的，這一點似乎也值得強調(diào)”[8]。從中西方數(shù)學文化史比較的意義上看，以托勒密為代表的古希臘天文理論模式是以數(shù)學崇拜為基點建立起來的，而中國古代天文理論的構(gòu)思卻是建立在《周易》衍生出來的陰陽五行解釋系統(tǒng)之上的。作為一種理論的構(gòu)思，作為一種理性的追求，中國與古希臘天文理論在數(shù)學理性上的差異，決定了它們未來的發(fā)展前途。哥白尼的日心說雖然早在17世紀30年代就被寫入《崇禎歷書》，但后來還是被否定，在中國人的觀念中唯有地靜說才是公認的觀點。

天文學是離不開數(shù)學的，確定日月星辰的位置，觀察記載它們的運動，尋找季節(jié)變化的規(guī)律都必須以數(shù)學的計算為手段。中國古代的天文學在這種應(yīng)用的層次上當然也是依憑數(shù)學的，尤其是在歷法計算方面，唐代的僧一行運用的插值方法與西方相比非常高超。但是，當涉及整個天文學理論模式構(gòu)造，情況就不一樣了。中國古代天文學的蓋天說、渾天說、宣夜說，實際都是把觀測經(jīng)驗和計算數(shù)據(jù)容納在一個按《周易》思維方式構(gòu)造出的模式之中。有的學者評述時說：“查陰陽五行與天文歷法，有的部分是巧合，有的部分是勉強牽強”[12]。其實巧合也好牽強也好，這些理論構(gòu)造在其當時是有其合理性的，致命的危機潛伏在它未來發(fā)展的可能性上面。劉徽在注釋《九章算術(shù)》序中說：“昔在包犧氏始畫八卦，以通神明之德，以類萬物之情，作九九之術(shù)，以合六爻之變。”顯然，劉徽是在《周易》解釋宇宙萬物的指導下來建立“九九之術(shù)”的。顯然，作為一種理性，中國古代數(shù)學在它構(gòu)成第一本數(shù)學著作時，就成為《易經(jīng)》的“婢女”，而不是像《易經(jīng)》那樣獲得在中國文化中解釋宇宙萬物的地位。齊民友先生曾指出數(shù)學理性精神、數(shù)學探索精神“其實只是西方文化中所表現(xiàn)的人類精神生活的一個側(cè)面。把認識宇宙也認識人類自己作為永恒的主題這只是西方文化的特征；把進行這種理性的探索看成人類最崇高的感情，也只是對西方人而言的。中國人生活在天人合一的至高無上的和諧中，精神生活早已得到滿足，哪說得上要什么思想解放呢”[6]？中國以陰陽五行、《周易》八卦為表象形式，形成中國整體相關(guān)、整體互補的辯證思維方式。并在以農(nóng)耕生存、家庭和血緣關(guān)系為主體的，以倫理道德為主要發(fā)展方向的價值取向中[13]，形成了中華民族文化特定的理性精神，而這種理性精神中不像西方那樣以數(shù)學理性為主導。#p#分頁標題#e#

第4篇：天文學的研究方法范文

事實上，一些天文學家已經(jīng)開始進行新的嘗試了。目前，有三個天文學家團隊正計劃掃描廣大的空間，以期發(fā)現(xiàn)外星人或者由外星人建造的巨大工程。這些天文學家的理念是：不必再嘗試攔截外星通信，或許我們應(yīng)該找尋外星人的“物品”。

之前科學家在這方面已經(jīng)有過一些小規(guī)模的嘗試，而現(xiàn)在，三個天文學家團隊計劃掃描廣大得多的空間。其中兩個團隊希望在星光的明暗變化中發(fā)現(xiàn)“外星工業(yè)”的影子，第三個團隊則希望通過篩選“外星垃圾”達到此目的。這后一種方法就好比考古學家通過篩選考古發(fā)掘出的塵土尋找古代遺跡。當然，天文學家想要找的東西比史前的隧石箭頭或陶器碎片要宏大不知多少倍——他們要找的是行星大小的發(fā)電站，圍繞恒星的環(huán)或球，太陽系大小的電腦，甚至包括宏大到整個星系大小的硬件配置。

真有龐大到如此驚人地步的外星巨廈嗎？這聽起來令人匪夷所思，但它背后有個簡單的理念：外星文明可能比地球文明先進不知多少倍。人類修建的道路和城市已經(jīng)遍布地球表面的許多地方，我們也已經(jīng)向其他天體發(fā)射了許多探測器，這一切不過發(fā)生在幾百年間，而外星文明可能已經(jīng)發(fā)展了好幾萬年甚至數(shù)百萬年！

美國物理學家弗里曼·戴森早在1960年就指出，如果外星文明持續(xù)發(fā)展和擴張，它們就不可避免地將消耗越來越巨量的能源，而在任何恒星系統(tǒng)中最大的能量來源就是恒星本身。我們今天的總能量消耗相當于到達地球的陽光數(shù)量的大約0.01%，所以太陽能完全能滿足我們的所有需求。然而，如果能量需求以每年1%的速度持續(xù)增長，那么1000年后到達地球的太陽能將無法滿足我們的能源需要。其他能量來源例如核聚變并不能解決問題，原因是產(chǎn)生的廢熱會烤干地球。

以此推想，外星文明可能已經(jīng)開始在空間建造恒星能（太陽能就是一種恒星能）電廠、工廠甚至居住地。建筑材料可能開采自小行星，接著是行星，再接著甚至可能是恒星自身。戴森的結(jié)論是：經(jīng)過幾萬或幾百萬年后，恒星可能已完全被外星人所建造的巨大球體包圍。這種球體被稱為“戴森球”。

戴森球的規(guī)模之大讓人難以想象。一個半徑類似于地球與太陽之間距離的戴森球，其面積將超過地球表面積的1億倍。建造這樣的戴森球肯定很不容易，原因是單獨一個這樣的球幾乎不可能承受極大的壓力和引力不平衡，更可能的選擇是球簇——許多巨型電站分布于環(huán)繞恒星的互不交叉的軌道上。戴森自己不愿意猜測其中的細節(jié)，也不愿意猜測戴森球是否已經(jīng)出現(xiàn)的可能性。但他指出，重要的是，如果外星人已經(jīng)建造了戴森球，那么我們就有機會看見它們。

一個巨大的球會遮擋恒星的光線，使得我們看不見這個球，但這個球仍然會以紅外輻射的方式發(fā)射廢熱。因此，正如美國著名宇宙學家卡爾·薩根在1966年指出的那樣，如果紅外望遠鏡看見了一個溫暖的物體，而在可見光波長則什么也看不見，那么這個物體就可能是戴森球。

