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天文学概念范文1
关键词：师范 天文 教学
中图分类号：Pl-4
文献标识码：C
DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2015.03.135
天文学与数学、物理、化学、生物、地球科学并列为六大基础自然学科。天文学从其诞生之初起就为人类社会提供定位、时间和历法等服务。时至今日，天文学理论已发展成为含天体测量学、天体力学和天体物理学三大分支的完整学科体系，天文学的应用已经渐拓展到人类生产生活的方方面面。然而，中国现行的天文普及教育尚未形成完整体系，零散的天文学内容通常归并人中小学的《地理》或《科学》课程中，包括大学生在内的大众天文知识的缺乏正在从教育体制问题衍生成社会问题。建立大众正确的宇宙观和世界观，是现实生活的需要，也是社会和谐发展的需要。高等院校师范生是基层科学普及工作的主要参与者和实施者，科学教育和地理教育的专业师范生成为基层天文学普及师资的主要来源，提高相关专业高校师范生的天文学素养成为天文普及教育工作的当务之急。然而，传统强调数理基础和观测实践的天文教学，面临着专业师资缺乏和仪器简陋等诸多现实问题，影响了天文学的教学和普及效果。笔者通过长期面向不同层次师范生的基础天文学教学实践，系统探讨了师范院校基础天文学的教学和普及经验，为区域科普天文教育人才的培养和中小学天文教育工作的开展提供参考。
1 整合资源和营造氛围
天文学是研究宇宙的学科，而肉眼看到的宇宙是极其有限的，所以天文学从某种程度上是基于“望远镜”的科学。国际天文热唤醒了人们的天文热情，也引发了网络和现实天文教学资源的大爆发。基于现代教育技术的多媒体课件设计和制作是开展天文科普教学的首选方法，多媒体手段通过图片、动画、音频和视频等形式可真实再现望远镜里的宇宙，从而缩短学生与天体之间的距离感，但多媒体手段是对宇宙空间的简化和抽象，与现实的宇宙尚存在距离。而综合多媒体技术、虚拟现实技术和空间观测技术最新成果的计算机和手机星空模拟软件（ Stellarium，StarryNight，SkyView）通过虚拟的三维数字宇宙，更是为基础天文学教学提供了一个综合性的全天候的虚拟教学平台。学生学习过程中仿佛置身于真实的天空之下，根据需要演示即时即地的天文现象，并通过随时更新的天体数据库了解目标天体的基本特征。基于星空模拟软件的基础天文学教学突破传统的“先讲授后演示”的传统教学模式，使学生在现实中学习，在现实中应用，减少不必要的教学环节，大大提高了课堂效率，更重要的是切实提高了学生对于天文学基本原理和基本方法的应用能力，特别适合于基础天文教学，值得普及和推广。
2 热点导入和激发兴趣
激发学生的学习动机是基础天文学教学的首要环节。国际盛行的天文热使天文现象和天文事件常常见诸于报端，大众对基本天文概念似乎都已耳熟能详，但对于基本概念背后的天文学原理却不得而知。教师应即时抓住学生这种基于有限的感性认识而引发的求知欲望，结合近期天文热点，激发学生的学习动机，导人理论课程内容，使学生的学习从零散转向系统，从感性到理性，从被动接受到主动探索，这种教学模式符合人的心理认知规律，也符合建构主义的教学理念。如讲授“太阳系”时，可结合狮子座流星雨、火星探测、冥王星的归属等太阳系的相关科学问题等；而讲授“地月系”时，可结合日月食和月球探测等；讲授“星空区划”时，可结合国际星空区划中的“星座神话”和中国星空区划中的“星官”和“分野”制度等。从而使学生从天文现象人手，自觉迈人天文学习的殿堂。
3 侧重过程和注重类比
现代天文学包括天体测量学、天体力学和天体物理学三大学科分支，而这也代表了天体研究由浅人深的三个层次，不同尺度天体由于观测条件的差异研究程度自然也不尽相同，反映在天文学教材上不同尺度天体介绍的详略不同。但传统天文学教材对此并未说明，从而使初涉天文的学生往往对这种相对凌乱的知识体系准备不足，对课程的重难点也把握不准，深陷于海量的天体数据和轨道参数等天体测量学特征，无暇顾及测量学特征背后的天体力学和天体物理学原理。鉴于此，面向非天文专业学生的基础天文学教学应强调面向天体运动过程的原理解释和现实意义，测量学内容作为天体静态特征可随时查阅。此外，宇宙是不同天体系统形成的自组织结构，不同尺度天体的形成、分类和演化具有类似的特征。实际天文学教学中在从宏观到微观讲授天体系统时，应注意教学内容前后的逻辑性和类似性，以点带面，合理分配学时。如宇宙的演化、星系的演化、恒星演化、太阳系的演化的教学；再如星团的分类、星系的分类、星云的分类等内容均可实现类比，不仅有效提高了理论课堂的教学效果，增强了学生对于天文学原理的迁移能力，而且可将更多的精力放在更为重要的天文学应用的教学中。
4 仪器演示和数字模拟
天文学相对抽象的理论内容需要学生有丰富的空间想象能力和敏锐的逻辑思维能力，而初涉天文的学生的宇宙框架尚未完全建立，实际教学通常配合配备相当数量的天文演示仪器辅助理论教学，加深学生对天文学原理的理解和认识。常用天文演示仪器有天象仪、天球仪、三球仪、电子活动星图等等。值得注意的是，考虑到地区天文发展水平的差异，天文演示仪器的选用在经济条件有限的前提下应尽量小型化、便携化、自制化、数字化和拟人化，在保障课堂演示效果的同时，有效降低教学成本，更重要的是使学生有机会自己重复实验过程，便于课后巩固和复习，也利于天文学的普及和推广。近年来数字星空模拟软件的成熟为这种教学思路提供的契机，该类软件可集中展现天体周日视运动、周年视运动、四季星空、日月食、行星凌日、五星连珠、彗星回归和流星雨等诸多天文演示功能，从而在有多媒体教学条件的课堂中成为最佳的教学和实验平台，大大提高了教学效果。
