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天文学的研究方法范文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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天文学的研究方法范文2
[关键词]素质教育天文学科学精神
南开大学没有天文专业，但有全校性天文学公共选修课，属通识类课程，更是大学生素质教育类课程。当代自然科学有六大基础学科：数、理、化、天、地、生。天文学是人类最古老的，也是当代最活跃的自然科学之一。据《新千年美国国家研究理事会研究报告》称：“在美国，每年有超过20万大学生选修天文课程，对于他们之中的很多人，天文是学习过的唯一科学课程。天文学为公众认识人类在宇宙中的地位和科学的本质提供了窗口。天文学家在美国的科学教育中扮演着重要的角色。天文学同物理学、数学、地球科学等的综合联系，使之成为向广大听众讲授科学的一个特别恰当的载体。”
人类天生就是追星族。远古时代，在与大自然进行生死搏斗中的古人类，即使对自然规律尚无所知，也难抑制对美丽星空的遐想；仰观日月星辰的运行，居然获得了农耕或游牧的重要启示。天长日久，渐渐发展出一门研究天体运动、探索宇宙奥秘的天文学。明末清初，著名学者顾炎武说：“三代以上，人人皆知天文”，在夏、商、周以前，中华民族的人文初始阶段，天象知识已经相当普及。1987年在河南濮阳发掘的仰韶文化遗存中，竟有由蚌壳和人骨摆放组成的青龙、白虎和北斗的星象图案，经碳14测定，年代为距今6460±135年，把中华民族的先民们仰观天文的历史推前到殷墟甲骨文之前又3000年。这一重要发现的出土实物，现已移放在北京天安门广场东侧国家博物馆古代中国陈列厅展出。
2007年5月14日，总理在同济大学即席演讲，引用黑格尔的话：一个民族有一些关注天空的人，他们才有希望；一个民族只是关心脚下的事情，那是没有未来的。2007年9月4日《人民日报》发表温总理诗作：“仰望星空”。德国大哲学家康德在他的名著《实践理性批判》说：“世界上有两件东西能够深深地震撼人们的心灵，一件是我们心中崇高的道德准则，另一件是我们头顶上灿烂的星空。” 人生于世，转瞬百年。芸芸众生，沧桑多变，世态炎凉。惟有遥远的天体，给人以恬静、永恒的感觉。昭如日月，灿若明星，历来是文学艺术讴歌的对象，精神领域崇高的寄托。仰望星空，无论是几十年前还是几十年后，无论你身在地球上什么地方，灿烂的群星总以它那无比的庄严和静谧，向你展示着神秘而和谐的宇宙图景，使你心驰神往，无限遐思，心灵得到净化。天文学的基本知识，对于当代追求高尚知识素养的人，无论从事何种职业，都是值得学习的。如果对天体和宇宙当中的事情一无所知，便不能算作是一个知识全面的人。
天空中那耀眼的太阳，皎洁的月亮，闪烁的恒星，迷蒙的银河，长尾巴的彗星，飘落夜空的流星雨……探索这些神秘而遥远的天体是人类永恒的欲望。宇宙多么宏大，而人类何其渺小。但渺小的人类居然可以探测如此宏大的宇宙，追询它如何创生、怎样演化。人类的智慧才是宇宙中真正的奇迹。在宇宙演化进程中诞生的人类, 在研究宇宙的同时，也认识自身，认识人类在宇宙中的地位。
南开大学从1993年起开设天文学选修课，至今已历19年，37学期，选修人数11968人。1997年天文选修课辐射至天津大学，历24学期，选修人数7919人；2005年辐射至天津滨海学院, 历14学期，选修人数1954人。三所大学选修总人数21841人。天文选修课分文理两班。理科班的课名为“天文学概论”，使用的教材《天文学新概论》，2000年8月出第一版，2002年2月出第二版，2005年12月出第三版，由武汉市华中科技大学出版社出版。2009年8月，《天文学新概论，第四版》改由科学出版社出版，至2012年1月，第四版已第三次印刷。12年间总共出版4版，11次印刷。发行3.57万册。2008年6月还在台湾出版《天文学新概论》繁体字版，由高雄市丽文文化事业股份有限公司出版。文科班的课名为“宇宙掠影”，使用的教材《文科天文》，科学出版社2010年6月第一版。前期曾使用过的教材《宇宙掠影》，2006年1月由河南人民出版社出版。2007年5月也在台湾由高雄市丽文文化事业股份有限公司出版《宇宙掠影》繁体字版。前中国天文学会理事长、南京大学天文系苏定强院士评价《天文学新概论》：“很符合当前国际上天文学研究的重点范围，不仅介绍天文知识，还联系人文思想、文学和哲学方面的话题。是对大学生进行科学素质教育很好的教材。”南京大学天文系肖耐园教授认为本书“是同类型书籍中出类拔萃、独树一帜的优秀著作”。国家天文台李竞研究员撰文指出：《天文学新概论》“恰如其分地反映了当代天文学的时代特征。10年间从一版出到四版在天文书刊界实为罕见。”
课程讲解的重点内容为：地月系—太阳系—银河系—河外星系—星系团—超星系团—总星系各层次天体的系统知识和最新研究进展情况；恒星物理方法，主序星、双星、不稳定星、星团、星云，恒星演化机理；黑洞及其探测，伽玛射线暴，引力透镜；大爆炸宇宙论，背景辐射，暗物质与暗能量，时空的起源与归宿；人类探索宇宙的新视野和地外文明探索。采用多媒体教学方式，展示大量的天体和宇宙探测新发现的图片、动画、小电影等。天气特别晴朗的时候，带领同学户外认识星空，用小型天文望远镜观测月亮、行星和部分深空天体。有条件时组织学生去国家天文台参观实习。当发生特殊天象或重大天文成果、最新天文发现等时机，结合课堂及时讲授或通过“南开周末论坛”面向全校学生普及天文知识。例如：2011年10月21日举办的“解读2011年诺贝尔物理学奖——超新星、暗能量和宇宙加速膨胀”；2012年3月30日举办的“521日环食和66金星凌日天象预告”等。前中国天文学会理事长、北京天文台台长李启斌曾评价：南开大学的天文选修课是全国做得最好的。
2007年国家教育部、财政部在全国高等学校范围内，立项建设首批100个国家级教学团队。“南开大学科学素质教育系列公共课教学团队”是其中唯一的科学素质教育类国家级教学团队。团队共分8个课程组，12门课程。“天文学概论”和“宇宙掠影”两门均位列其中。另10门课程为：数学文化、世界科技文化史、基础生命科学、基础生命科学实验、科研方法论、环境伦理学概论、前进中的物理学、物理演示实验、研究性学习、大学文科数学。这些课程对于普及科学知识、倡导科学方法、推崇理性思维、传播科学思想、弘扬科学精神，发挥了其他课程难以替代的素质教育功能。天文选修课的教学面向全校所有专业的学生，特别注重科学精神与人文精神的融合。在传授现代天文知识的同时，培养学生正确的世界观、人生观、价值观，使学生在科学素质、文化素质、思想素质上全面提高。
