【原】中国古代天文学知识讲座（一）

中国古代天文学知识讲座（一） 

第一讲   天文学概说

一、什么是天文学

天文学是一门古老的科学，自有人类文明史以来，天文学就有重要的地位。也是一门集人类智慧之大成的综合系统。就中国而言，清代顾炎武在《日知录·天文》里讲:“三代以上，人人皆知天文。'七月流火’，农夫之辞也。'三星在户’，妇人之语也。'月离于毕’，戍卒之作也。'龙尾伏辰’，儿童之谣也。后世文人学士，有问之而茫然不知者矣”。意思是说古代人人知天文，而现在即使有学问的人对天文也是一片空白。

（一）、在古代——是确定时令季节和占卜的学说。

1、确定时令季节：

相传，在公元前4000年左右，古埃及人就发现天狼星与尼罗河洪水泛滥间的关系。于是就把黎明时天狼星与日一同升起（“偕日升”）的这一天定为岁首（一月一日）。所以马克思在《资本论》中说:“计算尼罗河水的涨落的需要，产生了埃及的天文学。”

中国人在周代就清楚“辰角见而雨毕，天根见而水涸，本见而草木节解，驷见而陨霜，火见而清风戒寒”的星象与季节的规律。故有“雨毕而除道，水涸而成梁，草木节解而备藏，陨霜而冬裘具，清风至而修城郭宫室”的《先王之教》，明确了什么时候老百姓适宜做什么事。

2、占卜：

在中国，按《史记·天官书》记载，在高辛氏以前掌管天文星象的是重、黎；唐虞时是羲、和；夏代是昆吾；殷商是巫咸；周朝是史佚、苌弘；春秋宋国是子韦，郑国是裨灶；战国时齐国是甘德，楚国是唐昧，赵国是尹皋，魏国是石申。而在谈到天文家时，《汉书·艺文志》中说：“天文者，序二十八宿，步五星日月，以纪吉凶之象，圣王所以参政也。《易》曰：观乎天文，以察时变”。这就说明了占星术与天文学的关系。而占星术又包括日占、月占、五星占、二十八宿占、星变占等等。这种关于国家、气候的占星术，到唐代的《开元占经》走到顶峰，之后便慢慢衰落，让位于算命预测术。

在国外，西方占星术最早可以追溯到公元前3000年前的美索不达米亚平原的巴比伦文化。巴比伦人将天球上太阳经过的轨道划分为十二个区域，也就是我们现在说的十二星座。他们观察太阳、月亮、星辰的运行规律，总结太阳与万物，潮汐与月亮，星座在不同时间不同位置产生不同影响等规律。因此行星在天上运行位置，被巴比伦人认为是神处理人间问题的态度，行星的运行可以解读为神明将给人间带来的福祸。在公元前1000多年前，巴比伦占星术传到了埃及，形成了埃及占星术；由埃及再传到爱琴海，形成了西方的古典占星学（希腊占星术）；而在公元九世纪的时候，占星学传到了巴格达，形成了阿拉伯占星术。经过不断的变迁进化，发展到现在。一直到文艺复兴时期，在哥白尼（星占家、教会法博士）及伽利略等一大批人的共同努力下，以及牛顿力学的发展，天文学才开始成为现代科学。

（二）在现代——天文学是一门重要的基础科学

到了现代，天文学——是研究宇宙空间天体、宇宙结构和发展的学科。主要通过观测天体发射到地球的辐射，发现并测量它们的位置、探索它们的运动规律、研究它们的物理性质、化学组成、内部结构、能量来源及其演化规律。也是人类运用所掌握的最新数、理、化等知识以及最尖端的技术手段，对宇宙中的恒星、行星、星系等天文现象进行专业研究的一门科学。他与古老的天文学既有紧密联系和传承，又有本质上的区别，基本脱离神学范畴而进入科学领域。