5 角色扮演和时空对应
天文学的基础教学通常不可避免的涉及到基本概念的识记和理解，也成为天文科普教学中常见的门槛。例如，星空区划是是科普天文教学的重点，但其中涉及的全天88星座的记忆是实际教学中的难点，也是学生识别四季星空的基础。实际教学中，教师按照传统方法根据当地星空的可视情况对多星座进行简化的同时，可将特定星座的名称和相对位置与学生的姓名和籍贯的地理位置逐个对应起来，每个学生扮演一个星座，地球表面的学生籍贯的相对位置也对应星座在天球上的相对位置，而且教学时也要求“对号入座”，保持彼此间的相对位置关系，从而使教学过程中的每一次“点名”和“落座”都成为星空区划知识的复习巩固。更重要是，在课时有限的前提下，调动了学生的积极性，使学生从抽象晦涩的天文学理论中解脱出来，在轻松的氛围中到达满意的学习效果。
6 来源现实回归现实
天文学是来源于现实的科学，与人类生产生活息息相关。而面向非天文专业师范生的基础天文学教学的最终目的也是将有限的天文知识运用到学生自己的专业和社会实践中。理论课程讲授要从现实出发，最后又回到现实。引导学生从天文现象的感性认识出发，探讨的天文现象背后的基本原理，了解研究这些基本原理涉及的基本方法，进行总结归纳分类，然而再推而广之。实际教学中，可针对学生不同的知识背景设计不同专题应用内容，如面向文科生的“天文年代学”教学，面向理科生的“天文气候学”、“天体物理学”等专题。这种面向现实的基本教学理念应渗透到天文学基本原理和方法的教学环节中，减少不必要的中间教学环节，切实提高学生对天文学基本原理和方法的实际应用能力，而且为自己将来的教学和科普奠定基础。
21世纪以来，以载人航天和空间探测为主题的天文热开始在全球盛行，现代天文学进展和各种天文现象开始受到越来越多的大众关注，良好的社会氛围为我们开展天文科普工作提供了契机。高等师范院校是区域天文科普教育的中心，提高科普天文教育人才的培养质量，促进地方天文科普事业的发展，是区域高等师范院校应履行的社会责任。高等师范院校应充分整合天文教学资源，灵活运用教学方法，并结合丰富的天文实践，使高质量的天文科普教育通过高校辐射到基层中小学，从而使天文学真正从书本回归社会。
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天文学概念范文2
不行！――天文学家斩钉截铁地说。为了让人们完全清楚什么是行星，天文学家给行星画了一个像：它们都围绕太阳运转；它们呈圆球状，而不是其他什么几何形状；它们的引力能把自身携带的物质凝聚到一起，而不是一团散沙；它们有足够大的质量，如最小的行星――水星，它的质量都达到了3.30200×1023千克，质量达3吨的大象和它比起来，就像小石头在和泰山相比；它们还有一种特殊能力，就是能够通过吸引等方法，清除掉其轨道附近的其他微小天体，从而畅行无阻。通过给行星画像，天文学家们发现，冥王星的许多行为特征与真正的行星不大相同，因此决定把冥王星开除出行星队伍，并确认目前太阳系合乎标准的行星只有8颗。
可是看看冥王星，它也围绕太阳转，也基本呈圆球状，也很有分量，不像那些奇形怪状、自由散漫、我行我素的天体，也不像流星一闪即逝。像它这样的天体应该叫什么？天文学家把这类貌似行星的天体称为矮行星。虽然它们的名字里有“行星”这两个字，但并不表示它们是行星的一个种类，冠以“矮”字，也不表明它们的身份比行星“矮一截”，之所以叫它们矮行星，就是告诉人们，它们貌似行星，但却和行星有本质的差异。目前被确认的矮行星只有4颗，分别是冥王星、谷神星、卡戎星和厄里斯星（原称齐娜星）。
为什么不能把冥王星之类的矮行星叫做小行星呢？天文学家认为，原来的小行星概念本身是很不严谨的，因为行星一旦小到一定程度，性质就变了。就像冥王星那样，因为小，就不能像真正的行星那样可以在自己的轨道上自由驰骋了。现在提出矮行星的概念，目的就是要纠正原来小行星概念中错误和模糊的地方。有了矮行星的定义，小行星这顶帽子就退出天文学的历史舞台了，而太阳系的天体分类也从此更加清晰了――太阳系除太阳外的所有天体都可以简单分为三类：行星、矮行星和太阳系小天体。
那么，矮行星与行星究竟有什么不同呢？
有职无权
有职，就是它们必须像行星那样，乖乖地沿着自己的轨道围着太阳转；无权，就是它们在自己的公转区域内并不能发挥支配性的作用。在运转的过程中，一旦遇到太阳系其他的小天体，它们就会因为受到这些天体的引力作用而摇摆起来，甚至还会经常遭受不明小天体的猛烈撞击。也就是说，它们没有真正的行为自，还得看身边其他小天体的脸色行事。
冥王星和卡戎星必须一起跳“交谊舞”，就是一个典型例子。我们知道，地球的公转是沿着特定的轨道向前迈进的，但冥王星就没有这个本事了，由于受邻居卡戎星引力的影响，它必须和卡戎星彼此互相绕着运动，犹如跳交谊舞。由于不能摆脱舞伴的纠缠，所以冥王星无法像地球那么潇洒，它必须迈着舞步缓慢地绕着太阳转大圈。卡戎星的命运也和冥王星一样，也无法摆脱舞伴――冥王星的纠缠。
只能当陪衬
其实，如果和太阳系其他小天体相比，矮行星已经算是大块头、大明星了。比如谷神星身处太阳系小天体群中，论体积和质量它最大，但是如果人类不借助现代科技，也根本发现不了它。