2009年，“南开大学科学素质教育系列公共课教学团队”获国家级教学成果二等奖。教育部在有关文件中称：“在全国开展教学成果奖励活动是国家实施科教兴国战略的重要举措。……获奖项目在总体上代表了当前我国高等教育教学工作的最高水平。”中国科学技术协会2010年评选全国优秀科技工作者，天文界入选5人中就有南开大学天文选修课教师苏宜教授。
2010年6月12-13日，由教育部高等教育司主办的“人文素质教育与科学素质教育的融合高层论坛”在南开大学举行。包括清华大学、北京大学、南京大学、南开大学、复旦大学、天津大学、东南大学等高校近300人汇集南开大学与会。出席的高层人士有：中国高等教育学会会长周远清（原教育部副部长、清华大学副校长），教育部高等教育司司长张大良，教育部文化素质教育指导委员会主任杨叔子（原华中科技大学校长），教育部文化素质教育指导委员会顾问王义遒（原北京大学常务副校长），教育部文化素质教育指导委员会顾问张岂之（清华大学思想文化研究所教授），教育部文化素质教育指导委员会顾问胡显章（原清华大学党委副书记）等。论坛的主题是：大学应该培养什么样的人？——探索有中国特色的人才培养模式，探讨进一步加强和推进文化素质教育等的相关问题，交流文化素质教育经验，尤其是在人文素质教育与科学素质教育的融合中取得的成果。南开大学的苏宜教授以“人文素质教育中的宇宙情怀”为题，在大会报告中介绍了南开大学开设天文选修课的情况，及其对本科生科学素质培养方面所起到的作用。
论坛最后达到的主流认识是：大学应该培养兼有人文精神和科学精神的、有创造能力的、适应21世纪需要的现代化高素质人才。回顾以前，曾经有过的提法是：大学教育的目的是传授知识，培养能力。后来才注意到素质的问题。素质是什么？——知识和能力内化为人的稳定性的品格，这就是素质。
1995年开始在全国52所高校开展文化素质教育的试点工作。早期的重点放在对理工科大学生的人文素质教育上，开设文学、历史、哲学、艺术等人文社会科学方面的课程。后来提高到为全体大学生进行人文素质跟科学素质的教育。现在又提出科学和人文融合，不是混合、凑合和勉强的结合。人文素质教育和科学素质教育双翼齐飞，相互融合。科学呼唤人文，人文导引科学。不能用通识教育简单代替文化素质教育。杨叔子院士提出：“高等教育是育人还是制器？” 爱因斯坦（对加州理工学院学生）说:“你们不仅要关心设计图纸，首先要关心人，关心经济怎么分配。”教育质量的标准在于：人的发展与社会发展的统一。科学创造到了一定的程度，再上一个台阶，往往就是人文的过程。文化就是以文“化天下”。科学用脑，人文用心，一种公平心，一种同情心，一种价值观，一种态度，一种感情。人们生活水平提高了，科学技术发展了，但人的道德却在下降，这就是素质教育缺失的表现。
现在中国有大学2000多所，学生2900万以上。中国是世界上教育规模最大的国家，但远不是高等教育的强国。中国大学生占全国同龄人口23%以上，他们的人文素质和科学素质得到提高，就可望整个国民的素质得到提高。
南开大学的“人文素质教育中的宇宙情怀”大会报告，引用南开大学校党委书记曾经在全校德育工作会议上总结的：“天文学课程并没有在课堂上讲政治思想问题，而是寓德育于科学知识之中，居然改变了学生对事业的看法，成为人生的转折点，发挥着不可替代的作用。”以下列举部分学生选修天文课后获得的实际感悟：
“两年多的大学生活过得散散漫漫。没有理想，没有激情，不知目标、不知方向。直到选上《天文学概论》，我看到遥远的宇宙、浩瀚的星空。感到人生的短暂、个人的渺小。我开始猛醒、开始振作，从此改变散漫的生活。（天大环境工程）”
“听苏宜老师的宇宙掠影课，我如痴如醉。宁静、安详、和谐的星空净化了我的心灵，陶冶了我的情操，让我学会理解，懂得包容。与其说是给人以知识的课，倒不如说更像是一堂人生的课，我收益良多。（南开图书档案）”
“感谢天文学课程，激励我们甩开郁闷的困扰，不再抱怨学习的辛苦，不再计较学分、成绩，为了明事、明理，探求未知而自觉学习。我相信，美丽的星空会让我们的人生更加美丽！（天大自动化）”
“我曾沉溺于星相算命，经常上网看每周、每月的星座运程、爱情特征、交友指数等来安排和指导自己……是宇宙掠影课让我明白了这有多么无知可笑。我彻底摆脱了星座迷信的阴影，欣赏自然的美丽，享受人与自然的和谐。（南开法学）”
“自从选修天文，我又一次体会到久违的学习的乐趣。惊喜的发现，我原来可以学得这么快乐，听得那么清楚明白。灿烂的星空洗去了我的浮躁和不如意的感觉。豁然开朗的我，不再自卑、不再徘徊，徜徉在美好的学习生活中。（天大英语）”
“一直相信人是诗意的栖居。宁愿相信月中的玉兔，而不相信环形山，因为我认为美的比真的更有价值。直到走进天文学课堂，我受到前所未有的震撼，心灵在更广阔的空间里飞翔。天文奥秘中闪耀的是人类理性的光芒，这种理性的美是感性的美所不可比拟的。（南开中文）”
“天文学中蕴含的人类思想的美丽，使我明白了什么才是生命的真正价值。曾经一度不愿也不肯原谅从前的恋人。现在，也做到了释然和毫无怨言。（南开计算机）”
“我是一个有心理疾病的学生，对人生抱着绝望的态度，有过轻生的倾向。天文课的学习、自然界极致的美一次次震撼着我的心灵，再次燃起了我幼时对大自然的兴趣之火。现在我必须忘却烦恼，感受豁达，走出疾病的阴影，走向光明的未来。（南开生物）”
“学了天文学，我心目中的世界不再是原来那个狭小的空间。灿烂的群星已经震撼了我的心灵，使我更加地热爱科学、热爱生活。似乎有点玄乎，但的确我有这种感受。（南开化学）”
2009年起，中国科学院国家天文台对在国内设置天文专业或有天文学研究方向的高校，设立本科生奖学金，奖金额每人3000元，旨在鼓励本科生立志献身天文事业，促使我国天文学科优秀人才的迅速成长。受奖高校共24所。其中有天文本科专业的4所：南京大学、北京大学、北京师范大学、中国科学技术大学。有天文硕士、博士点或天文研究课题的19所：清华大学、天津大学、武汉大学、上海交通大学、华中科技大学、广州大学、厦门大学、河北师大、天津师大、华中师大、上海师大、沈阳师大等。既没有天文本科专业，也设有天文硕士、博士点或天文研究课题的大学只有一所：南开大学。原因在于国家天文台看好南开大学的天文公选课在培养国家天文专门人才方面发挥的作用。开课以来，已有约20名本科学生考入国家天文台等单位攻读天文学研究生、博士生。南开大学已连续三届共有6位同学（物理4名，数学1名，软件1名）获得中国科学院国家天文台本科生奖学金。
南开大学两门天文学选修课《天文学新概论》和《宇宙掠影》已由超星数字图书馆尔雅大学堂全程录像。《天文学新概论》课已在互联网上播出，共62集。《宇宙掠影》课正在后期制作之中。欢迎登陆有关网站观看及下载。网址为：Http：//省略/或Http：//省略/ 。
