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天文學(xué)的定義范文第1篇

關(guān)鍵詞：光譜分析軟件天文學(xué)研究應(yīng)用探索

21世紀(jì)以來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于科學(xué)信息及宇宙探索的渴望，使得天文學(xué)以驚人的速度快速發(fā)展。天文觀測(cè)進(jìn)一步從可見(jiàn)光、射電波段擴(kuò)展到包括紅外、紫外、X射線和γ射線在內(nèi)的電磁波各個(gè)階段，形成了全波段天文光譜學(xué)，并為探索各類天體和天文現(xiàn)象的物理本質(zhì)提供了強(qiáng)有力的觀測(cè)手段。

一、光譜分析數(shù)據(jù)的形成

對(duì)于天體光譜分析數(shù)據(jù)的有效研究表明，光譜分析數(shù)據(jù)是按照波長(zhǎng)的有序排列來(lái)表示的天體電磁輻射，是一系列有連續(xù)性的數(shù)據(jù)，在每一處的波長(zhǎng)中所對(duì)應(yīng)的的有效流量是不同的。天文學(xué)家利用光譜信息軟件，可以對(duì)宇宙中物質(zhì)的分布特征進(jìn)行相關(guān)研究及數(shù)據(jù)收集，同時(shí)可以對(duì)天體的形成及隨時(shí)間的演化等重大科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行初步的探索，并為進(jìn)一步的探索打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

二、光譜分析數(shù)據(jù)的特征提取方法

特征提取是光譜分析軟件應(yīng)用中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘的重要一步。對(duì)于海量天體光譜數(shù)據(jù)處理的效率及準(zhǔn)確性有著重要的影響，這一環(huán)節(jié)中包括轉(zhuǎn)換和選擇兩個(gè)步驟，首先著重提取與目標(biāo)有關(guān)的信息并進(jìn)行數(shù)據(jù)成分分析，剔除與當(dāng)前任務(wù)無(wú)關(guān)的信息，隨后將提取的信息轉(zhuǎn)化為適合分析研究的表達(dá)方式，以供研究，在這里主要介紹三種特征的表達(dá)方式：統(tǒng)計(jì)約簡(jiǎn)法、特征譜法、譜線法。

2.1統(tǒng)計(jì)約簡(jiǎn)法

這是在目前的實(shí)際探索中，應(yīng)用最廣泛的一種提取方式，它的優(yōu)點(diǎn)是便于操作及使用。使用過(guò)程是對(duì)天體輻射能量進(jìn)行分解、重組和取舍，盡可能的去除冗余和噪聲，并及時(shí)的將信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化。

2.2特征譜法

特征譜法可以看作是人工"光譜"，主要包括兩種構(gòu)造方法：一種是強(qiáng)調(diào)頻譜特征的準(zhǔn)確表征，相關(guān)研究者基于觀測(cè)光譜流量的中值法和幾何均值法研究了類星體特征普的構(gòu)造；第二種是強(qiáng)調(diào)對(duì)觀測(cè)光譜近似表達(dá)能力，這一方面的相關(guān)研究者根據(jù)PCA方法研究了恒星特定譜的構(gòu)造。

2.3譜線法

譜線法的優(yōu)點(diǎn)是物理意義強(qiáng)，易于解釋，但也有其相關(guān)的局限性：儀器、波長(zhǎng)和流量標(biāo)定情況對(duì)于譜線的描述影響較大等。

三、軟件簡(jiǎn)介

目前應(yīng)用較為廣泛且使用性能好的光譜分析軟件有以下7種：

3.1VOSpec軟件

VOSpec軟件在使用過(guò)程中，利用了光譜訪問(wèn)協(xié)議，對(duì)數(shù)據(jù)的組織功能強(qiáng)大，用戶在使用時(shí)可以通過(guò)天體名稱或坐標(biāo)在光譜庫(kù)中進(jìn)行有效的相關(guān)z索。VOSpec軟件標(biāo)準(zhǔn)功能主要有光譜分析和擬合光譜能量分布兩種，能夠?yàn)橛脩籼峁┛煽康墓庾V處理功能，在有效時(shí)間內(nèi)整合來(lái)自不同的數(shù)據(jù)提供者、波段和元數(shù)據(jù)光譜。

3.2VOSED軟件

通過(guò)簡(jiǎn)單的光譜訪問(wèn)協(xié)議，VOSED軟件可以進(jìn)行在線查詢光譜信息，并及時(shí)合成光譜能量分布。目前，VOSED軟件有兩種工作模式：?jiǎn)文繕?biāo)模式和多目標(biāo)模式。單目標(biāo)模式是指用戶在輸入目標(biāo)名稱后，VOSED通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)現(xiàn)實(shí)該目標(biāo)的的相關(guān)信息；多目標(biāo)模式是指，用戶在工作中可以實(shí)時(shí)的監(jiān)控查詢狀態(tài)，查詢結(jié)束后可以創(chuàng)建相關(guān)的壓縮文件。VOSED的查詢界面和顯示界面如下圖：

3.3Spec View軟件

Spec View軟件不僅能夠讀取哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)格式，還可以讀取其他科學(xué)設(shè)備的光譜，并通過(guò)虛擬天文臺(tái)查詢并讀取數(shù)據(jù)。它的功能主要包括：光譜單位轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、繪圖注釋、可視化參數(shù)自定義、平鋪繪圖等。

3.4Iris軟件

Iris軟件主要有NED數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)可視化和自定義、光譜模型擬合光譜能量分布和非常規(guī)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換工具四個(gè)特點(diǎn)。Iris可以讀取多個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)源或光譜能量分布，用戶可以通過(guò)Iris的紅移法、插值法、集成法三種方法來(lái)創(chuàng)建光譜能量分布。

3.5SPLAT軟件

SPLAT軟件在工作過(guò)程中能夠同時(shí)讀取多個(gè)光譜，并進(jìn)行單個(gè)或多個(gè)顯示。它的功能主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：查詢和下載光譜的簡(jiǎn)單光譜訪問(wèn)協(xié)議；在桌面上使用的簡(jiǎn)單應(yīng)用程序傳遞消息。

3.6CASSIS軟件

CASSIS軟件主要有譜線認(rèn)證、構(gòu)造任何望遠(yuǎn)鏡的理論光譜、比較望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)和和各種模型光譜數(shù)據(jù)及估計(jì)光譜物理參量四個(gè)特點(diǎn)，可以通過(guò)簡(jiǎn)單應(yīng)用程序消息傳遞協(xié)議使數(shù)據(jù)在不同的天文軟件間傳遞和交互操作。

3.7ASERA軟件

ASERA軟件的特點(diǎn)：譜線能夠隨鼠標(biāo)而動(dòng)，同時(shí)紅移值自動(dòng)給出；自定義可視化；批處理程序，可以同時(shí)處理多個(gè)光譜；光譜平滑等。用戶借助ASERA軟件可以輕松識(shí)別光譜和估測(cè)紅移，尤其對(duì)低質(zhì)量光譜的識(shí)別。

結(jié)束語(yǔ)：

在未來(lái)的天文學(xué)發(fā)展中光譜軟件的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛，相信隨著天文學(xué)家和研究者的互動(dòng)，光譜分析軟件會(huì)朝著方便快捷、強(qiáng)大有效的方向繼續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

天文學(xué)的定義范文第2篇

關(guān)鍵詞：《天體力學(xué)》；課程建設(shè)；教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）05-0058-02

一、引言

天體力學(xué)是應(yīng)用力學(xué)規(guī)律研究天體的運(yùn)動(dòng)和形狀的一門(mén)學(xué)科，是天文學(xué)的一個(gè)分支，同時(shí)又與數(shù)學(xué)和物理學(xué)的關(guān)系密切。天體力學(xué)誕生于1687年，但作為學(xué)科名稱是拉普拉斯于1798年首次提出的[1]。天體力學(xué)的基本理論雖然源于對(duì)自然天體的研究，但同樣適用于人造天體。隨著衛(wèi)星技術(shù)的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)代天體力學(xué)與航天科學(xué)、大地測(cè)量學(xué)和地球物理學(xué)等學(xué)科相互交叉，形成了一些共同的研究領(lǐng)域。因此，天體力學(xué)不僅是天文學(xué)專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是其他相關(guān)專業(yè)的重要選修課。天體力學(xué)涉及的內(nèi)容廣泛，理論性強(qiáng)，公式復(fù)雜，對(duì)于非天文專業(yè)的學(xué)生而言，天體力學(xué)是一門(mén)難度較大的課程。由于教學(xué)對(duì)象和教學(xué)目標(biāo)不同，非天文專業(yè)開(kāi)設(shè)的《天體力學(xué)》課程不可能照搬天文學(xué)專業(yè)的課程體系，而必須結(jié)合自身專業(yè)特點(diǎn)和需求進(jìn)行課程體系建設(shè)。本文以武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院天體力學(xué)課程為例，從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容與教材、教學(xué)方法和考核等方面對(duì)非天文專業(yè)天體力學(xué)課程建設(shè)進(jìn)行探討，以供同行參考。

