天文的故事 | 周末读书

目录：

• 总序 科学中有故事 故事中有科学 i 

• 前言 iii 

• 第一章 构筑自然的穹庐：古希腊的天文学 1
  一、从荷马时期开始 2 
  二、爱奥尼亚学派的天文思想 3 
  三、雅典学派的宇宙观念 8 

• 第二章 为天体量身，为宇宙测时：古代中国的天文学 11
  一、古老的观象授时 12 
  二、两汉至南北朝时期的天文观测和历法 18 
  三、唐宋时期的天文观测和历法 22 
  四、郭守敬：集“观象授时”之大成 25
  五、徐光启：精编《崇祯历书》 32

• 第三章 其他文明古国的历法、天文观测和宇宙观 36 
  一、古代埃及 37 
  二、两河流域 41 
  三、古代印度 46 
  四、伊斯兰教与天文学 47 

• 第四章 “ 希腊化”和罗马时期的天文学 50 
  一、最早的“日心说” 51 
  二、喜帕恰斯：在几何与天文之间 55
  三、托勒密：托起铅云 57
  四、儒略历 62 

• 第五章 惊世骇俗：哥白尼和他的“日心说” 65
  一、奠定基础 66 
  二、历史背景 68 
  三、更新宇宙模型 70 
  四、宇宙是和谐的 73 
  五、思想的星空 77 
  六、在寂寞中超越 80 

• 第六章 布鲁诺：带着思想的诺亚方舟远行 82
  一、为真理殉道 83 
  二、思想和信仰的力量 86 
  三、辩证思考 88 

• 第七章 窥探宇宙奥秘：伽利略的故事 89
  一、光的性质与人类的幻想 90 
  二、伽利略的望远镜 92 
  三、窥探宇宙奥秘 95 
  四、从与教会周旋到平反昭雪 97 
  五、打开近代天文学的大门 101 

• 第八章 第谷·布拉赫：站在“地心说”与“日心说”之间 103
  一、教育背景 104 
  二、天文观测 104 
  三、徘徊在“地心说”和“日心说”之间 106 

• 第九章 开普勒：为天空立法 108
  一、让思想得到沉淀 109 
  二、巧夺天工 113 
  三、为天空立法 115 
  四、没有辜负第谷的嘱托 122 
  五、为光学奠基 123 
  六、在平凡中孕育伟大 125 

• 第十章 庐山真面目：不一样的彗星 126

  一、因何而存在，因何而远游 127 
  二、哈雷彗星及其发现 129 

• 第十一章 万有引力支配下的宇宙：从幻想走向有序 135
  一、为天体力学奠基 136 
  二、数学家的杰出贡献 139 

• 第十二章 拉普拉斯：构建天体力学大厦 142
  一、从行星运动到星云假说 143 
  二、在天体力学之外 147 

• 第十三章 在哲学云雾中：康德的宇宙观 149
  一、寂寞人生也充实 150 
  二、回归哲学 154 

• 第十四章 走向遥远星河的脚印 157 
  一、发现光行差 158 
  二、威廉·赫歇尔：在恒星云雾中穿梭 161
  三、恒星周年视差的发现 169 

  四、纸上的预言：海王星的发现 172
  五、寻找冥王星的寂寞旅程 176 

• 第十五章 水星：充满悬念的行者 180
  一、从传说开始 181 
  二、揭开神秘面纱 182 
  三、大气最少 183 
  四、密度和内部结构 184 
  五、水星地表的奇观 185 
  六、水星年和水星日 186 
  七、水星凌日 187 
  八、神奇的天文现象 188 

• 第十六章 金星：与神话传说有关 190
  一、初识金星 191 
  二、神话传说 193 
  三、金星大气 194 
  四、高空云层 195 
  五、地形地貌 196 
  六、火山活动 198 

• 第十七章 火星：地球的近邻 200
  一、红色的诱惑 201 
  二、基本特征 201 
  三、火星大气 203 
  四、火星极冠 204 
  五、季节变化 204 
  六、地质变迁 205 
  七、山脉和环形山 206 
  八、火星峡谷 208 
  九、远古洪水 211 
  十、不规则的卫星 212 
  十一、寻找火星运河 213 

• 第十八章 木星：行星世界的众神之王 215
  一、史前人就知道它 216 
  二、木星的真面貌 216 
  三、卫星众多 220 
  四、木星光环 226 
  五、木星上有强烈持久的风暴 227 

