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天文学的概念范文1
自从1609年伽利略发明天文望远镜以来，天文学的观测和理论研究使得人类在探索宇宙奥秘的漫长道路上取得了辉煌的成就，带来了人类宇宙观的数次重大飞跃，促进了基础物理学理论的建立，并确立了“恒星的内部结构与演化”和“宇宙大爆炸标准模型”两大理论框架。在此过程中，天文学的研究还获得了超过十个诺贝尔物理学奖。（诺贝尔本人并没有设立诺贝尔天文学奖，因此天文学的研究成果只能根据其对其它学科的重要程度获得其它学科的诺贝尔奖。）其中最近的三次分别为2002年、2006年和2011年，这显示了天文学这一古老学科的强大生命力。
随着观测和探测能力的进步，在人类永无止境地探索宇宙的进程中，新的天文发现有着井喷般的趋势，比如暗物质、暗能量、黑洞、类星体、脉冲星、星际有机分子、宇宙伽马射线暴、引力波、引力透镜、太阳系外行星等的发现，有力地刺激并推动了天文学自身及相关学科的发展。目前天文学的重大问题可以被概括为“一黑、两暗、三起源”，也就是黑洞、暗物质和暗能量、宇宙和天体以及生命的起源，其中“一黑和两暗”构成了宇宙的“骨架”，而“三起源”则构成了宇宙的“血肉”。同时黑洞、暗物质和暗能量也是基础物理学的重大研究问题，而“地外生命”的探索则涉及了包括化学、生命科学和哲学在内的多个学科。因此天文学再度成为新现象、新思想和新概念的源泉。
中国的古代天文学曾经世界领先，但是中国天文学对于现代天文学的发展却贡献甚微。同样，中国古代的技术和生产力曾经世界领先，比如直到时期，清王朝统治下的中国GDP还是世界第一，但是中国对现代科学与技术的贡献却非常之少。一个几乎人所共知、但最令人不愿接受的事实，就是几乎从中学到研究生的所有理工科教科书的知识都来自于西方。因此从至今，中国一直是科学和技术的知识“消费”国，而不是“贡献”国。
现代科学和技术是人类文明的重要组成部分，中国作为世界上现存最大的文明古国，在这个方面对人类文明的贡献却可谓微不足道，这很值得我们深刻反省。造成中国在现代科学和技术上全面落后于西方的原因是多方面的，但我本人认为中国文化中缺乏基本的科学精神是一个重要原因。
天文学的概念范文2
同为地球上的智慧生命，各国人对年龄的询问有着不同的看法。按照西方传统礼节，初次见面就问“您贵庚”是不得体的；但中国人习惯以此拉近距离，而且还会根据对方的情况谨慎选择用语，例如：“您高寿?”當我们抛开世俗放眼星辰之际，询问星系的年龄则不再是个民俗礼节问题，而是个充满挑战的自然科学问题了。
回顾天文学的发展历史不难发现，天文学家无时无刻不面对着有关天体年龄的尴尬局面：从最原始的认为天地永恒，到发现宇宙大爆炸及其加速膨胀；从相信太阳始终如一地送给人类光明和温暖，到发现恒星内部的核聚变过程；从因数据有误而估算出比地球岩石年龄还小的宇宙年龄，产生“先有儿子后有父亲”的佯谬，到精确测得今天可观测宇宙的年龄大约为137亿年。这一切都表明天文学家对宇宙以及各类天体的年龄估计是多么艰难、复杂又漫长的过程。但我们不是专业的天文学家，也无需了解艰深繁杂的判断天体年龄的具体过程，我们只需对宇宙天体的年龄有概念性的了解就足够了。
时间等于距离
在谈论宇宙天体的年龄之前，我们需要进行一个思维转换——距离等于时间。这不是多难的事，让我们先想想身边的情况。假设我们在高速公路上行驶，每个人都会自然想到时速，没错，就是我们挂在嘴边的时速120，时速80，當然我们的默认单位是千米每小时。这样任何距离部可以等效成时间。例如时速120千米就意味着2千米等于1分钟，而相距600千米的两个城市，在我们的脑海中就等于5小时。现在我们把这种时间距离的转换应用到宇宙中，与高速公路上行驶的机车相比，惟一的不同是现在我们的速度是光速!120千米每小时的速度对于宇宙来说太慢了，我们必须用30万千米每小时的光速作为衡量标准，这也是我们的宇宙中最快的速度。如果你听说过爱因斯坦，听说过相对论，你会立刻想到任何物体的速度部不可能超越光速。之所以要进行这样的转换，只是为了更接近专业天文学家的思路，在他们的研究中，在宇宙学尺度上，时间和距离是一回事，对宇宙中星系年龄的估计，就变成对这个星系距离的测量。
宇宙有多老?
