天 文 学教学课件

天文学

中国古代的天象纪事一、黑子的记录1.

黑子是太阳表面的气体漩涡，由于其温度比太阳其他部分的温度低，所以其光芒也较其他处幽暗一些，从地球上看仿佛是太阳表面出现了黑色的斑点或斑块，所以又称日斑。关于太阳黑子，中国有世界上最早的观测记录。大约在公元前140年前的《淮南子》一书中就有“日中有踆乌”的记述。现今世界公认的最早的关于太阳黑子的记录，是载于《汉书·五行志》中的河平元年（公元前28年）3月出现的太阳黑子：“河平元年……三月乙未，日出黄，有黑气大如钱，居日中央。”这一记录将黑子出现的时间与位置都叙述得比较详细、清楚。彗星的记录2.这一时期指14世纪中叶明王朝建立到明末的1582年，中国数学除珠算外出现全面衰弱的局面。13世纪的考试制度中已删减数学内容，明代大兴八股考试制度等。而一些复杂的数学问题，不少中外数学家仍在探讨研究。明代最大的成就是珠算的普及，出现了许多珠算读本，及至程大位的《直指算法统宗》（1592年）问世，珠算理论已成系统，标志着从筹算到珠算转变的完成。但由于珠算流行，筹算几乎绝迹，建立在筹算基础上的古代数学也逐渐失传，数学发展出现长期停滞。日食的记录3.日食是一种太阳被月球遮蔽的现象。当月球在绕地球运行的过程中，有时会走到太阳和地球中间，这时月球的影子落到地球表面上，位于影子里的观测者便会看到太阳被月球遮住，这就是日食。《书经·胤征篇》记载了“乃季秋月朔，辰弗集于房，瞽奏鼓，啬夫驰，庶人走”，描述了夏代仲康元年日食发生时人们惊慌失措的场面。《诗经·小雅》中还以诗歌的形式记载了发生的日食：“十月之交，朔日辛卯，日有食之。”从我国春秋时期到清代同治十一年（1873年）的2000多年间，有记载的日食共985次，其中年月不符、无日食可考的仅有8次，不及总数的1%。流星的记录4.这一时期指14世纪中叶明王朝建立到明末的1582年，中国数学除珠算外出现全面衰弱的局面。13世纪的考试制度中已删减数学内容，明代大兴八股考试制度等。而一些复杂的数学问题，不少中外数学家仍在探讨研究。明代最大的成就是珠算的普及，出现了许多珠算读本，及至程大位的《直指算法统宗》（1592年）问世，珠算理论已成系统，标志着从筹算到珠算转变的完成。但由于珠算流行，筹算几乎绝迹，建立在筹算基础上的古代数学也逐渐失传，数学发展出现长期停滞。新星和超新星的记录5.某些通常很暗的星星，突然爆发出比原来的亮度强几千到几百万倍的光，叫新星；有的亮度增强到一亿乃至几亿倍，叫超新星。以后它们又逐渐暗弱下去，好像在星空中做客一般，所以被古人称为“客星”。我国对新星和超新星的出现早有记载。商代甲骨卜辞中就记载了大约公元前14世纪出现于天蝎座α星附近的一颗新星。《汉书·天文志》中记载有：“元光元年五月，客星见于房。”这记录的是公元前134年出现的一颗新星，这颗新星是中外史书中均有记载的第一颗新星，与其他国家的记载相比，我国的记载不仅写明了时间，还写明了方位，因此法国天文学家比奥在著《新星汇编》时把《汉书》的记载列为首位。

中国古代的天象纪事二、浑仪、简仪1.