• 第十九章 土星：比水还轻 229
  一、深植在记忆中 230 
  二、神秘面纱 231 
  三、迷人的土星环 234 
  四、色彩缤纷的卫星世界 237 

• 第二十章 天王星：乌拉诺斯的冰与岩 243
  一、基本特征 244 
  二、天王星的大气和云层 245 
  三、天王星的卫星和光环 246 
  四、奇特的季节交替 247 

• 第二十一章 海王星：梦幻的蓝色绵延 250
  一、那里极其寒冷 251 
  二、大气组成 252 
  三、卫星和光环 253 

• 第二十二章 冥王星：遥远的矮行星 254
  一、来自冥河的音讯 255 
  二、不再是九大行星 258 
  三、新视野号探测器的新发现 261 

• 参考文献 263 

• 后记 265 

《天文的故事》节选

　　在这一章，我们要去的是古希腊，不仅因为那里风景优美、地形跌宕起伏，还因为那里是科学精神的摇篮，是宗教神话和人类思想的故乡。在天文学方面，古希腊的成就同样出色。

　　古希腊是西方文明的摇篮。希腊神话形成于荷马时期，同一时期，希腊的造型艺术也开始萌发。当时，一个叫荷马的盲人诗人将流传于公元前12～前8世纪几百年间的希腊民间神话和传说整理成书，这就是我们今天众所周知的《荷马史诗》，它包括《伊利亚特》和《奥德赛》。《荷马史诗》和那个时代的社会生活孕育了希腊古典文明。

　　在自然地理方面，巴尔干半岛山岳连绵，陆路交通很不方便。自然地理因素使得这里没有形成古代东方国家特有的中央集权体制，而是形成了另一种新型的城邦国家。在主要的城邦国家里，城邦平民在和贵族的抗争中取得了胜利，这些平民在对外贸易和扩展领地的活动中接触到了外来文化。又因为离尼罗河和两河流域不远，古埃及和古巴比伦的天文知识自然就被他们吸收，有一些近水楼台的意思。

　　古希腊城邦国家的这些平民思想比较开放，能够进行自由的科学研究和独立思考。这也决定了当时相对宽松的人文环境。

　　在天文学方面，古希腊更多地吸收了美索不达米亚的成果。古希腊人从古巴比伦人那里获得了黄道十二宫的知识。发达的占星术使巴比伦人精于星象观测，他们准确地记录了日食和月食的时间，从而知道了日食和月食的周期。把圆分为360°也起源于美索不达米亚。在学习借鉴和积累经验的基础上，古希腊人对天文学进行了深入的探索和思考，进而发展了他们的天文学，其特点是理性的成分更多些。像现代科学理论一样，古希腊科学相信一切宇宙现象都可以用人类的理性知识来解释。天文学也不例外。

　　公元前6～前3世纪是爱奥尼亚自然哲学的繁荣时期。爱奥尼亚自然哲学家们将自然科学与哲学融为一体，追求理性和真知。这期间出现了米利都学派（亦称爱奥尼亚学派）、毕达哥拉斯学派和德谟克利特学派等。每个学派对天和地的理解也不尽相同。

　　有“科学之父”之称的泰勒斯（Thales of Miletus，公元前624—前546）是米利都学派的代表人物。在泰勒斯看来，我们脚下的地球悬在空中，在它四周，即无支撑，也无依靠。月亮的光芒来自太阳，而太阳犹如一个巨大的火炉。从泰勒斯这里，我们知道，真知并非都来自实践，理性分析也很重要，经验和直觉同样不可忽视。

　　泰勒斯是古希腊第一位自然科学家和哲学家，他曾到过美索不达米亚，并在那里学习了天文学。他认为地球是一个球体（毕达哥拉斯也这么认为），而构成宇宙的基本物质是水。

　　今日土耳其西部和爱琴海中部诸岛屿就是希腊时期的爱奥尼亚,大约在3000年前，希腊部落爱奥尼亚人在此定居并开始了他们的商业活动。商业活动追求利益最大化，在此过程中促成了物资的流动和思想的交流，也有助于他们冒险精神和相对开放的意识的形成，这对科学和哲学的发展很有好处。

　　地中海东岸的门德雷斯河口一带属于希腊时期一个叫米利都的重要城邦，自古以来，那里都是重要的交通要冲。商业的发达和人口的增加带动了米利都的手工业和航海业，与此相关的还有文化的兴盛。从历史的角度看，东方文化也在此留下了明显印痕。

