科学史上对天体运行的认知过程

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1、科学史上对天体运行的认知过程　　人类关于天体的运动的认识经历了漫长的过程，从提出地球是一个球，到证实地球是一球形；从地心说到日心说；从行星运动的圆轨道到椭圆轨道；从提出行星间存在引力到引力平方反比关系的猜想、证明，再到万有引力定律的建立，经历了两千多年的历史。在这个过程中，无数科学家做出了努力，下面就按历史发展的顺序，对主要贡献的历史人物以及事件做一个综述。　　1“地心说”与“日心说”之争　　古时人们就有“天圆地方”的说法，认为地球是方形的。公元前五六世纪，毕达哥拉斯从哲学的角度，提出地球应是完美的圆形。　　公元前350年前后，亚里士多德（前384-前322）观察月食，认为那是地

2、球在月球上的投影，据此推断出地球应为球形。支持这一观点的还有其他证据，比如观察到远处渐渐靠近的船只，总是先见到桅杆，后见到船身。亚里士多德还提出了地球是宇宙的中心，地球是由水、气、火、土组成，天体由“以太”组成。　　托勒密，地球中心说。地球是一个在宇宙中心一动不动的球体，太阳、月亮以及其他行星都围绕着地球做完美的圆周运动。他提出，各行星都有自己的一个圆轨道，称为“本轮”，所有本轮的圆心又在一个以地球为中心的圆周上，这个圆周称为“均轮”6。为了很好的解释天体的运动，本轮均轮达到80多个，后来又提出了偏心圆，这个结构非常复杂，但却较好的解释了人们所能观测到的天体的运动情况。他的这个天

3、体模型一直流行到文艺复兴结束。　　哥白尼（1473-1543），他在意大利读书时期，便对天文问题产生浓厚兴趣。在学习托勒密的《至大论》后，他认为托勒密的体系太过复杂，他提出如果将太阳作为宇宙的中心，可以大大简化托勒密的模型。1543年，哥白尼的著作《天体运行论》出版，他的体系将圆减少到了34个，与托勒密的体系相比，更为简洁。但是在行星方位的预测方面，与托勒密相比，并没有提高精度。　　2行星运动轨道的确定　　第谷（1546-1601），他在大学学习的是法律，但却对天文学有着更为浓厚的兴趣。他利用课余时间观察天象，发现自己观察到木星和土星靠在一起的时间比星历表的预言早了一个月，这激励

4、他编制更为精确的星历表。为了能有更好的观察条件，他在欧洲游学，后来得到了丹麦国王的资助。1576年在赫芬岛，胡恩岛上建立天文台、图书馆、实验室、印刷厂。在那里观察了二十多年，得到大量的天文数据。1599年，在丹麦国王腓特烈二世逝世后，移居布拉格，继续观察。他为后人留下了珍贵的、精确的观测数据，为开普勒后续研究提供了宝贵的数据。第谷本人是地心说的支持者，他认为太阳和其他行星一起绕地球运动，地球是宇宙的中心，是不动的。6　　开普勒（1571-1630），德国人，天文学家。最初，他是哥白尼日心说的拥护者。与别人不同的是，开普勒不是盲目的接受一个观点，他通过自己的计算，发现哥白尼的体系与

5、实际观察到的数据有出入，他对天体运行的规律有自己的思考。1600年，开普勒获得了成为第谷助手的机会，在第谷逝世后，获得了第谷所有的观测数据。之后开始进入长期的计算中，他发现，如果天体是按照正圆均速运动，所预测的天体运动与第谷观测的结果有较大的出入。他坚信第谷的数据是准确的，那么问题就出在天体运动规律的假设了。在之后的研究中，他发现活性经常偏离圆轨道，经过70多次的反复修正，否定了圆轨道，最后确定了椭圆。直到1609年，他在《新天文学》中公开发表了两条行星运动的规律。九年后，他又发现了第三定律。他用简单的三句话，概括了太阳与行星的运动规律，被后人称为“天空立法者”。这三句话就是我们

6、现在所说的开普勒三大定律：轨道定律、面积定律和周期定律。轨道定律阐述了行星围绕太阳运动的轨道是一个椭圆，太阳在椭圆的焦点上。面积定律解释了天体运动时快时慢，“太阳与行星的连线在相同的时间内，扫过的面积是相等的”，所以近日点的行星运动的速度比远日点的速度要快。周期定律：，其中T表示的是天体绕太阳运动的周期，a表示的是天体绕太阳运动的椭圆轨道的半长轴。　　3引力来源的思考及牛顿万有引力定律的建立6　　伽利略（1564-1642），意大利人。他是哥白尼的日心说的拥护者，认为地球是运动的。他始终坚信圆运动是最简单最和谐的运动，而不关注开普勒的椭圆轨道。他应用望远镜来观测天体，得到很多肉眼

7、无法观测的现象，比如他发现了金星的盈亏变化，更加否定了地心说，给予日心说有力的支持。伽利略认为，天体做圆周运动，是遵从惯性原理的，它们的这种圆周运动不需要力来支持，是自然维持的。在力学方面，他推崇实验和数学推理相结合的科学方法。否定了亚里士多德重的物体比轻的物体下落的快的观点。他又对自由落体运动进行了研究，提出了自由落体运动是匀变速运动。他不仅对地面上的落体运动建立了正确的认识，更为近代科学创立了新的研究方法，标志着近代物理学的开端。　　笛卡尔，与伽利略的观点一样，行星的轨道是正