二、天文学的发展历程及趋势

（一）天文学起源非常古老。

中国的《尚书》里有世界最早(约公元前2137年)的日食记录。在公元前两千年前后，中国人已观测到木星绕天一周约为12年的周期性现象。在《竹书纪年》中有公元前1580年人类第一次观测到流星雨的记载。在中国河南安阳出土的殷朝甲骨文中已有日食和月食的常规记录，以及世界上最古老的日珥记载。同时期还绘制了巫咸星表。前十一世纪，已有武王伐纣时世界上最早的彗星记录。前四世纪著成了《甘石星经》。《汉书.天文志》中还记载了前134年六月，人类第一次观测到的超新星爆发。前104年，西汉王朝就颁布了包含有完整二十四节气的“太初历”。在《汉书.五行志》记载了前28年出现的人类观测到并记录下来的第一颗太阳黑子。公元270年前后，吴国太史令陈卓统一了全天283个星官，1464颗恒星——史称“陈卓定纪”，奠定了中国“三垣二十八宿”星空体系，成为迄今世界天文学中两个（另一个是“希腊星座”）研究星空的最完整体系之一。相传为隋代隐士丹元子所作的“步天歌”，为识星认星以及天文学的传承打开了便捷之门。唐代开元年间（723—724年）僧一行组织开展了二十八宿距星和其他二十四个星官共127颗恒星位置观测。725年，南宫说在僧一行的领导下，还组织开展了世界上第一次子午线实测。北宋皇祐年间（1051—1052）周琮组织了一次全天恒星观测，经后人整理成“皇祐星表”。元代郭守敬制作了十三件天文仪器，并在1280年前后用这些仪器观测了大量恒星，编制成了“郭守敬星表”，可惜这些仪器后来均被西方传教士毁坏，星表也失传了。1385年，中国明朝在南京建立观象台，是世界上最早的设备完善的天文台。十四世纪以后，由于西学东渐，中国的天文学就逐渐沦落、一蹶不振，跟在西方后面亦步亦趋。

在国外，公元前七世纪，巴比伦人发现日月食循环的沙罗周期（在经过6,585.32天—18年11天的时间间隔后，地球、太阳和月球的相对位置又会与原先基本相同，因而前一周期内的日、月食又会重新陆续出现）。前585年，古希腊泰勒斯第一次预测日全食。前五世纪，古希腊欧多克斯提出日月星辰绕地球作同心圆运动的主张（地心说原创）；古希腊巴门尼德、德谟克利特论证大地是球形的，认为晨星和昏星是同一颗金星，并提出银河是由许多恒星密集而成的；古希腊阿那萨古腊提出月食的成因，并认为月球因反射太阳光而明亮。前四世纪，古希腊亚里士多德《天论》一书发表，提出地球中心说。前三世纪，古希腊埃拉托色尼第一次用天文观测推算地球的大小。古希腊亚里斯塔克第一次测算太阳和月球对地球距离的比例以及太阳、月球和地球大小之比，又提出太阳是宇宙中心和地球绕太阳运转的主张（日心说原创）。前二世纪，古希腊希帕克编制了第一个太阳与月亮的运行表和西方第一个星表；发现岁差，划分恒星的亮度为六个星等。公元前46年，罗马颁行儒略历(旧历)，从前45年1月1日执行。

在欧洲文艺复兴运动以后，天文学发展到一个崭新阶段。1543年，波兰哥白尼的《天体运行论》出版，“从此自然科学便开始从神学中解放出来”（恩格斯语），大踏步地前进。1572年，丹麦第谷·布拉赫发现仙后座超新星，是银河系里第二颗新星。

1582年，西欧许多国家实行格里历，即现行公历的前身。1609—1619年，德国开普勒根据第谷·布拉赫观测行星位置的数据，发现行星运动的三个定律。1609—1610年，意大利物理学家伽利略制成第一台天文望远镜，并用它观测天象，发现月亮上的山和谷：发现木星的四个最大卫星，发现金星的盈亏，发现太阳黑子和太阳的自转。认识到银河是由无数星体所构成，为哥白尼学说提供了一系列有力的明证。1666年，法国卡西尼发现火星和木星的自转。1667年，法国建立巴黎天文台。1675年，英国建立格林尼治天文台。1692年，英国牛顿从机械力学体系出发，提出“经典宇宙学说’。1705年，英国哈雷发现第一颗周期彗星（哈雷彗星），并预言其周期为七十六年左右，后得到证实。1725年，英国布拉德雷发现光行差，这也是地球公转运动的一个明证。1781年，英国弗·赫歇尔发现天王星。1846年，德国加勒根据行星轨道摄动理论计算的预示发现了海王星，验证了万有引力定律，证实了哥白尼的太阳系学说。1900年，英国科学家吉尔和荷兰科学家卡普坦，刊布第一个载有450，000颗恒星方位的南方照相星表——好望角星表。