一些天然物體也可能產(chǎn)生同樣的效果。非常年輕和非常古老的恒星經(jīng)常被塵埃和氣體環(huán)繞，這些氣塵會阻擋恒星的光線并輻射紅外線。不過，物體的紅外光譜會泄露物體的秘密。塵埃中的硅酸鹽化合物會在光譜中產(chǎn)生特征明顯的寬峰，溫暖氣體中的分子會在特定波長產(chǎn)生或明或暗的光譜線，而來自戴森球的廢熱產(chǎn)生的熱光譜平滑、無特色。顯然，對于尋找外星巨廈的天文學家來說，越無趣的紅外光譜越好。

1983年，在調(diào)查天空10個月之后，“紅外天文衛(wèi)星”提供了合適波長的良好的天空圖景。一些天文學家分析了這些數(shù)據(jù)，其中包括美國費米實驗室的理查德·卡里根，他在2009年發(fā)表了自己的最新搜索結(jié)果。不過，卡里根沒有發(fā)現(xiàn)具有說服力的紅外源，他的搜索范圍有限，只能探察類太陽恒星周圍的戴森球，而且這些恒星與地球的距離不超過1000光年。這個范圍相比銀河系來說實在太小——銀河系的直徑是10萬光年。

目前，還沒有幾個天文學家加入到卡里根的尋找戴森球的行列中，原因之一是缺乏資助。2012年，一名億萬富翁設(shè)立了“坦普爾頓基金”，專門資助“新前沿”項目——尋找外星巨廈之類的新思路。一些天文學家抓住了這個機會。2012年10月，該基金批準了三項獨立的搜索計劃。其中一個項目由賓夕法尼亞大學的賈森·萊特領(lǐng)導，目的是通過分析來自兩部空間紅外天文臺——“寬視場紅外調(diào)查探索者”和“斯皮策空間望遠鏡”（分別發(fā)射于2009年和2003年）的數(shù)據(jù)尋找戴森球的廢熱。得益于上述兩部空間天文臺的探測數(shù)據(jù)，天文學家能掃描的空間范圍將比卡里根的大幾千倍。因此，如果存在一顆完全被戴森球包圍的類太陽恒星，不管它在銀河系中的什么地方，天文學家都應(yīng)該能發(fā)現(xiàn)它。

在萊特看來，就算如此大范圍的搜索也不夠雄心勃勃。他猜想，具有如此先進技術(shù)的外星文明應(yīng)該能夠在幾百萬年內(nèi)傳遍并殖民整個星系（星際旅行應(yīng)該不會比建造戴森球更艱難），在此過程中，外星人走到哪里就在那里建造戴森球。這樣的文明很難滅絕，因為到處都可能有自給自足的救生球。如果這種情況發(fā)生在銀河系中，那么銀河系里到處都應(yīng)該有戴森球。萊特認為，要是最終在銀河系中只發(fā)現(xiàn)了一個或幾個戴森球，那肯定會讓人大跌眼鏡。

于是，萊特的團隊把調(diào)查目標指向了宇宙深處。他們的邏輯是：一個已被殖民的星系一定很快就會超越平凡，前往更搶眼的星系殖民。因此，他們要在“寬視場紅外調(diào)查探索者”的探測數(shù)據(jù)中尋找一個最明亮的星系。如果某些極為聰穎的外星文明已經(jīng)征服并包圍了像銀河系這么大的星系，那么萊特團隊就可能發(fā)現(xiàn)它們的戴森球——哪怕這些戴森球遠在10億光年外。如果它們已經(jīng)殖民了一整個星系團，哪怕它們的戴森球在更遠的地方，也一樣可能被看見。

盡管能看到很遠的地方，上述這種探索廢熱的方法卻有自己的缺陷——如果外星人建造的只是一條細薄的恒星能量采集器環(huán)，或者一個有很多空隙的戴森球，從而讓大量的恒星星光穿透，那么萊特團隊是看不到它的。而這正是另外兩個天文學家團隊的努力之所在——他們將在“開普勒號”望遠鏡的幫助下，尋找相對小的外星工程。

“開普勒號”的任務(wù)是監(jiān)測地球附近的大約15萬顆恒星，探察它們的亮度改變。迄今為止，“開普勒號”通過這種方式已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了幾千顆新行星。

由夏威夷大學科學家安德魯·霍華德領(lǐng)導的團隊和加利福尼亞大學科學家、“行星獵手”（用于稱呼發(fā)現(xiàn)了大量行星的科學家）杰弗里·馬西領(lǐng)導的團隊，將一起著力尋找無法正常解釋的異常物體，采用的方法是搜索不同尋常的變暗模式。而由普林斯頓大學科學家盧仙妮·沃克維茨領(lǐng)導的另一個團隊，也將在“開普勒號”的探測數(shù)據(jù)中尋找另類，但他們使用的方法略有不同——霍華德和馬西團隊的搜索依賴人工檢視光曲線，沃克維茨團隊則采用機器認知的運算法則。

光曲線表示的是恒星在一段時間里的亮度改變，例如一個物體在恒星正前方經(jīng)過時所造成的恒星亮度改變?；羧A德說，如果這個物體的大小與一顆氣態(tài)巨行星相當，來自“開普勒號”的光曲線就能揭示它的形狀：如果這個物體是木星大小的矩形，那么就可以肯定它是外星人建造的。在霍華德看來，如此巨大的外星建筑無疑能存在很長時間，它們被天文學家發(fā)現(xiàn)的概率也會比較高。

不過，在沃克維茨看來，上述推測毫無意義。她說，人們花了大量時間來試圖揣測外星人的心態(tài)，但我們卻連外星人的技術(shù)如何也全無概念。因此，我們對外星人會干什么的想象越多，我們的視野受限就會越嚴重。沃克維茨說她的團隊將只尋找怪異的物體，而且候選對象不必是什么“大家伙”。他們的搜索可能探察到改變恒星星光的任何物體。如果這個物體是一面發(fā)電用的或者驅(qū)動太陽帆飛船用的巨型鏡子，那么它一定會產(chǎn)生明顯的閃耀。如果外星人有能力糊弄星際物理，例如延長它們的恒星的壽命，或者產(chǎn)生有用的元素，那么恒星的人工可變性也必將反映出來。沃克維茨預計，他們最快在幾個月后就應(yīng)該找到令人感興趣的候選對象。