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天文学的研究方法范文3
【关键词】航海;天文;过洋牵星技术;天文航海
航海是人类在海上航行，跨越海洋，由一方陆地去到另一方陆地的活动。 在从前是一种冒险行为，因为人类的地理知识有限，彼岸是不可知的世界。
人类在新石器时代晚期就已有航海活动。当时中国大陆制造的一些物品在台湾岛、大洋洲，以至厄瓜多尔等地均有发现。公元前4世纪希腊航海家皮忒阿斯就驾驶舟船从今马赛出发，由海上到达易北河口，成为西方最早的海上远航。公元前 490年，在波斯与希腊的海战中，希腊就曾以上百英尺长的战舰参战。中国汉代已远航至印度，把当时罗马帝国与中国联系起来。唐代为扩大海外贸易，开辟了海上丝绸之路，船舶远航到亚丁湾附近。在当时的科学技术条件下，航海是靠山形水势及地物为导航标志，属地文航海；而以星辰日月为引航标志的，则属天文航海技术之一种。
1．我国航海的历史发展
殷商与西周时期，人们除了会制造船舶之外，已能制成帆而利用风力航行。甲骨文用“凡”代替“帆”，说明殷人行船已经使用帆，不过，这时的帆一般主要用在陆地江河航行中。而随着春秋战国时期各国的海上活动兴起，人们航海的地理知识逐渐增加，将中国东部外测的不同水划成“北海”（今渤海）、“东海”（今黄海）、“南海”（今东海）。人们已了解到“百川归海”并开始在沿海巡航。同时，人们在江河和航海过程中，逐渐认识了风，并利用风和帆航行。
值得一提的是，春秋战国时期，海上导航技术已与天文学联系起来。战国时期人们已经对二十八星宿和一些恒星进行了定量观测，并取得了可喜成果，并把海上航行与天文学相结合，利用北极星为航行定向。战国时期，磁石“司南”已发明。但其用途主要用于陆上定位。春秋战国时期主要以太阳和北极星为海上导航标志。
三国两晋南北朝时期造船业发展的同时，航海知识与技术得到了进一步的充实和提高。这一时期航海技术有所进步，还表现在人们已对航行所经海区的海岸地形有了初步了解，如对今南海的珊瑚已有所认识，同时天文导航技术也已采用。
隋唐五代时期航海技术趋于成熟，人们已能熟练运用季风航行，天文、地理导航水平都有明显提高，对潮汐也能进一步正确解释。
唐代，人们已能认识到北起日本海，南至南海的风有规律地到来和结束，这种与航行有关的季风成为“信风”。义净正是借着对南海季风、北印度洋及孟加拉湾的季风和洋流规律的认识和利用而乘船到达东南亚室利佛逝国而还归中国的。同时唐代人对海洋气象有了进一步认识，已能利用赤云，晕虹等来预测台风。
唐代天文定位术的发展，集中体现在利用仰测两地北极星的高度来确定南北距离变化的大地测量术。开元年间天文学家憎一行已可以利用“复矩”仪器来测量北极星距离地面的高度，虽与实际数字有一定的差距，但这是世界首次对子午线的实测，而且这种测量术很可能已经在航行中使用。唐代航行者已掌握利用北极星的高度而进行定位导航。
两宋时期航海技术的提高,最突出的是指南针的广泛应用。宋以前的航海指引，一般是凭天象、天体识别方向，夜以星星指路，日倚太阳辨向，至北宋时期，航海技术开始了重大的突破，已能利用指南针航行。而指南针的应用，在南宋时期发展成罗盘形构，随着精确度不断提高，应用越来越广泛，海上航行已逐步依靠指南针指示方向，比北宋时期更为进步。
元代指南针的应用更为普遍，也更为精确，已成为海舶必备的航海工具。
明朝的航海技术主要表现在对海洋综合知识的运用以及航行技术方面有较大的提高与进步。
明代指南针的应用更为普及与精确。牵星术来确定船舶的航行位置。牵星术，乃是当时一种利用天文状况进行测位的航海技术。即在船上利用牵星板来观察某一星辰的高度，借以确定船只所在的地理位置。特别是在深海中，地形水势难以提供有效的识别，无所凭依，往往以天象来确定航位。《郑和航海图》中就附有《过洋牵星图》，记录在印度洋地区的牵星航海。
清朝前中期的航海技术虽然没有很大创新，基本上继承前人的传统方式。但也有一定程度的发展。指南针的应用，普遍使用三针法，对航海天象观察、航海地形水势都有系统的掌握。
“中国洋艘，不比西洋呷板，用混天仪、量天尺，较日所出，刻量时辰，离水分度，即知为某处。”相形之下，中国的航海技术已开始落后于西方。
2.过洋牵星技术的内容与使用方法
中国古代航海所用的天文观察导航技术。是指用牵星板测量所在地的星辰高度，然后计算出该处的地理纬度，以此测定船只的具体航向。牵星术的主要工具是牵星板。牵星板是测量星体距水平线高度的仪器，其原理相当于当今的六分仪。通过牵星板测量星体高度，可以找到船舶在海上的位置。牵星板共有大小十二块正方形木板，以一条绳贯穿在木板的中心，观察者一手持板，手臂向前伸直，另一手持住绳端置于眼前。此时，眼看方板上下边缘，将下边缘与水平线取平，上边缘与被测的星体重合，然后根据所用之板属于几指，便得出星辰高度的指数。明代过洋牵星术常用的星座包括北辰星、织女星、布司星、水平星、北斗星、华盖星、灯笼骨星等。
3.天文学概况
天文学所研究的对象涉及宇宙空间中的各种物体，大到月球、太阳、行星、恒星、银河系、河外星系以至整个宇宙，小到小行星、流星体以至分布在广袤宇宙空间中的大大小小尘埃粒子。天文学家把所有这些物体统称为天体。地球也是一个天体，不过天文学只研究地球的总体性质而一般不讨论它的细节。另外，人造卫星、宇宙飞船、空间站等人造飞行器的运动性质也属于天文学的研究范围，可以称之为人造天体。
宇宙中的天体由近及远可分为几个层次：(1)太阳系天体：包括太阳、行星（包括地球）、行星的卫星（包括月球）、小行星、彗星、流星体及行星际介质等。(2)银河系中的各类恒星和恒星集团：包括变星、双星、聚星、星团、星云和星际介质。(3)河外星系，简称星系，指位于我们银河系之外、与我们银河系相似的庞大的恒星系统，以及由星系组成的更大的天体集团，如双星系、多重星系、星系团、超星系团等。此外还有分布在星系与星系之间的星系际介质。
天文学还从总体上探索目前我们所观测到的整个宇宙的起源、结构、演化和未来的结局，这是天文学的一门分支学科——宇宙学的研究内容。天文学按照研究的内容还可分为天体测量学、天体力学和天体物理学三门分支学科。
天文学始终是哲学的先导，作为一门基础研究学科，天文学在不少方面是同人类社会密切相关的。时间、昼夜交替、四季变化的严格规律都须由天文学的方法来确定。人类已进入空间时代，天文学为各类空间探测的成功进行发挥着不可替代的作用。
天文学的研究方法范文4
在19世纪的世界，女性接受教育并不是一件普遍的事。不过出生于1868年7月4日的亨利埃塔・斯旺・利维特比较幸运，她做牧师的父亲让她接受了良好的教育。1892年，亨利埃塔・斯旺・利维特从拉德克利夫学院（现已并入哈佛大学）毕业，获得文学学士学位。大学期间，她还在哈佛大学天文台学习了天文学课程，并在第二年参加了天文学研究生课程。然而，在上大学后不久就开始的疾病使她几乎完全失聪。