二、教學(xué)目標(biāo)

武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院開(kāi)設(shè)天體力學(xué)課程主要針對(duì)測(cè)繪工程和地球物理兩個(gè)本科專業(yè)。目前，全球衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)、遙感技術(shù)和衛(wèi)星重力等現(xiàn)代衛(wèi)星技術(shù)廣泛用于測(cè)繪、地球物理領(lǐng)域的生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)研究，掌握基本的天體力學(xué)理論對(duì)于理解和掌握后續(xù)的專業(yè)課程具有重要作用。因此，天體力學(xué)是一門(mén)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，一般在二年級(jí)下學(xué)期開(kāi)設(shè)。通過(guò)本課程的教學(xué)，應(yīng)達(dá)到以下目標(biāo)：（1）使學(xué)生了解天體運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，掌握天體運(yùn)動(dòng)的基本理論，為GPS原理及應(yīng)用、衛(wèi)星大地測(cè)量學(xué)、衛(wèi)星重力學(xué)等后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)；（2）使學(xué)生了解天體力學(xué)的研究方法，通過(guò)一些理論公式的推導(dǎo)和天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的分析，增強(qiáng)學(xué)生科學(xué)理性的邏輯思維能力；（3）指導(dǎo)學(xué)生將天體力學(xué)基本理論應(yīng)用于實(shí)際天體，利用案例介紹天體力學(xué)在本專業(yè)中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析與解決問(wèn)題的能力。

三、教學(xué)內(nèi)容與教材

人造天體的出現(xiàn)與電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，極大擴(kuò)展了天體力學(xué)的內(nèi)容和應(yīng)用范圍，但是非天文專業(yè)天體力學(xué)課程不可能也沒(méi)必要涉及天體力學(xué)的所有內(nèi)容。結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)和需求，選擇的教學(xué)內(nèi)容以經(jīng)典天體力學(xué)的核心內(nèi)容為主，即二體問(wèn)題和攝動(dòng)理論?？紤]到非天文專業(yè)大學(xué)生的實(shí)際，教學(xué)內(nèi)容側(cè)重于基本概念和基礎(chǔ)理論，并輔以所需的數(shù)學(xué)和物理學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。表1列出了具體教學(xué)內(nèi)容和課時(shí)安排。第1章緒論對(duì)課程進(jìn)行概述，簡(jiǎn)要介紹天體力學(xué)的研究?jī)?nèi)容和發(fā)展歷史。第2～3章是針對(duì)非天文專業(yè)學(xué)生缺乏相應(yīng)基礎(chǔ)而安排的數(shù)學(xué)、物理和天文學(xué)方面的基礎(chǔ)知識(shí)。第4～6章是經(jīng)典天體力學(xué)的主要內(nèi)容，也是課程學(xué)習(xí)的重點(diǎn)。第7章是多體問(wèn)題，重點(diǎn)介紹三體問(wèn)題。第8章主要以地球?yàn)槔榻B天體的形狀與自轉(zhuǎn)理論。教學(xué)內(nèi)容由淺到深、由易到難逐漸遞進(jìn)，便于學(xué)生理解吸收。

國(guó)內(nèi)天體力學(xué)的教材較少，而且由于出版時(shí)間較早現(xiàn)已經(jīng)沒(méi)有再版，如《天體力學(xué)引論》[2]、《天體力學(xué)基礎(chǔ)》[3]。近年來(lái)，也鮮有天體力學(xué)方面的書(shū)籍出版。時(shí)間最近的天體力學(xué)書(shū)籍是2008年出版的《現(xiàn)代天體力學(xué)導(dǎo)論》[4]，但是該書(shū)專業(yè)性較強(qiáng)，主要介紹現(xiàn)代天體力學(xué)的內(nèi)容和代表性研究成果，不適合作為非天文學(xué)專業(yè)本科生的教材。為了滿足課程教學(xué)的需要，課程組在2006年就結(jié)合國(guó)內(nèi)外資料編寫(xiě)了《天體力學(xué)》講義，內(nèi)容覆蓋了所需的基礎(chǔ)知識(shí)和天體力學(xué)基本理論，并添加在本專業(yè)的一些實(shí)際應(yīng)用案例。經(jīng)過(guò)多年的不斷更新和完善，講義基本具備了出版教材的條件。

四、教學(xué)方法與手段

1.合理利用計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助教學(xué)。信息技術(shù)的發(fā)展及在教育教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，導(dǎo)致了教學(xué)方法和手段的深刻變革，目前多媒體教學(xué)已成為課堂教學(xué)的主流方式。天體力學(xué)涉及不少抽象的天文學(xué)概念和復(fù)雜的空間關(guān)系，同時(shí)也有較多的公式，因此采用板書(shū)和多媒體相結(jié)合的方式更利于學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解。對(duì)于一些重要公式的推導(dǎo)采用板書(shū)形式，這樣容易引導(dǎo)學(xué)生的思路，增加與學(xué)生的互動(dòng)。對(duì)于抽象的概念和理論，采用圖片、動(dòng)畫(huà)和視頻等多媒體資料進(jìn)行講解，不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也有利于他們更好地理解和掌握。例如，第二章中的天球坐標(biāo)系就涉及到天球上的許多點(diǎn)、線、面的概念，以及地平坐標(biāo)系、赤道坐標(biāo)系和黃道坐標(biāo)系等多種天球坐標(biāo)系的定義，采用傳統(tǒng)方法講授這些知識(shí)需要較多課時(shí)。而使用多媒體教學(xué)方式，只需幾幅圖片和一個(gè)動(dòng)畫(huà)就可以將這些坐標(biāo)系的定義及相互關(guān)系形象直觀地展現(xiàn)出來(lái)，極大提高了教學(xué)效率。另外，還可以編寫(xiě)一些程序或運(yùn)用專業(yè)仿真軟件（如STK衛(wèi)星工具箱[5]）對(duì)某些教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行演示，增進(jìn)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，如天體的運(yùn)行軌道模擬、攝動(dòng)力對(duì)軌道的影響等內(nèi)容。

2.理論聯(lián)系實(shí)際，注重培養(yǎng)知識(shí)運(yùn)用能力。天體力學(xué)課程是一門(mén)公式多、理論性強(qiáng)、邏輯嚴(yán)密的理論課。但是如果過(guò)多地講授理論和公式推導(dǎo)，學(xué)生聽(tīng)課會(huì)覺(jué)得枯燥無(wú)味，學(xué)習(xí)興趣下降，導(dǎo)致教學(xué)效果不佳。授課過(guò)程中應(yīng)注重理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)系，特別是增加與本專業(yè)相關(guān)的一些應(yīng)用或者是當(dāng)前的熱點(diǎn)問(wèn)題。例如，講授衛(wèi)星軌道的相關(guān)知識(shí)時(shí)可以介紹嫦娥探月衛(wèi)星軌道設(shè)計(jì)等實(shí)際問(wèn)題，講授軌道攝動(dòng)問(wèn)題時(shí)可以介紹衛(wèi)星軌道攝動(dòng)在確定地球重力場(chǎng)方面的應(yīng)用。還可以采用案例教學(xué)法對(duì)一些公式較多的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)，例如天體星歷的計(jì)算，給定某實(shí)際天體運(yùn)行軌道的軌道根數(shù)，讓學(xué)生編程計(jì)算該天體在任意時(shí)刻的位置。通過(guò)介紹應(yīng)用案例或者讓學(xué)生自己動(dòng)手解決實(shí)際問(wèn)題，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)對(duì)知識(shí)的理解。

3.利用靈活多樣的考核方式保障課程教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。課程考核是實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)和檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的一種手段，是課程教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。為了避免傳統(tǒng)期末考試“一考定成績(jī)”的諸多弊端，本課程采用多元的考核方式，課程成績(jī)由平時(shí)成績(jī)和期末考試成績(jī)兩部分組成，分別占總成績(jī)的45%和55%。平時(shí)考核可采取考勤、作業(yè)、課堂演講與討論、編程實(shí)驗(yàn)等多種形式，對(duì)于全面了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況和教師的授課效果非常有效，同時(shí)也可減小學(xué)生對(duì)考試的畏懼心理，避免考前突擊行為。期末考試可采用開(kāi)卷、半開(kāi)卷和閉卷三種形式。開(kāi)卷考試以應(yīng)用題為主，題目覆蓋課程的主要知識(shí)點(diǎn)，但又不能在學(xué)生攜帶的參考資料中找到完整的考題答案，以考察學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。半開(kāi)卷形式則允許學(xué)生考試時(shí)將自己覺(jué)得重要的公式和理論抄寫(xiě)在一張紙上帶進(jìn)考場(chǎng)，這種方式有利于使學(xué)生理解知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，全面系統(tǒng)地復(fù)習(xí)、歸納和總結(jié)知識(shí)體系。閉卷形式雖然要求學(xué)生不準(zhǔn)攜帶任何資料進(jìn)入考場(chǎng)，但是為了避免學(xué)生對(duì)理論和公式死記硬背，試卷中會(huì)給出可能用到的重要公式，從而引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中著重對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解、分析和運(yùn)用。

五、結(jié)語(yǔ)

《天體力學(xué)》課程專業(yè)性較強(qiáng)，開(kāi)設(shè)該課程的多為天文學(xué)專業(yè)。非天文專業(yè)開(kāi)設(shè)《天體力學(xué)》，無(wú)論是教學(xué)內(nèi)容還是教學(xué)方法，都沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。我院開(kāi)設(shè)該課程已近十年，在課程建設(shè)方面進(jìn)行了一系列教改實(shí)踐，并取得了良好效果。學(xué)生學(xué)習(xí)該課程后掌握了本專業(yè)所需的基本知識(shí)，有的學(xué)生因此喜歡上天文專業(yè)并考取了該專業(yè)的研究生。本文在多年的教學(xué)實(shí)踐基礎(chǔ)上，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段、考核方式等方面總結(jié)了教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，為非天文類的其他相關(guān)專業(yè)開(kāi)設(shè)《天體力學(xué)》課程提供了參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]易照華.天文動(dòng)力學(xué)和天體力學(xué)[J].云南天文臺(tái)臺(tái)刊，2002，（3）：1-8.

