天文学概念范文

导语：如何才能写好一篇天文学概念，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

Switzerland

Discovering the

Expanding Universe

2009, 226pp.

Hardcover

ISBN: 9780521514842

H.努斯鲍默等著

20世纪上半叶,膨胀宇宙的发现是天文学中最为激动人心的辉煌成就。20世纪开始,天文学界一直存在着紧张甚至激烈的争论。银河是否就代表了整个宇宙?或者我们的宇宙是由数量巨大甚至无限个孤立宇宙组成的,而其中的每一个都类似于人类自己的银河?在1925年以前对这个问题的看法是倾向于孤立的宇宙。这个概念是德国哲学家康德于1755年提出的。现代天文学起源于1917年,当时爱因斯坦发表了他的著名论文《对广义相对论的宇宙学思考》。在他的理论中,空间与时间形成了统一体,它们不再是绝对和独立的概念。时空结构是和宇宙的物质和能量内在相关的,时空是由引力构筑的。随后比利时天文学家、宇宙学家勒梅特于1927年发现了膨胀的宇宙,并且提出了创世大爆炸起源的建议。紧接着是美国天文学家哈勃在1929年所做的贡献。在随后的几年中,哈勃与美国天文学家赫马森一起为现代宇宙学的未来发展提供了必要的观测。最后在1931年爱因斯坦转向了膨胀宇宙的观念。本书挖掘了这一段天文学史。作者还追溯了现代宇宙学某些概念的演化,从中世纪末期到1925年最终接受了银河系的概念。

本书共有18章。1.绪论;2.中世纪末的宇宙学概念;3.作为新天文现象的星云;4.关于天空的构造;5.孤立宇宙成为天文学现实星纱宇宙;6.爱因斯坦与德西特的早期宇宙学;7.弗里德曼动态宇宙;8.红移:怎样调和斯来弗与德西特的观点;9.勒梅特发现膨胀宇宙;10.哈勃1929年的贡献;11.膨胀宇宙观念的突破;12.哈勃对德西特的愤怒;13.B.Robertson与Tolnlan加入博弈;14.爱因斯坦―德西特宇宙;15.太阳和地球是否比宇宙要古老?16.试图发现非主流思路;17.大爆炸的萌芽;18.总结与结束语。最后是6个数学附录。附录1至5分别涉及了第6、7、9、13、14章中的内容。附录6:基本宇宙关系的现代表示。

作者以非技术性语言撰写本书,外加数学附录。它适合于科学家、学生以及那些对天文学和宇宙学感兴趣的人阅读。

胡光华,高级软件工程师

(原中国科学院物理学研究所)

篇2

为什么是冥王星

在中国紫金山天文台王思潮研究员看来，冥王星是个“调皮鬼”，首先，由于它表面光反射的原因导致他的发现者美国人克莱德・汤博当时错估了它的质量，认为它的体积比地球大数倍。这样的结论使它很快作为太阳系第九颗行星进入教科书。但随着现代天文观测仪器的不断升级，哈勃大望远镜证实它实际上是月亮还要小的岩石。

王思潮研究员介绍说。冥王星还有着与众不同的公转轨道。其他行星的轨道平面都与黄道平面(地球轨道平面)基本一致，冥王星的轨道平面却与黄道平面呈很大夹角。其他行星的轨道几乎是完美的圆形，而冥王星的轨道是一个有很大偏心率的椭圆形。

20世纪50年代，天文学家柯伊伯预言，在海王星轨道以外存在着一个类似于小行星带的区域，冥王星只是这群小天体中个头较大的一颗。在对冥王星的归属问题的讨论中。王思潮研究员提到了在美国工作的英国天文学家莱恩・马斯登马斯登。1980年，马斯登曾提出要给冥王星降级，遭到美国天文学家的集体反对，在一个学术讨论会上，马斯登遭到威胁：如果再提这事就要把他扔到宾馆的游泳池里去。

