研究天文學(xué)的意義？以及天文學(xué)和生產(chǎn)生活服務(wù)的意義？

【專家解說】：天文學(xué)是一門古老的科學(xué)，它伴隨著人類文明的進(jìn)程產(chǎn)生、發(fā)展起來。翻開人類的文明史，各文明古國都用自己的文字寫下了天文學(xué)的第一章，中國的甲骨文、埃及的金字塔、巴比倫的泥碑都是歷史的見證。 一、天文學(xué)的研究內(nèi)容 天文學(xué)和數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、地學(xué)同為六大基礎(chǔ)學(xué)科，它是人類認(rèn)識宇宙的一門科學(xué)，其研究的對象是遼闊空間的天體。幾千年來，天文學(xué)家通過接受天體頭來的輻射，發(fā)現(xiàn)它們的存在，測量他們的位置，研究它們的運動、結(jié)構(gòu)及演化規(guī)律，并逐步擴展人類對廣闊宇宙空間中物質(zhì)世界的認(rèn)識。 人類對宇宙的認(rèn)識是由近到遠(yuǎn)逐步擴展的，起初是從地球到太陽系。隨后從恒星到銀河系，目前已擴展到比100億光年更遠(yuǎn)的宇宙深處。 天體測量學(xué)是天文學(xué)中最先發(fā)展起來的一個分支，也是應(yīng)用最廣泛的一門學(xué)科。在天文學(xué)產(chǎn)生后很長一段時間里，人類只限于用肉眼觀測太陽、月亮、行星和恒星在天空中的位置，研究它們的位置隨時間變化的規(guī)律。在對星星測量的基礎(chǔ)上，古代的天文學(xué)家注意到恒星在天空的位置相對不動，由此繪制出星圖，劃分星座和編制星表；進(jìn)而研究太陽月亮及行星的運動，在測量天體是運動的基礎(chǔ)上編制歷法。17世紀(jì)初發(fā)明了望遠(yuǎn)鏡；17世紀(jì)下半葉又創(chuàng)立了微積分，發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律。擁有望遠(yuǎn)鏡的巴黎天文臺和格林尼治天文臺相繼建立起來了。天體測量學(xué)的新發(fā)現(xiàn)，如光行差現(xiàn)象、地軸的章動現(xiàn)象、恒星視差的測定等等接連為人們所認(rèn)識，天體測量學(xué)的成果通過時間服務(wù)和歷書計算等，被運用到大地測量和航海事業(yè)等方面。天體測量學(xué)的主要任務(wù)是研究和測定天體的位置和運動，建立基本參考坐標(biāo)系和確定地面點的坐標(biāo)。它包括天文學(xué)、方位天文學(xué)、實用天文學(xué)和天文地球動力學(xué)。球面天文學(xué)的主要任務(wù)是確定天體的位置及其變化。為此，它首先要研究天體投影在天球上的坐標(biāo)的表示方式，還要研究坐標(biāo)之間的關(guān)系和坐標(biāo)的修正。方位天文學(xué)的研究內(nèi)容是測定天體的位置和運動。實用天文學(xué)的課題是以天體作為參考坐標(biāo)，來測定地面點在天球上的坐標(biāo)，為大地測量、地球物理學(xué)、地質(zhì)學(xué)、地理學(xué)和制圖學(xué)以及航空、航海的導(dǎo)航提供必要的參考數(shù)據(jù)。對地球自轉(zhuǎn)與地殼運動的研究，有發(fā)展成為天文地球動力學(xué)，它是天體測量與地學(xué)各有關(guān)分支之間的邊緣學(xué)科。目前，天體測量學(xué)的手段已從可見光觀測發(fā)展到射電波段，以及紅外、紫外、X射線γ射線等波段；觀測的天體也向星數(shù)更多、星等更暗的光學(xué)恒星、星系、射電源和紅外源等擴展，觀測精度也不斷提高。 天體力學(xué)也是較早形成的另一個分支學(xué)科。