目前主流天文学家认为，宇宙作为一个整体有确定的年龄——大约137亿年，这个年龄比任何已知的宇宙内天体年龄都要大，也就是说这个数值至少与已有观测数据不矛盾。
當我们谈论宇宙的年龄时，不得不提到一位大名鼎鼎的天文学家——埃德温?哈勃。正是他在20世纪20年代对银河系以外星系的观测，开创了宇宙学的新时代，他提出的“哈勃定律”为大爆炸宇宙学奠定了基石。不要被这些看起来很吓人的词汇所迷惑，我们很快就会搞清楚所谓的哈勃定律和哈勃常数。
當年哈勃观测了几十个银河系之外的星系(称为河外星系，星系是大量恒星_例如我们的太阳——通过引力作用形成的集合体，我们的银河系就是一个有大约2千亿颗恒星的旋涡星系)，发现几乎所有的星系都在远离我们，而且距离我们越远的星系，离开我们的速度越大。为什么哈勃能够肯定星系在远离我们呢?他是通过测量星系的光谱，发现其中的谱线(发射线或吸收线)都向光谱的红端移动(即红移，redshifl)。谱线的红移是因为光源在远离我们，这就好比當救护车远离我们时，我们听到其发出的警笛声越来越低沉，也就是声波的波长被拉长，这种现象就是多普勒效应。习惯上用一个没有单位的纯数z来表示红移的大小，z=(λ观测-λ静止)／λ静止，λ观测为观测到的波长，λ静止为实验室里静止光源的波长，红移z的数值越大，说明波向红端移动得越多，也就是光源离观测值越遥远。哈勃因此提出了著名的“哈勃定律”，即星系远离我们的速度与距离成正比，V=Hod，其中v代表速度，d代表距离，而比例常数H。就是所谓的“哈勃常数”。哈勃的这一发现震惊世界，因为现在我们看到所有的星系都在远离我们，而且距离越远速度越快，那就说明，在有限的一段时间之前，所有的星系是聚集在一处的!这就直接支持了大爆炸宇宙学。
我们再来看哈勃常数H0，因为速度v的单位总可以通过转换为米／秒，而距离d的单位也可以转换为米，显而易见H0的单位是秒分之一，也就是说1／H0的单位是时间单位。1／H0在宇宙学中有特别重要的意义，它就是宇宙的年龄!有个专门的词汇来描述1／H0，即回望时间(Iookback time)。只要能精确地测得H0的数值，我们就知道宇宙的年龄了!當然，仅用1／H0作为宇宙年龄的表示并不准确，还依赖宇宙学模型等等其他复杂的条件，但那已经超出我们感兴趣的范畴，我们只要知道哈勃常数的倒数等效于宇宙年龄就足够了。而现在对哈勃常数最好的测定结果是H0大约为22千米每秒每百万光年，其对应的宇宙年龄大约为137亿年。
历史上因为对哈勃常数的测定差异很大，闹出过不少笑话。如果哈勃常数值是一个很大的数，那么它的倒数就会很小，使得宇宙的年龄比某颗恒星的年龄还小，即“先有儿子后有爸爸”，大爆炸宇宙学也因此备受抨击。但随着探测设备技术以及宇宙学的发展，目前对哈勃常数的测定已经达到了足够的精度，所谓年龄的佯谬也不攻自破了。
星系有多老?
随着新闻媒体越来越关注天文学新发现，我们经常会看到“某星系的年龄为多少亿年”的说法。那么天文学家如何确定某星系的年龄呢?
其实这里面存在一种误解：在天文学专业里，是无法精确定义星系的年龄的。我们知道星系是由各类恒星、气体以及暗物质等其他成分构成的混合体，各不同部分部有自己的诞生演化历史，星系中的全部恒星一般不可能是在一个确定的时刻同时产生的，因此无法定义一个星系的年龄，只能说星系中某一成分的年龄大约为多少年。那么我们经常看到的关于星系年龄的报道，其数值究竟对应的是天文学家的科学研究中哪一部分呢?