1932年，比利时勒梅特提出“原始原子”爆炸膨胀的宇宙模型。1934年，中国建立南京紫金山天文台。1937—1940年，美国雷勃建立了第一台九米直径的抛物面天线射电望远镜，研究宇宙射电的强度分布，证实银河系中心方向来的射电强度最大。1946年，英国洛佛耳首次大规模使用雷达研究流星雨。1959年，美国首次探测了太阳的辐射；苏联发射宇宙火箭击中月球，发现它无磁场和辐射带，还发射了月球探测器，第一次拍到月球背面照片。

20世纪60年代，取得了称为“天文学四大发现”的成就：微波背景辐射、脉冲星、类星体和星际有机分子。而与此同时，人类也突破了地球束缚，可到天空中观测天体。除可见光外，天体的紫外线、红外线、无线电波、X射线、γ射线等都能观测到了。这些使得空间天文学得到巨大发展，也对现代天文学成就产生很大影响。

21世纪，天文学家使用许多不同类型的望远镜来收集宇宙的信息，天文学已进入一个崭新的阶段。天文观测手段已从传统的光学观测扩展到了从射电、红外、紫外到X射线和γ射线的全部电磁波段。这导致一大批新天体和新天象的发现：类星体、活动星系、脉冲星、微波背景辐射、星际分子、X射线双星 、γ射线源等等，使得天文研究空前繁荣和活跃 ，天文学正处在大飞跃的前夜。

（二）学科分支和发展趋势

天文学的分支主要可以分为理论天文学与观测天文学两种。天文观察家常年观察天空，并将所得到的信息整理，理论天文学家根据观测数据发展出新理论，解释自然现象并对此进行预测。

按照研究方法可分为：天体测量学、天体力学、天体物理学。

按照观测手段可分为：光学天文学（利用光学望远镜、光度测量仪器、分光仪器和偏振光测量仪器来观测和研究天体的形态、结构、化学组成和物理状态的一门学科，是实测天体物理学的重要组成部分。是相对于射电天文学、红外天文学、紫外天文学、X射线天文学和X射线天文学而言的）、射电天文学（通过电磁波频谱以无线电接收技术为观测手段来研究天体）和空间天文学（是借助宇宙飞船、人造卫星、火箭和气球等空间飞行器，在高层大气和大气外层空间区域进行天文观测和研究的一门学科）几个分支学科。

其他更细分的学科：超星系天文学、远红外天文学、天文地球动力学、天文学史、业余天文学、宇宙学、星系天文学、天文动力学，等等五十多门学科。

发展趋势：天文学的研究对于我们的生活有很大的实际意义，于人类的自然观有很大的影响。哥白尼的日心说曾经使自然科学从神学中解放出来；康德和拉普拉斯关于太阳系起源的星云说，在十八世纪形而上学的自然观上打开了第一个缺口。牛顿力学的出现，核能的发现等对人类文明起重要作用的事件都和天文研究有密切的联系。当前，对高能天体物理、致密星和宇宙演化以及太阳和太阳系天体包括地球和人造卫星的研究，能极大地推动现代科学的发展。在航天、测地、通讯导航等部门中都有广泛的应用。

三、天文学的研究对象、方法

1、研究对象：随着天文学的发展，人类的探测范围由目测的太阳、月球、天空中的星星到达了距地球约100亿光年的距离，根据尺度和规模，天文学的研究对象可以分为：

行星层次：包括行星系中的行星、围绕行星旋转的卫星和大量的小天体，如小行星、彗星、流星体以及行星际物质等。太阳系是目前能够直接观测的唯一的行星系。但宇宙中存在着无数的行星系统。

恒星层次：现在人们已经观测到了亿万个恒星，太阳只是无数恒星中很普通的一颗。

星系层次：人类所处的太阳系只是处于由无数恒星组成的银河系中的一隅。而银河系也只是一个普通的星系，除了银河系以外，还存在着许多的河外星系。星系又进一步组成了更大的天体系统，星系群、星系团和超星系团。

整个宇宙：一些天文学家提出了比超星系团还高一级的总星系。按照现在的理解，总星系就是目前人类所能观测到的宇宙的范围，半径超过了100亿光年。

目前，天文学研究中最热门、也是最难令人信服的课题之一就是关于宇宙起源与未来的研究。对于宇宙起源问题的理论层出不穷，其中最具代表性，影响最大，也是最多人支持的就是1948年美国科学家伽莫夫等人提出的大爆炸理论。根据现在不断完善的这个理论，宇宙是在约137亿年前的一次猛烈的爆发中诞生的。然后宇宙不断地膨胀，温度不断地降低，产生各种基本粒子。随着宇宙温度进一步下降，物质由于引力作用开始塌缩，逐级成团。在宇宙年龄约10亿年时星系开始形成，并逐渐演化为今天的样子。