當然，僅僅發(fā)現(xiàn)某種新的奇異現(xiàn)象并不意味著外星人就在那里。但哪怕最終發(fā)現(xiàn)的只是自然現(xiàn)象，科學家們也一樣會開心，因為這樣的搜尋同樣是值得的。事實上，科學家在搜索戴森球的同時也在搜尋其他任何新的發(fā)現(xiàn)。

所有這一切都會讓戴森本人感到滿意，他目前是“新前沿”計劃的榮譽顧問。他說，對外星工程的搜尋不能與正常的宇宙探索對立起來。我們探索各式各樣的天然物體。如果某種足夠怪異的東西冒出來，它就有可能是外星人所為。

不過，也有科學家表示了他們的擔心：就算有某些形式的戴森球的確在那里，我們也未必能看出來。美國知名未來學家布蘭德里就暗示：太空電站的最有效配置是一系列互相依偎在一起的球體，這些球體分成內(nèi)外幾圈，其中外環(huán)利用內(nèi)環(huán)的廢熱。他想象這些電力供給一部巨大的電腦使用。

如此配置的外層的最低溫度，或許只比宇宙微波背景輻射的3K高一點點，這將導致天文學家很難從它的輻射中探知它的存在。因此，在我們不知情的情況下，外星人的電腦中心可能就潛藏在附近，正以名副其實的巨大而冷靜的智慧打量著我們。

很少有考古學家一開始發(fā)掘就指望發(fā)現(xiàn)一輛金戰(zhàn)車，因此我們也不應(yīng)太過樂觀地希望馬上就能找到戴森球。另一方面，外星人可能透過其他跡象來讓自己顯山露水。

天文學家已經(jīng)開始“嗅聞”一些太陽系外的行星的大氣層組分，并已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了二氧化碳、甲烷、水蒸氣和鈉的光譜線。這些物質(zhì)被發(fā)現(xiàn)存在于近距離環(huán)繞母恒星的巨行星附近，使得這些行星相對容易探測。

理論上，用這種方法應(yīng)該也能探查到類地行星大氣層中的合成氣體（例如氯氟烴）的微弱得多的光譜線。這類氣體有可能是外星人實施全球暖化以改造星球、適于居住的跡象（有天文學家指出，地球人如果要想移民火星，或許應(yīng)該考慮用氯氟烴和六氟化鈉讓火星升溫）。

當然，像這樣的非刻意的污染很可能只有很低的含量，我們是很難探察到它們的。如果它們只存在幾十年或幾百年，我們更是需要足夠的幸運才能發(fā)現(xiàn)它們。

直擊外星大氣

天文學家2013年3月宣布，他們首次詳細地觀察到太陽系外一顆行星的大氣層。這也是對太陽系外的行星的化學組成進行的最初幾次直接分析之一。在過去，天文學家只能通過觀察行星的母恒星光度的微弱變化，來推斷太陽系外的行星的存在以及行星的氣體。如今隨著觀測儀器的升級，天文學家已經(jīng)可以直接探察來自幾光年外的行星的光線。

這些數(shù)據(jù)不僅能揭示行星的存在，而且能表明行星大氣層中富含什么成分。這類信息有可能披露行星的形成過程和行星上是否存在生命。不過，天文學家此次觀察的這顆行星的大小和軌道排除了它是一個可居住世界的可能性。

上述探測標志著探索太陽系外行星的新時代已經(jīng)到來。2008年，天文學家首次拍攝到太陽系外的一個多行星系統(tǒng)——三顆氣態(tài)巨行星環(huán)繞著恒星“HR8799”?！癏R 8799”距離地球大約130光年，位馬座。這三顆行星都很炙熱、很亮。因而讓天文學家能直接探察到它們。2010年，天文學家又拍攝到了環(huán)繞“HR 8799”的第四顆行星。

在最新研究中，天文學家聚焦的是其中一顆行星“HR 8799c”。它的質(zhì)量是木星的5～10倍，與母恒星的距離是木星與太陽之間距離的大約8倍。正因為“HR 8799c”如此遠離母恒星，所以天文學家能夠屏蔽掉母恒星的光線，運用位于夏威夷的“凱克二號10米望遠鏡”記錄來自“HR 8799c”的紅外光。由于不同的氣體以不同的方式吸收和發(fā)射光線，因此天文學家辨識出了一氧化碳和水，但沒有發(fā)現(xiàn)他們原本以為會有的甲烷。

第5篇：天文學的研究方法范文

現(xiàn)代科學技術(shù)概論不但應(yīng)該是現(xiàn)代科學技術(shù)成果的概論，而且也應(yīng)該是現(xiàn)代科學技術(shù)發(fā)展歷史和規(guī)律的概論。離開現(xiàn)代科學技術(shù)發(fā)生、發(fā)展的歷史，靜止、孤立地介紹現(xiàn)代科學技術(shù)的基本理論和成果，就會使現(xiàn)代科學技術(shù)概論這門課程變得零亂龐雜而不成體系。而如果把“史”與“論”有機地結(jié)合和統(tǒng)一起來，則不但能克服“零亂龐雜”的缺陷，而且還能為現(xiàn)代科學技術(shù)概論這門課程注入生機和活力。同時，把“史”與“論”結(jié)合起來，更是為思想政治教育專業(yè)學生開設(shè)這門課程的教學目的之所需。作為思想政治教育專業(yè)的學生，通過現(xiàn)代科學技術(shù)概論課程的學習，不但要了解現(xiàn)代科學技術(shù)的主要成果、歷史演進和完整體系，而且要了解科學技術(shù)發(fā)生、發(fā)展的一般過程和規(guī)律，了解哲學產(chǎn)生的現(xiàn)代科學技術(shù)基礎(chǔ)以及對于推動科學技術(shù)發(fā)展的重要作用和意義。因此，只有做到史論結(jié)合，才能達到開課的目的和要求。

2現(xiàn)代科學技術(shù)概論的教學內(nèi)容與體系

根據(jù)上述三原則，筆者認為，思想政治教育專業(yè)現(xiàn)代科學技術(shù)概論課程的內(nèi)容與體系可做如下安排。導言。概要介紹現(xiàn)代科學技術(shù)及其理論基礎(chǔ)、前沿陣地、中心內(nèi)容和綜合體現(xiàn)。