上文我们提到了时间距离转换的思维，也提到了红移的概念，现在就是揭开谜底的时刻。在实际观测中，天文学家能够测量到星系的光谱，选择合适的谱线，就可以准确地测定这个星系的红移值。而在天文学家眼里，红移值与距离是完全等价的概念。只要给出宇宙学模型，星系的红移值与距离是惟一对应关系。知道了距离，就等于知道了时间。因此，媒体报道中提及的星系的年龄，实际上就是天文学家通过测量星系的红移，转换为对应的距离即时间，就得到所谓的星系年龄。例如天文学家观测某星系的红移值为0.1，那么按照宇宙学模型给出的对应关系(需要用到哈勃常数的数值)，其对应的宇宙学距离为14亿光年，我们就可以说这个星系的回望时间是14亿年，也就是新闻中提到的14亿年的星系年龄。再考虑到整个宇宙的年龄为137亿年，也可以认为这个星系是在大爆炸之后123亿年时形成的。
其他测定星系距离的办法
既然星系的年龄与其距离是惟一对应的关系，那么天文学家就要想尽各种办法来测量星系的距离。由于星系距离我们都十分遥远，从星系发出的光到达地球时已经非常暗弱，因此说来简单，但真正要确定某个星系的距离是异常困难的工作。
最初天文学家利用一类特殊的恒星(恒星的光度与其光度变化周期有固定的关系，中文称为造父变星)或者星系的光谱来推算其所在星系的距离，但由于亮度有限，这种办法只能测量距离较近的星系。随着天文学以及探测技术的发展，今天的天文学家有很多种办法来测量星系的距离，例如Sunyaey—Zerdovich效应、超新星、引力透镜、塔利-费希尔关系、基本面关系、星系面亮度等等，其中有些可以直接测量星系的绝对距离，有些是通过测量星系的相对距离，再由“距离阶梯”逐步推算出星系的绝对距离。需要特别强调的一点是，由于观测和理论的局限，各种途径测得同一星系的距离并不完全一致。有些方法得到的距离误差也比较大。这也是天文学家致力于提高星系距离测量精度的原因。
天文学的概念范文3
2016年9月25日，落户中国贵州省平塘县，世界上最大的球面射电望眼镜，被誉为“中国天眼”的FAST正式启用，自此，中国的天文学又迈上了一个新的台阶，贵州、平塘将被更多天好者铭记。FAST投入使用后，将能搜寻到更多的奇异天体，其中蕴涵着大量新发现的机会；甚至可以搜索星际通讯信号，开展对地外文明的探索。“真的有外星人吗？”“宇宙里还有另一个地球吗？”如今，就让我们借助中国天眼，一起探寻那浩渺无际的璀璨太空。
科学不是知识，是探索未知！
仰望星空，你看到了什么？“那么多星星！”“大小不同！”“不同的颜色！”“成双成对！”“背景好像不一样！”为什么会这样呢？张教授告诉大家，研究并且回答这些问题的学科，就是人们常说的天文学，天文学往往引起人们神秘莫测的感觉，它研究的大都是遥不可及的东西，不能用尺量，不能用称约，只能远远地看着，有关它的知识全靠人们依据观测推理取得。天文学（定义）是研究宇宙间天体（天体、天体系统以至整个宇宙）的科学。它研究天体的位置和运动，研究它们的化学组成、物理状态和过程，以及它们的结构和演化。天文学研究的对象主要是小行星、行星、太阳、恒星、银河系、河外星系等。
认识宇宙，要先从我们居住的地球开始。大家知道，我们居住的地球，是太阳系行星之一，那么太阳系的行星中其它行星是怎么被发现的呢？到底是谁首次发现金木水火土五颗行星的，现在已经无法考证；但可以确知的是1871年3月13日，英国天文学家赫歇尔首次发现了天王星；1846年9月23日，德国天文学家伽勒发现了海王星。除了我们熟知的大行星，到2009年，已经被确认存在的小行星数量已达到84万。
借助科技力量，让我们越看越远
仰望星空，肉眼的观察早已无法满足我们的好奇心了，于是，聪明的人类就发明了望远镜。从伽利略式望远镜、开普勒式望远镜到射电望远镜、哈勃空间望远镜、空间天文望远镜，人类能看到的宇宙也越来越大，越来越远。