爱奥尼亚学派

　　泰勒斯出身于米利都一个奴隶主贵族家庭，他从小就受到了良好的教育。泰勒斯是古希腊著名的哲学家、天文学家、数学家和工程师，据说他还是一位政治家和商人。他招收学生、建立学园，创立了爱奥尼亚自然哲学家学派。他是古希腊时期自发唯物主义的杰出代表，他的思想对科学启蒙有重要的推动作用。在泰勒斯生活的那个年代，古希腊还处于蒙昧状态，寻常百姓对很多自然现象感到迷茫。所以，泰勒斯学园的开办其实是当时社会上特别有意义的事情。

　　从泰勒斯生平中可以看出地理环境对一个人思想的影响，文献中说泰勒斯早年曾学习过日食和月食的观测、海上船只距离的测算、土地丈量的方法和规则，探讨过万物组成的思想等，这些知识主要源于古巴比伦、古埃及和腓尼基人。据说泰勒斯的学问涉猎了当时人类几乎全部的思想和知识领域，有“希腊七贤之首”美誉的泰勒斯是当时科学思想的汇集者，也是重要的引路人。

　　泰勒斯在天文学方面有很多研究，太阳的直径最早就是他测量和计算的，而且得出的结果与现今仪器所测相差很小。他根据星座在太空中的位置，告诉航海家怎么确定航行路线以及确定一年的时间。这些研究在当时都具有开创性。

　　最令人惊奇的是泰勒斯预测了一次日全食，他说，这次日全食将在公元前585年5月28日出现，后来到了那一天，日全食果然出现了，泰勒斯一时享誉爱琴海地区。

　　据说泰勒斯因为预测了这次日全食而制止了一场战争。当时，亚述首都尼尼微被两河流域下游的迦勒底和米底（主要部分在今日的伊朗）占领，战乱之中的亚述领土也支离破碎。但米底在随后向西扩张的过程中受到了吕底亚王国（在今日土耳其西北部）的顽强抵抗。在哈吕斯河沿岸地区，两国对峙多年而无果，人民群众更是生活在水深火热之中。

　　泰勒斯厌恶战争，他想利用自己对日全食的预测制止这次战争，便对大家说，上天反对人世的战争，到时候就会以日食警告交战双方。大家对他的话不以为然。到了那一天（公元前585年5月28日），当战争正酣时，突然间日色渐消、天昏地暗，交战双方以为这是上天对自己的惩罚，在惊恐之际停止了战争。虽然这个故事有演绎的成分在内，但泰勒斯预测日食的故事一直流传到了今天。我们特别想知道的是，泰勒斯靠什么预测了日食？

　　今天我们都知道，日月运行具有很好的周期性，日食和月食同样有规律可寻。后辈学者通过考证指出，迦勒底人发现的沙罗周期才是泰勒斯预测日食的重要线索。一个沙罗周期等于223个朔望月（我国先民把月亮圆缺的一个周期称为一个“朔望月”），时间长度是18年零11日（在这期间如果有5个闰年则是18年零10日）。而且，只有在朔日（农历每月的第一天）才会发生日食。如果某个朔日发生过日食，从那天起，18年零11日后又是朔日，那时候，月亮又回到太阳和地球的连线之间，日食就会再次发生。公元前603年5月18日曾发生过一次日食，那时候，20岁出头的泰勒斯一定印象深刻，也据此推测了公元前585年5月28日的日食，从中可见泰勒斯的聪明和智慧。

　　泰勒斯的门生阿那克西曼德（Anaximander，约公元前610—前545）将爱奥尼亚自然哲学家们的宇宙观进一步发扬光大。他认为，天体围绕着北极星运动，而大地周围则环绕着空气天、恒星天、月亮天、行星天和太阳天。

　　阿那克西曼德首先是一位地理学家，其次才是一位天文学家。据我们所知，他似乎是把已知的世界绘成地图的希腊第一人，他也最早发现天空是围绕着北极星旋转的。他得出结论说，大地之上的可见穹窿是一个完整球体的一半，地球就处在这个球体的中心。这一思想的原创性是十分清晰的。后来托勒密的地心说就受此启发。在那之前，人们一直以为，大地是一块无限厚的基础坚实的地板。在古代中国，这一观念就深入人心。我们一直以为脚下的土地是承载生命的唯一支点。

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