谷神星算是被人们最早发现的矮行星了，但发现它的历程非常曲折。18世纪中叶，有天文学家根据推算预言，在木星和火星之间，应该存在一个体形较大的太阳系天体，但苦苦寻找却找不到它的身影。到了19世纪初，另一位天文学家在观测星空时，偶然发现有一颗“星星”每天晚上都要改变位置。后来经过其他天文学家的细致观测，才发现了谷神星，证实了它的存在。谷神星能很早亮相，算是幸运的了，其他几颗矮行星，只能自叹命运不济了。如果不是不断提高的科学技术带来了更加先进的观测技术，其他几颗矮行星很可能要长久地无人问津。1978年，卡戎星才被人们发现；2003年，厄里斯星才被人们看到。可见它们和行星比起来，真的是太不起眼了。
晋升渺茫
矮行星们也许会有未来变成一般太阳系小天体的降级之忧。天文学家近年来的观测表明，卡戎星其实与冥王星构成了双行星系统，因为它们同步围绕太阳旋转，而且卡戎星的质量大约是冥王星的一半，其密度与冥王星相似。天文学家猜测，冥王星很可能在远古时曾与一颗庞大天体发生了碰撞，导致一大块碎片从冥王星中分离出来，最后形成了卡戎星。那么，冥王星由大变小的历史会不会重演呢？
天文学概念范文3
那么友好化方案是不是不要数学呢?不是这样的，友好化不等于不要数学，实际上描述基本自然现象最简洁的还是数学，在天文选修课中教师仍然需要一些简单的数学知识(大部分学生们都能接受)来描述基本天文概念。那么友好化方案会不会导致天文知识的肤浅化呢?也不是这样的，以通俗的语言阐述天文知识尽管有失简洁性，但是学生们更容易接受，而且不会降低天文知识的准确性和完整性，也不会导致肤浅化。退一步说，并不是所有的知识都可以用数学阐述的，比如人的感情，在天文上有很多未知的现象目前也无法用数学进行有效阐述。那么友好化方案会不会导致媚俗化?天文选修课的友好化并不是哗众取宠的手段，而是以公众喜闻乐见的方式传播天文知识，提高公众的科学素养，从而实现天文的“独乐乐不如众乐乐”。爱因斯坦本人写过一本《狭义与广义相对论浅说》［1］(这是关于相对论的通俗版本)，目的就是为了让具有大学入学考试水平以上的公众比较准确的理解相对论。
那么友好化方案如何具体实施呢?我们认为大体上有两个要点:1．通过类比生活中的实例来阐述天文现象;2．提出一些有趣的问题，并通过与学生们的互动来进一步增加教学的趣味性。我们在中国民航大学开设了一门天文选修课程———《现代天文学》，并在教学中实践了上述友好化方案，受到了学生们的欢迎和好评。下面，我们通过一个教学片断(“宇宙起源”章节中的一部分)来阐述友好化设计方案。首先提出一个有趣的问题:这个世界到底是先有的鸡，还是先有的蛋?让学生们自由讨论，年轻人富有想象力，可以给出各种新奇的答案———这样不仅可以活跃课堂气氛，而且能调足学生们的探索胃口。当讨论进行到的时候，教师话锋一转(手中握着一枚鸡蛋)，指出不管这个世界是先有的鸡还是先有的蛋，但对于宇宙来说，比利时天文学家乔治·勒梅特认为先有的蛋———叫做勒梅特的“宇宙蛋”［2］。
美国天文学家乔治·伽莫夫在勒梅特的“宇宙蛋”基础上进一步提出了“原始火球”的假说，该观点认为宇宙是从一次大爆炸中产生的［3］，［4］。而后经过许多人的改进，逐步发展成为著名的“热大爆炸宇宙学模型”［4］———这一观点现在已经成为人类的基本科学文化常识。这儿，我们列举了一个实例:一位老乡(仅有小学学历)把成捆的啤酒放在冰箱的冷冻层，没多久啤酒瓶竟然都“爆炸”了，他向作者询问这个现象和“宇宙大爆炸”有没有关联?作者想了想，啤酒瓶之所以“爆炸”，是因为当温度低于凝固点时，啤酒相变为固态，其体积则发生膨胀，而且这个过程是非常短暂的———这位老乡可能给出了“宇宙大爆炸”的一个可能原因———因为突然冷却从而发生了“大爆炸”———此观点尽管有待进一步验证，但至少可以说明“大爆炸宇宙学模型”确实已经深入人心，成为一种基本科学常识。目前已经有很多证据支持这个“大爆炸宇宙学模型”(通过多媒体手段详述各种观测证据)，从“大爆炸”到这堂课宇宙经历了上百亿年的沧桑———是非常不容易的，我们要珍惜这难得的学习机会。
天文学概念范文4
如果你觉得“暗物质”这一概念令人难以置信，那么，和你一样的人其实有很多。最早提出证据并推断暗物质存在的科学家，是当时正在美国工作的一位瑞士天文学家。他发现，大型星系团中的星系具有极高的运动速度，除非星系团的总质量是根据其中恒星数量计算所得到的值的100倍以上，否则星系团根本无法束缚住这些星系。他由此怀疑，宇宙中很可能充满着某种看不见的神秘物质，它们既不发光也不吸收光，但却通过其强大的引力作用于星系。那时候，大多数天文学家都对这一近乎疯狂的想法嗤之以鼻。
然而，在之后的几十年中，暗物质存在的证据不断增加。到如今，尽管对暗物质的性质仍然一无所知，但暗物质已经成为宇宙研究中一个牢固确立的概念。事实上，这个概念几乎必须存在，否则难以解释为何单个星系快速旋转却没有分崩离析。总之，如果不存在总质量比我们看得见的“亮物质”远远大得多的暗物质，那么宇宙将不合情理，而大自然是最讨厌不合情理的。
黑暗却真实的宇宙
为了理解宇宙中的暗物质，请想象一下在一个漆黑的夜晚，你飞行在崇山峻岭之上，你知道下面有连绵起伏的山峦，但你却啥也看不见。突然，散落在山坡上的农家的灯光进入了你的视野，为你勾勒出了山坡的大致轮廓，同时也使你明白，在远处的黑暗中还隐藏着更多更大的无法看见的山体。其实，我们所面对的宇宙与此相似。我们习惯将夜晚看到的点点星光当做宇宙，但事实上，我们面对的是一个黑暗却真实的宇宙，一个你的老师没有告诉过你的宇宙。