16世紀(jì)哥白尼提出的日心體系，17世紀(jì)開普勒提出的行星運動三定律以及伽利略在力學(xué)方面的研究，為天體力學(xué)的創(chuàng)立奠定了基礎(chǔ)。17世紀(jì)后期，牛頓根據(jù)前人在力學(xué)、數(shù)學(xué)和天文學(xué)方面的成就，以及他自己20多年的反復(fù)研究，于1687年提出了萬有引力定律，把人們帶進(jìn)了動力學(xué)范疇，天體力學(xué)在此基礎(chǔ)上誕生了。天體力學(xué)的誕生，使天文學(xué)家從單純描述天體的幾何關(guān)系，進(jìn)入到研究天體之間相互作用的階段。 天體力學(xué)主要研究天體的力學(xué)運動和形態(tài)，其主要研究對象是太陽系內(nèi)的天體。自天體力學(xué)誕生到19世紀(jì)后期，是天體力學(xué)的奠基時期。牛頓和萊布尼茨共同創(chuàng)立的微積分學(xué)，是天體力學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，分析力學(xué)是它的力學(xué)基礎(chǔ)。19世紀(jì)后期到20世紀(jì)50年代，是天體力學(xué)的發(fā)展時期，在研究對象上增加了太陽系內(nèi)大量的小天體（小行星、彗星和衛(wèi)星等），這段時期可稱為天體力學(xué)時期。20世紀(jì)50年代以后，由于人造天體的出現(xiàn)和電子計算機的濃，天體力學(xué)進(jìn)入了一個新時期，研究對象又增加了各種類型的人造天體和成員不多的恒星系統(tǒng)。天體力學(xué)主要有六個分支學(xué)科：攝動理論、天體力學(xué)數(shù)值方法、天體力學(xué)定性理論、天文動力學(xué)、歷書天文學(xué)、天體的形狀和自傳理論。 天體物理學(xué)是天文學(xué)中最活躍、內(nèi)容最豐富的分支學(xué)科。19世紀(jì)中葉,人們將物理學(xué)和化學(xué)的最新成果——光譜分析、光度測量和照像術(shù)用于天體觀測后，對天體的結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成和物理狀態(tài)的研究形成了完整的科學(xué)體系——天體物理學(xué)。天體物理學(xué)是應(yīng)用物理學(xué)技術(shù)方法和理論研究天體的化學(xué)成分、物理性質(zhì)、運動狀態(tài)和演化規(guī)律的學(xué)科。它的研究對象、內(nèi)容、方法多樣而廣泛，其分支學(xué)科也很多，主要有：實測天體物理學(xué)、理論天體物理學(xué)、太陽物理學(xué)、太陽系物理學(xué)、恒星物理學(xué)、恒星天文學(xué)、星系天文學(xué)、宇宙學(xué)、宇宙化學(xué)、天體演化學(xué)等分支學(xué)科。另外，射電天文學(xué)、空間天文學(xué)、高能天體物理學(xué)也是它的分支。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，探空火箭、人造衛(wèi)星和探測器的相繼發(fā)射，突破了地球大氣與磁場這兩到屏障，賦予天文學(xué)以嶄新的生命力。氣象衛(wèi)星、測量衛(wèi)星、地球資源衛(wèi)星等等從環(huán)繞地球的軌道上，居高臨下仔細(xì)觀察地球，使我們對地球的認(rèn)識大大前進(jìn)了一步。千百年來，我們對太陽系中的其它天體只能從遠(yuǎn)處憑眺，可望而不可及?，F(xiàn)在，我們能發(fā)射探測月球和行星的衛(wèi)星，并已把探測器降落到幾個行星表面，直接收集第一手材料。隨著觀測設(shè)備和手段的不斷進(jìn)步，觀測的波段也由單一的光學(xué)觀測發(fā)展到全波段觀測，使X射線天文學(xué)、γ射線天文學(xué)紅外天文學(xué)和紫外天文學(xué)等新的研究領(lǐng)域爭放異彩。