到了1992年，柯伊伯的预言被证实，在冥王星区域发现的天体越来越多，体积越来越大。使得对“第九大行星”资格的质疑之声也越发响亮。2003年，加州理工学院的天文学家迈克・布朗发现了2003UB313。它的出现成了最后一根稻草――它在大小上完全压倒了冥王星，它的归属问题也成了引爆大行星定义之争的直接导火索。

布朗理直气壮地宣布：“拿起你们的笔，从今天开始改写教科书吧。”

为了平息众说纷纭的争吵，国际天文学联合会专门成立了“行星定义委员会”来解决这个问题，并把今年的国际天文学联合会大会的重要议题。

争论还在继续

王思潮研究员认为：“冥王星被开除出太阳系行星的行列，这丝毫不影响其科学研究上的重要意义。”跟迈克・布朗一样。在20年前，王思潮研究员的梦想也是要发现第十大行星，但他现在认为这个定义使得天文学的研究“由量的变化变成了质的飞跃”，他认为，本次决议中5A中所阐述的概念是更科学、更明确的。它的重要意义在于．“就好像化学元素的研究一样，发现周期表中没有的元素固然重要，但更有意义的事情是对原子核的研究和电子的发现。”

篇3

（公元1686年～1734年）建造了目视天文观测时代的最后一批重要天文台。其中德里和斋浦尔的两座至今存留，每年都吸引着大批的游客。

在印度，现代天文台最初出现于英国殖民统冶时期。因发展星等概念和相关测量法而名留史册的Norman Pogson，曾于1860年～1891年在印度的马德拉斯天文台工作。1868年8月18日，在南印度发生了一场日全食。当时，Pogson在观测中发现了一条属于某种未知元素的光谱谱线，后来这种元素被命名为氦。另两位来印度观测这次日食的天文学家Janssen和Lockyer，也对这一发现表示认可。1899年在科代卡那（Kodaikanal，位于印度南部的泰米尔邦。——译者注）建立了一座当时最先进的太阳天文台。1909年，曾任台长的John EveFshed在这里发现了太阳黑子的Evorshed效应。

在天体物理学作为一门新兴学科刚刚出现时，一个印度人——M·N·Saha——做出了一项里程碑式的巨大贡献。1920年，他明确提出了Saha电离方程，并将其用于解释恒星光谱。在广义相对论被认为超越了物理学主流的年代里，在印度确立了这个新领域中的一个传统研究领域。1943年，P·C·Vaidya对辐射的恒星提出了Vaidya度量；而到了1955年，A·K·Rayehaudhuri又提出了Rayehaudhuri方程，几年后，这个方程成为了证明奇点定理的关键工具。

1947年印度独立，此后四分之一个世纪里，建立了一些以天体物理学为主要研究领域的科研机构。几名在海外接受教育的印度科学家回到国内，成为了发展新的天体物理学研究队伍的领军人物。M·K·V Bappu在班加罗尔建立了印度天体物理学研究所，科代卡那天文台如今成为了该所的一个组成部分。在孟买的塔塔基础领域研究所（Tata Institute of Fundamental Research）里，射电天文和理论天体物理的研究团组在G·Swarup和J·V·Narlikar的领导下日益壮大。1969年，这里的射电天文组建造了Ooty射电望远镜。在班加罗尔的拉曼研究所，在V·Radhakrishnan领导下，也建立了一个重要的天体物理学团队。

现在，除了遍布印度各地的研究机构中的规模不断变化的天体物理学研究团组外，在印度还有两个完全致力于天体物理学的主要研究机构——班加罗尔的印度天体物理学研究所和浦那的印度各大学联合天文学与天体物理学中心。在印度各地，还在不断兴建天文学观测设备。在本文中，我们只能提及最大的射电天文设备和光学观测设备。浦那附近的巨型米波射电望远镜拥有30架口径45米的天线，是米波波段的世界最大的望远镜，由塔塔基础领域研究所的印度国家射电天体物理学中心负责管理。喜马拉雅钱德拉望远镜是一台2米口径的光学望远镜，位于喜马拉雅山区的Hanle村，海拔高度约4300米，是世界上最优良的观测点之一。在不久的将来，印度也将在空间天文学领域取得迅速发展。印度的第一颗专门的天文卫星Astrosat预计将于2013年发射，它将进行多波段观测。