[2]易照華.天體力學(xué)引論[M].北京：科學(xué)出版社，1978.

[3]易照華.天體力學(xué)基礎(chǔ)[M].南京：南京大學(xué)出版社，1993.

[4]孫義燧，周濟(jì)林.現(xiàn)代天體力學(xué)導(dǎo)論[M].北京：高等教育出版社，2008.

[5]張文昭，高健.STK衛(wèi)星仿真軟件在天體力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2013，30（2）：118-121.

天文學(xué)的定義范文第3篇

50年前，天文學(xué)再次迎來(lái)了一次里程碑式的進(jìn)展。33歲的加州理工學(xué)院教授施密特（Maarten Schmidt）使用當(dāng)時(shí)世界上最大的望遠(yuǎn)鏡——帕洛瑪天文臺(tái)的著名的200英寸（約合5米）海爾望遠(yuǎn)鏡，測(cè)量了一個(gè)類似恒星的奇異天體的光譜，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這顆“恒星”并非看起來(lái)那樣簡(jiǎn)單。三年后，施密特的發(fā)現(xiàn)使他登上了著名的《時(shí)代周刊》的封面，盡管當(dāng)時(shí)學(xué)術(shù)界對(duì)他和其他人的有關(guān)觀測(cè)結(jié)果依然百思不得其解。在那時(shí)，雖然人們尚未完全接受施密特的這一發(fā)現(xiàn)，但它將會(huì)為探索宇宙最遙遠(yuǎn)的地帶開(kāi)啟一扇大門(mén)。

尋找光學(xué)對(duì)應(yīng)體

射電天文學(xué)的出現(xiàn)為類星體的發(fā)現(xiàn)鋪平了道路。第二次世界大戰(zhàn)中雷達(dá)的迅猛發(fā)展，導(dǎo)致星空中的自然射電源被偶然發(fā)現(xiàn)。在接下來(lái)的數(shù)十年間，射電天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)了很大一部分天空。但是要深入了解一個(gè)單顆射電源，通常首先需要找到其光學(xué)對(duì)應(yīng)體，這是一項(xiàng)似易實(shí)難的任務(wù)。

直到上世紀(jì)70年代末，射電望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)結(jié)果還相對(duì)地比較粗糙。在高精度相干觀測(cè)法出現(xiàn)以前，射電天文學(xué)家們只能粗略地測(cè)出一個(gè)射電源的位置。要想在一片看似普通的恒星和星系中識(shí)別出射電源的光學(xué)對(duì)應(yīng)體是極為困難的，除非有一個(gè)明顯的異常光源正好和射電源的模糊位置相對(duì)應(yīng)。

天文學(xué)家Cyril Hazard發(fā)明了一種巧妙的射電源定位方法——月掩星法。當(dāng)月面從一個(gè)射電源前方經(jīng)過(guò)時(shí)，它的信號(hào)就會(huì)被立即遮掩，這時(shí)其位置就在月面邊緣所處的一段弧線上。當(dāng)該射電源在月面另一側(cè)重新出現(xiàn)，或者月面以稍有不同的路徑再次將其遮掩時(shí)，就能確定第二段弧線。這兩段弧線交點(diǎn)就是該射電源的準(zhǔn)確位置。

Hazard及其同事使用位于澳大利亞的著名的帕克斯射電望遠(yuǎn)鏡，觀測(cè)了射電源3C 273的的三次月掩星，3C 273代表《劍橋第三射電源表》上的第273個(gè)源，編號(hào)是以天置的赤經(jīng)排序的。他們對(duì)這個(gè)射電源的定位精度達(dá)到了亞角秒量級(jí)（如需了解更多關(guān)于Hazard工作的信息，可登錄skypub. com/3c273）。后來(lái)的觀測(cè)顯示，它與兩個(gè)可見(jiàn)光源對(duì)應(yīng)：3C 273 A看起來(lái)像是出自3C 273 B的一道纖細(xì)噴流，而后者則是一個(gè)相當(dāng)明亮的13等天體，看上去像是一顆恒星。3C 373 B不同于其它照片中恒星的點(diǎn)狀外觀，看起來(lái)似乎被包裹在一團(tuán)暗淡的模糊光斑中。

在帕洛瑪天文臺(tái)，施密特開(kāi)始著手研究這些光學(xué)對(duì)應(yīng)體的性質(zhì)。獲取了射電源的準(zhǔn)確位置后，他應(yīng)用了天文學(xué)中最強(qiáng)大的分析工具——光譜。不過(guò)他拍攝的可見(jiàn)光光譜反而讓問(wèn)題更復(fù)雜了。3C 273 B的光譜特征是完全陌生的，在人們預(yù)想的譜線位置上，居然是空白一片，什么也沒(méi)有。

不過(guò)幾周后，施密特發(fā)現(xiàn)，其實(shí)3C 273 B的光譜中有一組非常熟悉的譜線：氫原子光譜的巴耳末線系。不過(guò)它在光譜中紅移了16%。

一個(gè)學(xué)生最近提出一個(gè)問(wèn)題，為什么3C 273的紅移沒(méi)有被立即發(fā)現(xiàn)？畢竟，這種形式的發(fā)射譜線與恒星形成區(qū)和行星狀星云的譜線相似。類似的譜線在賽弗特星系中也能看到，賽弗特星系是擁有明亮星系核的近距離旋渦星系，后來(lái)證明這種星系是類星體的“失敗”近親，在一定意義上說(shuō)就是較暗弱的類星體。

要理解為什么說(shuō)施密特的發(fā)現(xiàn)是一項(xiàng)偉大的成就，可以先看一下后文中的原始資料。Schmidt必須首先拍攝光譜，而在1963年，對(duì)光譜的解釋工作更像是一門(mén)技巧，而不是科學(xué)。將200英寸海爾望遠(yuǎn)鏡獲取的光譜，與現(xiàn)代使用94英寸（約合2.4米）的Hiltner望遠(yuǎn)鏡上的CCD探測(cè)器記錄的光譜相比較，微弱的低對(duì)比度特征在CCD光譜中立即可以被認(rèn)出是發(fā)射線，而同樣的特征在攝影光譜中幾乎無(wú)法看出，即便高對(duì)比度的譜線也顯得十分彌散。

遙遠(yuǎn)而明亮的天體

為什么這16%的紅移令人吃驚？

天文學(xué)家早已知道宇宙膨脹可以導(dǎo)致遙遠(yuǎn)天體的光譜線發(fā)生紅移，結(jié)果就是越遙遠(yuǎn)的天體看起來(lái)其退行速度就越快。甚至在上世紀(jì)60年代初期，天文學(xué)家們就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了紅移高達(dá)20%的遙遠(yuǎn)星系團(tuán)，它們的紅移比3C 273更大。

不過(guò)這些星系團(tuán)并沒(méi)有3C 373的超高亮度。越遙遠(yuǎn)的天體看起來(lái)越暗弱，所以如果3C 373真的距離地球20億光年，那么它的亮度將至少是當(dāng)時(shí)已知的最明亮星系的40倍。

此外，施密特在他的原始論文中認(rèn)為，如果該類星體的噴流（3C 273 A）源于3C 273 B，那么它必須至少延伸16萬(wàn)光年。即使它以光速運(yùn)動(dòng)，這一噴流要想達(dá)到當(dāng)前的長(zhǎng)度也至少要16萬(wàn)年的時(shí)間；由于它的速度一定遠(yuǎn)不及光速，因而所需時(shí)間甚至肯定更長(zhǎng)。如果3C 273 B總是保持同一亮度，那么在這段時(shí)間內(nèi)，它輻射出的總能量將會(huì)比1億顆超新星的能量更大。盡管如此，施密特依然堅(jiān)持“最直接而至少可接受”的解釋，是3C 273的紅移是宇宙膨脹造成的。