在空間技術(shù)高度發(fā)展的今天，天文觀測研究已由地面觀測進(jìn)入空間時代。 研究天文學(xué)的意義 在人類文明發(fā)展的初期,人類的生活不能沒有時間、日期、季節(jié)和年代。上古時代，太陽的出沒成為人們判斷時間和日期的標(biāo)準(zhǔn)和安排勞動的依據(jù)。春秋時期，我國就發(fā)明了用土圭測定日影長短來確定季節(jié)和一年長度的方法。在戰(zhàn)國和西漢期間，逐漸形成了天文、氣象、農(nóng)業(yè)相結(jié)合的二十四節(jié)氣，成為重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)準(zhǔn)則。古埃及人則根據(jù)天狼星在天空中的位置來確定季節(jié)，掌握尼羅河泛濫的時間。天文歷法石油生產(chǎn)的需要發(fā)展起來的。 在近代生產(chǎn)活動中天文學(xué)也有許多重要的應(yīng)用，如授時、編歷、導(dǎo)航、人造衛(wèi)星軌道設(shè)計以及大地測量等。在現(xiàn)代化的社會中，衛(wèi)星的發(fā)射和操縱、遙測遙感信號的同步、精密的測量和實驗都要求精確的時間。由于人類一切活動都在地球上進(jìn)行，要求有一個同地球自轉(zhuǎn)相聯(lián)系的系統(tǒng)。因此，觀測天體的位置、測定地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的周期，對于確定時間仍是必不可少的?，F(xiàn)代測量更離不開天文學(xué)。要準(zhǔn)確知道一個地點在地球上的位置，把大范圍的測量統(tǒng)一起來，就必須對天體進(jìn)行觀測。所以，天文大地測量是近代測量的主要方法。在現(xiàn)代的遠(yuǎn)洋航行中，利用利用六分儀觀測天體的位置，可以定出船舶在海上的位置。星際航行中，天文學(xué)就更加不可缺少了。火箭、衛(wèi)星、飛船的發(fā)射、回收條件、運行的軌道，都需要運用天體力學(xué)理論來進(jìn)行設(shè)計、計算，飛行中的位置需要用天文方法來觀測確定。姿態(tài)的保持要按照天體的位置來校正和控制。此外，太陽表面的激烈活動往往拋射出大量的帶電粒子和強紫外光線，是地球的磁場和電離層受到嚴(yán)重的騷擾，一直引起短波無線電通訊中斷。因此，必須仔細(xì)觀測太陽，監(jiān)視和預(yù)測太陽表面的各種活動現(xiàn)象。隨著現(xiàn)代化技術(shù)的發(fā)展，人類對天體的影響將會更加敏感，從而對天文學(xué)提出更高的要求。 由于天文學(xué)是人類認(rèn)識宇宙的科學(xué)，因而它在人類自然觀的發(fā)展中起著特殊的作用。例如，在人類自然觀的發(fā)展史上。托勒密地心體系在一定的歷史條件下形成的人類對宇宙結(jié)構(gòu)的認(rèn)識模型。由于它與宗教把地球視為宇宙中心的觀點一致，因而在歐洲維持了1400多年。隨著天文學(xué)的發(fā)展，地心體系越來越不能與觀測結(jié)果相符合。當(dāng)時，一些具有進(jìn)步思想的政治學(xué)家和天文學(xué)家。對這個體系產(chǎn)生懷疑。哥白尼的日心體系就在這樣的歷史條件下誕生了。哥白尼主張以簡單的幾何圖形或數(shù)學(xué)關(guān)系來表達(dá)宇宙的規(guī)律，把統(tǒng)帥整個的支配力量賦予太陽，而各個天體都有其自然的運動。哥白尼日心體系的建立，是人類認(rèn)識歷史上的一次大變革。為了傳播和維護(hù)哥白尼體系，意大利思想家布魯諾在1600年2月17日被宗教裁判活活燒死在羅馬繁華廣場上；意大利著名物理學(xué)家伽利略也因為維護(hù)哥白尼學(xué)說，1633年遭到羅馬宗教審判所的兩次審判。