天文学家的研究已经证明，包括我们的太阳、银河系在内的所有看得见的“亮物质”只占宇宙总物质量的10%不到；而既不发光也不吸收光的暗物质却占了宇宙总物质量的90%以上。黑洞是现在已知的一种暗物质，但它对暗物质总量的贡献非常微小。那么，绝大多数的暗物质在哪儿呢？
没有暗物质不会有人类
为了了解暗物质的物理性质，就必须先知道它们在哪里，又是如何随时间成团的。但是，自古以来天文学家所能看到的仅仅是有限的亮物质，它们就像散落在茫茫群山中的点点灯光；他们无法看到暗物质，就像他们看不见漆黑夜幕下的群山一样。但这种情况正在发生改变，天文学家正在利用并完善一项被称为“弱引力透镜”的新技术。由于暗物质会使其附近的光线弯曲，因此，通过观测由此导致的遥远星系形状的微小变化，以及星系间排列的变化，就能反演出暗物质的存在。虽然弱引力透镜的效果对于我们的眼睛来说并不明显，但它确实影响着每一个遥远星系的外形。天文学家可以把遥远星系影像的微小变化，转变成一张观测者和遥远星系之间的质量分布图，其中既包含了亮物质也包含了暗物质。
尽管提出弱引力透镜的设想仅仅是几年前的事情，但世界各国的天文学家都在致力于这项工作，挖掘它的潜力。他们相信，弱引力透镜是寻找暗物质最直接的宇宙探测器。如今，他们已经绘制出了最新的关于暗物质的三维分布图：它令人信服地证明，在宇宙大爆炸结束后，是暗物质像框架一样既把星系维系在了一起，同时又为亮物质提供了结构空间。也就是说，包括银河系在内的几乎每一个星系，都被安全地包裹在一团巨大的暗物质中。如果没有暗物质就不会形成星系、恒星和行星，就更不会有今天的人类。
世界上最优越的地底实验室
尽管天文学家利用弱引力透镜已经获得了暗物质的三维分布图，但它毕竟是通过推论得来的；它无法解答“暗物质是什么”。至今仍有人怀疑暗物质是否真的存在，因为毕竟还没有人直接观察到这种物质，更没能“逮住”暗物质粒子。为了将暗物质“捉拿归案”，全世界目前至少有10项探索行动在进行，大型地底暗物质探测器项目就是其中之一。
2010年，我国首个极深地下实验室――“中国锦屏地下实验室”在四川雅砻江锦屏水电站揭牌并正式投入使用。它标志着中国已经拥有了世界上岩石覆盖最深的实验室，拥有了世界上最优越的探测暗物质的环境，能够自主开展“搜捕”暗物质这一国际上最前沿的基础研究课题。为什么说那里的环境是“最优越”的呢？
原来，在二滩水电站的建设过程中，曾在四川锦屏山底修建了一条长18千米的可以通行汽车的隧道，隧道上面是2500多米厚的山体岩石。该实验室利用这条已经完成历史使命的隧道，在其侧面开挖了一个长40米，高和宽各为6米的空间作为实验室。与国外一些“脱胎”于矿井的地下实验室相比，它的使用更为便利：不必坐着电梯上上下下，乘坐汽车就能钻入地底深处。而深埋地下2500米，更是难得，因为埋得越深，受宇宙射线的干扰就越少。
据介绍，从地面上出发，开车约20分钟就能到达该地下实验室。那里四季恒温冬暖夏凉，不需要用空调。与地面实验室唯一的不同，是那里没有窗户，刮风下雨丝毫感觉不到，进去久了也容易让人搞不清外面是白天还是黑夜。由于通风设备很好，在实验室待上半天，也不会有任何异样的感觉。而且，一旦仪器运行稳定，地下实验室的所有数据都会实时传送至地面监控室，无须研究人员24小时守着实验室中探测仪器。目前，上海交大和清华大学的两个实验组已入驻地下实验室。他们将使用不同的探测仪器“搜捕”暗物质粒子。
上天入地全方位“搜捕”
你可能会问：暗物质在宇宙中，科学家为什么要“钻”到极深的地下去“搜捕”它们呢？信不信由你，科学家相信每天可能有几万亿个暗物质粒子穿过了你的身体，但你却感觉不到，这是因为暗物质粒子极其微小。这和射进球门的足球会被球网挡住，而一颗玻璃弹子却能穿网而过是同样的道理。为了“网”住暗物质，科学家想了很多办法。
最初的办法是天文观测，弱引力透镜就是寻找暗物质在哪儿的宇宙探测器，但它无法“逮住”暗物质粒子。为此，科学家又采取了间接探测和直接探测两种办法。所谓间接探测，是通过地面或太空望远镜，探测暗物质相互碰撞产生的普通物质的粒子信号。而直接探测，则是让普通物质的原子核与暗物质碰撞，通过探测碰撞产生的信号来求证暗物质是否存在。上海交大实验组正在进行的就是利用液氙探测器，对暗物质进行直接探测。由于地球表面上宇宙射线众多，会对直接探测产生干扰，影响探测器鉴别暗物质粒子的能力；因此，深埋于地下2500米的实验室，可以为探测器挡去干扰，让它“专心”工作。
最了不起的事情
天文学概念范文5
哥白尼，波兰天文学家，日心说的创始人。1473年2月19日生于波兰东部的托伦。他的父亲是一位曾经当过市长的商人，母亲是一位富商的女儿。1530年，哥白尼圆满地完成了日心说的建立工作。但由于呕心沥血的辛勤劳动，从1542年起哥白尼健康日益恶化，经常出血、中风。1543年5月24日，哥白尼与世长辞，终年70岁。据说他闭目的时候，还用冰冷的双手抚摸着刚刚印好的《天体运动论》样书。
哥白尼在科学上最大的成就是创立了以太阳为中心的地动学说（日心说），否定了在西方统治达一千多年的以地球为中心的地静学说（地心说）。
哥白尼创立的日心说，即名著《天体运行论》的发表，不但是天文学上的一次伟大革命，推动了天文学研究的飞速发展，而且引起了人类宇宙观的重大革新，沉重地打击了封建神权的统治，“从此自然科学便开始从神学中解放出来”。
伽利略奥・伽利略（Galileo Galilei，1564～1642）