篇4

事实上，一些天文学家已经开始进行新的尝试了。目前，有三个天文学家团队正计划扫描广大的空间，以期发现外星人或者由外星人建造的巨大工程。这些天文学家的理念是：不必再尝试拦截外星通信，或许我们应该找寻外星人的“物品”。

之前科学家在这方面已经有过一些小规模的尝试，而现在，三个天文学家团队计划扫描广大得多的空间。其中两个团队希望在星光的明暗变化中发现“外星工业”的影子，第三个团队则希望通过筛选“外星垃圾”达到此目的。这后一种方法就好比考古学家通过筛选考古发掘出的尘土寻找古代遗迹。当然，天文学家想要找的东西比史前的隧石箭头或陶器碎片要宏大不知多少倍——他们要找的是行星大小的发电站，围绕恒星的环或球，太阳系大小的电脑，甚至包括宏大到整个星系大小的硬件配置。

真有庞大到如此惊人地步的外星巨厦吗？这听起来令人匪夷所思，但它背后有个简单的理念：外星文明可能比地球文明先进不知多少倍。人类修建的道路和城市已经遍布地球表面的许多地方，我们也已经向其他天体发射了许多探测器，这一切不过发生在几百年间，而外星文明可能已经发展了好几万年甚至数百万年！

美国物理学家弗里曼·戴森早在1960年就指出，如果外星文明持续发展和扩张，它们就不可避免地将消耗越来越巨量的能源，而在任何恒星系统中最大的能量来源就是恒星本身。我们今天的总能量消耗相当于到达地球的阳光数量的大约0.01%，所以太阳能完全能满足我们的所有需求。然而，如果能量需求以每年1%的速度持续增长，那么1000年后到达地球的太阳能将无法满足我们的能源需要。其他能量来源例如核聚变并不能解决问题，原因是产生的废热会烤干地球。

以此推想，外星文明可能已经开始在空间建造恒星能（太阳能就是一种恒星能）电厂、工厂甚至居住地。建筑材料可能开采自小行星，接着是行星，再接着甚至可能是恒星自身。戴森的结论是：经过几万或几百万年后，恒星可能已完全被外星人所建造的巨大球体包围。这种球体被称为“戴森球”。

戴森球的规模之大让人难以想象。一个半径类似于地球与太阳之间距离的戴森球，其面积将超过地球表面积的1亿倍。建造这样的戴森球肯定很不容易，原因是单独一个这样的球几乎不可能承受极大的压力和引力不平衡，更可能的选择是球簇——许多巨型电站分布于环绕恒星的互不交叉的轨道上。戴森自己不愿意猜测其中的细节，也不愿意猜测戴森球是否已经出现的可能性。但他指出，重要的是，如果外星人已经建造了戴森球，那么我们就有机会看见它们。

一个巨大的球会遮挡恒星的光线，使得我们看不见这个球，但这个球仍然会以红外辐射的方式发射废热。因此，正如美国著名宇宙学家卡尔·萨根在1966年指出的那样，如果红外望远镜看见了一个温暖的物体，而在可见光波长则什么也看不见，那么这个物体就可能是戴森球。

一些天然物体也可能产生同样的效果。非常年轻和非常古老的恒星经常被尘埃和气体环绕，这些气尘会阻挡恒星的光线并辐射红外线。不过，物体的红外光谱会泄露物体的秘密。尘埃中的硅酸盐化合物会在光谱中产生特征明显的宽峰，温暖气体中的分子会在特定波长产生或明或暗的光谱线，而来自戴森球的废热产生的热光谱平滑、无特色。显然，对于寻找外星巨厦的天文学家来说，越无趣的红外光谱越好。

