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發(fā)展歷史

天文學(xué)是一門古老的學(xué)科，至少已經(jīng)有幾千年的歷史，不論 埃及 （ 英語 ： Egyptian astronomy ） 、 巴比倫 （ 英語 ： Babylonian astronomy ） 、古希臘、中國、 印度 （ 英語 ： Indian_astronomy ） 、伊朗及瑪雅都有相關(guān)的研究。顧炎武《日知錄》有云：“三代以上，人人皆知天文：七月流火，農(nóng)夫之辭也；三星在戶，婦人之語也；月離于畢，戍卒之作也；龍尾伏辰，兒童之謠也” 。天文學(xué)在人類早期文明中占有非常重要的地位。古時候，人們通過用肉眼觀察太陽、月亮、星星來確定時間和方向，制定歷法，指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，這是天體測量學(xué)最早的開端。在此基礎(chǔ)上誕生了占星術(shù)，即通過天體的運行來占卜兇吉禍福，預(yù)測自然災(zāi)害、戰(zhàn)爭的輸贏和個人的命運。

2世紀時，古希臘天文學(xué)家托勒密提出了地心說，認為宇宙中的天體，包括太陽，圍繞著地球運轉(zhuǎn)。這一學(xué)說受到了教會的歡迎，統(tǒng)治了西方社會對宇宙的認識長達一千多年。16世紀，波蘭天文學(xué)家哥白尼提出了新的宇宙體系理論——日心說。1610年，意大利天文學(xué)家伽利略首次將望遠鏡用于天文觀測，觀察到了太陽黑子、月球表面、行星的盈虧，以及木星的四顆衛(wèi)星。英國著名物理學(xué)家牛頓提出了萬有引力定律，創(chuàng)立了經(jīng)典力學(xué)，促使天體力學(xué)這一新的天文學(xué)分支的誕生，使天文學(xué)從單純描述天體的幾何關(guān)系和運動狀況進入到研究天體之間的相互作用和運動原因的新階段，在天文學(xué)史上是一次巨大的飛躍。

19世紀中葉，天文攝影和分光技術(shù)的發(fā)明，使天文學(xué)家可以進一步深入地研究天體的物理性質(zhì)、化學(xué)組成、運動狀態(tài)和演化規(guī)律，從而更加深入到問題本質(zhì)，從而也產(chǎn)生了一門新的分支學(xué)科天體物理學(xué)。這又是天文學(xué)的一次重大飛躍。

 恒星天文學(xué)中一個恒星演化的例子：螞蟻星云是一個已經(jīng)毀滅的恒星，如圖片所示，它當時曾在噴出大量氣體，圖案非常對稱。（由哈勃空間望遠鏡拍攝）

20世紀第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束以后，電波望遠鏡開始廣泛應(yīng)用于天文觀測，開啟了除可見光外電磁波譜的一個新窗口，并在1960年代取得了被稱為“天文學(xué)四大發(fā)現(xiàn)”（微波背景輻射、脈沖星、類星體和星際有機分子）的新成就 。隨著人類技術(shù)水平的不斷提高，空間天文學(xué)得到了迅速發(fā)展，人類可以突破地球大氣層的阻隔，到地球以外觀測天體的紫外線、紅外線、X射線、γ射線等波段的輻射，天文學(xué)進入了全波段發(fā)展的新時代。與此同時，新技術(shù)促使地面上的望遠鏡口徑和解析率都在不斷提高，從4米、5米、6米級的望遠鏡到1990年代若干8到10米級別的望遠鏡投入使用，這些望遠鏡與空間天文衛(wèi)星一道，積累了大量的觀測資料，發(fā)現(xiàn)了活動星系核、伽瑪射線暴、X射線雙星、引力透鏡、暗物質(zhì)與暗能量等一大批新的現(xiàn)象和天體。

天文學(xué)的研究方法與手段

天文學(xué)是以觀測為基礎(chǔ)的科學(xué)。與其他學(xué)科的實驗方法不同，天文觀測是一種被動的實驗，通常觀測的對象距離觀測者極其遙遠，本身的尺度極大，演化時間極長，而且往往涉及到一些極端的物理條件，如高溫、高密度、強磁場等等，這些條件通常在地面的實驗室中是很難模擬和再現(xiàn)的。天文學(xué)家經(jīng)常遵循“觀測——理論——觀測”的方法來進行研究，即提出理論來解釋一些天文現(xiàn)象，然后再根據(jù)新的觀測結(jié)果，對原來的理論進行修正或者用新的理論來代替。

由于地球大氣層對大部分電磁波段來說是不透明的，因此許多太空探測方法和手段相繼出現(xiàn)，例如氣球、火箭、人造衛(wèi)星和航天器等，在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來太空天文學(xué)，大大拓寬了天文學(xué)家的視野，使現(xiàn)代天文學(xué)發(fā)展成為全波段的天文學(xué)。

天文學(xué)的研究對象和領(lǐng)域

天文學(xué)的研究對象是宇宙中的各種天體。隨著天文學(xué)的發(fā)展，人類觀測的宇宙范圍在不斷擴大。根據(jù)天體的尺度大小，天文學(xué)的研究對象可以分為：

行星尺度：包括行星系中的行星、圍繞行星旋轉(zhuǎn)的衛(wèi)星和大量的小天體，如小行星、彗星、流星體以及行星際物質(zhì)等。太陽系是目前能夠直接觀測的唯一的行星系。但是宇宙中存在著無數(shù)像太陽系這樣的行星系統(tǒng)。