第一章，現(xiàn)代物理學革命及其影響。介紹現(xiàn)代科學技術(shù)的理論基礎(chǔ)———相對論和量子力學。引言，概述近代物理學的輝煌成就及其所遇到的“兩朵烏云”。第一節(jié)，相對論的建立。根據(jù)邏輯與歷史相統(tǒng)一的原則，具體講授伽利略變換和力學相對性原理，邁克爾遜—莫雷實驗，洛倫茲變換的提出，愛因斯坦的狹義相對論及其主要結(jié)論，廣義相對論及其驗證。第二節(jié)，量子力學的建立和發(fā)展。一、量子力學產(chǎn)生的歷史背景，概要介紹黑體輻射理論和紫外災難。二、量子力學的建立與發(fā)展，具體講述普朗克的量子假說，愛因斯坦的光量子理論，玻爾對原子結(jié)構(gòu)的量子解釋，德布羅意的物質(zhì)波，薛定諤的波動方程，海森伯的矩陣力學。第三節(jié)，現(xiàn)代化學理論的發(fā)展。主要講授元素周期理論的新發(fā)展和現(xiàn)代化學鍵理論。

第二章，原子物理學的開發(fā)研究及應(yīng)用。主要講授從物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究到原子能的開發(fā)和應(yīng)用。第一節(jié)，對微觀世界的探索和認識。一、物質(zhì)結(jié)構(gòu)初探，復習回憶德謨克利特的原子論，道爾頓的原子說，門捷列夫的元素周期律。二、向原子世界的進軍，主要講授X射線、放射性元素及電子的發(fā)現(xiàn)，原子結(jié)構(gòu)模型及其實驗和發(fā)現(xiàn)，原子核結(jié)構(gòu)模型及其實驗和發(fā)現(xiàn)，對基本粒子家族的認識。第二節(jié)，原子能的開發(fā)研究及應(yīng)用。一、原子能的開發(fā)研究:重點介紹原子能開發(fā)研究中的三大發(fā)現(xiàn)，即慢中子效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)、核裂變的發(fā)現(xiàn)和鏈式反應(yīng)的發(fā)現(xiàn)。二、原子能的應(yīng)用，包括能源方面的應(yīng)用和放射性同位素的應(yīng)用。能源方面的應(yīng)用包括兩個方面:一是軍用三彈即原子彈、氫彈和中子彈的研制;二是核電站的發(fā)展，主要介紹從慢中子反應(yīng)堆到快中子增殖堆再到核聚變反應(yīng)堆的歷史發(fā)展。放射性同位素的應(yīng)用可概要介紹在生產(chǎn)、生活、科研、軍事上的應(yīng)用及其成果。

第三章，生物學與生物工程技術(shù)。生物學是研究生命的科學;生物工程技術(shù)是用人工的方法創(chuàng)造生命的技術(shù)。生命科學是現(xiàn)代科學的三大前沿陣地之一;生物工程技術(shù)是現(xiàn)代科學技術(shù)的主要內(nèi)容。第一節(jié)，生命的起源和生物的進化。一、生命起源的化學進化歷程:從無機小分子物質(zhì)生成有機小分子物質(zhì);從有機小分子物質(zhì)形成有機高分子物質(zhì);從有機高分子物質(zhì)形成有機多分子體系;從有機多分子體系演化成原始生命物質(zhì)。二、生物進化論，主要介紹拉馬克的生物進化學說和達爾文的生物進化論。第二節(jié)，現(xiàn)代遺傳學和分子生物學。一、遺傳學:主要講授孟德爾的豌豆實驗及其遺傳學說;摩爾根的果蠅實驗及其遺傳學說。二、分子生物學:重點介紹蛋白質(zhì)的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和功能;核酸的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和功能。第三節(jié)，生物工程技術(shù)。生物工程包括酶工程、發(fā)酵工程、細胞工程和基因工程四個部分的內(nèi)容。因?qū)W時限制，可重點介紹細胞工程和基因工程兩個部分。一、細胞工程，應(yīng)首先講授細胞的全能性，然后在細胞全能性的基礎(chǔ)上具體介紹植物組織培養(yǎng)技術(shù)、細胞融合技術(shù)、細胞折合和胚胎移植技術(shù)、克隆技術(shù)等內(nèi)容。二、基因工程:(1)基因工程的基礎(chǔ)研究，主要介紹限制性內(nèi)切酶、連接酶和基因載體的發(fā)現(xiàn)和研制。(2)基因工程的基本程序和方法，包括獲取目的基因DNA、獲取載體基因DNA、目的基因DNA與載體基因DNA的重組、把重組的DNA轉(zhuǎn)入受體細胞進行增殖和篩選轉(zhuǎn)基因生物體五個步驟及方法。三、生物技術(shù)的應(yīng)用前景。主要介紹生物醫(yī)藥的研制及應(yīng)用、生化工業(yè)的迅速發(fā)展、轉(zhuǎn)基因動植物的大量出現(xiàn)，人類基因組計劃(HGP)及其廣闊的應(yīng)用前景。

第四章，天文學和天體演化學說。天體演化學說是現(xiàn)代科學的三大前沿陣地之一，本章在重點講述天體演化學說之前，先把天文學的相關(guān)知識作一簡單介紹。第一節(jié)，天文學及其產(chǎn)生和發(fā)展。一、概要介紹天文學的研究對象和分類;二、重點講授天文學的產(chǎn)生和發(fā)展:具體介紹古代天文學、近代經(jīng)典天文學和現(xiàn)代天文學的發(fā)展情況。第二節(jié)，獲取天體信息的渠道和手段;可分三個大問題來講述。一、獲取天體信息的渠道，主要介紹電磁輻射、宇宙線和中微子三條途徑;二、獲取天體信息的物質(zhì)手段和儀器設(shè)備，主要介紹人眼的構(gòu)造和功能、光學望遠鏡、射電望遠鏡和天體攝譜儀;三、天文觀測發(fā)展簡史:依次介紹光學天文學、射電天文學和空間天文學。第三節(jié)，天體的起源和演化。一、宇宙的起源和演化:主要介紹牛頓“無限無邊”宇宙模型及其疑難、愛因斯坦“有限無邊靜態(tài)”宇宙模型及其疑難、哈勃定律與大爆炸宇宙模型;二、星系的形成和演化:先對星系及其類型作一簡單的介紹，然后在此基礎(chǔ)上介紹星系的形成和演化;三、恒星的形成和演化:具體介紹恒星的形成，表征恒星演化過程的赫羅圖，恒星演化過程的三階段，即主序星階段、紅巨星階段和恒星的三種歸宿(白矮星、中子星和黑洞);四、太陽系的形成和演化:主要介紹太陽系的基本情況和太陽系的形成和演化兩部分內(nèi)容;五、地球的構(gòu)造和演化:包括地球概況、地球的圈層構(gòu)造和地球的形成和演化。