直到1846年，天文學(xué)家用望遠(yuǎn)鏡在勒威葉和亞當(dāng)斯應(yīng)用天體力學(xué)推算的位置上找到了太陽系的第八顆大行星——海王星，才有力的證實了日心體系的正確性，使哥白尼的日心說由假說變成了科學(xué)理論。 天文學(xué)的觀測和研究證明了宇宙是物質(zhì)的，無論觀測到多么遙遠(yuǎn)的宇宙空間，都是有各種各樣的天體構(gòu)成的物質(zhì)世界。天文學(xué)不僅證明一切天體不但有位置變化的機械運動，而且它們的物理、化學(xué)性質(zhì)也在不斷的變化?？档?拉普拉斯關(guān)于太陽系演化的星云說揭示了天體的發(fā)展過程，說明了天體物質(zhì)不同形式間的質(zhì)的轉(zhuǎn)化。近代恒星演化理論用充分的科學(xué)論據(jù)和詳細(xì)的數(shù)值計算描繪了恒星的起源、演化和衰亡的過程。此外，天文學(xué)的觀測研究還充分說明了宇宙間一切物質(zhì)都是按一定的規(guī)律演變的，這種變化是從量變到質(zhì)變的發(fā)展，天體演變的動力是它內(nèi)部的矛盾運動，其結(jié)果是不斷向新的狀態(tài)發(fā)展。 作為自然科學(xué)的一門基礎(chǔ)學(xué)科，天文學(xué)同其他自然科學(xué)有著密切的聯(lián)系，能動的促進(jìn)這其他科學(xué)的發(fā)展。數(shù)學(xué)中的一個基本概念——角度的概念是從天文學(xué)中產(chǎn)生出來的；球面三角學(xué)視為測量和計算天體的位置而發(fā)展起來的。由于天體力學(xué)的需要，是微分方程的解法有了很大的發(fā)展。由于天文學(xué)的觀測研究對象是宇宙中的天體，對暗星體的研究就必須用精密的大型天文望遠(yuǎn)鏡才能進(jìn)行，這就促進(jìn)了光學(xué)的發(fā)展。由于地球和周圍的天體是相互聯(lián)系、相互影響的，因而研究地球的地學(xué)，其發(fā)展也需要天文學(xué)的成果。尋找礦藏（地質(zhì)學(xué)）、探索地震成因（地震學(xué)）和氣候變化的規(guī)律（氣候?qū)W）就要弄清地球內(nèi)部和大氣的構(gòu)造及其氣候變遷的規(guī)律，就要追溯地球的起源和發(fā)展史，因而就必須探索太陽系的演化史。對于生物學(xué)來說，火星就是一個探討生命發(fā)展的、不受人為干擾的環(huán)境；而星際空間更可以使我們把生命起源追溯到從簡單分子合成有機物的過程。對于物理學(xué)和化學(xué)，天體的研究更具有直接意義。30年代，物理學(xué)家從理論上發(fā)現(xiàn)原子核聚變反應(yīng)能放出極大的能量。當(dāng)時，沒有實驗條件去試驗這種理論。天文學(xué)家對太陽能量來源的探索促進(jìn)了原子能科學(xué)的發(fā)展，熱核反應(yīng)理論就是首先在太陽這個天然的物理實驗室里得到驗證的。于是，人們積極的在地球上實現(xiàn)了這種反應(yīng)，果然釋放出巨大的能量，結(jié)果研制成了氫彈?；瘜W(xué)元素的起源，也必將從宇宙學(xué)和天體演化的角度來探索。 現(xiàn)在，我們在天體上觀測到更強的能量輻射和極大規(guī)模的爆發(fā)，而這些都是地面上物理實驗室中無法實現(xiàn)和獲得的。對高能天體本質(zhì)的探索和研究?？蔀榻沂疚粗奈镔|(zhì)狀態(tài)及其規(guī)律、探尋新能源等，展現(xiàn)難以預(yù)計的前景。天文學(xué)中的新發(fā)現(xiàn)和新問題，可能就是自然科學(xué)中的突破點，是自然科學(xué)中的一些新課題別開生面，使人類對宇宙的認(rèn)識越來越深刻。