古代天体测量学的发展及其对后世天文学的影响

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在古代，天体测量学的发展主要来自于生产和生活的需要。最早观测到的天文现象是太阳的昼夜和季节变化，例如英国石器时代晚期用来测量天空的巨石阵。来源/维基

/ 古希腊天体测量学的发展

西方最早有记录的天文观测发生在公元前 1000 年左右的美索不达米亚，当时亚述-巴比伦天文学家系统地观测了夜空。他们认识到某些天体现象是周期性的：其中包括金星的定期出现和十八年的月食周期。他们的详细记录为后来古希腊、古印度和中世纪伊斯兰教天文学的发展奠定了基础。

包括毕达哥拉斯学派在内的早期希腊哲学家在天文学的最早觉醒中发挥了关键作用。他们相信，可以通过理性发现根本法则或自然法则。作为这个哲学流派的一部分，古希腊的天文学家试图根据“宇宙”或秩序的原则来理解宇宙。地球可能是球形的革命性观点开始取代了前苏格拉底时代关于地球表面是平坦的观点。

柏拉图（公元前 427 年 - 公元前 347 年）和他的同时代人相信，天空每晚都以恒定的速度旋转，“固定”的星星保持着它们的相对位置。太阳、月亮和可见的行星：水星、金星、火星、木星和土星，以复杂而深不可测的方式在它们之间移动。从地球上看，它们的位置显示出复杂而曲折的路径，有时甚至带有向后的“逆行”循环。当时人类的主导思想是“地球是宇宙的中心”。这一基本原理完全阻碍了对行星运动的正确解释。

阿里斯塔克斯（，约公元前 310 年 - 公元前 230 年）首次尝试确定太阳和月亮的距离和大小。他利用三角学推导出它们之间的距离之比。他还主张太阳中心论，这一观点在公元前2世纪左右得到了塞琉古（）的支持。但这些想法在当时并不受青睐，地心思想仍然受到大多数同时代人的拥护。为了解释行星复杂的视运动和月球速度的变化，地心说的支持者不能诉诸简单的圆形行星轨道；他们必须引入复杂的嵌套动作。

大约在同一时间，天文学家埃拉托色尼（，公元前276年-公元前194年）发明了纬度和经度系统，并利用太阳的不同高度来估计地球的大小，得出了一个可以在以后多次使用的系统。几个世纪以来使用的价值。喜帕恰斯（，又译为喜帕恰斯，活跃于公元前 160-126 年）被认为在天文学方面取得了许多重要进展，尽管有关他的工作的大部分知识都来自托勒密。现存于二世纪的 13 卷《天文学大成》中，他的工作包括第一个对恒星的亮度进行分类，至今仍在使用，将它们分为六组，最亮的被指定为第一等，最亮的被指定为第一等。深色的是六年级。他效仿古巴比伦人，将一个圆分成360度，每个角六十分，编制了第一个系统星表，记录了星星的位置，精确度约为一度。他是第一个描述地球相对于恒星的进动（即地球自转轴在太空中位置的变化，就像陀螺主轴在地面上的摆动）的人。

希腊哲学家在天文学的最早觉醒中发挥了关键作用。埃拉托色尼发明了纬度和经度系统，并利用太阳的不同高度来估计地球的大小，得出了一个可以在未来几个世纪使用的值。来源/维基

但喜帕恰斯犯了继续坚持地心说的错误。他的论点是地球绕太阳的圆形轨道无法解释行星运动。由于他的权威，日心说无法被那个时代的人们所接受。 200多年后的公元2世纪，托勒密提出了基于这种地心世界观的变体，并使用复杂的“均轮”和“本轮”圆周运动，成功地预测了基于有缺陷的模型的各种事件。天体在地球上的观测位置进一步延续了地心说。