第五章，信息技術(shù)和激光技術(shù)。人類歷史在經(jīng)歷了6000年的農(nóng)業(yè)社會和近300年的工業(yè)社會以后，現(xiàn)在正在迅速走向第三個文明社會———信息社會。所謂信息社會，就是信息在社會生產(chǎn)和生活中起主導作用的社會。信息技術(shù)和信息產(chǎn)業(yè)，是信息社會的重要支柱。所謂信息技術(shù)，就是信息的獲取、傳遞和處理技術(shù)。信息技術(shù)以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)，包括計算機技術(shù)、通信技術(shù)、光導技術(shù)和人工智能技術(shù)等。第一節(jié)，微電子技術(shù)。一、微電子技術(shù)的出現(xiàn):具體介紹集成電路的誕生、集成電路的種類及其歷史發(fā)展和集成電路的制作工藝;二、微電子技術(shù)的應(yīng)用。第二節(jié)，計算機技術(shù)。一、計算機概述:具體介紹計算機的結(jié)構(gòu)與功能、計算機的特點和計算機的歷史發(fā)展;二、計算機的應(yīng)用:主要包括數(shù)值計算或科學計算、數(shù)據(jù)處理或稱信息處理、實時控制或稱過程控制、計算機輔助系統(tǒng)、人工智能或稱智能模擬等;三、信息高速公路。第三節(jié)，通信技術(shù)。一、電氣通信:主要介紹電話通信和非電話通信及傳真;二、光纖通信:具體介紹光纖通信的基本原理、光纖通信的優(yōu)點、光纖通信的應(yīng)用和發(fā)展;三、衛(wèi)星通信。第四節(jié)，激光技術(shù)。一、激光與激光器:具體介紹激光產(chǎn)生的基本原理、激光的特點、激光器的構(gòu)造等內(nèi)容。二、激光技術(shù)的應(yīng)用:概要介紹激光加工(包括激光鑄模、激光切割、激光焊接、激光雕刻等)技術(shù)及其在農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、軍事上的廣泛應(yīng)用。

第6篇：天文學的研究方法范文

[關(guān)鍵詞]古希臘 科學技術(shù) 發(fā)展

[中圖分類號]I3/7 [文獻標識碼]A [文章編號]1009-5349（2013）10-0084-02

一、概述

古代希臘歷史向我們展示出一個引人注目的特色，有時它也被稱為“希臘奇跡”，就在近東文明西面的愛琴海沿岸，那些講希臘語的居民創(chuàng)造了這種獨特的文明。①希臘位于歐洲南部的希臘半島和附近的一些島嶼，其地理位置容易接近古代河流文明，渡海向南經(jīng)過克里特島可以到達埃及，向東從小亞細亞半島可以到達巴比倫等國。古希臘從公元前8-前6世紀相繼建立起一系列奴隸制城邦，隨后奴隸制在古希臘有了長足的發(fā)展。古希臘人在吸收了古埃及、古巴比倫的科學技術(shù)的基礎(chǔ)上創(chuàng)造了古代輝煌的文明，成為當時歐洲的文化中心，也是近代科學技術(shù)的主要發(fā)源地。

二、古希臘的科學發(fā)展

（一）古希臘的自然哲學

古希臘人把自然界作為一個整體來研究，那時自然科學都包括在哲學里，稱為自然哲學，這既是希臘人對自然界的哲學思考，又是早期自然科學的一種特殊形態(tài)。這時的哲學家同時也是自然科學家。小亞細亞西岸中部的愛奧尼亞地區(qū)是古希臘自然哲學的發(fā)源地，在這里，形成了古希臘自然哲學的不同流派。西方歷史上第一個自然哲學家泰勒斯，誕生于地中海東岸愛奧尼亞地區(qū)的希臘殖民城邦米利都。他既是第一個哲學家也是第一個科學家，是西方科學——哲學的開創(chuàng)者。他的學生阿那克西曼德和阿那克西曼德的學生阿那克西米尼也是米利都人，他們形成了西方哲學史上第一個哲學學派——米利都學派。米利都學派的共同特點是他們把世界的本原歸結(jié)為某些具體的物質(zhì)形態(tài)，認為宇宙萬物是由某種基本的東西演化而來。米利都學派的思想活躍又顯示出早期希臘科學探索的另一個特點：科學的興起是理性爭辯的結(jié)果。總之，米利都哲學家之間爭論不休，他們運用理性、邏輯和觀察來駁斥別人的思想，強化自己的主張。

早期希臘人的自然知識的多元化和抽象化特征，由另一個前蘇格拉底學派——畢達哥拉斯學派——發(fā)揮的淋漓盡致。畢達哥拉斯學派因把數(shù)學引入自然哲學而享有盛譽。畢達哥拉斯學派的主要代表人物是畢達哥拉斯和菲羅勞斯，畢達哥拉斯認為數(shù)才是萬物的本原，并企圖用數(shù)學關(guān)系來解釋自然現(xiàn)象。畢達哥拉斯學派的成員把數(shù)學提升到抽象化和理論化的高度；他們熱衷于以數(shù)的概念為核心來建構(gòu)他們的自然觀。正是以這種方式，數(shù)就成為探尋世界物質(zhì)材料那個米利都問題的回答。畢達哥拉斯學派既提出了地球概念，也提出了天球概念，這種地球——天球的兩球宇宙論模式為希臘天文學奠定了基礎(chǔ)。在天球轉(zhuǎn)動的基礎(chǔ)上，希臘天文學家運用幾何學方法構(gòu)造和觀測相符合的宇宙模型；在宇宙模型基礎(chǔ)上，又進一步促進觀測的發(fā)展，使希臘數(shù)理天文學達到了世界古代科學的頂峰。

米利都學派和畢達哥拉斯學派及他們的后繼者代表了兩種不同的傳統(tǒng)，這表明前蘇格拉底時期的哲學沒有一種基于共識的統(tǒng)一，而是分散為一些不同的思想派別。因此，這里至少還應(yīng)該簡單地提到另外兩個主要的前蘇格拉底自然哲學學派，即原子論者和被稱為變化學派的哲學家。原子論者以米利都的留基伯和阿布德拉的德謨克利特為代表，他們以自己的方式回應(yīng)了早在一個世紀以前就提出的那個米利都挑戰(zhàn)。他們把世界想象為由原子組成，而原子是物質(zhì)最小的、不可再分的粒子。這些理論家假定，原子在虛空中所取形狀、位置、運動和排列的不同是我們看到周圍物體顯示出差異的根本原因。古代原子論者要面對一個大難題：假如不承認無不受其影響的某種大因故，混亂的原子無論如何也形成不了自然界中的任何一種有序的或者恒定的模式。為此原子論哲學得到了無神論的名聲。原子論是古希臘自然哲學中最重要、最高的成果之一，雖然它還只是建立在直觀經(jīng)驗的基礎(chǔ)上的哲理思辨和天才猜測的結(jié)果，但它在思想上和方法上對后人產(chǎn)生了重大影響。