2、研究方法：天文学研究的对象有极大的尺度，极长的时间，极端的物理特性，因而地面试验室很难模拟。因此天文学的研究方法主要依靠观测。由于地球大气对紫外辐射、X射线和γ射线不透明，因此许多太空探测方法和手段相继出现，例如气球、火箭、人造卫星和航天器等。

天文学的理论常常由于观测信息的不足，天文学家经常会提出许多假说来解释一些天文现象。然后再根据新的观测结果，对原来的理论进行修改或者用新的理论来代替。这也是天文学不同于其他许多自然科学的地方。

四、天文学常用名词术语

1、黄道、白道、天赤道，黄赤交角（23°26′）。

黄白交角（黄道面和白道面并非在一个平面上，两者有平均约5°09′的交角，这个交角叫做黄白交角。黄白交角是个可变值，它是在4°57′～5°19′之间有规律地变化着。黄白交点在黄道上也是不固定的，它每月在黄道上向西退行1°06′，大约18年又11天退行一周）。

白赤交角（白道面与天赤道面的交角为23°26′+5°09′与23°26′-5°09′之间）。

2、恒星、星系、星系团、总星系。

3、星等（天空中有一等星20颗，二等星有46颗，三等星134颗，四等星共458颗，五等星有1476颗，六等星共4840颗，共计6974颗。整个天空肉眼能见到的6000多颗恒星。将肉眼可见的星分为6等。肉眼刚能看到的定为6等星，比6等亮一些的为5等，依次类推，亮星为1等，更亮的为0等以至负的星等。例如，太阳是－26.8等，满月的亮度是－12.6等，金星最亮时可达－4.4等。星等差1等，其亮度差2.512倍。1等星的亮度恰好是6等星的100倍）。

4、恒星日与太阳日

从某一颗恒星(除太阳外)位于上中天起，到下一次又位于上中天的时间间隔，为1个恒星日，时间是23时56分4秒。太阳从上中天到下一个上中天的时间间隔，叫太阳日，时间是24小时。当地球公转与自转一致时，太阳日大于恒星日，反之则小于恒星日。恒星日是地球自转的真正周期，太阳日是我们日常的计时单位。

5、回归年恒星年近点年，恒星月朔望月近点月，交点年交点月。

回归年是太阳直射点（如冬至点到冬至点）回归运动的周期，其长度为365.2422日，即365日5时48分46秒；恒星年是地球绕日公转360度所需要的时间，其长度365.2596日，即365日6时9分10秒。近点年的长度365.2596日，即365日6小时13分53秒。

恒星月：以恒星为参照系，月亮上某一点两次朝向同一颗恒星之间的周期，一个恒星月等于27.322天。恒星月是月球围绕地球公转的真正周期，比朔望月短约两天。朔望月（太阴月）：月球绕地球公转相对于太阳的平均周期，也就是两次新月（或两次满月）之间的平均周期，一个朔望月等于29.53059天。近点月因近点每月东移约3⁰，较恒星月稍长，为27.5546日。

交点月和交点年的长度是以黄白交点移动为背景的两个天文常数。由于太阳对于地月系内月球的摄动，黄道与白道的交点在黄道上每年西移19°21'，所以交点月长度比朔望月长度要短，交点年的长度比回归年的长度要短。交点月为27.2122200日，交点年（食年）比恒星年短约20日;其长度为346.6200日。

6、地方时、区时、时区、北京时间、国际标准时间

地方时：因经度不同的时刻。地球上有无数个地方时。

时区：1884年国际上采取了全世界按统一标准划分时区，实行分区计时的办法，将全球分成24个时区，其中东西12区各半个时区。

区时：国际上规定每一时区都采用中央经线的地方时作为标准时间，这种时间称为区时。

北京时间：我国统一采用的标准时间，等同于东8区的区时，或东经120度的地方时。

国际标准时间：中时区的区时，即格林尼治时间。

7、日界线与划分两个日期的界线

国际上为避免日期混乱而人为划定的一个界线，与180度经度既有重合也有不重合的地方。划分两个日期的界线有两条：日界线和地方时为0时的经线，在计算两个日期的面积时，一般用地方时而不用区时，同时也不考虑日界线的弯曲。