但是，很多天文學(xué)家依然對(duì)它能夠在這樣長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生如此巨大的能量感到懷疑。尤其當(dāng)觀察到個(gè)別類星體在數(shù)天內(nèi)，而不是在數(shù)月或數(shù)年內(nèi)就發(fā)生了亮度變化時(shí)，問(wèn)題就變得更加復(fù)雜了。觀測(cè)結(jié)果顯示，某些天體居然在幾光天的空間范圍（差不多等于太陽(yáng)系的大?。﹥?nèi)，產(chǎn)生了和一個(gè)星系相當(dāng)?shù)墓舛?。是什么在如此小的空間內(nèi)制造了如此大的能量？

由于需要這么多的能量，有一些天文學(xué)家認(rèn)為，類星體的紅移也許并不是宇宙膨脹造成的。他們提出，類星體的距離可能并沒(méi)有那么遙遠(yuǎn)，也許它們就在本星系群附近。

當(dāng)時(shí)有三種可選擇的理論允許假定類星于鄰近宇宙之中：

一、類星體可能是以接近光速運(yùn)動(dòng)的鄰近天體。

二、類星體的光可能發(fā)生了引力紅移，由于黑洞的巨大引力，它在逃離過(guò)程中損失了能量。

三、類星體的紅移現(xiàn)象可能是由于某種未知的“新物理學(xué)”造成的。

不過(guò)這三種可能答案都存在疑點(diǎn)。如果類星體以接近光速運(yùn)動(dòng)，那么按照相對(duì)論，藍(lán)移的類星體將比紅移的類星體更容易被探測(cè)到，不過(guò)至今沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這種情況。這大大降低了類星體是鄰近天體的可能性。同時(shí)類星體的光被引力紅移的觀點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致各種矛盾：發(fā)出這種發(fā)射線所需的大量低密度氣體必須存在于一個(gè)強(qiáng)引力場(chǎng)中，而這么強(qiáng)的引力場(chǎng)會(huì)將物質(zhì)壓縮至無(wú)法形成發(fā)射線的極高密度。第三種解釋則純粹是一種猜想，沒(méi)有任何證據(jù)支持。

在施密特的發(fā)現(xiàn)以后，關(guān)于類星體紅移的論戰(zhàn)持續(xù)了15年，直到?jīng)Q定性證據(jù)出現(xiàn)，證實(shí)了類星體的確是非常遙遠(yuǎn)的天體。1978年，Alan Stockton（夏威夷大學(xué)）證實(shí)，類星體處在具有相同紅移的普通星系之中，有時(shí)候其紅移量甚至比預(yù)期的更大。

更多的證據(jù)進(jìn)一步證實(shí)了類星體的極遠(yuǎn)距離：Dennis Walsh（焦德雷班克天文臺(tái)）領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)證認(rèn)出了第一個(gè)因前景星系而發(fā)生引力透鏡作用的類星體，這種現(xiàn)象只能在宇宙學(xué)距離的前提下才能解釋。而在1982年，Todd Boroson和John Beverly Oke（帕洛瑪天文臺(tái)）研究了另一個(gè)著名類星體3C 48周圍的模糊光斑，證實(shí)那是來(lái)自其宿主星系的星光。

類星體的能源

如果說(shuō)類星體紅移是宇宙學(xué)性質(zhì)的，那么就存在一個(gè)能量來(lái)源的問(wèn)題。無(wú)論其能源是什么，它都必須能夠在一個(gè)太陽(yáng)系大小的很小體積內(nèi)釋放出巨大的能量。

幾位天體物理學(xué)家——蘇聯(lián)的Yakov Zel’dovich和Igor Novikov，康奈爾大學(xué)的Edwin Salpeter在1964年，英國(guó)劍橋大學(xué)的Donald Lynden-Bell在 1968年，分別獨(dú)立提出，唯一可行的解釋是氣體被吸積到數(shù)百萬(wàn)倍太陽(yáng)質(zhì)量的巨大黑洞之中。盡管根據(jù)定義黑洞不能發(fā)光，不過(guò)當(dāng)它吞食氣體時(shí)卻會(huì)變成強(qiáng)大的光源。當(dāng)氣體盤(pán)旋落入巨大黑洞中時(shí)，會(huì)釋放出重力勢(shì)能，形成覆蓋整個(gè)電磁波譜的輻射。

到了1984年，劍橋大學(xué)的著名天文學(xué)家馬丁 ·里斯令人信服地指出，星系核的任何活動(dòng)都不可避免地導(dǎo)致形成一個(gè)特大質(zhì)量黑洞。盡管直接的觀測(cè)證據(jù)依然并不充分，但天文學(xué)家們開(kāi)始傾向于接受特大質(zhì)量黑洞的吸積活動(dòng)是類星體能源的觀點(diǎn)，因?yàn)檫@種解釋是當(dāng)時(shí)僅剩的最后一種可能。

有意思的是，證實(shí)特大質(zhì)量黑洞存在的第一個(gè)有力證據(jù)并非來(lái)自類星體，而是它們看上去并不活躍的“同胞”。圍繞星系中心運(yùn)轉(zhuǎn)的氣體和恒星證明，幾乎所有大型星系的中央都寄宿著特大質(zhì)量黑洞。類星體與普通星系的唯一區(qū)別在于，它們的中心黑洞吞食物質(zhì)的多少。

類星體的結(jié)構(gòu)

多年來(lái)，天文學(xué)家逐漸梳理出了類星體的完整故事：這些奇異的天體如何演化，以及它們的真實(shí)面貌究竟如何。不過(guò)在回答這些問(wèn)題之前，首先要找到更多的類星體。

最初，天文學(xué)家們用射電波區(qū)分類星體與普通恒星。類星體的射電波來(lái)自其明亮的噴流，這種噴流是從星系中心爆射而出，進(jìn)入星系際空間中的。不過(guò)天文學(xué)家很快意識(shí)到，類星體的其它性質(zhì)，例如其特殊的光譜、多變性以及X射線發(fā)射等，都可以將它們從附近的恒星中區(qū)別出來(lái)。在這個(gè)過(guò)程中，他們發(fā)現(xiàn)，相對(duì)容易被找到的“射電強(qiáng)”（現(xiàn)在活動(dòng)星系核被分為“射電強(qiáng)”與“射電弱”兩類——編者注）的類星體其實(shí)只占全部數(shù)量的5%到10%。

到上世紀(jì)80年代初，各種觀測(cè)項(xiàng)目已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了數(shù)十萬(wàn)個(gè)類星體，目標(biāo)的距離也越來(lái)越遠(yuǎn)。斯隆數(shù)字化巡天是一個(gè)覆蓋全天四分之一的自動(dòng)觀測(cè)項(xiàng)目，它在過(guò)去8年間發(fā)現(xiàn)了超過(guò)12萬(wàn)顆類星體。隨著類星體的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)越來(lái)越完備，完整的演化過(guò)程也最終被勾畫(huà)了出來(lái)。

目前的理論認(rèn)為，在星系的形成時(shí)期，類星體就在星系核中開(kāi)始成長(zhǎng)，那時(shí)候宇宙的年齡只有數(shù)億年。30億年后，類星體的數(shù)量達(dá)到峰值。不過(guò)之后的數(shù)十億年里，由于特大質(zhì)量黑洞逐漸耗盡了氣體供給，導(dǎo)致其晚年變得越來(lái)越平靜。

事實(shí)上，類星體可能是被自己破壞的：極高的自身光度將正在被吸積的氣體加熱到極高的溫度，甚至將其完全吹走。結(jié)果就是黑洞的物質(zhì)供給不足，而在黑洞年輕時(shí)，卻因?yàn)檫@些燃料而有極高的亮度。曾在100億年前統(tǒng)治宇宙的類星體的全部遺骸，就是目前平靜地蟄伏于鄰近的大型星系中心的特大黑洞。

盡管目前沒(méi)有望遠(yuǎn)鏡可以在如此遠(yuǎn)的距離上直接拍攝到類星體的精細(xì)結(jié)構(gòu)，不過(guò)50年來(lái)的研究已經(jīng)找到了許多探索其真實(shí)面貌的間接方法。所有理論的基礎(chǔ)都一樣：那里有一個(gè)氣體吸積盤(pán)向特大質(zhì)量黑洞提供物質(zhì)。但是具體細(xì)節(jié)依然很難探究。

觀測(cè)顯示，一些類星體被一圈塵埃所包圍，特別是那些光度較低的類星體。塵埃環(huán)可能是吸積盤(pán)本身的延伸，也可能與吸積盤(pán)吹出的風(fēng)有關(guān)。無(wú)論哪種情況，這些塵埃若要存在，就必須遠(yuǎn)離吸積盤(pán)內(nèi)部的強(qiáng)光和高熱。從赤道方向透過(guò)這層阻礙觀察類星體，與從垂直方向看到的不同——許多經(jīng)常幫助我們識(shí)別類星體的重要特征，比如較寬的發(fā)射線，在垂直方向上都是看不到的。塵埃層可以幫助解釋類星體的種類變化。