19世纪80年代后期，哈佛大学天文台开启了一项记录天空中每个星星的位置、亮度和颜色的巨大项目。当时，天文台主任爱德华・查尔斯・皮克林的助手辞职，毕业后就失业的亨利埃塔・斯旺・利维特于1893年得到了这个职位，负责给世界各地的天文望远镜拍摄的星空照片中的恒星计数并编目，但是没有薪水。
亨利埃塔・斯旺・利维特每天都重复着检查照相玻璃板，然后计算、测量、在登记簿中记录观察结果的工作。这项工作非常乏味，需要异乎寻常的耐心和细心。这些玻璃板非常易损，目前只有约50万张保存了下来。
大约7年后，她的工作终于得到了认可，成为一名正式的工作人员，每小时的薪水是30美分。然而，与其他女性一样，她被禁止使用望远镜。爱德华・皮克林安排她专门负责在麦哲伦云中寻找变星。这项工作的主要内容是对比同一片天空的两张玻璃底片，一张是记录恒星亮度较暗时的负片，一张是记录恒星较亮时的正片。亨利埃塔・斯旺・利维特要将两张底片上的恒星仔细排列，并用放大镜依次检查每颗恒星。这些恒星亮度的任何变化都会表现为较暗恒星周围的白色小
光晕。如果她发现这类光环，就记录相应的恒星的位置，并调取同一天区数周或数月以来的玻璃底片，寻找其变化规律。
亨利埃塔・斯旺・利维特非常擅长这项工作。她可以用自己独特的方法系统地在成千上万的玻璃底片中连续工作几个小时。此时，她已经完全失聪。据说，皮克林会带领参观者到她工作的地方看她工作，但她因为失聪而对此一无所知。这也正好让她可以更加集中精神工作。普林斯顿大学的一位天文学家在给爱德华・皮克林的一封信中说：“利维特小姐在寻找变星这项工作中的角色无人能及。”
她做这项工作大约有10年，在麦哲伦云中发现了1777颗变星。更天才的是，她发现，恒星较亮时脉冲缓慢，较暗时脉冲迅速。她认为麦哲伦云中的所有恒星与地球的距离应该大致相同，所以如果她知道脉冲率，就可以计算恒星的亮度。她在工作中注意到，小麦哲伦云中的一些变星光变周期越长，绝对星等也越高。如果她能准确地测量这种变星的亮度，就可以计算出那颗恒星或包含这些恒星的星座与我们的距离。所以，只要找到一个准确的光度，这些变星就可以作为标准烛光，测量整个星座的位置。1908年，她在哈佛大学天文观测台发表了初步研究结果。4年后，她写了一份后续文件，证实了她的发现：造父变星从明亮到暗淡的变化呈明显的周期性。
在利维特之前，天文学家主要用视差来确定恒星之间的距离。使用这个方法，他们要在不同的时间，例如相隔6个月，拍摄同一恒星的图像，然后根据两次拍摄时地球所处的位置之间的距离和地球的两个位置与恒星构成的角度来计算地球与恒星的距离。这种方法在计算距地球10万光年以内的恒星的距离时是准确的。 亨利埃塔・斯旺・利维特（右）与另一位女天文学家安妮・坎农（左），1913年。
丹麦天文学家赫茨普龙使用视差法在1913年确定了几个造父变星的距离，并校准了利维特定律。现在，天文学家通过测量造父变星的周期和表观亮度，就可以确定其真实亮度，并计算出其
距离。利用校准后的利维特定律，天文学家可以确定1000万光年之内的天体与地球之间的距离。
在利维特所处的时代，大多数天文学家认为银河系就是整个宇宙。在1923年至1924年，埃德温・哈勃和米尔顿・赫马森通过设置在威尔逊山上的新的100英寸（254厘米）胡克望远镜发现了一个暗弱的螺旋形星云仙女座（M31）的造父变星。他们使用利维特的方法确定了仙女座星云的距离，令人惊讶的是，仙女座与我们的距离远达250万光年！y河系直径只有大约10万光年，所以仙女座不可能位于银河系内，它很可能是一个单独的星系。
哈勃和赫马森又在其他几个星云中发现了造父变星，通过计算，发现这些星云也是分离的星系。他们得出结论，银河系只是宇宙中许多星系中的一个！现在，我们已经知道，在我们可见的宇宙中有超过2000亿个星系。
1927年，比利时天文学家乔治・亨利・约瑟夫・爱德华・勒梅特（他还是一名牧师）使用哈勃和赫马森的数据和广义相对论，做出了一个更奇怪的预测――我们的宇宙正在膨胀。两年后，哈勃独立发表了星系红移与距离之间的线性关系。1931年，勒梅特提出，我们现在的宇宙始于大爆炸。也就是说，亨利埃塔・斯旺・利维特的突破，开启了20世纪的宇宙革命。
天文学的研究方法范文5
最初的分类字母序列是按字母表顺序从A到P排列的，但是随着一部分字母被取消，或合并和重新排序，恒星分类法中的字母顺序变成了根据恒星的不同质量和温度，从质量最大、炽热呈白色的O型恒星，一直到暗弱的红色M型矮星。
但是一个世纪前研究恒星的天文学家们，却并不真正了解恒星的物理性质。随着照相技术为天文学观测带来的变革，有三位杰出的、却默默无闻的女性，拿着低廉的薪水，基于恒星的不同光谱，对恒星进行了分类。由此，她们奠定了现代恒星天文学的基础。
早期的分类法
1814年，约瑟夫 · 冯 · 夫琅禾费把分光镜对准了太阳，想看看他在灯火中发现的明亮橙色谱线是否也能在太阳光谱中看到。然而，他却看到了上百条暗线，它们使太阳光谱显得支离破碎。这些暗线的来源一直是个谜团，直到德国物理学家古斯塔夫 · 基尔霍夫与德国化学家罗伯特 · 本生（德国化学家，元素铯和铷的发现者，本生灯以他命名。——译者
注）合作给出了答案。他们认为这些暗线揭示了太阳大气中的元素构成，每种元素都会吸收阳光中的相应谱线，从而使光谱中的对应位置出现暗线。
世界各地的天文学家们很快就把基尔霍夫的结论应用到了恒星上面。其中，最早从事这一工作、并且最富热忱的是梵蒂冈天文台的Pietro Angelo Secchi神父。他在梵蒂冈天文台的一架9英寸（约22.86厘米）赤道仪式望远镜的物镜上安装了一块大型玻璃棱镜，并通过目镜进行观测。他本以为光谱的类型会像满天恒星一样数不胜数，结果却是，恒星的光芒呈现为几种基本的光谱类型。
到1877年，Secchi已经仔细研究了约4000颗恒星的光谱，并且精心地亲手绘制了其中的一部分。最终，他把这些恒星分成了5种类型。像织女星和天狼星这样的蓝白色恒星构成了I型，这类恒星的光谱中只有几条较宽的暗线，Secchi知道它们是由于氢元素的吸收而产生的；II型是黄色的恒星，包括五车二（御夫座α）和太阳，在它们的光谱中有许多细线；III型和IV型包含了红色恒星，谱线的宽窄程度决定了它们是前者还是后者。Secchi还增加了V型，用以解释光谱中有亮线而不是暗线的那类恒星。
Secchi的工作很快就得到了广泛应用，但他并不是唯一尝试进行恒星分类的人。美国的Lewis Rutherford、英国的Huggins夫妇（William Huggins和Margaret Huggins），以及意大利的Giovanni Battista Donati都各自采用了不同的设备和观测技术，对恒星进行研究和分类。最初的恒星光谱研究局限于肉眼观测，因此，想要对于他们各自的独立工作进行比较虽然不是不可能，但却非常困难。