恒星尺度：現(xiàn)在人們已經(jīng)觀測到了億萬個恒星，太陽只是無數(shù)恒星中很普通的一顆。

星系尺度：太陽系處于由數(shù)百億顆恒星組成的銀河系中，銀河系是一個普通的旋渦星系，銀河系以外還存在著許多的河外星系。星系又進一步組成了星系群、星系團和超星系團等更大級別的天體系統(tǒng)。

宇宙學(xué)尺度：一些天文學(xué)家提出了比超級星系團還高一級的總星系，總星系是人類目前所能觀測到的宇宙的范圍，半徑超過了100億光年。

對于遙遠的天體，它的光線從發(fā)出到被人們所接收，要經(jīng)過漫長的時間。例如對于10億光年以外的天體，人們觀察到的實際是它10億年前的形象。這表明天體的物理性質(zhì)不僅反映出其本身的形態(tài)，還反映出其所在的演化階段。人們觀測到的眾多天體，實際上是很大時間尺度上的樣本，能夠提供它們在數(shù)億年間的演化線索。因此根據(jù)統(tǒng)計分類和理論研究，天文學(xué)家可以建立完整的天體演化模型。

在天文學(xué)研究中最熱門、也是最難令人信服的課題之一就是關(guān)于宇宙起源與未來的研究。對于宇宙起源問題的理論層出不窮，其中最具代表性，影響最大，也是最多人支持的就是1948年美國科學(xué)家伽莫夫等人提出的大爆炸理論。根據(jù)現(xiàn)在不斷完善的這個理論，宇宙是在約137億年前的一次猛烈的爆發(fā)中誕生的。然后宇宙不斷地膨脹，溫度不斷地降低，產(chǎn)生各種基本粒子。隨著宇宙溫度進一步下降，物質(zhì)由于引力作用開始塌縮，逐級成團。在宇宙年齡約10億年時星系開始形成，并逐漸演化為今天的樣子。

現(xiàn)代天文學(xué)研究的領(lǐng)域非常廣泛，有許多非常熱門的研究課題。例如：類地行星的存在。

天文學(xué)分支

天文學(xué)的分支主要可以分為理論天文學(xué)與觀測天文學(xué)兩種。天文學(xué)觀察家常年觀察天空，并將所得到的信息整理后，理論天文學(xué)家才可能發(fā)展出新理論，解釋自然現(xiàn)象并對此進行預(yù)測。

天文學(xué)中習(xí)慣于按照研究方法和觀測手段來分類：

按照研究方法，天文學(xué)可分為：

天體測量學(xué)

天體力學(xué)

天體物理學(xué)：主要研究物理學(xué)在天文學(xué)中的應(yīng)用以及利用物理學(xué)來解釋天文學(xué)觀測的結(jié)果。

按照觀測手段，天文學(xué)可分為：

其他更細分的學(xué)科還有：

天文學(xué)與占星術(shù)

天文學(xué)應(yīng)當和占星術(shù)分開。后者是一種試圖通過天體運行狀態(tài)來預(yù)測一個人命運的偽科學(xué)。在1975年，美國186位知名科學(xué)家（當中包括18位諾貝爾得獎?wù)撸凇度说乐髁x者》雜志上發(fā)表聯(lián)署文章批判占星術(shù)，指稱為偽科學(xué) 。

盡管兩者的起源相似，在古代常?；祀s在一起。但當代的天文學(xué)與占星術(shù)卻有著明顯的不同：現(xiàn)代天文學(xué)是使用科學(xué)方法，以天體為研究對象的學(xué)科；而占星術(shù)則通過比附、聯(lián)想等方法把天體位置和人事對應(yīng)。概而言之，占星術(shù)著眼于預(yù)測人的命運，且其內(nèi)容并無科學(xué)根據(jù)，兩者實不應(yīng)混淆。

天文學(xué)的未解問題

天文學(xué)在對于了解宇宙及其相關(guān)特性上，已有很大的進展。但仍有些天文學(xué)上的問題找不到解答。若要回答這些問題，可能要有新的地面或太空的天文儀器，也許在理論天文學(xué)或是觀測天文學(xué)上需有新的進展。

恒星質(zhì)量譜的來源是什么？為什么不論初始條件如何，天文學(xué)家都會觀測到相同的恒星質(zhì)量分布（初始質(zhì)量函數(shù)） ？可能需要對于星球及行星的形成有更深的了解。

是否存在外星生命？若有外星生命，是有智能的嗎？若存在有智能的外星生命，要如何解釋費米悖論。外星生命是否存在一事是在科學(xué)上及哲學(xué)上都有重要的意義 －太陽系是否有其獨特性？

是什么導(dǎo)致了宇宙形成？ 微調(diào)宇宙 （ 英語 ： Fine-tuned universe ） 假說是否正確？是正確，這是 宇宙自然選擇 （ 英語 ： Lee Smolin#Cosmological natural selection ） 的結(jié)果嗎？什么造成宇宙暴脹，導(dǎo)致一個均勻的宇宙？為何會有重子不對稱性？

暗物質(zhì)及暗能量的本質(zhì)是什么？暗物質(zhì)和暗能量決定了宇宙的演化及其命運，但人類對于其本質(zhì)仍不清楚 宇宙的終極命運會怎樣 ？

第一個星系是如何形成的？超質(zhì)量黑洞是如何形成的？

什么造成了 超高能宇宙射線 （ 英語 ： ultra-high-energy cosmic ray ） ？

參見

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