到目前为止，我国建立了许多射电望远镜天文台，如紫金山天文台青海德令哈13.7米毫米波望远镜；上海天文台余山25米厘米波望远镜；乌鲁木齐南山25米厘米波射电望远镜；云南天文台昆明40米射电望远镜；国家天文台密云50米射电望远镜；上海65米射电望远镜；国家天文台贵州大学天文联合研究中心，贵州平塘500米球面射电望远镜（FAST）。
世界最大的500米口径球面射电望远镜（FivehundredmetersApertureSphericalTelescope），简称FAST。它座落于贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县克度镇大窝凼洼地，由我国天文学家于1994年提出构想，从预研到建成历时22年，2016年9月25日落成启用。为纪念FAST的建设，2013年5月23日，国际天文学联合会（IAU）国际小行星中心公报，宇宙中编号为第92209号的小行星正式命名为“平塘星”，可见FAST的建设不但是我国天文界的大事，也是世界天文界的盛事。
FAST比德国波恩100米望远镜灵敏度提高约10倍；与美国Arecibo300米望远镜相比，综合性能提高约10倍，在未来20-30年都将保持世界一流设备的地位。如果天体在宇宙空间均匀分布，FAST可观测目标的数目将增加约30倍。FAST是中国科学院国家天文台主导建设，具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜，被誉为“中国天眼”，体现了三个自主创新：1.利用独一无二的贵州天然喀斯特洼地台址；2.应用主动反射面技术在地面改正球差；3轻型索拖动馈源支撑将万吨平台降至几十吨。
500米口径球面射电望远镜到底有多大呢？其接收面约有30个足球场大小。从天空看FAST，它就像一口巨大无比的锅，周长达到1570米，要1000.多人手拉手才能环抱起来。如果用这口锅装满贵州出产的国酒茅台，能装下整整300亿瓶。
这么大的望远镜能发挥多大的作用呢？科学家们对它寄予了很高的期望。简单概括为以下几个方面：
1.FAST有能力将中性氢观测延伸至宇宙边缘。
2.能用一年时间发现数千颗脉冲星（宇宙中旋转最快的天体、旋转冠军）。
3.参与地外文明搜寻。
4.将深空通讯能力延伸至太阳系外缘行星。
不是为了“外星人”而是为了“脉冲星”
天文学的概念范文4
关键词：《天体力学》；课程建设；教学方法
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）05-0058-02
一、引言
天体力学是应用力学规律研究天体的运动和形状的一门学科，是天文学的一个分支，同时又与数学和物理学的关系密切。天体力学诞生于1687年，但作为学科名称是拉普拉斯于1798年首次提出的[1]。天体力学的基本理论虽然源于对自然天体的研究，但同样适用于人造天体。随着卫星技术的广泛应用，现代天体力学与航天科学、大地测量学和地球物理学等学科相互交叉，形成了一些共同的研究领域。因此，天体力学不仅是天文学专业必修的专业基础课，也是其他相关专业的重要选修课。天体力学涉及的内容广泛，理论性强，公式复杂，对于非天文专业的学生而言，天体力学是一门难度较大的课程。由于教学对象和教学目标不同，非天文专业开设的《天体力学》课程不可能照搬天文学专业的课程体系，而必须结合自身专业特点和需求进行课程体系建设。本文以武汉大学测绘学院天体力学课程为例，从教学目标、教学内容与教材、教学方法和考核等方面对非天文专业天体力学课程建设进行探讨，以供同行参考。
二、教学目标