在这个时候，天体摄影术，还有一位富有的纽约人，开始登上恒星物理的历史舞台。
Draper纪念基金
第一个为恒星光谱中的暗线进行摄影的人是Henry Draper，无论在名义上，还是在事实上，他在美国都是将天文装备与摄影器材相结合的顶尖高手。1872年8月8日，他使用自己设计和制作的28英寸（约71厘米）卡塞格林望远镜拍摄了织女星光谱，照片显示出了4条明显的氢线。在接下来的4年里，没有其他人能够拍出可与之媲美的照片，而在此期间，Draper又为另外几十颗恒星拍摄了光谱。
1882年，他辞去了纽约大学的教授职位，把自己的全部精力都投入到了拍摄恒星光谱和为恒星分类上。但同年年底，由于突然感染肺部疾病，年仅45岁的Draper离开了人世，他的美好梦想也随之戛然而止，只留下了他的遗孀Anna Palmer Draper继续着他未竟的事业。
Anna Draper曾经与她的丈夫并肩工作，一起记录观测结果、制备化学试剂、准备照相用的感光片。甚至28英寸（约71厘米）望远镜的镜面玻璃都是他俩在一次购物旅行中一起选购的，那是他们的“蜜月旅行”。现在，虽然Draper去世了，但Anna打算新建一个机构，专门积累和研究恒星光谱。这时候，他们夫妇的密友、哈佛大学天文台的台长Edward Pickering表示，如果她在哈佛大学建立一个实验室，那么这项工作马上就可以开始。
1886年2月14日，Anna Draper创立了Henry Draper纪念基金，以纪念她的丈夫。这项基金为哈佛大学天文台在长达半个世纪内居于世界领先地位提供了很大帮助，而最终的成果，就是至今仍在使用的几种大型恒星光谱编目。在这一工作的初始阶段，需要设计一种更好的恒星分类方法。
从A到Q
正如那个时代通常的情况，哈佛大学天文台内的工作分工有着明显的性别色彩。有大约六名男性从事需要体力的工作，如操作望远镜、拍摄照片等，而女性的人数那时与男性人数大致相当，但她们是在白天工作，任务是检索照片并将所见的内容编目成册。
实际上，在Draper基金建立之前，Edward Pickering就已经在从事恒星摄影工作，而一位名叫Williamina Fleming的女同事则以检查玻璃底片时目光敏锐而闻名。Fleming最初只是Pickering台长家的女仆，但后来Pickering注意到她的思维非常敏捷，于是便在1881年雇佣她为全职工作人员。当时Fleming只有24岁，她的工作是“抄录和常规计算”。不久之后，Pickering又让她负责恒星光谱的分类工作。
Draper星表中的光谱基本上是按照Secchi的方法拍摄的。在一台折射望远镜的物镜上安装了一块玻璃棱镜（称为“物端棱镜”——译者注），可以将视场中所有恒星的光谱都记录在一张底片上。每张底片的尺寸是8英寸×10英寸（约20厘米×25厘米），可以覆盖比北斗七星的斗身部分大一倍的天区。5分钟的曝光就可以显示出上百颗恒星的光谱。
一开始，Fleming想运用Secchi的五类恒星法，但她发现自己比Secchi看到了更多的细节。她使用和Secchi一样的顺序，即蓝白色恒星、黄色恒星和红色恒星，但她把Secchi的5种类型进一步细分为13类，并用大写字母依序表示。字母A、B、C和D用于描述Secchi的I型，E到L对应于II型，M对应于III型，N对应于IV型，而O则对应于V型。她删去了字母J，因为在德文出版物中，J和I很难区分。Fleming同样也增加了一些额外类型：用P表示行星状星云，Q表示没有包含在上述任何一个类型中的其它恒星。
经过了多年的努力，Fleming检查了633张底片上的10351颗恒星的28266个光谱。哈佛天文台于1890年公布了首份恒星摄影光谱目录。然而在这部著作出版前，另一份目录也已经在准备之中了。
A前面的B
在Fleming研究的玻璃底片上，光谱的大小为1/2英寸（1.27厘米）长，1/32英寸（0.08厘米）宽。她通过放大镜把光谱放大5倍，这样就看到了肉眼看不到的更多谱线。此外，高色散条件下的光谱也会出现额外的谱线。
不久，安装在望远镜上的棱镜增加到了4块，通过它们拍摄了一些新底片。每增加一块棱镜，每个单颗恒星的光谱都会展宽很多，从而产生更长、更清晰的亮星光谱。最终的图像记录下了数量惊人的细节。在最早的织女星照片中，Henry Draper只发现了4条暗线，而现在则发现了百余条暗线。第二套高色散恒星光谱的照相底片经过整理后，Pickering又雇佣了另外一位女性对它们进行研究。
Antonia Maury是已故的Henry Draper的侄女，曾在纽约州Poughkeepsie市的Vassar学院师从当时美国最著名的女科学家Maria Mitchell学习天文学，这时刚刚毕业。Maury向哈佛天文台申请工作职位，而Pickering最初并不是很愿意聘用她，他回信说这项在天文台由女性从事的工作非常机械乏味，对于一位大学毕业生来说，实在是屈才了。但Maury坚持申请，并且非常渴望得到这个机会——这在19世纪末的天文学界，是女性可以得到的为数不多的工作之一。1888年，Pickering聘用了Maury，而Maury几乎马上就做出了重要贡献。
在Pickering的指导下，Fleming遵循一种实证研究法为恒星分类，即考虑恒星光谱中某些特殊谱线的存在或缺失，如氢线。但她忽视了光谱可能会揭示恒星的物理性质。Maury不太赞同这种方法。她更加关注恒星光谱的意义，而且她特别想知道“猎户线”的重要意义。
在Fleming的分类法中，A型恒星的光谱中只有氢的吸收线，而B型恒星的光谱中则有明显的“猎户线”。所谓“猎户线”，是由于在猎户座附近的许多恒星中都发现了这组吸收线而得名，它们后来被证实为氦线。Maury检查了底片，这些底片上的光谱线数量比Fleming所研究的底片多了许多，所以Maury可以看出被Fleming归入同一类的恒星之间的细微差别。Maury用显微镜代替了玻璃放大镜，发现“猎户线”强度的降低总是伴随着氢线强度的逐渐增加。理顺这种变化关系的唯一办法，就是在Fleming的原始分类序列中，将B型恒星挪到A型恒星之前。
Maury于1897年公布了她的恒星光谱目录，介绍了一种包含22种恒星类型的新式分类法，比Fleming使用的分类法还多6种类型。这个分类法的次序用罗马数字I到XXII表示，与Fleming的字母序列基本对应，只是A型与B型的位置颠倒了。Maury还将每个类型细分为3种亚型，用a、b、c分别表示有中等、宽线和窄线的光谱。