8、天文单位（1.5亿公里）、光年（约9500亿公里）、秒差距（以地球公转轨道的平均半径为底边所对应的三角形内角称为视差。当这个角的大小为1角秒（1⁰/3600）（1⁰=60角分=3600角秒）时，这个三角形的一条边的长度就称为1秒差距=3.26光年）。

9、闰法（19年7闰）、沙罗周期（约18年11天）

10、弧度=弧长/半径（弧长等于半径时，两射线间的夹角就是1弧度）。1弧度=180/pai度。1度=pai/180弧度。

11、光行差—— 指在同一瞬间，运动中的观测者所观测到的天体视方向与静止的观测者所观测到天体的真方向之差。

周年光行差——地球绕太阳公转造成的光行差，最大可以达到20.5角秒。

周日光行差——地球自转造成的光行差，比周年光行差小两个数量级，约为零点几角秒。

长期光行差——太阳系在宇宙空间中的运动造成的光行差，包括：太阳本动造成的光行差，约为13角秒，但方向不变；太阳系绕银河系自转造成的光行差，约为100多角秒，但周期很长。

12、周年视差——是地球绕太阳周年运动所产生的视差。当恒星与太阳的连线垂直地球轨道半径时，恒星对日地平均距离α所张的角用θ表(示)叫恒星的周年视差。

13、"光度佯谬"——由奥尔柏斯在 1826 年提出。表达如下:按照牛顿的经典宇宙图景可以作以下推论:1. 在无限的空间中，充满了无限多的星体。2. 每颗星星虽然有生有灭，但从整体上看，可以认为宇宙的物质密度保持常数。3. 时间是无限的，从整体上讲，星体可以无限期存在。4. 无限远处星体的光，总可以通过无限长的时间传到地面。5. 在地面上，黑夜将像白天一样光亮。

14、“引力佯谬”——也叫本特利（Bentley）悖论，因为它最开始是由与牛顿同时代的一个年轻神学家本特利提出来的。也常常被称为西（塞）利格尔佯谬。牛顿宇宙学认为宇宙是静态和无限的，并且遵循均匀各向同性的宇宙学原理。1692年，本特利30出头，他写信向牛顿请教一个心中的疑问：如果宇宙是无限的，而重力又总是表现为吸引力，那么，所有物质最终应该被吸引到一起，无限大的引力将使得整个世界产生爆炸或撕裂。1894年，德国塞利格尔认为：即使两个相反对顶立体角的引力互相抵消了，可能使得合力为0，但场中的引力势也并不会为0，而是趋向无穷大。因而整个宇宙将是不稳定的，并很快塌缩。

15、热寂说佯谬  —— 德国物理学家 克劳修斯(1822—1888)认为（也有人认为是英国的开尔文勋爵提出的）：按照热力学第二定律,对于任何独立系统,当宏观过程在系统各部分间具有温度差的条件下进行时,则温差必将渐趋于消失。而在孤立系统中,没有温差的热运动是不能再转化为功的。由此得出结论:整个宇宙也将达到各处温差都消失的热动平衡状态,这时一切宏观变化都将停止,能量的总值虽然不变,但已不能再被利用,结果宇宙就趋于死灭(热寂)状态。事实上,宇亩是无限的,并无最终平衡态可言。是把有限孤立系统所获得的经验,推广到整个宇宙,把相对的平衡看成是绝对的,这是一种形而上学观,它和上帝创世说一样,是一种谬论。

16、“黄道光”——对于地球北半球的观星人来说，每年的七、八月间，日出前的地平面附近常常会有一道不寻常的三角形亮光。是一些不断环绕太阳的尘埃微粒反射太阳的光而成。黄道光因行星际尘埃对太阳光的散射而在黄道面上而形成的银白色光锥，一般都呈三角形，大致与黄道面对称并朝太阳方向增强。总的讲来黄道光很微弱，除在春季黄昏后或秋季黎明前在观测条件较理想情况下才勉强可见外，一般不易见到。黄道光是存在行星际物质的证明。

五、学习态度、方法

1、培养兴趣。中国天文学是中国文化的重要组成部分，学习天文学就是学习中国文化。

2、增强信心。哥白尼是学教会法的，康德是学哲学的，1843年，最先发现太阳活动（黑子）周期的德国施瓦贝是一名药剂师。

 

备注：本资料中天文发展过程等部分内容主要来自网上资料的组合。在此，对资料提供者、发布者一并表示感谢。