武汉大学测绘学院开设天体力学课程主要针对测绘工程和地球物理两个本科专业。目前，全球卫星导航技术、遥感技术和卫星重力等现代卫星技术广泛用于测绘、地球物理领域的生产实践和科学研究，掌握基本的天体力学理论对于理解和掌握后续的专业课程具有重要作用。因此，天体力学是一门重要的专业基础课，一般在二年级下学期开设。通过本课程的教学，应达到以下目标：（1）使学生了解天体运动的基本规律，掌握天体运动的基本理论，为GPS原理及应用、卫星大地测量学、卫星重力学等后续专业课的学习奠定基础；（2）使学生了解天体力学的研究方法，通过一些理论公式的推导和天体运动规律的分析，增强学生科学理性的逻辑思维能力；（3）指导学生将天体力学基本理论应用于实际天体，利用案例介绍天体力学在本专业中的应用，培养学生独立分析与解决问题的能力。
三、教学内容与教材
人造天体的出现与电子计算机的广泛应用，极大扩展了天体力学的内容和应用范围，但是非天文专业天体力学课程不可能也没必要涉及天体力学的所有内容。结合专业特点和需求，选择的教学内容以经典天体力学的核心内容为主，即二体问题和摄动理论。考虑到非天文专业大学生的实际，教学内容侧重于基本概念和基础理论，并辅以所需的数学和物理学基础知识。表1列出了具体教学内容和课时安排。第1章绪论对课程进行概述，简要介绍天体力学的研究内容和发展历史。第2～3章是针对非天文专业学生缺乏相应基础而安排的数学、物理和天文学方面的基础知识。第4～6章是经典天体力学的主要内容，也是课程学习的重点。第7章是多体问题，重点介绍三体问题。第8章主要以地球为例介绍天体的形状与自转理论。教学内容由浅到深、由易到难逐渐递进，便于学生理解吸收。
国内天体力学的教材较少，而且由于出版时间较早现已经没有再版，如《天体力学引论》[2]、《天体力学基础》[3]。近年来，也鲜有天体力学方面的书籍出版。时间最近的天体力学书籍是2008年出版的《现代天体力学导论》[4]，但是该书专业性较强，主要介绍现代天体力学的内容和代表性研究成果，不适合作为非天文学专业本科生的教材。为了满足课程教学的需要，课程组在2006年就结合国内外资料编写了《天体力学》讲义，内容覆盖了所需的基础知识和天体力学基本理论，并添加在本专业的一些实际应用案例。经过多年的不断更新和完善，讲义基本具备了出版教材的条件。
四、教学方法与手段
1.合理利用计算机技术辅助教学。信息技术的发展及在教育教学领域的应用，导致了教学方法和手段的深刻变革，目前多媒体教学已成为课堂教学的主流方式。天体力学涉及不少抽象的天文学概念和复杂的空间关系，同时也有较多的公式，因此采用板书和多媒体相结合的方式更利于学生对课程内容的理解。对于一些重要公式的推导采用板书形式，这样容易引导学生的思路，增加与学生的互动。对于抽象的概念和理论，采用图片、动画和视频等多媒体资料进行讲解，不仅可以激发学生的学习兴趣，也有利于他们更好地理解和掌握。例如，第二章中的天球坐标系就涉及到天球上的许多点、线、面的概念，以及地平坐标系、赤道坐标系和黄道坐标系等多种天球坐标系的定义，采用传统方法讲授这些知识需要较多课时。而使用多媒体教学方式，只需几幅图片和一个动画就可以将这些坐标系的定义及相互关系形象直观地展现出来，极大提高了教学效率。另外，还可以编写一些程序或运用专业仿真软件（如STK卫星工具箱[5]）对某些教学内容进行演示，增进学生的感性认识，如天体的运行轨道模拟、摄动力对轨道的影响等内容。
2.理论联系实际，注重培养知识运用能力。天体力学课程是一门公式多、理论性强、逻辑严密的理论课。但是如果过多地讲授理论和公式推导，学生听课会觉得枯燥无味，学习兴趣下降，导致教学效果不佳。授课过程中应注重理论知识与实际应用的联系，特别是增加与本专业相关的一些应用或者是当前的热点问题。例如，讲授卫星轨道的相关知识时可以介绍嫦娥探月卫星轨道设计等实际问题，讲授轨道摄动问题时可以介绍卫星轨道摄动在确定地球重力场方面的应用。还可以采用案例教学法对一些公式较多的知识点进行教学，例如天体星历的计算，给定某实际天体运行轨道的轨道根数，让学生编程计算该天体在任意时刻的位置。通过介绍应用案例或者让学生自己动手解决实际问题，能激发学生的学习兴趣，增强对知识的理解。