天文學(xué)的定義范文第4篇

01火星甲烷

1976年7月20日，美國(guó)“海盜”號(hào)火星探測(cè)器登陸火星，它上面裝有美國(guó)科學(xué)家吉爾伯特·萊文設(shè)計(jì)的探測(cè)設(shè)備?？茖W(xué) 家一致認(rèn)為，如果探測(cè)設(shè)備在火星土壤中探測(cè)到含有碳14的甲烷輻射，那么火星上就一定存在生命?！昂１I”號(hào)的探測(cè)結(jié)果讓人振奮：它從火星表面鏟出了一些混有碳14養(yǎng)分的土壤，這表明有某種火星生物攝取了土壤養(yǎng)分，消化后排出了含有碳14的甲烷氣體。但是，“海盜”號(hào)火星探測(cè)器上還裝著另一個(gè)探測(cè)有機(jī)分子的設(shè)備，該設(shè)備卻顯示火星上沒(méi)有任何生命信息。

美國(guó)航空航天局的科學(xué)家起初對(duì)萊文的探測(cè)儀器表示懷疑，認(rèn)為它產(chǎn)生的數(shù)據(jù)也許是錯(cuò)的。但美國(guó)航空航天局最新的探測(cè)結(jié)果顯示，在過(guò)去，火星表面幾乎是濕潤(rùn)的，因此適合生命的存在。萊文說(shuō)：“每次火星探測(cè)行動(dòng)所得到的證據(jù)都在支持我的結(jié)論。沒(méi)有一項(xiàng)證據(jù)與我的結(jié)論相違背?！?/p>

美國(guó)南加利福尼亞大學(xué)的細(xì)胞生物學(xué)家喬·米勒對(duì)“海盜”號(hào)探測(cè)器獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新分析后認(rèn)為，排放物顯示出了某種生理節(jié)奏，這表明火星上極有可能存在生命。

02四中子

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2003年，法國(guó)的一個(gè)粒子加速器中檢測(cè)到了6個(gè)不應(yīng)該存在的粒子，它們被稱為“四中子”：即4個(gè)中子以不符合物理學(xué)法則的方式結(jié)合在一起。利用法國(guó)卡昂的粒子加速器工作的弗朗西斯科·米蓋爾·馬庫(kù)斯和他的同事目前正在努力重復(fù)這一過(guò)程。如果成功，這徹底改寫(xiě)物理學(xué)定律。

研究人員用鈹原子核撞擊碳原子，然后對(duì)射入粒子監(jiān)測(cè)器中的殘核進(jìn)行分析。他們?cè)詾闀?huì)看到4個(gè)獨(dú)立的中子撞到監(jiān)測(cè)器上，結(jié)果只在一個(gè)方向上看到了一次閃光。這次閃光的能量表明，4個(gè)中子同時(shí)抵達(dá)了監(jiān)測(cè)器。當(dāng)然，他們的發(fā)現(xiàn)可能是一次偶然事件：4個(gè)中子恰好同時(shí)抵達(dá)同一個(gè)地點(diǎn)，但出現(xiàn)這種情況的可能性極低。

也許會(huì)有人說(shuō)，這種可能性總比四中子的可能性要大，因?yàn)樵诹Ｗ游锢韺W(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型中，四中子不可能存在。如果允許4個(gè)中子結(jié)合在一起，會(huì)出現(xiàn)各種各樣的混亂局面。這就意味著大爆炸后的物質(zhì)形態(tài)與我們今天所看到的物質(zhì)形態(tài)是不一樣的。更糟糕的是，這種形態(tài)的物體很快就會(huì)變得過(guò)重，宇宙將難以承受。

但在這一推理中存在一個(gè)明顯的漏洞：目前的理論實(shí)際上是允許四中子存在的，不過(guò)只能在極為短暫的時(shí)間內(nèi)存在。而且有其他證據(jù)，比如中子星支持多中子物質(zhì)的存在。中子星是由大量中子聚合在一起形成的，這表明的確有一種無(wú)法解釋的力量在使中子們聚集到一起。

03“先驅(qū)者”號(hào)離奇失蹤

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美國(guó)“先驅(qū)者10”號(hào)太空探測(cè)器于1972年發(fā)射，“先驅(qū)者11”號(hào)太空探測(cè)器于1973年發(fā)射。如今兩個(gè)太空探測(cè)器都已永遠(yuǎn)消失在浩渺的外太空。在它們與人類失去聯(lián)系前的最后時(shí)刻，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)兩個(gè)太空探測(cè)器的運(yùn)行軌道都背離了原先按萬(wàn)有引力算出的軌道，可能有某種“神秘的力量”在推動(dòng)或拉扯著這兩個(gè)探測(cè)器，從而導(dǎo)致它們加速飛行。盡管這一加速度非常小，卻足以使“先驅(qū)者10”號(hào)偏離原先的軌道40萬(wàn)千米，“先驅(qū)者11”號(hào)也在1995年與地面失去聯(lián)系。沒(méi)人知道這是什么原因，一些可能的解釋，例如軟件錯(cuò)誤、太陽(yáng)風(fēng)影響、燃料泄漏等都已被排除。

要弄清這個(gè)問(wèn)題，有效的方法就是再向外太陽(yáng)系發(fā)射一艘太空船，以探測(cè)那兒是否存在不同尋常的重力影響，不過(guò)費(fèi)用高達(dá)3億至5億美元。

04柯伊伯峭壁

如果我們遨游到太陽(yáng)系的最邊緣，到達(dá)冥王星外面的寒冷空間，將看到一種奇怪的現(xiàn)象：在穿越充滿了冰巖的柯伊伯帶后，太空中突然空無(wú)一物。

現(xiàn)在，天文學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了大約1000顆海王外天體。這些天體中，只有大約20顆的近日距在46天文單位（1天文單位=05冷聚變科學(xué)界關(guān)于冷聚變的定義是，如果將鈀電極浸入重水，就能釋放出大量能量。給電極加上電壓，將促使氘核移向鈀分子，使它們克服自然的斥力聚合到一起，并在瞬間釋放出巨大的能量。為了驗(yàn)證核聚變能否在常溫下進(jìn)行，美國(guó)專家在1989年至1999年的10年中進(jìn)行了200多次實(shí)驗(yàn)。2004年12月，在對(duì)各種證149597870700米）以上，但沒(méi)有一顆的近日距超過(guò)47天文單位。這種情況表明，存在一個(gè)邊界明顯的外邊緣。天文學(xué)家將這一分界線稱為柯伊伯峭壁。

是什么力量造成了這種現(xiàn)象？唯一的解釋似乎是存在第九顆行星。它應(yīng)該是一顆和地球或火星同樣大小的星球，它的引力把這個(gè)地區(qū)的所有碎片一掃而光。但目前我們還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這樣的星球。

還有很多問(wèn)題，比如，柯伊伯帶是扁平的，還是像一個(gè)巨大的面包圈？它是連續(xù)地分布在一個(gè)環(huán)狀區(qū)域，還是不連續(xù)地分布在兩個(gè)環(huán)中？這些問(wèn)題都有待天文學(xué)家解答。

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05冷聚變

天文學(xué)的定義范文第5篇

    關(guān)鍵詞:公理化;幾何原本;西學(xué)中源;邏輯;傳播

    Abstract: In the late of Ming dynast and in the early of Qing dynast, much western scientific knowledge were introduced into China by missionaries, so the axiomatic method came to our country together. The axiomatic method really was useful to the development of modern science and technology, but then Chinese did not attach the importance on it. According the fact of then, we think there were three chief reasons. The first one is that the Chinese edition of Elements was very difficult to read, and the second one is the idea that all western knowledge originated from China belittle the axiomatic method, the third one is that no logic knowledge came with it then. These three reasons let the spread of axiomatic method stagnate for a long time.