Pickering认为，采用亚型并不很必要，但Maury始终坚持己见，认为这代表了恒星的基本特征。最后，事实证明她是对的。几年后，丹麦天文学家埃希纳 · 赫茨普龙（Ejnar Hertzsprung，赫罗图的发现者之一）发现Maury的c亚型可以将普通的红色恒星与高光度红巨星分开。他将这一发现归功于Maury在恒星光谱分类方面独具慧眼，他说，如果忽略了c亚型，就好比将鲸鱼归类为鱼一样。
很明显，Maury领先于她的时代，但她对于自己在哈佛天文台所扮演的角色，以及天文台是否应涉足恒星光谱的物理解释上与Pickering有不同意见。1891年，Maury离开了哈佛天文台，随后做了几年教师，期间还不定期地偶尔回到恒星光谱分类的工作上来。她和Pickering于1897年共同公布了恒星光谱目录，而当时O型恒星的重要性正日渐显露。尽管Maury将O型恒星归入了最后一类，即XXII类，但她认为这类恒星可能将对理解整个恒星分类序列发挥重要作用。
B前面的O
Pickering对1890年光谱目录中的恒星进行了统计学研究，他发现99.3%的恒星都属于6种类型，即A、B、F、G、K和M型。所以，当Fleming准备制作另一份关于星团（如昴星团）中恒星的光谱目录时，她和Pickering决定去掉原来恒星分类中的大部分类型。
许多类型都是错误的或多余的。有着所谓双氢线的C型恒星，在高色散条件和更好的摄影底片中，它们的双氢线都消失了，因此C类被取消了。H、I、K型恒星的光谱都极其相似，所以都合并到K型中去了。而E、G型恒星则是非常相似的2个类型，Pickering曾写道：“它们的区别很可能只在于摄影照片的曝光程度不同，而并非恒星本身。”
但这种新的分类法仍然漏掉了神秘的O型恒星，它们同时拥有暗线和亮线。Pickering曾一度将O型恒星归入P型行星状星云，因为这两种类型的光谱中都有亮线。但在Pickering聘用了另一位女性研究恒星光谱后，O型恒星很快又回来了。
当Annie Jump Cannon毕业于马萨诸塞州的Wellesley女子文理学院时，是班级的演讲告别致辞的学生。她的导师Sarah Whiting是当时美国为数不多的女物理学家之一，同时也是Pickering的好朋友。Cannon从小就对天文学有浓厚兴趣，因此在1896年加入哈佛天文台之前，她以特别进修生的身份进入马萨诸塞州剑桥的拉德克利夫女子文理学院，专门学习天文学。
有一套新底片在等待Cannon检查。在剑桥拍摄了可见恒星的光谱之后，Pickering派遣工作人员，带着望远镜和各种设备奔赴南美和南非，去拍摄南天恒星的光谱底片。
在1890年目录中的超过10000颗恒星中，只有1颗被确认为O型星；Maury也只新公布了3颗O型星。但是Cannon在南天恒星中却发现了许多颗。
Pickering也在研究玻璃底片，他注意到南天的O型恒星船尾座ζ的光谱中有2条亮线和一些暗线。而暗线的形式让他想起了著名的巴尔末线系，这是由氢吸收产生的，但船尾座ζ的暗线却位于一些不同波段。几年后在实验室里证明，所谓Pickering线系实际上是由一次电离的氦吸收产生的。但在人们认识到这一点之前很久，Cannon就意识到这些谱线将会导致把O型恒星放置在光谱序列最前端。
Cannon所检查的是最高质量的摄影底片，所以她可以看到Fleming或是Maury无法看到的谱线图案。此外，她还有许多明亮恒星的光谱可供研究。综合以上原因，Cannon比Maury分辨出了更多的亚型，这促使她把0～9这一串数字加到了字母类型后面，以表示这些亚型；此外，她还发现了更多的过渡型恒星。
特别值得关注的是5等亮星大犬座29。Cannon在它的光谱中辨认出了Pickering线系，这决定了它被归入O型星，此外还有通常与B型恒星相联系的强“猎户线”。
在1915年的《Henry Draper纪念基金会》中，Cannon写道：“字母的顺序又一次必须打破了，因为在恒星序列中，O型被放在了B型的前面。”
OBAFGKM
在1901年，也就是Cannon发表她的第一份恒星光谱目录的时候，天文学家们使用的恒星分类法有20多种。大多数分类法实际上都是对以往分类法的修订和改良，包括对哈佛分类法的发展，但这么多的分类法导致了恒星分类的混乱。
例如，南河三（小犬座α）在Secchi分类法中是II型，在Fleming分类法中是F型，在Maury分类法中属于XIIa型，而在Cannon分类法中则又是F5型。而其他的天文学家，又会使用自己的恒星分类法，把它列为Ia 3型，或是III型，又或是用它命名一个南河三型。很显然，应该选择一种统一的分类法，但哪一种合适呢？
欧洲的天文学家们对哈佛分类法格外诟病，认为其中的恒星类型过多。德国波茨坦天文台台长Julius Scheiner评价哈佛分类法时，认为它是“最可怕的混乱”。他想知道，随着取得更优质的恒星光谱，天文学家们是否可以将每一颗恒星归入一个自然的序列。
但是相对于其它天文台，哈佛无疑拥有优势。在20世纪初，哈佛天文台的女性至少对30000颗恒星进行了分类，5倍于使用所有其它分类法归类的恒星总数。
1910年9月，在加州帕萨迪娜市举办的一次国际天文学家大会上，Pickering主持了一场午后交流会，大家就恒星的分类问题进行了讨论。在83位出席人员中，有46人（包括Fleming）来自美国的研究机构，9人来自法国和德国，8人来自英国。在会上，Cannon的恒星分类法几乎没有受到反对，Pickering对此非常欣慰。这场交流会给予了“我渴望得到的强烈认可”，他后来在日记中这样写道。
但一些显要人物没有出席这场交流会，所以一份调查问卷被散发出去，以征求更广泛的意见。在收回的来自7个国家的28位天文学家的问卷中，只有Scheiner强烈反对采用Cannon的恒星分类法。但后来Scheiner病重，无法参加1913年于德国波恩举行的下一届大型国际天文学会议。那次会议通过了试用Cannon恒星分类法的议案。Scheiner则于4个月后与世长辞。
最终，1922年5月9日，在第一届国际天文联合会大会上，通过了正式使用Cannon恒星分类法的决议，其中一则条款还采纳了Maury根据恒星光谱中的细线划分的亚型。哈佛分类法被各国天文学家至今沿用，期间仅仅有过很细微的修改。
为失败恒星分类
1995年，天文学家发现了第一颗真正意义上的褐矮星，这是比最冷的M型恒星还要冷的天体。由于不能持续进行氢聚变，这些“失败的恒星”只会在红外巡天中出现。很明显，Cannon的恒星分类系统又要被扩展了。但是用哪个字母好呢？那时只有H、L、T、Y和Z可用了——Cannon系统已经使用了O、B、A、 F、G、K和M，而剩下的字母可能会与天文学中的其它常用符号混淆。
天文学的研究方法范文6