（二）古希臘的天文學

在了解和學習古埃及、古巴比倫人天文學知識的基礎(chǔ)上，古希臘人在天文學方面表現(xiàn)出獨特的創(chuàng)見。他們是以更清醒的態(tài)度來看待迷人的宇宙，并以更大的熱情來探索天體運動規(guī)律。據(jù)說泰勒斯能夠預言日食，還發(fā)現(xiàn)了北極星，腓尼基人就是根據(jù)他的發(fā)現(xiàn)在海上航行的。阿那克薩哥拉設(shè)想月亮上有山，月光是日光的反射，用月影蓋著地球的設(shè)想解釋日食，用地影蓋著月亮的設(shè)想來解釋月食。畢達哥拉斯學派則設(shè)想地球、天體和整個宇宙都是球形，而天體的運動也都是均勻的圓周運動，因為圓是最完善的幾何圖形。這個思想一直主宰著天文學，甚至還對后來的哥白尼產(chǎn)生了重要影響。在柏拉圖之前，希臘沒有大家都贊同的宇宙學和天文學理論。柏拉圖創(chuàng)辦的學校里的學生歐多克索根據(jù)對天體的觀察，建立了一個同心球宇宙幾何模型，他是第一個把幾何學和天文學結(jié)合起來的人。他的宇宙模型是以地球為中心，日月及五大行星級恒星分別附在同心球殼層上圍繞地球勻速旋轉(zhuǎn)。行星的運動由四個大小不等的同心球的復合運動所致，而整個宇宙中的同心球一共有27個。

希臘化時期亞歷山大城有一個著名的天文學家阿里斯塔克在兩千多年前就提出過日心說，他認為太陽和恒星是不動的，地球和行星以太陽為中心，沿圓周軌道運動，地球每天繞自己的軸自轉(zhuǎn)一周，每年沿圓周軌道繞日一周。他在《輪日月大小和距離》一文中，應(yīng)運幾何學方法，首次測量和計算了太陽、月亮、地球的直徑比例和相對距離，已經(jīng)認識到太陽比地球大得多。他的太陽中心說走在了時代的前面，在當時有一定的影響，但并沒有得到一般人的廣泛認同。

（三）古希臘的物理學和數(shù)學

希臘數(shù)學的發(fā)展歷史可以分為三個時期。第一期從伊奧尼亞學派到柏拉圖學派為止，約為公元前七世紀中葉到公元前三世紀；第二期是亞歷山大前期，從歐幾里得起到公元前146年，希臘陷于羅馬為止；第三期是亞歷山大后期，是羅馬人統(tǒng)治下的時期，結(jié)束于641年亞歷山大被阿拉伯人占領(lǐng)。亞里士多德是古希臘偉大的思想家、百科全書式的學者，是古代科學思想的主要代表。如果說柏拉圖是一位綜合型的學者，那亞里士多德就是一位分科型的學者。他總結(jié)了前人已經(jīng)取得的成就，創(chuàng)造性的提出了自己的理論，在幾乎每一個學術(shù)領(lǐng)域，亞里士多德都留下了自己的著作。他是形式邏輯的創(chuàng)始人，是第一個專門而又系統(tǒng)地研究思維和它的規(guī)律的人。亞里士多德是第一個全面認真研究物理現(xiàn)象的人，他寫了世界上最早的物理學專著《物理學》，他反對原子論，不承認有虛空的存在；他認為物體只有在外力推動下才運動，外力停止，運動也就停止。

阿基米德是“古代世界第一位也是最偉大的近代型物理學家”，是科學史上最早把觀察、實驗同數(shù)學方法相結(jié)合的杰出代表。他的力學著作有《論浮力》《論平板的平衡》《論杠桿》《論重心》等。他發(fā)現(xiàn)的杠桿原理和浮力定律是古代力學中最偉大的的定律，也是今天機械設(shè)計和船舶設(shè)計計算時最基本的定律之一。阿基米德與雅典時期的科學家有顯著不同，他非常重視實驗，親自動手制作各種儀器和機械；他不是力圖提出一個完整的宇宙模型，而是著重在解決某些具有實際價值的問題；他首先把科學和生產(chǎn)、戰(zhàn)爭結(jié)合起來，所有這些對后來文藝復興時期的達·芬奇和伽利略等人都產(chǎn)生了重要影響。

注釋：

①世界科學技術(shù)通史.上海世紀出版集團，2007年版，第75頁.

【參考文獻】

[1]麥克萊倫第三，哈羅德·多恩著，王鳴陽譯.世界科學技術(shù)通史[M].上海：上海世紀出版集團，2007.

[2]吳國盛.科學的歷程[M].北京：北京大學出版社，2002.

[3]張密生.科學技術(shù)史[M].武漢：武漢大學出版社，2005.

[4]張謹.古希臘繁榮的人文底蘊[J].廣西大學學報，2005，

第7篇：天文學的研究方法范文

在上古時代，太陽出沒就已經(jīng)成為人們判斷時間和日期的依據(jù)。早在春秋時期，中國就發(fā)明了用土圭測定日影長短來確定季節(jié)和一年的長度方法。古埃及人是從天狼星的位置來估計尼羅河泛濫的時間。

東漢時期的著名天文學家張衡(公元78～139年)，經(jīng)過認真統(tǒng)計中原地區(qū)肉眼可以看到的星星數(shù)目，研究和解釋了月光的成因和月食的原理，并制成了“渾天儀”?！皽啞痹诠糯袌A球的意思，即在一個圓球上刻上星座，讓圓球繞軸轉(zhuǎn)動，可以表示出星星東升西落的現(xiàn)象，預告某一顆星在什么時候處在什么方位。根據(jù)觀察實踐，張衡提出了渾天說。認為日月星所附著的天，像蛋殼一樣包在外面；大地是一個飄浮游動的蛋黃，這是我國古代對宇宙認識的一大成就。