浑仪是以浑天说为理论基础制造的测量天体的仪器。我国浑仪的发明大约是在公元前4世纪至公元前1世纪之间（战国中期至秦汉时期）。早期的浑仪比较简单，经过历代天文学家的改进，到了唐代，天文学家李淳风设计了一架比较精密完善的浑天黄道仪。整个仪器分为三层：外层叫六合仪，包括地平圈、子午圈和赤道圈；中层叫三辰仪，由白道环、黄道环和赤道环构成；里层叫四游仪，包括一个四游环和窥管。现存明制浑仪基本就是这种结构，所不同的是取消了三辰仪中的白道环，而加上了二分环和二至环。但浑仪的圈环过于复杂，遮掩天区，影响观测。（一）中国古代的天体测量仪器浑象、假天仪2.浑象是一种表演天体视运动的仪器。它把太阳、月亮、二十八宿等天体及赤道和黄道都绘制在一个圆球面上，能使人不受时间限制，随时了解当时的天象。白天可以看到当时在天空中看不到的星星和月亮，而且位置不差；阴天和夜晚也能看到太阳所在的位置。用它能表演太阳、月亮及其他星象东升和西落的时刻、方位，还能形象地说明夏天白天长、冬天黑夜长的道理等。我国的第一架浑象是公元前70—前50年耿寿昌创制的。后来，历代都十分重视浑象的制造工作，张衡、僧一行、苏颂等许多天文学家都曾进行过设计，这些实物现在都没有了，仅存的清代天体仪可算是古代浑象的仿制品。水运仪象台3.水运仪象台由苏颂（1020—1101年）和韩公廉（生卒年不详）等人设计建造，完成于北宋元祐三年（1088年）。它不仅是一只机械钟，还是一件将浑仪、浑象和报时装置集合在一起的大型天文仪器。据文献记载，水运仪象台高约12米，宽约7米，外形上狭下宽。水运仪象台共分三层，以扶梯上下。水运仪象台建成约40年后，北宋灭亡，都城汴梁被金兵攻陷，水运仪象台也随之被毁。南宋时期，曾多次试图重建，但均以失败告终。水运仪象台是中国古代科技史上的一项非凡创举，它的驱动系统中的天衡装置与欧洲17世纪出现的锚状擒纵器在设计原理上非常相似，以至于著名学者李约瑟（1900—1995年）认为水运仪象台“可能就是欧洲中世纪天文钟的直接祖先”。高表、景符4.我国古代传统的日影测量一般是用八尺高竖立的表尺。为提高测影精度，增高表长和改善测影方法是两大途径，元代郭守敬在这两方面都取得了巨大的成功。从理论上讲，日中时，横梁的影子应投到圭面上，但由于表高影淡，实际上是不能轻易见到影子的。为使影子清晰可辨，郭守敬利用小孔成像的原理，设计成了小巧灵便的景符，令景符在圭面上南北移动，当横梁的影子正好平分米粒大小的太阳像圆面时，由影子所挡之处，就可读得四丈高表的影长值。高表和景符的创制和应用，对有关天文数据测算产生了深远的影响。（二）中国古代的天体测量成果我国古代取得了大量的天体测量成果，为后人留下了很多珍贵的星表、星图。星表是把测量出的恒星的坐标加以汇编而成的。大约在公元前4世纪的战国时代，魏人石申编写了《天文》一书，共8卷，后人称之为《石氏星经》。星图是天文学家观测星辰的形象记录，它真实地反映了一定时期内，天文学家在天体测量方面所取得的成果。同时，它又是天文工作者认星和测星的重要工具，其作用犹如地理学中的地图。

中国古代的天文历法三、中国古代天文学的最主要组成部分是历法，换句话说，历法是中国古代天文学的核心。中国古代历法不单纯是关于历日制度的安排，它还包括对太阳、月亮和土、木、火、金、水五大行星的运动及位置的计算，恒星位置的测算，每日午中日影长度和昼夜时间长短的推算及日月交食的预报等广泛的课题。从某种意义上讲，中国古代历法的编算相当于近现代编算天文年历的工作。为此，我国古代天文学家展开了一系列的观测与研究活动，如对历法诸课题的共同起算点——历元的选定，对一个又一个天文学概念的阐述，对种种天文常数的测算、各种天文数表的编制，对具体推算方法、天体测量方法和数学方法的抉择和改进等，这些构成了中国古代历法的基本框架和主要内容。所谓历法，简单地说就是根据天象变化的自然规律来计量较长的时间间隔、判断气候的变化、预示季节来临的法则。根据月相圆缺变化的周期（朔