中国古代曾有过十分发达的天文学，并且早在汉代就已经有了测定天体方位的重要仪器——浑仪。宋学家朱熹研究过天文学；笔者曾撰文，称朱熹是“一位被遗忘的天文学家”[[i]]。朱熹不仅在天文学理论上有所贡献，还对古代的天文仪器，特别是浑仪，有过深入的研究。朱熹的家中曾有过一台浑仪，他对古代浑仪发展的历史以及浑仪的结构做过研究，并且还使用浑仪观测天象，解释各种天文现象。[1]
一、
据《宋史·天文志一》所载：“朱熹家有浑仪，颇考水运制度。”关于“朱熹家有浑仪”，还有一资料可以确证。据《朱子语类》卷二十三所载，黄义刚“癸丑（1193年，朱熹63岁）以后所闻”[2]：
安卿问北辰。曰：“北辰是那中间无星处，这些子不动，是天之枢纽。北辰无星，缘是人要取此为极，不可无个记认，故就其傍取一小星谓之极星。……。”义刚问：“极星动不动？”曰：“极星也动。只是它近那辰后，虽动而不觉。……今人以管去窥那极星，见其动来动去，只在管里面，不动出去。向来人说北极便是北辰，皆只说北极不动。至本朝人方去推得是北极只是北辰头边，而极星依旧动。又一说，那空无星处皆谓之辰……。”又曰：“天转，也非东而西，也非循环磨转，却是侧转。”义刚言：“楼上浑仪可见。”曰：“是。”……又曰：“南极在地下中处，南北极相对。天虽转，极却在中不动。”[[ii]]
这里所记述的是朱熹与其弟子们正在讨论北极是否有位移的问题。这里的安卿、义刚，均是朱熹晚年的弟子。据方彦寿先生所著《朱熹书院门人考》，安卿，名陈淳，号北溪，漳州龙溪县人，绍熙元年（1190年）从学于朱熹；另一字为安卿者，名林学履，永福县（今福建永泰）人，其兄林正蒙，字正卿，兄弟二人均于绍熙四年（1193年）师从于朱熹；黄义刚，字毅然，抚州临川人，也于绍熙四年事师朱熹。[[iii]]从以上所引的记述中可以看出，朱熹与其弟子们的讨论涉及“北辰”，这里指的是北极，以及北极星、天球转动的方向等。黄义刚说“楼上浑仪可见”，当是指朱熹家的楼上有浑仪。
至于朱熹家从何时开始有了浑仪，根据笔者目前所收集的史料看，尚未能给出确切的答案。据《朱文公文集》以及当今学者陈来先生所著《朱子书信编年考证》[[iv]]，朱熹在乾道七年（1171年，朱熹41岁）的《答蔡季通》中写道：
历法恐亦只可略说大概规模，盖欲其详，即须仰观俯察乃可验。今无其器，殆亦难尽究也。[[v]]
这里所说的“今无其器”，就是指还没有浑仪这一天文仪器。可见，这时朱熹家中尚无浑仪。
淳熙十五年（1188年，朱熹58岁），朱熹有三封书信谈到北宋天文学家苏颂所著的有关水运仪象台以及浑仪制作技术的《新仪象法要》。其一，《答苏晋叟》说道：
《仪象法要》顷过三衢已得之矣，今承寄示，尤荷留念。但其间亦误一、二字，及有一、二要切处却说得未相接。不知此书家藏定本尚无恙否？因书可禀知府丈丈再为讎正，庶几观者无复疑惑，亦幸之甚也。[[vi]]
其二，《答江德功》说道：
浑仪诗甚佳，其间黄簿所谓浑象者是也。三衢有印本苏子容丞相所撰《仪象法要》，正谓此俯视者为浑象也。但详吴掾所说平分四孔加以中星者，不知是物如何制作？殊不可晓，恨未得见也。[[vii]]
其三，《答江德功》说道：
玑衡之制，在都下不久，又苦足痛，未能往观。然闻极踈略，若不能作水轮，则姑亦如此可矣。要之以衡窥玑，仰占天象之实，自是一器。而今人所作小浑象，自是一器，不当并作一说也。元祐之制极精，然其书（指苏颂的《新仪象法要》
笔者注）亦有不备，乃最是紧切处，必是造者秘此一节，不欲尽以告人耳。[[viii]]
从这三封书信可以看出，这时的朱熹家中仍然还没有浑仪。但是可以看出，朱熹非常想了解浑仪的制作技术。
然而，朱熹在淳熙十六年（1189年，朱熹59岁）的《答蔡季通》中则写道：
极星出地之度，赵君云福州只廿四度，不知何故自福州至此已差四度，而自此至岳台，却只差八度也。子半之说尤可疑，岂非天旋地转，闽浙却是天地之中也耶？[[ix]]
显然，朱熹在这时已经使用浑仪观测过“极星出地之度”，即北极星的位置与地面所构成的夹角，并试图对各地的观测结果进行比较。由此可见，朱熹家此时已有了浑仪，并且已经使用过。
通过以上分析可以看出，朱熹家有浑仪的时间大约在淳熙十五年（1188年，朱熹58岁）至淳熙十六年（1189年，朱熹59岁）之间。
至于朱熹家的浑仪，是怎么来的，目前尚无可靠资料，但有一些线索。据《宋史·天文志一》记载：南宋朝廷曾于绍兴十四年（1144年）“命宰臣秦桧提举铸浑仪，而以内侍邵谔专领其事”，于绍兴三十二年（1162年）交给太史局。在此之后，朝廷中有一位与朱熹交往甚密的天文学家黄裳。黄裳（公元1147—1195年），字文叔，四川隆庆府普城（今四川梓潼）人，宋朝时期的天文学家、地理学家。据《宋史·黄裳传》记载，黄裳长期在王府讲授《春秋》，并曾经“作八图以献：曰太极，曰三才本性，曰皇帝王伯学术，曰九流学术，曰天文，曰地理，曰帝王绍运，以百官终焉，各述大旨陈之”，他还制作过浑天仪和地图。现存的苏州石刻天文图即是当时的王致远根据黄裳的天文图所刻。黄裳还非常赞赏朱熹的学问，并曾予以荐举。朱熹与黄裳有过密切的交往。庆元二年（1196年）朱熹在《答李季章》中说：“闻黄文叔顷年尝作地理木图以献，其家必有元样，欲烦为寻访，刻得一枚见寄。”[[x]]朱熹托人到黄裳家去仿制木刻地图，可见朱熹与黄裳的关系非同一般。而且，黄裳制作过浑天仪，朱熹家的浑仪是否与此有关？尚不得而知。
二、
浑仪作为中国古代重要的天文仪器，很早就已出现。早在汉武帝时，天文学家落下闳就已经使用过浑仪，当时称“浑天”。西汉末年的扬雄在《法言·重黎》中说：“或问浑天。曰：洛下闳营之，鲜于妄人度之，耿中丞象之。”[[xi]]《隋书·天文志》引晋天文学家虞喜的话说：“洛下闳为汉武帝于地中转浑天，定时节，作太初历。”在中国古代，浑仪作为一种天文仪器，有一个不断改进和完善的过程。至唐代，浑仪的结构基本完备。北宋时期，浑仪的结构更加成熟。当时的浑仪为三重结构，分为外层的六合仪、中层的三辰仪和内层的四游仪。外层的六合仪是固定的，包括单环的地平圈和赤道圈，以及双环的子午圈。中层的三辰仪包括黄道环、赤道环和白道环，分别表示太阳、恒星和月亮的运行轨道，整个三辰仪可以绕轴旋转。内层的四游仪是两个圆环，并附有窥管。
朱熹对于浑仪的不断改进的历史过程甚感兴趣，并作了深入的考察。庆元二年（1196年，朱熹66岁），朱熹开始编纂《仪礼经传通解》，其中在注释“舜在璿玑玉衡，以齐七政”时说：