到了十六世紀，波蘭天文學家哥白尼(1473～1543年)用自制的各種天文儀器，對日食、月食、行星及其星空的背景位置變化，進行了長期的觀測?；ㄙM了30多年的心血，完成了一部不朽巨著《天體運行論》，闡述日心學說，從多方面論證了太陽是宇宙的中心，地球是繞著太陽運行的行星，這一科學的論說竟遭到了羅馬天主教會的激烈反對。意大利杰出的哲學家布魯諾，因捍衛(wèi)哥白尼思想而被燒死在羅馬的百花廣場上。

此后，德國天文學家開普勒(1571～1630年)，用自己對行星精確觀測的結(jié)果，進行大量的分析和計算，認為行星運動的軌道是橢圓形的，并總結(jié)了行星運動的三條重要定律，用這些定律能十分精確地計算出行星的位置，為進一步探索太陽系行星運動的規(guī)律開辟了新的道路。

與此同時，意大利天文學家伽利略(1564～1642年)發(fā)明了折射望遠鏡，能放大近30倍。他長期觀測天體，深信地球是環(huán)繞太陽運轉(zhuǎn)，同樣遭到宗教的審判，并受到長期監(jiān)禁的懲罰。

行星為什么會有規(guī)律地運動?英國科學家牛頓，于1668年發(fā)明了反射望遠鏡，這種望遠鏡的制造比折射望遠鏡容易得多，長時間成為天文觀測的主要望遠鏡。牛頓在開普勒、伽利略、惠更斯等人的工作基礎(chǔ)上，提出了萬有引力定律。認為物體質(zhì)量越大，引力就越強，離物體越遠，受這個物體引力就越弱。

第8篇：天文學的研究方法范文

1興趣導入，激發(fā)學生探索之心

蘇霍姆林斯基認為：“教與學統(tǒng)一性的起點，在于激發(fā)學生學習的興趣和愿望.”美國著名心理學家布魯諾也說過：“學習的最好刺激乃是所學知識的興趣.”學生們對于太空充滿了好奇，宇宙、黑洞是他們永遠的話題，為了充分調(diào)動學生的學習興趣，筆者做了如下設(shè)計.

圖1和圖2是哈勃望遠鏡眼中的絢爛宇宙圖像.

2006年，天文學聯(lián)合會大會投票決定，不再將冥王星視為行星，而將其列入“矮行星”，從而確認太陽系只有8顆行星. 決議稱：“行星”指的是圍繞太陽運轉(zhuǎn)、自身引力足以克服其剛而使天體呈圓球狀、能夠清除其軌道附近其他物體的天體.而冥王星因為其軌道與海王星相交，因此不符合這一定義.大會通過的決議說：“（太陽系）行星包括水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星.”那么這些行星又遵循著怎樣的運行規(guī)律呢？

2關(guān)注物理學史，滲透創(chuàng)新思維

天體運行規(guī)律的發(fā)現(xiàn)史經(jīng)歷了兩千多年曲折過程，是一部科學家們追求真理的奮斗史，也是一部思想解放史，充斥了思辨、矛盾、斗爭.處處體現(xiàn)了科學家們對于真理的執(zhí)著追求，甚至有科學家為之獻出了生命.在這一部分的教學中，筆者采用了話劇的形式，讓下面圖3所示的四位科學巨匠“穿越”到課堂，通過他們對行星運動規(guī)律的闡述和辯論，讓學生們了解行星運動規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程.

第一幕：

首先出場的是托勒密，他得意洋洋地說：“你們知道嗎，我們地球是宇宙的中心，其他的星球都繞著我們轉(zhuǎn)動……”

“不對，地球不是宇宙的中心！”正當他說得起勁時，哥白尼出現(xiàn)了，“太陽才是宇宙的中心，地球和其他行星都繞著太陽轉(zhuǎn).”

“是這樣的”，只見布魯諾出現(xiàn)在了講臺上，“如果是太陽繞著地球轉(zhuǎn)，你怎么解釋觀測到的行星逆行？”他問托勒密.

“這個嘛，行星的運動比較復雜，它既有本輪也有均輪……”托勒密解釋道.

“真是這樣的嗎？我發(fā)現(xiàn)如果用地球繞著太陽轉(zhuǎn)來解釋這些數(shù)據(jù)，地球的軌道就是一個圓周，非常的簡潔方便.”布魯諾得意地說道.

“?。“。》砰_我，你們想干什么？”布魯諾喊道，這個時候，教皇出現(xiàn)了，他的手下把布魯諾抓了起來，殘忍地把他殺害了.

第二幕：

第谷躺在床上，拿著一堆寫滿數(shù)據(jù)的紙，對開普勒說：“我快不行了，這是我數(shù)十年觀察出來的行星運動的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)耗費了我一生的心血，現(xiàn)在我把數(shù)據(jù)交給你，你一定要好好地利用這些數(shù)據(jù)，找出行星運動的規(guī)律啊.”

開普勒答應(yīng)了第谷，拿著這些數(shù)據(jù)進行了研究，既然這些數(shù)據(jù)和地心說不符，開普勒利用勻速圓周模型來檢驗這些數(shù)據(jù)，他發(fā)現(xiàn)吻合的很好，但總是至少有8′的誤差，他繼續(xù)研究，對圓周軌道產(chǎn)生了質(zhì)疑，終于獲得了成功，在1609年提出了開普勒第一定律和開普勒第二定律.

3關(guān)注中國古人的研究，提升學生民族自豪感

行星運動理論是中國數(shù)理天文學的重要內(nèi)容之一，然而我們的教科書卻忽略了這部分內(nèi)容，我們的學生有必要知道不僅西方國家的科學家在研究行星運動的規(guī)律，我們的先人們也為發(fā)現(xiàn)行星運動的規(guī)律做出過很大的貢獻.

中國古代天文學家對五星視運動規(guī)律的掌握，經(jīng)歷了一個漫長的過程.在星占學非常發(fā)達的古代中國，行星的視運動往往與星占學密切聯(lián)系.盡管中國古代天文學家對五星視運動的理解，由于受科學發(fā)展水平的限制，不可避免地帶有一些局限性，如始終帶有濃厚的星占學色彩和主觀想象，但這并不妨礙他們對五星視運動規(guī)律的正確把握.經(jīng)過長期的探索，中國古代天文學家設(shè)計了一整套計算行星的方法，包括行星的視位置，定合、定見、定伏算法.與古希臘以幾何模型描述行星運動的傳統(tǒng)不同，中國古代計算行星完全利用代數(shù)方法，盡管天文學家并不知道行星的軌道就是橢圓，但是他們設(shè)計的算法中已經(jīng)涉及到對行星中心差和太陽中心差修正，并且達到了相當高的精度.