伽利略，1564年2月15日生于意大利西北部的比萨城，父亲芬琴齐奥・伽利略精通音乐理论和声学，伽利略自幼便受父亲的影响，对音乐、诗歌、绘画以及机械也兴趣极浓并且不迷信权威。后来成为伟大的物理学家、天文学家、科学革命的先驱，是人类改变世界的十大科学家之一。1642年1月8日伽利略病逝，终年78岁，然而直到临终前他仍在从事科学研究。他的葬仪草率简陋，直到下一世纪，遗骨才迁到家乡的大教堂。
伽利略是伟大的意大利物理学家和天文学家，科学革命的先驱。在人类思想解放和文明发展的过程中作出了划时代的贡献。
在当时的社会条件下，为争取不受权势和旧传统压制的学术自由，为近代科学的生长，他进行了坚持不懈的斗争，并向全世界发出了振聋发聩的声音。因此，他是科学革命的先驱，历史上他首先在科学实验的基础上融会贯通了数学、物理学和天文学三门知识，扩大、加深并改变了人类对物质运动和宇宙的认识。为了证实和传播哥白尼的日心说，伽利略献出了毕生精力。由此，他晚年受到教会迫害，并被终身监禁。不仅如此，他的工作还为牛顿的理论体系的建立奠定了基础。
虽然他晚年被剥夺了人身自由，但是他开创新科学的意志并未动摇。他的那种追求科学真理的精神、品质和结果，永远为后代所景仰。
艾萨克・牛顿（Isaac Newton，1643～1727）
英国著名的物理学家、数学家和天文学家，是十七世纪最伟大的科学巨匠。1643年1月4日（儒略历1642年12月25日）牛顿诞生于英格兰林肯郡的小镇乌尔斯索普的一个自耕农家庭。 晚年因患有膀胱结石、风湿等多种疾病，于1727年3月30日深夜在伦敦去世，葬在威斯特教堂，终年84岁。人们为了纪念牛顿，特地用他的名字来命名力的单位，简称“牛”。
牛顿一生对科学事业所做的贡献，遍及物理学、数学和天文学等领域。在物理学上最主要的成就，是创立了经典力学的基本体系，从而形成了物理学史上第一次大综合。对于光学，牛顿致力于光的颜色和光的本性的研究，也作出了重大贡献。 牛顿在数学方面，总结和发展了前人的工作，提出了“流数法”，建立了二项式定理，创立了微积分。在天文学方面，牛顿发现了万有引力定律，创制了反射望远镜，并且用它初步观察到了行星运动的规律。
牛顿在17世纪70年代设计的望远镜。它一般被称为反射望远镜，效果远优于伽利略所设计的著名的折射望远镜。
迈克尔・法拉第（Michael Faraday，1791～1867）
法拉第，英国杰出的物理学家、化学家。1791年9月22日生于伦敦。父亲是铁匠，母亲识字不多，法拉第从小生长在贫苦的家庭中，不可能受到较多的教育。1805年到书店当图书装订工，这使他有机会接触到各类书籍。每当他接触到有趣的书籍时就贪婪地读起来，尤其是百科全书和有关电的书本，简直使他着了迷。繁重的体力劳动，无知和贫穷，都没有能阻挡法拉第向科学进军。
1831年法拉第发现电磁感应现象，这在物理学上起了重大的作用。1834年他研究电流通过溶液时产生的化学变化，提出了法拉第电解定律。
法拉第的主要贡献是对电磁学进行了比较系统的实验研究，发现了电磁感应现象，总结出电磁感应定律；发明了电磁学史上第一台电动机和发电机；发现了电解定律；提出电场、磁场第重要概念。法拉第是十九世纪电磁领域中最伟大的实验家。
法拉第不计较名誉地位，更不计较钱财，他终身在皇家学院实验室工作，甘愿当个平民，1867年8月25日，他在伦敦去世，尽管法拉第一生中获得各国赠给他的学位和头衔多达94个，而遵照他的“一辈子当个平凡的迈克尔・法拉第”的意原，他的遗体被安葬在海洛特公墓，墓碑上只刻着三行字：迈克尔・法拉第，生于1791年9月22日，殁于1867年8月25日。后人为了纪念法拉第，特意用他的名字来命名电容的单位，简称“法”。
查尔斯・达尔文（Charles Darwin，1809～
1882）
达尔文出生于1809年2月12日，死于1882年4月19日，享年73岁。他是19世纪最伟大的科学家之一，生物物种进化论的科学确立者。
天文学概念范文6
General Relativity
Discover: Albert Einstein
Thanks to the musings[沉思] of an obscure[无名的]
clerk working in a Swiss patent[专利权] office, our next great discovery revealed that the universe is a strange mysterious place. That clerk was Albert Einstein.
In the early 1900s, he was puzzled, along with the rest of the scientific community, by the orbit of the planet Mercury. Despite the ability of Newton’s laws of gravity to precisely predict the motion of the planets, the laws failed when it came to correctly predicting Mercury’s orbit. The puzzle had to do with Mercury’s perihelion[近日点], that point in its orbit where it’s closest to the sun. Every century Mercury’s perihelion advanced slightly, a change that Newton’s equations[方程] could not account for.