汉武帝时落下闳、鲜于妄人始为浑天之法，宣帝时司农中丞耿寿昌始铸铜为之象，史官施用焉，后汉张衡作《灵宪》以说其状，蔡邕、郑玄、陆绩，吴时王蕃，晋世姜岌、张衡、葛洪皆论浑天之义，并以浑说为长。江南宋元嘉中皮延宗又作是《浑天论》，太史丞钱乐铸铜作浑天仪，传于齐、梁，周平江陵，迁其器于长安，今在太史台矣。衡长八尺，玑径八尺，圆周二丈五尺，强转而望之，有其法也。唐正观中李淳风为之，开元中浮屠一行、梁令瓒又为之，唐乱而亡。我宋太平兴国中蜀人张思训始创为之，至元祐中苏颂更造，其法尤密，置浑仪于上以仰观，置浑象于下以俯视，枢机轮轴隐于中，以水激轮则浑象皆动，不假人力。[[xii]]
这段论述概括性地描述了浑仪发展的历史，表明朱熹对于浑仪这一天文仪器的重视。
朱熹不仅考察了浑仪发展的历史过程，而且还对浑仪的结构作了细心的研究，并作了详细的描述。庆元四年(1198年，朱熹68岁)，朱熹注释《尚书》的《尧典》与《舜典》；在所注的《舜典》中，朱熹对当时的浑仪结构作了详细的描述，其中说道：
（浑仪）为仪三重，其在外者曰六合仪。平置单环，上刻十二辰，八十四隅在地之位以准地而面定四方。侧立黑双环，具刻去极度数，以中分天脊，直跨地平，使其半出地上，半入地下，而结于其子午，以为天经。斜倚赤单环，具刻赤道度数，以平分天腹，横绕天经，亦使半出地上，半入地下，而结于其卯酉，以为天纬。二环表里相结不动。其天经之环则南北二极皆为圆轴，虚中而内向以挈三辰、四游之环。以其上下四方于是可考，故曰六合。次其内曰三辰仪，侧立黑双环，亦刻去极度数，外贯天经之轴，内挈黄、赤二道。其赤道则为赤单环，外依天纬，亦刻宿度，而结于黑双环之卯酉。其黄道则为黄双环，亦刻宿度，而又斜倚于赤道之腹，以交结于卯酉。而半入其内，以为春分后之日轨，半出其外，以为秋分后之日轨。又为白单环以承其交，使不倾。墊下设机轮，以水激之，使其日夜随天东西运转，以为象天行。以其日月星辰于是可考，故曰三辰。其最在内者曰四游仪，亦为黑双环，如三辰仪之制，以贯天经之轴。其环之内则两面当中各施直距，外跬指两轴，而当其要中之内，又为小窾，以受玉衡要中之小轴，使衡既得随环东西运转，又可随处南北低昂，以待占候者之仰窥焉。以其东西南北无不周徧，故曰四游。此其法之大略也。[[xiii]]
朱熹所描述的浑仪结构为三重结构，由外到内依次是六合仪、三辰仪和四游仪。六合仪包括地平单环、子午双环和赤道单环，各环均刻有度数；三辰仪中包括黄道双环、赤道单环和白道单环，各环都有各自固定的位置和刻度，而且整个三辰仪可以绕轴旋转；最里面的一层为“四游仪”，包括极轴，赤经双环和窥管等，平行的赤经双环夹着窥管绕极轴旋转，窥管可以在赤经双环内自由移动。显然，朱熹所描述的浑仪实际上代表了当时浑仪的水平。而且，从朱熹对浑仪结构的描述来看，朱熹对于浑仪的结构以及功用是相当熟悉的。后来朱熹的弟子蔡沈依朱熹所嘱作《书集传》，收入了以上朱熹对于浑仪结构的描述，而《书集传》是宋代以后科举考试的重要教科书之一。值得一提的是，虽然朱熹没有明确指出这里对浑仪的描述是参照了他自己家中的浑仪，但这种可能性是相当大的。
三、
从现有的资料看，朱熹家的浑仪主要是用于观测北极星，并测定天球北极的位置。天球北极，在当时又称“北辰”， 从以上所引黄义刚“癸丑（1193年，朱熹63岁）以后所闻”可看出，当时，朱熹正在与他的学生们讨论北极星、北极的有关问题，并提出要用浑仪进行观测以验证。庆元二年（1196年，朱熹66岁），朱熹写成科学论文《北辰辨》，其中写道：
帝坐惟在紫微者，据北极七十二度常见不隐之中，故有北辰之号而常居其所。盖天形运转，昼夜不息，而此为之枢。如轮之毂，如硙之脐，虽欲动而不可得，非有意于不动也。若太微之在翼，天市之在尾，摄提之在亢，其南距赤道也皆近，其北距天极也皆远，则固不容于不动，而不免与二十八宿同其运行矣。故其或东或西，或隐或现，各有度数。仰而观之，盖无晷刻之或停也。……[[xiv]]
朱熹之所以要研究北辰，除了要了解天文现象之外，又与注释孔子在《论语·为政》中所言：“为政以德，譬如北辰，居其所而众星共之”有关。朱熹对该句注曰：
政之为言正也，所以正人之不正也。德之为言得也，得于心而不失也。北辰，北极，天之枢也。居其所，不动也。共，向也，言众星四面旋绕而归向之也。为政以德，则无为而天下归之，其象如此。[[xv]]
《朱子语类》中也有类似记述：
众问“为政以德”章，曰：“……‘为政以德’者，不是把德去为政，是自家有这德，人自归仰，如众星拱北辰。北辰者，天之枢纽。”[[xvi]]
在这里，理学与科学融合在一起，表现出朱熹既是理学家又是天文学家的双重身份。
朱熹一生以重新诠释儒家经典为己任，然而，在儒家经典中，包含着大量的古代科技知识，尤其以天文知识最为丰富；《诗经》、《尚书·尧典》、《大戴礼记·夏小正》以及《礼记·月令》等都包含着丰富的天文知识。[[xvii]]因此，朱熹要诠释这样的儒家经典，就必须具备天文学知识，必须进行天文观测和研究，只有这样，才能对儒家经典中所涉及的天文知识做出证明和解释。从朱熹的《仪礼经传通解》对《历数》、《夏小正》和《月令》的诠释以及《朱文公文集》卷六十五所载朱熹对《尚书·舜典》的诠释中可以看出，朱熹对各种天文现象做过详细的观测。以朱熹的《仪礼经传通解·历数》为例，朱熹在注释“日中星鸟，以殷仲春”、“日永星火，以正仲夏”、“宵中星虚，以殷仲秋”、“日短星昴，以正仲冬”时说道：
盖仲春之月，日在昴，入于酉地，则初昏之时，鹑火之星见于南方正午之位，当是时也，昼五十刻，夜五十刻，是为春分之气，故曰：日中星鸟，以殷仲春。仲夏之月，日在星，入于酉地，初昏之时，大火之星见于南方正午之位，当是时也，昼长夜短，昼六十刻，夜四十刻，是为夏至之气，故曰：日永星火，以正仲夏。仲秋之月，日在心，入于酉地，则初昏之时，虚之星见于南方正午之位，当是时也，昼夜分，昼五十刻，夜五十刻，是为秋分之气，故曰：宵中星虚，以殷仲秋。仲冬之月，日在虚，入于酉地，初昏之时，昴星见于南方正午之位，当是时也，昼短夜长，昼四十刻，夜六十刻，是为冬至之气，故曰：日短星昴，以正仲冬。[[xviii]]
由于岁差的原因，每一年的春分日、夏至日、秋分日、冬至日的太阳位置并不完全相同。因此，历代儒家在注释儒家经典中有关的天文知识时，都必须重新进行天文观测。以上朱熹的这段论述，很可能也是朱熹通过自己亲身的天文观测才做出的。既然是进行天文观测，那么就很可能要用到浑仪。
朱熹重视浑仪，研究浑仪，并运用浑仪观测天文现象，其中一个重要的原因就是为了阐发儒家经典中的科技知识。其实，这也是中国古代不少科学家研究科学的重要动机之一。中国古代科学是在以儒家文化为主流的背景中产生和发展起来的，不仅科学家的人格素质、价值观、学识要受到儒家思想的影响，而且，科学家从事科学研究的动机、知识基础、研究方法也与儒家文化密切相关。[[xix]]朱熹为了阐发儒家经典中的科技知识，而运用浑仪观测天文现象并加以研究，这与中国古代许多科学家的科学研究是相一致的，因而也应当是一种自然科学的研究。更为重要的是，朱熹的天文学研究还取得了重要的成就。[[xx]]