3.利用灵活多样的考核方式保障课程教学质量和学生的学习效果。课程考核是实现教学目标和检验学生学习效果的一种手段，是课程教学的一个重要环节。为了避免传统期末考试“一考定成绩”的诸多弊端，本课程采用多元的考核方式，课程成绩由平时成绩和期末考试成绩两部分组成，分别占总成绩的45%和55%。平时考核可采取考勤、作业、课堂演讲与讨论、编程实验等多种形式，对于全面了解学生的学习状况和教师的授课效果非常有效，同时也可减小学生对考试的畏惧心理，避免考前突击行为。期末考试可采用开卷、半开卷和闭卷三种形式。开卷考试以应用题为主，题目覆盖课程的主要知识点，但又不能在学生携带的参考资料中找到完整的考题答案，以考察学生运用所学知识分析问题、解决问题的能力。半开卷形式则允许学生考试时将自己觉得重要的公式和理论抄写在一张纸上带进考场，这种方式有利于使学生理解知识点之间的联系，全面系统地复习、归纳和总结知识体系。闭卷形式虽然要求学生不准携带任何资料进入考场，但是为了避免学生对理论和公式死记硬背，试卷中会给出可能用到的重要公式，从而引导学生在学习过程中着重对知识点的理解、分析和运用。
五、结语
《天体力学》课程专业性较强，开设该课程的多为天文学专业。非天文专业开设《天体力学》，无论是教学内容还是教学方法，都没有经验可以借鉴。我院开设该课程已近十年，在课程建设方面进行了一系列教改实践，并取得了良好效果。学生学习该课程后掌握了本专业所需的基本知识，有的学生因此喜欢上天文专业并考取了该专业的研究生。本文在多年的教学实践基础上，在教学内容、教学方法和教学手段、考核方式等方面总结了教学经验，为非天文类的其他相关专业开设《天体力学》课程提供了参考。
参考文献：
[1]易照华.天文动力学和天体力学[J].云南天文台台刊，2002，（3）：1-8.
[2]易照华.天体力学引论[M].北京：科学出版社，1978.
[3]易照华.天体力学基础[M].南京：南京大学出版社，1993.
[4]孙义燧，周济林.现代天体力学导论[M].北京：高等教育出版社，2008.
[5]张文昭，高健.STK卫星仿真软件在天体力学教学中的应用[J].实验技术与管理，2013，30（2）：118-121.
天文学的概念范文5
三角测量在我国出现得很早.据《史记・夏本记》记载，早在公元前2000年，大禹就利用三角形的边角关系，来进行对山川地势的测量.《周髀算经》讲得更详细.后来《九章算术》勾股章，专列了八个测量问题，详细介绍了利用直角三角形的相似原理，进行测量的方法.后来的《海岛算经》等都是进行三角测量的记载史料.可见我国对三角学研究开始得很早.
在三角学的基本函数中，最早开始独立研究的是正弦函数.正弦概念的形成是从造弦表开始的.公元前2世纪古希腊天文学家希帕克为了天文观察的需要，着手造表工作.这些成果是从托勒密的遗著《天文集》中得到的.托勒密第一个采用了巴比伦人的60进位制，把圆周分为360等份，但他并没给出“度”“分”“秒”的名词，而是用“第一小分”“第二小分”等字样进行描述.在1570年曲卡拉木起用了“°”的符号来表示“度”，以及“分”“秒”等名称．书中又给出了“托勒密定理”来推算弦、弧及圆心角的关系及公式.
第一张正弦表由印度的数学家阿耶波多（约476－550年）造出来的.虽然他直接接触了正弦，但他并没有给出名称.他称连接圆弧两端的直线为“弓弦”，后来印度著作被译成阿拉伯文.12世纪，当阿拉伯文被译成拉丁文时，这个字被译成sinus，这就是“正弦”这一术语的来历.1631年邓玉函与汤若望等人编《大测》一书，将sinus译成“正半弦”，简称为正弦，这是我国“正弦”这一术语的由来.
早期人们把与已知角α相加成90°角的正弦，叫做α 的附加正弦，它的拉丁文简写为sinusco或cosinus，后来便缩写成cos.