    Key Words: Axiomatic method; Elements; the idea of all western knowledge originate from China; logic; spread

    一 引言

    明末清初,隨著大批西方傳教士航海東來(lái),大量的西方科技文獻(xiàn)也傳入到了中國(guó),特別是數(shù)學(xué)和天文,傳入的尤其多。由此,在西方社會(huì)盛行了多年,被當(dāng)時(shí)的科學(xué)界奉為圭臬的專門(mén)用來(lái)系統(tǒng)地整理知識(shí)和研究知識(shí)的公理化方法也來(lái)到了中國(guó)。這種方法中國(guó)古代沒(méi)有,其簡(jiǎn)便性、實(shí)用性和邏輯性為國(guó)人前所未聞,其在應(yīng)用的過(guò)程中體現(xiàn)出來(lái)的條理性和嚴(yán)謹(jǐn)性等特點(diǎn)也很好的彌補(bǔ)了我國(guó)古代科學(xué)研究方法的不足。所以,這種方法傳入之后,本應(yīng)受到極大的歡迎,并很快應(yīng)用到我們的科學(xué)研究中去才對(duì),但是,事實(shí)并非如此。公理化方法自從傳入之后,大約二百年的時(shí)間里,人們對(duì)其研究和應(yīng)用很少,就是知道的也并不多,以至于其默默無(wú)聞了很久。為什么呢?關(guān)于這個(gè)問(wèn)題的研究,顯然有助于我們理解當(dāng)時(shí)西方科學(xué)技術(shù)在我國(guó)的傳播,對(duì)于弄清楚當(dāng)時(shí)中西文化交流的很多問(wèn)題具有重要的作用。另外,關(guān)于此問(wèn)題,就目力所及尚無(wú)人深入研究,故本文擬就這個(gè)問(wèn)題作一探討,以求教于各位專家。

    二 公理化方法東來(lái)

    1583年,以意大利人利瑪竇為首的西方傳教士首次進(jìn)入中國(guó)大陸,開(kāi)始在我國(guó)傳教。起初,他們的傳教工作并不順利,國(guó)人不信任他們。由此,他們開(kāi)始轉(zhuǎn)變策略,給國(guó)人展示一些其從西方帶來(lái)的新奇物品,如地圖、日晷、星盤(pán)等,企圖以其高深的科技來(lái)吸引國(guó)人,喚起國(guó)人的對(duì)其教義的信任。實(shí)踐證明,此招果然奏效。其在當(dāng)時(shí)不僅吸引了不少平民百姓,而且也吸引了不少高級(jí)知識(shí)分子,如王泮、瞿太素等人。瞿太素甚至還拜利瑪竇為師,成了利瑪竇的學(xué)生。瞿太素是明末禮部尚書(shū)瞿景淳的二公子,從小聰敏伶俐,但他卻忤逆孔孟,偏愛(ài)煉金等奇技巧[1]。他拜在利瑪竇門(mén)下,主要是為了學(xué)習(xí)西方科技。然而,當(dāng)時(shí)的西方科技都是建立在西方流傳了近兩千年的歐氏幾何基礎(chǔ)上的。由此,學(xué)習(xí)之初,利瑪竇先給瞿太素講授了歐幾里德的《幾何原本》。在講授的過(guò)程中,瞿太素勤于筆記,細(xì)心整理,不久就寫(xiě)出了一個(gè)《幾何原本》第一卷的漢文本[2]。這是歷史上《幾何原本》在我國(guó)的第一次漢譯。據(jù)研究,在這個(gè)漢文本里面有定義、有概念、有公理、也有命題和證明,基本上就是后來(lái)徐光啟翻譯的《幾何原本》第一卷的樣子[3]。由此,那個(gè)時(shí)候歐洲的公理化方法就開(kāi)始傳入我國(guó)了。

    1599年利瑪竇到了南京,由于其前段時(shí)間不斷的宣揚(yáng)西方科技,也由于他的學(xué)生瞿太素的游說(shuō)和吹捧,其開(kāi)始名聲大噪。這樣,來(lái)向利瑪竇求學(xué)的人多了起來(lái)。這其中有一個(gè)叫張養(yǎng)默的,他原本是當(dāng)時(shí)著名的學(xué)者和醫(yī)生王肯堂的學(xué)生。王肯堂當(dāng)時(shí)不住在南京,拜會(huì)利瑪竇不方便,于是其便派遣了他的一個(gè)弟子來(lái)向利瑪竇學(xué)習(xí)。張養(yǎng)默聰敏努力,利瑪竇非常喜歡他,給他講授了不少西方科技知識(shí),當(dāng)然也包括歐氏幾何知識(shí)[4]。據(jù)載,張養(yǎng)默自己曾印刷了《幾何原本》第一卷。由此我們看出,在南京西方公理化方法又一次得到了傳播。

    1601年,利瑪竇到了北京,結(jié)識(shí)了李之藻等一批官員和知識(shí)分子,隨與他們經(jīng)常探討西方天文、地理和數(shù)學(xué)等。據(jù)載,當(dāng)時(shí)利瑪竇經(jīng)常參考的書(shū)籍是其在羅馬學(xué)院時(shí)期的老師克拉維烏斯神父的新書(shū)《論星盤(pán)》[5]。這是一本介紹天文儀器的書(shū),主要講述了如何制作星盤(pán)。但其在闡述的時(shí)候,完全采納了公理化方法,是按照《幾何原本》的形式寫(xiě)成的[6]。并且沒(méi)過(guò)多久,利瑪竇還在多種西方文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上寫(xiě)成了《天主實(shí)義》一書(shū),宣傳了天主教的旨義,用西方邏輯清晰地論證了上帝的存在[7]。所以,利瑪竇甫到北京即把公理化方法也傳播到了那里。

    1604年,徐光啟來(lái)到北京,不久即結(jié)識(shí)了利瑪竇。隨后他們共同探討各種學(xué)問(wèn)。那個(gè)時(shí)候徐光啟已經(jīng)入教,所以,其深知利瑪竇來(lái)京的實(shí)義。1606年徐光啟建議利瑪竇還是通過(guò)翻譯一些西方科技文獻(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)傳教目的更為有利。于是他們開(kāi)始翻譯《幾何原本》。之所以翻譯《幾何原本》,利瑪竇曾說(shuō):“中國(guó)人最喜歡的莫過(guò)于關(guān)于歐幾里德的《幾何原本》一書(shū)。原因或許是沒(méi)有人比中國(guó)人更重視數(shù)學(xué)了,雖然他們的教學(xué)方法與我們的不同;他們提出了各種各樣的命題,卻都沒(méi)有證明。這樣一種體系的結(jié)果是任何人都可以在數(shù)學(xué)上隨意馳騁自己最狂誕的想象力而不必提供確切的證明。歐幾里德則與之相反,其中承認(rèn)某種不同的東西,亦即:命題是依序提出的,而且如此確切地加以證明,即使是最固執(zhí)的人也無(wú)法否認(rèn)它們?！盵8]由此,一開(kāi)始,利氏就有傳入公理化方法的心意。

    到了1607年5月間,他們順利的翻譯成功了《幾何原本》前六卷。這六卷本的《幾何原本》是我國(guó)首次對(duì)西方數(shù)學(xué)較為系統(tǒng)的探討和介紹。其全面包含了歐幾里德《幾何原本》中為建立公理化方法而給出的概念、定義、公理、公設(shè)等。對(duì)于正文中給出的命題,完全采用西方邏輯給出了嚴(yán)格論證,完全使用了原來(lái)的排列順序。前六卷雖然只是平面幾何知識(shí),但在公理化的組織下,近180個(gè)命題已經(jīng)成為了一個(gè)緊密和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木W(wǎng)絡(luò)。所以,《幾何原本》前六卷的翻譯成功,標(biāo)志著公理化方法正式在中國(guó)著陸了。

    徐光啟對(duì)于《幾何原本》中使用的這種特殊的方法,以及這種方法在使用過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的優(yōu)越性應(yīng)該說(shuō)是很有感觸的。他在幾何原本雜議中說(shuō):“此書(shū)有四不必:不必疑,不必揣,不必試,不必改。有四不可得:欲脫之不可得,欲駁之不可得,欲減之不可得,欲前后更置之不可得?！盵9]由此看見(jiàn)徐光啟對(duì)公理化方法的推崇之意。

    在徐光啟和利瑪竇的推崇下,公理化方法在當(dāng)時(shí)也還是很有影響的。比如,在此后李之藻刻印的《渾蓋通憲圖說(shuō)》、《圓容較義》、《同文算指》中和徐光啟編著的《測(cè)量異同》、《勾股義》、《簡(jiǎn)平儀說(shuō)》中,以及孫元化寫(xiě)成的《泰西算要》、《幾何體論》、《幾何用法》等書(shū)中經(jīng)?？吹焦砘椒ㄊ褂玫挠白拥?。當(dāng)時(shí)的學(xué)者——有的甚至不是天主教徒,如著名學(xué)者葉向高,也很喜愛(ài)《幾何原本》。可是,自此以后,誰(shuí)也沒(méi)料到,公理化方法就逐漸地沒(méi)落起來(lái)。從徐光啟以后的二百多年里,遍覽當(dāng)時(shí)國(guó)人撰寫(xiě)的科學(xué)和數(shù)學(xué)著作,除了數(shù)學(xué)證明被保留了下來(lái),其它的一些公理化的做法幾乎都遺失殆盡。盡管后來(lái)又有《崇禎歷書(shū)》的編寫(xiě)和《西洋新法歷書(shū)》的實(shí)施等活動(dòng)再次傳入公理化方法——給公理化方法的傳播注入強(qiáng)心劑,但這些都似乎于事無(wú)補(bǔ)。這樣的局面一直延續(xù)到清朝的中后期。