4利用數(shù)學工具解決物理難題，提高學生解決問題的能力

數(shù)學是科學的語言，作為物理學科的重要工具，其作用是不言而喻的.運用數(shù)學方法解決物理物體的能力，是指中學物理學習目標之一.靈活運用數(shù)學知識，往往能促進學生理解物理規(guī)律，提高學生解決物理問題的能力.

律，開普勒用了九年的時間，開普勒遇到什么難題了？

師：左邊表格列舉了各個行星半長軸與公轉(zhuǎn)周期的數(shù)據(jù)，我們該如何處理？

生：一個個帶入計算.

師：如何計算？

生：就比比看.

師：怎么比？

生：半長軸比公轉(zhuǎn)周期吧？

師：那么我們試試看.

有少數(shù)同學拿出計算器，算出水星和金星的比值并不相等.

師：這么多的數(shù)據(jù)，你們是不是打算全部算一遍？

生：可以用圖象.

師：我們以前處理加速度與合外力、質(zhì)量實驗數(shù)據(jù)就曾利用圖象.圖象具有直觀、形象、簡明的特點，它能直觀地描述物理過程、形象的表達物理規(guī)律、簡潔地闡明各物理量之間的相互關(guān)系，是分析、研究問題常用的方法之一.

生：圖不好畫，數(shù)據(jù)跨度太大，標度不好選取.

師：我們在探究彈簧彈力與其伸長量之間的關(guān)系時，曾利用excel表格進行數(shù)據(jù)處理，在這我們可以借鑒，半長軸為x軸，公轉(zhuǎn)周期為y軸，圖象如圖4.

師：行星的半長軸與公轉(zhuǎn)周期是線性關(guān)系嗎？

生：點不在一條線上，應(yīng)該不是.

生：是曲線，可能是冪函數(shù)的關(guān)系.得到兩者的關(guān)系好像很困難.

師：我們假設(shè)是冪函數(shù)，我們可以設(shè)T=kan，兩邊取對數(shù)則lgT=lgk+nlga，若lgT與lga為直線，其斜率為n，圖象如圖5.

師：利用excel軟件自帶處理工具，從而得到n=3/2，即T=ka3/2，從而得到開普勒第三定律（周期定律）：所有行星的橢圓軌道的半長軸的三次方與公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等.

師：如果開普勒也用了這種方法，也許就不需要9年的時間.

第9篇：天文學的研究方法范文

顧亭林、閻百詩等些學者都開中國學術(shù)新紀元，他們是用科學方法探究學問的，顧氏是以科學方法研究音韻學，他的方法是用本證與旁證。比如研究《詩經(jīng)》，從《詩經(jīng)》本身來舉證，是謂本證；若是從《詩經(jīng)》的外面舉證便謂旁證了。閻氏的科學方法是研究古文的真?zhèn)?，文章的來源?/p>

1609年的哥白尼聽說在波蘭國的北部一個眼鏡店的小伙計，一天偶然疊上幾片玻璃而發(fā)現(xiàn)在遠方的東西，哥白尼以為望遠鏡是可以做到的。他利用這儀器，他對于天文學上就有很大的發(fā)現(xiàn)。像哈代維（Hudvey）、牛頓（Newton），還有顯微鏡發(fā)明者像黎汶豪（Leeuwenhoek），他們都有很大的發(fā)明。當哥白尼及諸大學者存在的時候，正是中國的顧炎武、閻百詩出世的時期。在這五六十年當中，東西文化，東西學說的歧異就在這里。他們所謂方法就是“假說”與“求證”，牛頓就是大膽去假定，然后一步一步去證明。這是和我們不同地方。我們的方法是科學的，然而材料是書本文字。我們的校勘學是?？惫艜抛值恼_的方法，如翻考《爾雅》、諸子百家；考據(jù)學是考據(jù)古文的真?zhèn)?。這一大堆東西可以代表清朝三百年的成績。黎汶豪是以鑿鉆等做研究的工具；牛頓是以木、石、自然資料來研究天文學，像現(xiàn)在已經(jīng)把太陽系都弄清楚了。前幾天報上宣傳英國天文臺要與火星通訊，像這樣的造就實在可怕的。十八、十九世紀時候，西方學者才開始研究?？睂W，瑞典的加禮文他專攻?？睂W，曾經(jīng)編成《中國文字分析字典》。像他這個洋鬼子不過研究四、五年，而竟達到中國有三百年歷史的?？睂W成績。加禮文說道：“你們只在文字方面做工夫，不肯到漢口、廣東、高麗、日本等地方實際考查文字的土音以為證明；要找出各種的讀法應(yīng)當要到北京、寧波，……等地去。”這可證明探求學問方法完全是經(jīng)驗的，要實地調(diào)查的。顧亭林費許多時間而所得到的很少，而結(jié)果走錯了路。

剛才楊教務(wù)長問我怎樣醫(yī)治“浪漫病”？我回答他說：浪漫的病癥在哪里？我以為浪漫病或者就是“懶病”。你們都是青年的，都還不到壯年時期，而我們已是“老狗教不成新把戲”了?，F(xiàn)在我們無論走哪條路，都是要研究微積分、生物學、天文學、物理學。我們要多做些實驗工夫，要跟著西洋人走進實驗室去。至于考據(jù)方面就要讓我們老朽昏庸的人去做。黎汶豪的顯微鏡實在比妖怪還厲害，這是用無窮時間與時時刻刻找真理所得的結(jié)果。十九世紀時候，法國化學師柏士多（Pasteur）在顯微鏡下面發(fā)現(xiàn)很可怕的微生物。他并且感受瘋狗的厲害，便研究瘋狗起來。后來從狗嘴的涎沫里及腦髓中去探究，方知道是細菌在作祟，神經(jīng)系中有毒。他把狗骨髓取出風干經(jīng)過十三四天之久，就把它制成注射藥水，可以治好給瘋狗咬著的人。但是當時沒有膽量就注射在人身上，只先在別的動物身上試驗看看。在那時候很湊巧一位老太婆的兒子給狗咬傷，去請醫(yī)生以活馬當作死馬醫(yī)治，果然給他治好了。還有一位俄人，他給狼咬著他，就發(fā)明打針方法。法國酒的病，蠶的病亦給顯微鏡找出來了；歐洲羊的病，德國庫舒（Koch）應(yīng)用藥水力量把羊醫(yī)好。