天文学的概念范文6
“天外有天”
在伽利略之前，沉迷于夜空世界的天文学者只能用他们的肉眼来观察天空。伽利略自制的望远镜所放大的倍率在今天看来小得可怜，但在人类科学史上却引发了一场革命。
人类对天空的关注同文明的历史一样久远。为了知道日期，季节，何时播种，何时过冬，人们总是仰望苍穹，从闪闪的星空寻找答案。为了便利地观测天象，古代天文学家修建了观象台，借助各种记录天体方位的仪器，记下了他们所看到的日月星辰的位置、运动以及日食、彗星，新星等特殊天象。
观测天象不仅有实用的目的，更重要的是星空从来都是人类好奇心和想象力的源泉。
1608年，荷兰人里帕席发明了一种奇妙的“光管”能够把远处物体放大，并为此申请了专利。
1609年，意大利物理学家伽利略听说此事后，经过研究独立制成一架口径4.4厘米，长1.2米，放大率32倍的望远镜。当他把望远镜指向天空时，很快就发现银河原来由数不清的星星组成，月亮并不是亚里士多德所说的那样完美。
望远镜的威力来源于它收集光线的面积远远超过人眼的瞳孔，望远镜口径越大，看得就越远，也越清楚。这就是后来望远镜越做越大的原因。
英国科学家牛顿使天文学发生了一场革命，他发现了万有引力定律和光的色散，发明了镜筒短、无色差、后来成为主流的反射式望远镜。100年以后，威廉・赫歇尔用自制的望远镜发现了天王星，他还建成了当时世界上最大的反射望远镜，首次通过观测证实了银河系的恒星呈扁平状分布。
后来在爱尔兰，罗斯伯爵三世又建了一个更大的望远镜，1845年它被建在比尔城堡的两面石墙之间，正是这架望远镜发现了第一个不是模糊一团，而是有结构的星云。
19世纪中叶以后，随着科学技术的发展和工艺制造水平的提高，使人们建造大型精密的望远镜成为了可能。天文观测水平相应大幅提高，天文学家发现水星近日点运动中存在牛顿力学无法解释的部分。电磁现象的研究也使经典物理学的绝对时空观遇到了前所未有的困难。时代造就了天才的爱因斯坦，他提出的狭义相对论和广义相对论，对20世纪人类科学的飞速发展产生了深远影响。
19世纪末20世纪初，天文学还得到了两个革命性的工具，一个是光谱学，通过分析天体的光谱人们就可以知道它的物理性质、化学组成和运动速度。另一个是照相术，它比目测更具积累性和客观性。1920年代，埃德温・哈勃正是借助这两种工具，从威尔逊山的2.5米望远镜中发现，仙女座星云其实是由大量恒星组成的，而且距离远远超过银河系的尺度。人们终于知道银河系外“天外有天”的事实了。
三次飞跃
哈勃为现代宇宙学奠定了观测基础；射电望远镜的发明，为如同被关在黑屋子里窥探外界的人类打开了一扇大窗；而空间望远镜的发射，更激发了无数人对探索宇宙的渴望。
1929年，哈勃在威尔逊山天文台观察了18个星系的光谱，发现都明显向红端移动，说明这些星系都在以极大速度离我们而去，而且星系离我们越远，退行速度越快，这意味着宇宙正在膨胀。哈勃的这一重要发现，为现代宇宙学奠定了观测基础。
哈勃的成就激励了全世界建造更大望远镜的决心，可是一个偶然的发现，改变了人们建造望远镜的思路。
1932年，美国贝尔电话公司的卡尔・央斯基为了要找出无线电长途电话的干扰来源，无意中发现了来自银河系中心的无线电波，天文学家对宇宙无线电波产生了兴趣。
第二次世界大战是人类的劫难，但是战争也促进了军事技术的革新，从而带动了科学的进步。1942年2月，他们发现雷达信号会受到来自太阳黑子和耀斑的干扰。这样，战后雷达变身为射电望远镜，给天文望远镜的发展带来了第二次飞跃。
在过去几百年中，天文观测仍脱离不了“可见光”的范围。事实上除了可见光之外，宇宙仍存在着各种射线如γ射线、X射线、紫外线、红外线和无线电波如长波、短波及超短波等等。仅无线电可以观测的有效波长区就是可见光的109倍。人们形容用可见光的波长来观测宇宙，就如同被关在黑屋子里的人从门缝看房子外面的一切。射电望远镜的发明，犹如给这间黑屋开了一扇大窗子。
不过由于地球大气的影响，大部分短波长的紫外线及X射线无法到达地面。为了要观测它们，唯一的办法是到大气层外去。航天技术给望远镜带来了第三次也是最彻底的一次飞跃。