In a bold and startling move, young Einstein proposed his own theory to explain the puzzle of Mercury’s orbit and in the process developed a theory that refined Newton’s laws of gravity. Einstein believed that his concept of “curved space” was responsible for shifting Mercury’s orbit.
Einstein called his idea, “the theory of general relativity.” The idea that space itself was warped[扭曲] by mass was too strange for many to accept. An approaching solar eclipse[日蚀] gave scientists the perfect opportunity to put Einstein’s new theory to the test. Photographs were taken of the background stars before the eclipse, and then afterwards. These pictures were then compared with photos taken during the eclipse. The photos showed that the positions of the stars in the eclipse photo shifted slightly inward, bending as the light from the stars passed the sun’s gravitational field. Einstein’s theory of general relativity was right. His great discovery rocked the world.
The Universe Is Expanding
Discover: Edwin Hubble
General relativity had shown that space was weirder than anyone could imagine; anyone but Einstein, that is. To gain a clearer understanding of this strange universe, astronomers needed more observational data, and that required larger, more powerful telescopes, like the one that lead to our next great discovery.
When the Herschels注 had finished their survey of the heavens in the 1830s, they had catalogued thousands of these beautiful but hazy[朦胧的] objects, then called “white nebulae[星云].” At the time, no one knew whether they were part of our galaxy or distant island universes like the Milky Way.
In 1924, astronomer Edwin Hubble was studying the stars in several of these nebulae using a 100-inch reflector telescope at the Mount Wilson Observatory in California. The telescope enabled Hubble to estimate that the galaxies were routinely many hundreds of thousands, even millions, of light years away. Here were objects as huge and as populated with stars as our very own Milky Way galaxy, which is why we today call white nebulae “galaxies.” The more Hubble studied these galaxies, the more he became intrigued[激起好奇心].