    公理化方法是近代西方科學(xué)技術(shù)發(fā)展過(guò)程中的一種非常重要的方法,它的理解和應(yīng)用與否將直接影響到由其組織起來(lái)的科學(xué)知識(shí)。所以,弄清楚公理化方法在中國(guó)開(kāi)始受零落的原因,可以更好地理解那個(gè)時(shí)代國(guó)人是如何學(xué)習(xí)和理解西方科技知識(shí)的,從而對(duì)那段歷史有一個(gè)更深刻的把握,下面我們就對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行分析。

    三 影響公理化方法在我國(guó)傳播的原因

    明末清初是一個(gè)政權(quán)交接、朝代更替的時(shí)期,此時(shí)即有政黨之間的斗爭(zhēng),也有學(xué)術(shù)派別之間的論辯,還有不同民族不同宗教不同文化之間的各種碰撞和紛爭(zhēng)等。所以,仔細(xì)分析起來(lái),影響公理化方法在我國(guó)傳播的因素應(yīng)當(dāng)是很多的。不過(guò),從當(dāng)時(shí)科學(xué)研究的環(huán)境和狀況出發(fā),這其中對(duì)公理化方法的傳播有直接影響的和重大影響的,我們認(rèn)為主要還是以下幾個(gè):

    1.漢譯《幾何原本》的生澀難讀阻礙了公理化方法的早期傳播

    在公理化方法傳入的過(guò)程中,我們看到,雖然也有其它的書(shū)籍帶入了公理化方法,但是,在早期關(guān)于公理化方法的描述、介紹以及應(yīng)用最好的、最深入的還是徐光啟與利瑪竇共同翻譯的《幾何原本》。當(dāng)時(shí),對(duì)公理化方法比較了解的人,如徐光啟、李之藻、孫元化等人,都是通過(guò)學(xué)習(xí)和研究《幾何原本》來(lái)達(dá)到目的的。利瑪竇在介紹天文學(xué)和其它知識(shí)的時(shí)候也間或有公理化方法的輸入,但由于都沒(méi)有《幾何原本》講解的清楚和深入,也都未有引起人們的廣泛重視。

    但是,利瑪竇和徐光啟翻譯的《幾何原本》是一本什么樣的書(shū)呢?雖然,關(guān)于《幾何原本》翻譯,利瑪竇曾高度贊揚(yáng)過(guò)徐光啟,說(shuō)他學(xué)習(xí)不久就能用清晰優(yōu)美的中文來(lái)寫(xiě)他學(xué)到的一切了[10]。后來(lái),梁?jiǎn)⒊苍f(shuō)他們二人翻譯的《幾何原本》是:“字字精金美玉,為千古不朽之作。”[11]但是,考慮到利瑪竇是外國(guó)人,并不熟悉中文,梁?jiǎn)⒊鳛槲膶W(xué)家未必通讀過(guò)《幾何原本》,他們的這些溢美之詞,未必可信。真實(shí)的情況是怎樣的呢?

    在幾何原本雜議中,徐光啟說(shuō):“(此書(shū))有三至三能:似至晦實(shí)至明,故能以其明明他物之至晦;似至繁實(shí)至簡(jiǎn),故能以其簡(jiǎn)簡(jiǎn)他物之至繁;似至難實(shí)至易,故能以其易易他物之至難?！谐跤[此書(shū)者,疑奧深難通,仍謂余當(dāng)顯其文句。余對(duì)之:度數(shù)之理,本無(wú)隱奧,至于文句,則爾日推敲再四,顯明極矣。尚未及留意,望之似奧深焉,譬行重山中,四望無(wú)路,及行到彼,蹊經(jīng)歷然。”[12]

    清朝初年,康熙皇帝請(qǐng)法國(guó)傳教士張誠(chéng)、白晉講授西方數(shù)學(xué),他們二人翻譯了另外一套《幾何原本》。在這一套的序言中他們說(shuō):“《幾何原本》(利瑪竇著,因文法不明,后生難解,故另譯)乃度數(shù)萬(wàn)物之根本……”[13]當(dāng)時(shí)的大數(shù)學(xué)家梅文鼎也曾說(shuō):“(幾何原本)行文古奧而峭險(xiǎn),學(xué)者多畏之?！盵14]

    由此看出,利瑪竇和徐光啟翻譯的《幾何原本》實(shí)際上并非是一部容易讀的著作。這一點(diǎn)徐光啟本人也清楚。其不僅內(nèi)容深?yuàn)W,而且語(yǔ)言和行文都存在著不少問(wèn)題。再加上,他們二人在翻譯的時(shí)候創(chuàng)造了不少新名詞,如幾何、三邊形、對(duì)角線、鈍角、圜(圓)、半圜、斜方形(菱形)、比制(比)、同理之比例(比例)等等。所以,其生澀難讀、難于理解應(yīng)當(dāng)是在當(dāng)時(shí)給人們的較為普遍的印象。

    其生澀難度,自然就給人們對(duì)它的學(xué)習(xí)和研究設(shè)置了一道艱難的障礙。人們既然連其內(nèi)容都不能很好的理解,那何談能了解隱藏在其后的公理化方法呢?顯然是不能的。所以,我們認(rèn)為明末漢譯本《幾何原本》的難于讓人們理解和學(xué)習(xí)是影響公理化方法早期傳播的直接原因和主要原因。

    2.“西學(xué)中源”說(shuō)限制了公理化方法在清初時(shí)期的傳播

    1634年,在徐光啟的領(lǐng)導(dǎo)下,總冊(cè)數(shù)為一百三十七卷的煌煌巨著《崇禎歷書(shū)》編纂完成。當(dāng)時(shí)盡管由于多種原因,其沒(méi)有施行,但其一部分還是刊印了出來(lái),并流傳到社會(huì)上,引起了很多反響。到了十年后,明朝滅亡清朝建立,湯若望精簡(jiǎn)部分內(nèi)容,改《崇禎歷書(shū)》為《西洋新法歷書(shū)》,并得到多爾滾的支持得以實(shí)施,此書(shū)的影響就更大了。此書(shū)是西方傳教士參考了西方多種書(shū)籍,按照西方科學(xué)的組織方法編寫(xiě)而成的,大量采用了公理化的方法。而此時(shí),也出現(xiàn)了一些比較有成就的數(shù)學(xué)家和天文學(xué)家,如黃宗羲、黃百家、薛鳳祚、王錫闡、李子金、方中通、梅文鼎、梅玨成等。他們幾乎都研究過(guò)《幾何原本》,有的還寫(xiě)出了相關(guān)的著作,如李子金曾著有《幾何易簡(jiǎn)集》,梅文鼎曾著有《幾何補(bǔ)編》、《幾何通解》等。同時(shí),此時(shí)的康熙皇帝也非常喜愛(ài)西方數(shù)學(xué),曾命法國(guó)傳教士張誠(chéng)和白晉重新翻譯《幾何原本》等。由此,此時(shí)本也是公理化方法在我國(guó)廣泛傳播的大好時(shí)機(jī),可是也未能如愿以嘗。原因是此時(shí)興起了“西學(xué)中源”說(shuō),并很長(zhǎng)一段時(shí)間在學(xué)界占據(jù)著上風(fēng)。

    “西學(xué)中源”之說(shuō),發(fā)端于明朝末年的學(xué)者黃宗羲和方以智,后來(lái),清初的天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家王錫闡、梅文鼎和阮元也加入進(jìn)來(lái),支持這種學(xué)說(shuō)。還有當(dāng)時(shí)的康熙皇帝也欣賞這種學(xué)說(shuō),提倡這種做法。這樣,在當(dāng)時(shí)學(xué)界就逐漸形成了一股強(qiáng)烈的貶低西方科學(xué)的先進(jìn)性,極力推崇祖國(guó)傳統(tǒng)技術(shù)優(yōu)越性的潮流。這股潮流如此之強(qiáng)烈,竟使當(dāng)時(shí)的湯若望、南懷仁等傳教士面對(duì)著自己寫(xiě)的作品都不敢承認(rèn)這是從西方來(lái)的。這股潮流興起之初,還有“西方科技發(fā)源東方,東西先人共同研究”的意思,及至后來(lái)全然就是“西方科技盜取東方”的說(shuō)法了。這樣,就極大的影響了當(dāng)時(shí)的人們對(duì)西方科學(xué)技術(shù)的認(rèn)識(shí)。人們開(kāi)始逐漸地對(duì)于西方科學(xué)技術(shù)中的先進(jìn)的東西充耳不聞,對(duì)于他們的書(shū)籍中有的而我們的文獻(xiàn)中沒(méi)有的東西不屑一顧,開(kāi)始認(rèn)為什么都是我們老祖宗的好。比如,對(duì)于科學(xué)研究中的論證說(shuō)理這種做法,我們明顯地缺乏,這是公論,本來(lái)是應(yīng)當(dāng)向西方好好學(xué)習(xí)的,可是王錫闡竟也認(rèn)為無(wú)所謂,他說(shuō):“好學(xué)深思者,自能力索而得知也。”[15]