1970年12月美国天文学家贾可尼领导发射了一个名为“自由号”的X射线卫星，随着它和后来的“爱因斯坦天文台”发射升空，数千个新的X射线源被发现，而这些发射X射线的天体中，便包含着宇宙中最神秘的“黑洞”现象。
下一个具里程碑意义的空间望远镜发射于1990年4月25日，由美国宇航局主持建造的巨型空间天文台――口径2.4米、工作波长从紫外到近红外的哈勃空间望远镜，由航天飞机运载升空。它耗资30亿美元，是目前所有天文观测项目中规模最大、投资最多、最受公众注目的一项。
哈勃空间望远镜不仅取得了丰硕的科学研究成果，还以它拍摄的令人称奇的宇宙照片激发了无数人对探索宇宙的渴望。
地面望远镜的发展也在一日千里地进步，为了随时校正镜面的重力和温度变形，镜面背后安装了一排排计算机指挥的传感器。而位于智利的由4台8米望远镜组成的VLT望远镜，甚至在激光星的帮助下，使镜面产生相应形变来补偿大气扰动的影响。这些称为“主动光学”和“自适应光学”的新技术使望远镜的分辨率达到和空间望远镜媲美的水平，使人类的视野能够达到遥远的宇宙边缘。
未来“巨无霸”
现在仍在空间轨道上运转的望远镜，如哈勃、斯必泽、钱德拉等，仍然会不断取得令人惊叹的数据。而未来的太空望远镜，在得到“自适应光学技术（AO）”支撑的时候，将迎来巨无霸时代。
400年来，望远镜的巨大进步不断扩展着我们的视野，引导了人类宇宙概念的革命，推动了科学技术和社会的发展。
21世纪，人类又有了更新更宏伟的望远镜建造计划：
大麦哲伦望远镜（GMT）
由美国的华盛顿卡内基研究所等8个单位与澳大利亚国立大学合作的望远镜计划，由7面8.4米口径反射镜片构成，每一个镜片的大小都与已在使用的大双筒望远镜（LBT）的相同。
当24.5米口径的GMT把所有的光都集中起来时，其光力相当于其前辈、智利拉斯康帕纳斯天文台6.5米口径Walter Baade望远镜和Landon Clay望远镜所能达到聚光力的11倍。使用了自适应光学技术后，其探测暗弱天体的速度要快出130倍。
30米望远镜（TMT）
下一个十年的中期，拥有492个巨大组件的30米望远镜（TMT）睁开它的巨眼的时候，它能收集到比10米凯克望远镜强9倍的星光，拍摄的天体星等更要暗上2.5等（也就是10倍），分辨率则要高出3倍。
TMT的主要目标是在近红外波段用前所未有的精度穿透宇宙深处。巨大的薄镜面阵列将巧妙排列以便可以使用自适应光学技术。TMT的分辨率将达到哈勃望远镜的10倍。
欧洲超大望远镜（E－ELT）
它巨大的镜面跨度42米，由906块六边形的小镜片组成。它是100多位欧洲南方天文台（ESO）天文学家集体智慧的结晶，估计“开光”要到2017年。
欧空局100米望远镜计划
欧洲空间局计划投资10亿欧元建设口径100米，聚光面积大于6000平方米的世界上最大的光学/红外望远镜。
中国研制中的大型望远镜
目前世界上最大的单口径射电望远镜是美国建造的口径305米阿雷西博望远镜，而中国准备利用贵州天坑建设口径500米，比阿雷西博更大、技术更先进的FAST望远镜。建成后，它将成为世界上规模最大、灵敏度最高的单口径射电望远镜，预计2014年投入使用。
（摘自10月20日《文汇报》本文资料由中科院国家天文台资料提供）
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建造巨型光学天文望远镜的最大挑战
建造巨型光学天文望远镜最大的挑战是磨制巨大的高精度光学镜片，望远镜的镜片越大，功能就越强，为了看得更远更清晰，巨型望远镜的制造者们将磨制巨镜的工程学发展到了极限，他们追求巨镜又要维持精确的形状，让光线正确地聚焦，而做到这一点极为困难，因为大镜片和精确的形状原是相互矛盾的，在夜间观测温度逐渐下降的情况下，镜片的玻璃会收缩，且薄的部分收缩得快，导致镜面变形，镜片的直径愈大，形状就愈难以保持精确，影像愈容易扭曲，为此天文学家常常采用各种新型材料：耐热玻璃、玻璃陶瓷和石英等，用它们制作的镜片一般不易变形。