At the time, scientists knew that a beam of light from a star appears as a different color on the spectrum[光谱]. The color changed according to the motion of the star. A shift toward the blue end of the spectrum meant the star was moving closer to earth. A red shift meant it was moving away. The amount of the color shift also revealed the speed of that movement. Hubble found that when he measured the distance of a galaxy, its spectrum almost always was shifting to the red. And something else the farther the distance, the greater the red shift. In other words, the universe was expanding. It was an astonishing discovery with profound implications. Measuring backwards from the expansion, scientists found that the universe appeared to have a cataclysmic[洪水的] beginning, what one astronomer labeled, “the Big Bang.”
Milky Way Emits Radio Waves
Discover: Karl Jansky
Just three years after Hubble discovered the expanding universe, our next great discovery revealed a mysterious object hidden behind the dust at the center of the Milky Way, and gave birth to a whole new branch of astronomy using wave lengths invisible to the human eye.
In 1930, Karl Jansky was a 25-year-old physicist working for the Bell Laboratories in Homedale, New Jersey. Jansky’s job was to identify the kinds of interference[干扰] occurring at the 15-meter wave length then used for ship-to-shore and transatlantic communication. After spending more than a year recording data, Jansky decided there were three forms of static[静电干扰] at this
frequency. The first was clearly produced in the earth’s ionosphere[电离层]. The second was caused by local thunderstorms. And the third signal was mysterious, continuous. It was coming from what appeared at first to be the sun. Each morning this signal slowly rose with the sun. During the day it rotated[旋转] across the sky, and then it set when the sun did. But as time passed, Jansky found that the mysterious radio signal slowly drifted[偏离] away from the sun, as if it were coming from a point outside the solar system. Eventually Jansky pinpointed[精确定位] its location as somewhere in the region of the constellation[星座] Sagittarius[人马座]. He believed he had discovered an unknown interstellar[星际的] object at the center of the galaxy, and he was right. Later astronomers confirmed that Jansky had discovered a super-massive “black hole,” equal in mass to three million suns. Perhaps even more significant, he was the first human to look at the universe using radio astronomy, a whole new way to study the sky.
It was a landmark discovery. Jansky had proved that the sky does not merely sparkle with the gentle glow of starlight. Hidden out there are many strange objects, many light years away, that actually radiate more energy than whole galaxies, like quasars[类星体] and pulsars[脉冲星], dead stars spinning madly with masses so dense that a single teaspoon would weigh millions of tons.
Before astronomers could even begin to understand the life and death of stars, new telescopes would have to be built that could look at the sky in many different wavelengths. Before that could happen, though, radio astronomy produced another great discovery that, although predicted, was as unexpected by its discoverers as Jansky had been. And once again it happened at Bell labs in Homedale, New Jersey.
Cosmic Microwave Background Radiation
Discover: Arno Penzias and Robert Wilson
In 1964, Bell labs had this spare 20-foot microwave antenna[天线] sitting dormant[未用的]. Rather than destroy it, the lab decided to let astronomers use it for research. Two physicists, 31-year old Arno Penzias and 28-year old Robert Wilson, decided to use the antenna for measuring the temperature of the gas halo[(日月周围的)晕轮] surrounding the Milky Way galaxy. What happened next is one of the most exciting discoveries in modern astronomy.
At the time that Penzias and Wilson detected the radio static, there were two competing theories about the origin of the universe. There was the Big Bang Theory, which Hubble’s expanding universe supported. Then there was the Steady State Theory, which proposed that the universe is timeless, with no beginning or end, expanding forever. When a friend heard what Penzias and Wilson had found, he suggested they get in touch with some cosmologists[宇宙学家] at Princeton University, who were advocates[拥护者] of the Big Bang Theory. They believed that a Big Bang would have left a faint thermal[热的] afterglow[残光] in the universe, traces of heat from the roar of the bang itself, detectable across the entire sky, and they were about to conduct research in hopes of measuring that afterglow.
Nye: So what does your discovery mean?
Wilson: Well, it means that we live in a Big Bang universe and that we’re seeing the radiation from 300,000 years after the Big Bang. In many cases, when there’s a paradigm[范例] shift in science, it takes a generation before people really accept it, but in this case I think the world was ready for it. Human societies have always worried about where they came from. There’re religious stories in every civilization that’s ever been found, and I think we have a definitive answer that we came out of a Big Bang.