    論證說(shuō)理是公理化方法的重要組成部分,在公理化方法的應(yīng)用中,論證說(shuō)理給人們的感受最為深刻,也常被認(rèn)為是最實(shí)用的。我國(guó)當(dāng)時(shí)的學(xué)者連這個(gè)都屏蔽掉了,何談對(duì)其相關(guān)全部知識(shí)的了解和研究?論證說(shuō)理需要推理和概念,而推理和概念的建立需要形式邏輯等。由此,對(duì)論證說(shuō)理感興趣,對(duì)其深入研究才能導(dǎo)致對(duì)公理化方法的全面學(xué)習(xí)和研究,對(duì)于公理化方法全面研究了才能知道其特點(diǎn)和優(yōu)越性,才能推廣和應(yīng)用。

    所以,我們?cè)谀菚r(shí)的科學(xué)家的著作中看不到公理化方法采用的影子。就是在對(duì)《幾何原本》曾有過(guò)深入研究的大數(shù)學(xué)家梅文鼎的科學(xué)著作中也沒(méi)有采用定義、公理、公論等來(lái)組織其討論過(guò)的全部知識(shí)的現(xiàn)象。在其著作中,雖然有的有命題和論證,但是多數(shù)沒(méi)有用概念、定義、公理等,更沒(méi)有使用這些組織起來(lái)的系統(tǒng)。有的甚至連概念、定義和公理都沒(méi)有,直接就是命題和解。這顯然還是中國(guó)古代傳統(tǒng)的組織知識(shí)和研究知識(shí)的方法。由此,我們認(rèn)為,明末清初的“西學(xué)中源”說(shuō)在公理化方法早期不被人理解的基礎(chǔ)上,又給其潑了一頭涼水。其對(duì)公理化方法的忽視和貶低,直接打消了公理化方法傳播的希望,由此致使其在那個(gè)時(shí)期傳播和應(yīng)用的停滯與沒(méi)落。

    3.公理化方法傳入的不完整是導(dǎo)致其影響不大的根本原因

    從前面公理化傳播的過(guò)程我們看出,當(dāng)時(shí)傳入公理化方法的途徑不僅只是有數(shù)學(xué),而且還有天文學(xué)、水利學(xué)等,載體很多。但是,這其中有一點(diǎn)是相同的,即是當(dāng)時(shí)公理化方法的傳播并非是作為一種被人們特別關(guān)注的知識(shí)傳進(jìn)來(lái)的,而是作為傳入歐氏幾何和天文學(xué)等知識(shí)的幫手順便捎帶進(jìn)來(lái)的。這樣就造成公理化方法在當(dāng)時(shí)的一個(gè)明顯的特點(diǎn)是——即是不完整,缺乏必要理論基礎(chǔ)。

    公理化方法產(chǎn)生在古希臘時(shí)期,它的成功不是短時(shí)間內(nèi)爆發(fā)的,而是也經(jīng)歷了一段相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間,包含了許多先賢們的心血。首先是愛(ài)奧尼亞學(xué)派的泰勒斯把邏輯引進(jìn)數(shù)學(xué)創(chuàng)造了證明,然后是偉大的數(shù)學(xué)家畢得哥拉斯在數(shù)學(xué)中廣泛地驗(yàn)證了這種證明的合理性,再然后是偉大的哲學(xué)家亞里士多德就邏輯推理建立了相應(yīng)的規(guī)則,最后才是歐幾里德將其合理綜合、概括和應(yīng)用,使之成熟并彰顯于世。[16]由此我們看出,公理化方法有著深厚的歷史,也有著廣泛的理論基礎(chǔ)。它最根本的基礎(chǔ)就是形式邏輯。另外,根據(jù)現(xiàn)在方法論專家的研究,公理化方法在使用的時(shí)候,還必須堅(jiān)持定義和定理選擇的基礎(chǔ)性、最少性、相容性和封閉性等,還必須堅(jiān)持在各命題推理的過(guò)程中有嚴(yán)謹(jǐn)性和邏輯性等。[17]其實(shí),其規(guī)則是很多的。

    可是,回顧當(dāng)時(shí)公理化方法的傳入,當(dāng)時(shí)的傳教士和有志賢士只是傳入了進(jìn)來(lái)公理化方法的使用,但對(duì)于其基礎(chǔ)是什么?在使用的時(shí)候堅(jiān)持哪些原則?具體使用的步驟和過(guò)程又是怎樣的?等等,一系列問(wèn)題一概不管,未作任何的說(shuō)明和解釋。比如,在傳入公理化方法最全面也最深入的《幾何原本》中。其雖然給出了概念、定義、公理和證明等,但是,至于什么是概念?什么是定義?公理又是什么意思?證明需要遵循哪些原則和要求等等,這些都未給出解釋。[18]《幾何原本》在當(dāng)時(shí)有兩個(gè)版本,一個(gè)是利瑪竇和徐光啟翻譯的歐幾里德版本,一個(gè)是張誠(chéng)和白晉翻譯的巴蒂版本。后一個(gè)版本是一個(gè)足本,但同樣也沒(méi)有解釋。不僅數(shù)學(xué)著作沒(méi)有,就是在天文學(xué)和其它科學(xué)著作中也不曾有過(guò)關(guān)于上述內(nèi)容的說(shuō)明。這樣在當(dāng)時(shí)就難免使國(guó)人不理解公理化方法真正的含義了。不理解其真正的含義,自然也就無(wú)法重視它,無(wú)法學(xué)習(xí)研究它,也就無(wú)法將其推廣開(kāi)來(lái)和應(yīng)用到自己的科學(xué)研究中去了。所以,當(dāng)時(shí)關(guān)于公理化方法知識(shí)傳入的不完整和不系統(tǒng)性是造成公理化方法影響較小的一個(gè)重要原因。并且這個(gè)原因不是外來(lái)的,是公理化方法自身帶來(lái)的,所以是內(nèi)因,是導(dǎo)致其影響不大的根本原因。

    至于到了1627年,李之藻和付汛際寫(xiě)成了《明理探》,將亞里士多德的邏輯學(xué)傳了進(jìn)來(lái)。[19]1683年,南懷仁又集合其它傳教士的邏輯與科學(xué)工作寫(xiě)成《窮理學(xué)》,并獻(xiàn)給康熙,說(shuō)“窮理學(xué)為百學(xué)之門(mén)”,極力傳播西方邏輯學(xué)。[20]可惜那個(gè)時(shí)候的人們更多的是關(guān)注西方來(lái)的科學(xué)知識(shí),還有那時(shí)“西學(xué)中源”說(shuō)已經(jīng)大行其道,所以,當(dāng)時(shí)沒(méi)有人注意到這里的邏輯學(xué)和幾何原本中表現(xiàn)出來(lái)的公理化方法之間的密切關(guān)系,沒(méi)有人對(duì)此進(jìn)行過(guò)深入的探討,因而,其也就沒(méi)有對(duì)公理化的傳播產(chǎn)生什么影響。

    四 結(jié)語(yǔ)

    明朝清初,西方傳教士傳入了大量的西方科技,同時(shí)也帶來(lái)了在西方的流行了近兩千年的公理化方法。這種方法是我國(guó)沒(méi)有的也是對(duì)于現(xiàn)代科技的發(fā)展有著重要作用的,本應(yīng)受到我國(guó)學(xué)者的歡迎和廣泛使用,但事實(shí)并非如此。在利瑪竇和徐光啟等人傳入公理化方法之后,不僅沒(méi)有多少人使用,研究的也很少,致使公理化方法在當(dāng)時(shí)影響很小。這其中的原因固然有很多,但我們認(rèn)為有三個(gè)原因是主要的。一、利瑪竇和徐光啟翻譯的《幾何原本》生澀難讀影響了其早期的傳播;二、后來(lái)《西洋新法歷書(shū)》的實(shí)施,本來(lái)是公理化方法崛起的好機(jī)會(huì),卻又趕上“西學(xué)中源”說(shuō)的盛行,阻礙了其在清朝初期的傳播;三、回顧公理化方法傳播的歷程,其實(shí)公理化方法從一開(kāi)始輸入我國(guó),就是不完備的,缺少很多相關(guān)的內(nèi)容,特別是邏輯基礎(chǔ),這是造成公理化方法本身不強(qiáng)大不突出,從而也沒(méi)有比較大的影響的根本原因。由此,我們認(rèn)為,公理化方法在當(dāng)時(shí)被動(dòng)的處境主要是有內(nèi)因和外因兩個(gè)方面引起的,特別是內(nèi)因。其自己不完備,別人就無(wú)從了解、研究和使用了。這給我們現(xiàn)在學(xué)習(xí)西方經(jīng)驗(yàn)的啟示是:我們引入一種技術(shù)和方法,應(yīng)盡力將相應(yīng)的知識(shí)基礎(chǔ)也帶進(jìn)來(lái),使我們的學(xué)習(xí)者對(duì)其有一個(gè)全面的了解,這樣才能更好的使用它們,其也才能發(fā)揮最大的作用。

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