/欧洲中世纪天文学

天文学和阿拉伯世界

从公元四世纪末开始，罗马帝国在人口、经济和政治秩序方面的衰落导致了“黑暗时代”，那些提倡球形地球思想的人在欧洲受到迫害。亚里士多德的水晶球理论和托勒密的地心说不被允许传播，天文学相关的科学在欧洲遭遇冷遇。

与此同时，在东方，中国在汉代（公元前206年至公元220年）的第一次重大经济发展催生了一个与希腊哲学和科学思想大致一致的哲学时期。在印度，公元320年左右的笈多王朝也促进了航海和算术的进步，接受了“零”的概念并使用了阿拉伯数字。公元 500 年左右，天文学被认为是一门独立的学科，当时印度的  相信地球是一个绕其轴旋转的球体。

在阿拉伯世界，天文学此时蓬勃发展。公元七世纪至十五世纪，阿拉伯天文学大体可分为巴格达学派、开罗学派和西阿拉伯学派。

巴格达学派著名天文学家亚亚·阿布·马舍尔计划建造巴格达天文台，主要进行天体测量工作，测量维度差为1°时的子午线长度。此外，他还编撰了《穆塔汗年鉴》，在计算位置时将水星和金星视为太阳的卫星。天文学家塔比·伊本·库拉（ibn Qurra，826-901）发现进动常数大于托勒密提出的每百年移动1°，应该每66年移动1°，而黄道角则需要减小从托勒密时代的 23°51′ 到 23°35′。阿尔-巴塔尼（Al-，858-929）撰写了巨著《萨比历》，系统地描述了三角函数、黄道角、行星的天体运动、地球与月球的距离、日食计算和天文学。仪器、行星运动等，并宣告了太阳在远地点进动的存在，完成了托勒密对太阳和月球轨道的描述。 1428年，蒙古帖木儿的孙子兀鲁伯格在撒马尔罕建造了半径36米的六分仪，并用它编制了包含994颗星星的星表。由于恒星位置精确到约 1 度，它通常被认为是依巴谷和第谷之间最大的星表。

开罗学派的伊本·尤努斯（Ibn Yunus，约 950-1009 年）对行星排列和月食的描述对于 19 世纪末天文学的伟大人物之一西蒙·纽科姆（Simon ）来说足够准确，可以在他自己的月球理论中描述它们。运动。西尔学派的杰出代表查尔卡利于1080年编制了《托莱多天文表》，在欧洲使用了近200年。此外，查尔卡利在其著作《论行星天空》中用演绎方法论证了水星沿椭圆轨道运动，否定了托勒密利用本轮和均轮来解释水星运动的说法。以查尔卡利为代表的西阿拉伯学派天文学家大多对托勒密体系持否定态度。

/ 欧洲天文学的复兴

从公元730年开始，欧洲慢慢地从“黑暗时代”中恢复过来。哥白尼（1473-1543）提出日心说。他认为，地球远非固定在太空中，实际上受到三种运动的影响：第一个是绕太阳的年度运动；第二个是绕太阳运动；第三个是绕太阳运动。二是考虑到昼夜的日常变化，地球绕着相对于其轨道平面倾斜的轴旋转，这可以解释季节的变化特征；第三，地球自转中有一种更复杂、周期更长的摆动，称为岁差。他于1543年发表的《天体革命》（De）可以说标志着欧洲科学的觉醒。然而，受限于行星轨道是椭圆而不是圆的理解和认识，哥白尼仍然需要本轮来解释详细的行星运动。直到开普勒、伽利略、牛顿通过后来的工作，我们才对太阳系中的行星运动有了正确的认识。但这并不妨碍哥白尼的工作成为现代科学史上的里程碑。