广义相对论
发现者:艾伯特・爱因斯坦
多亏了一位无名小职员在瑞士专利局沉思研究,我们的下一个伟大发现(才得以)揭示出宇宙是一个奇特而又神秘的地方。那位职员就是艾伯特・爱因斯坦。
在20世纪初期,爱因斯坦与所有科学家一样,对水星绕太阳运转的轨道感到十分困惑。虽然牛顿的万有引力定律能够精确预测行星的运转,却无法正确预测水星的绕行轨道。问题出在水星的近日点上――即水星运行时最靠近太阳的位置。每100年,水星的近日点都会略微前移,而牛顿的力学公式却无法解释这个变化。
年轻的爱因斯坦提出了大胆惊人的假设,用自己的一套理论来解释水星轨道运行之谜,同时也完善了牛顿的万有引力定律。爱因斯坦相信,正是“空间弯曲”使水星的轨道发生移动。他将自己的想法称为“广义相对论”。很多人难以接受“空间被质量所扭曲”这个概念。一次将至的日蚀给了科学家一个绝佳的机会来验证爱因斯坦的新理论。他们在日蚀前后拍摄下背景群星的照片,随后将这些照片与日蚀期间拍摄的进行对比。照片显示,日蚀期间群星位置略向内移,星光经过太阳的重力场的时候产生了弯曲。爱因斯坦的广义相对论是正确的。他的伟大发现震撼了全世界。
宇宙在膨胀
发现者:埃德温・哈勃
广义相对论让我们知道,太空比人们所想象的还要玄妙,大概只有爱因斯坦能想到这一点。为了进一步了解这个奇妙的宇宙,天文学家需要更多观测数据,而那就意味着需要更强大的高倍望远镜,例如这具带领我们迈向下一个伟大发现的望远镜。
19世纪30年代,当赫歇尔一家完成了星象观测的时候,他们记录下了数千个当时被称为“白星云”的美丽的朦胧星体。当时,没有人知道它们是隶属我们的银河系,还是更遥远且类似于银河的独立星系。
1924年,天文学家埃德温・哈勃在(美国)加利福尼亚州威尔逊山天文台使用一具100英寸(25.4米)的光学反射式望远镜研究数个白星云里的星体。这具望远镜让哈勃能估算出这些星系与我们有着数十万,甚至数百万光年的固定距离。它们也如同我们的银河系一般庞大且满布繁星。这也是为什么我们今天把白星云改称为“星系”。哈勃对星系的研究越深,他的兴趣就越大。
那时,科学家们已经知道恒星的光线在光谱上可能出现不同的颜色,并且颜色随恒星的运行而改变。光谱上朝向蓝端的位移代表该恒星正向地球靠近,越向红端则代表它正远离地球。位移量也可以显示该恒星的运动速度。在测量星系的距离时,哈勃发现光谱总是出现红移(即远离地球)。不仅如此,距离越远的星系红移量越大。换句话说,宇宙正在扩张。这项惊人发现具有深远意义。从扩张推算回来,科学家发现宇宙的起源似乎异常剧烈。其中一位天文学家将之称为“大爆炸”。
银河系发射无线电波
发现者:卡尔・詹斯基
就在哈勃发现宇宙扩张现象之后三年,另一个伟大发现揭示出在银河中心的星尘背后隐藏着一个神秘的星系,由此诞生了全新的天文学分支,促使人们使用肉眼看不见的无线电波来研究星体。
1930年,25岁的物理学家卡尔・詹斯基在(美国)新泽西州赫姆戴尔市的贝尔实验室工作。詹斯基的工作是识别影响15米波长的各种干扰。该波长的电波当时被用于船对海岸及横跨大西洋的通讯。经过一年多的记录,詹斯基发现有三种静电会干扰这种频率的电波。第一种很明显产生自地球的电离层,第二种是当地雷电造成的,第三种则是神秘又稳定的杂讯,刚开始,这种干扰看似来自太阳。每天清晨,这种讯号随着太阳一起缓缓上升,白天时持续通过天空,日落时也随之静止。但是后来,詹斯基发现这种神秘的电波缓慢地偏离太阳,似乎是来自太阳系以外的某一点。最后,詹斯基终于确切指出它来自人马座。他相信自己发现了存在于银河系中心的某个不知名的星体。他是对的。不久后,天文学家确认詹斯基发现了一个超重黑洞,其质量相当于三百万个太阳。或许更重要的是,他是以电波天文学观测宇宙的第一人。这是研究天空的全新方法。
这是划时代的新发现。詹斯基的发现证明天空中不只有温柔的闪闪星光,还有许多奇怪的星体隐藏在外太空。在许多光年之外,它们所放射的巨大能量远远超出整个银河系的总和,比如类星体、脉冲星以及疯狂旋转的死星――其产生的物质密度之高,可能一小茶匙(这样的物质)就重达数百万吨。
在天文学家开始了解恒星的诞生和死亡之前,他们必须建造新型的望远镜以利用各种不同波长的电波观测星空。而在建造好这些望远镜之前,电波天文学又有一个新的发现。虽然可以预期到,其发现者仍和詹斯基一样颇感意外,发现地点也是在新泽西州赫姆戴尔市的贝尔实验室。
宇宙微波背景辐射
发现者:阿诺・彭齐亚斯和罗伯特・威尔森
1964年,贝尔实验室有一具闲置不用的20英尺(6.6米)微波天线。与其销毁,实验室决定给天文学家用于研究。两位物理学家――31岁的阿诺・彭齐亚斯和28岁的罗伯特・威尔森决定用此天线测量银河系光晕的温度,从而引出了近代天文学史中最激动人心的发现。
在彭齐亚斯和威尔森探测电波干扰的时期,科学界有两种关于宇宙起源的理论争执不下。一种是大爆炸理论,由哈勃的宇宙膨胀理论作为支持;另一种是稳态学说理论,它假设宇宙是无穷的,根本没有起点或终点,永远在扩张。当一个朋友听说彭齐亚斯和威尔森的发现时,他建议两人联络普林斯顿大学主张大爆炸理论的宇宙学家。这些科学家相信,大爆炸之后会有微弱的热余光残留在宇宙中,那是大爆炸本身留下的余温踪迹,在整个天空都可以探测到。他们正准备着手研究,希望测量到余光。
纳尔:那么,你们的发现意味着什么?