哥白尼提出日心说，并于1543年发表《天体革命》，可以说标志着欧洲科学的觉醒。来源/维基

1610年，意大利科学家伽利略·伽利莱描述了他发明的天文望远镜，并用它进行了令人惊讶的观测——月球上的山脉、木星周围的卫星，以及首次分解为无数微弱恒星的斑驳星云。他对哥白尼日心说的支持引发了与天主教会的长期且有据可查的冲突，最终于 1633 年受到罗马教廷的审判和软禁。布鲁诺也是意大利人，被视为神学异端，因为他支持和在欧洲大规模宣扬日心说和宇宙无限论。 1600 年 2 月 17 日，他在罗马鲜花广场被烧死。

开普勒是17世纪天文学革命的重要人物。他与老师第谷的天体测量观测使天体定位精度提高了近几十倍。这也激励他反复尝试计算火星绕太阳的完整轨道。 。最后，在 1605 年，他发现圆形轨道与观测结果不符，但椭圆轨道却与观测结果相符。因此，他认为所有行星都在椭圆中运动，太阳位于椭圆的一个焦点上。开普勒的行星运动定律为牛顿的万有引力理论奠定了基础。牛顿在科学史上占有无与伦比的崇高地位。他于1687年出版的《自然哲学原理》是他最有影响力的著作。他的运动定律和万有引力定律在一定程度上解释了所有天体的运动。

/ 光的视差、自行和像差的发现和测量

日心说和牛顿万有引力论的提出提出了一个紧迫的问题：如果地球确实绕着太阳转，那么过去被认为“固定”的恒星就不可能真正固定在太空中，除非它们处于无限远的距离。一定存在视差效应。反之，如果测量出三角形视差，也可以证明地球绕太阳转。

早期的英国天文学家罗亚尔认识到测量恒星之间距离的重要性，并为这项任务投入了大量精力。事实上，从16世纪到19世纪初，解决一系列天文问题的关键是定向测量仪器和方法的改进，而不是视力的提高。又过了250年，经历了无数次的失败，人类才测量出了第一颗恒星的视差距离。 1830年代，德国出生的威廉·斯特鲁威选择明亮的高推进恒星织女星进行视差测量研究。他使用德国物理学家兼工匠约瑟夫·弗劳恩霍夫（ ）制造的24厘米孔径折射镜，从1835年到1840年进行了近百次观测，结果是视差为八分之一角秒。非常接近今天的测量值。但其他人仍然持怀疑态度，因为有一个古老的神话，即天体的视差无法测量。

贝塞尔（）通常被认为是第一个发表可靠视差的人。 1838年，贝塞尔宣布天鹅座61的视差为0.314角秒。继贝塞尔之后，苏格兰首位皇家天文学家托马斯·亨德森 ( ) 于 1839 年发表了半人马座恒星的视差。1718 年，哈雷将当时的观测结果与喜帕恰斯时代的观测结果进行了比较。他发现毕宿五、大角星和天狼星大角度偏离了预期位置，因此他得出​​结论，每颗恒星都有自己在垂直和视线方向上的独特速度，这就是应用在太空领域的“自行”概念。今天的天体测量。

到 1725 年，天体测量仪器的精度已达到几弧秒。英国第三任皇家天文学家詹姆斯·布拉德利牧师（James ）在进行视差测量时，发现他观察到的恒星位置发生了微小的系统变化。其形式与视差效应的预期完全不同，这最终被正确地归因于地球绕太阳运动的速度，并与光速与地球速度的比率有关。 1729年，布拉德利宣布这种效应称为光像差。它可以说是天文学史上最重要的发现之一，它提供了地球在太空中移动的第一个直接证据。

——本文选自《中国国家天文》11月号

到 1725 年，天体测量仪器的精度已达到几弧秒。英国第三位皇家天文学家布拉德利在进行视差测量时发现了像差效应。这是天文学史上最重要的发现之一。它提供了地球在太空中运动的第一个直接证据。来源/维基

关于作者/

齐朝祥，中国科学院上海天文台研究员。他的研究方向是天体测量学及其应用。

廖世龙，中国科学院上海天文台副研究员。他的研究方向是空间天体测量。

——更多天文内容请访问《中国国家天文》11月号——