1983年，在调查天空10个月之后，“红外天文卫星”提供了合适波长的良好的天空图景。一些天文学家分析了这些数据，其中包括美国费米实验室的理查德·卡里根，他在2009年发表了自己的最新搜索结果。不过，卡里根没有发现具有说服力的红外源，他的搜索范围有限，只能探察类太阳恒星周围的戴森球，而且这些恒星与地球的距离不超过1000光年。这个范围相比银河系来说实在太小——银河系的直径是10万光年。

目前，还没有几个天文学家加入到卡里根的寻找戴森球的行列中，原因之一是缺乏资助。2012年，一名亿万富翁设立了“坦普尔顿基金”，专门资助“新前沿”项目——寻找外星巨厦之类的新思路。一些天文学家抓住了这个机会。2012年10月，该基金批准了三项独立的搜索计划。其中一个项目由宾夕法尼亚大学的贾森·莱特领导，目的是通过分析来自两部空间红外天文台——“宽视场红外调查探索者”和“斯皮策空间望远镜”（分别发射于2009年和2003年）的数据寻找戴森球的废热。得益于上述两部空间天文台的探测数据，天文学家能扫描的空间范围将比卡里根的大几千倍。因此，如果存在一颗完全被戴森球包围的类太阳恒星，不管它在银河系中的什么地方，天文学家都应该能发现它。

在莱特看来，就算如此大范围的搜索也不够雄心勃勃。他猜想，具有如此先进技术的外星文明应该能够在几百万年内传遍并殖民整个星系（星际旅行应该不会比建造戴森球更艰难），在此过程中，外星人走到哪里就在那里建造戴森球。这样的文明很难灭绝，因为到处都可能有自给自足的救生球。如果这种情况发生在银河系中，那么银河系里到处都应该有戴森球。莱特认为，要是最终在银河系中只发现了一个或几个戴森球，那肯定会让人大跌眼镜。

于是，莱特的团队把调查目标指向了宇宙深处。他们的逻辑是：一个已被殖民的星系一定很快就会超越平凡，前往更抢眼的星系殖民。因此，他们要在“宽视场红外调查探索者”的探测数据中寻找一个最明亮的星系。如果某些极为聪颖的外星文明已经征服并包围了像银河系这么大的星系，那么莱特团队就可能发现它们的戴森球——哪怕这些戴森球远在10亿光年外。如果它们已经殖民了一整个星系团，哪怕它们的戴森球在更远的地方，也一样可能被看见。

尽管能看到很远的地方，上述这种探索废热的方法却有自己的缺陷——如果外星人建造的只是一条细薄的恒星能量采集器环，或者一个有很多空隙的戴森球，从而让大量的恒星星光穿透，那么莱特团队是看不到它的。而这正是另外两个天文学家团队的努力之所在——他们将在“开普勒号”望远镜的帮助下，寻找相对小的外星工程。

“开普勒号”的任务是监测地球附近的大约15万颗恒星，探察它们的亮度改变。迄今为止，“开普勒号”通过这种方式已经发现了几千颗新行星。

由夏威夷大学科学家安德鲁·霍华德领导的团队和加利福尼亚大学科学家、“行星猎手”（用于称呼发现了大量行星的科学家）杰弗里·马西领导的团队，将一起着力寻找无法正常解释的异常物体，采用的方法是搜索不同寻常的变暗模式。而由普林斯顿大学科学家卢仙妮·沃克维茨领导的另一个团队，也将在“开普勒号”的探测数据中寻找另类，但他们使用的方法略有不同——霍华德和马西团队的搜索依赖人工检视光曲线，沃克维茨团队则采用机器认知的运算法则。

光曲线表示的是恒星在一段时间里的亮度改变，例如一个物体在恒星正前方经过时所造成的恒星亮度改变。霍华德说，如果这个物体的大小与一颗气态巨行星相当，来自“开普勒号”的光曲线就能揭示它的形状：如果这个物体是木星大小的矩形，那么就可以肯定它是外星人建造的。在霍华德看来，如此巨大的外星建筑无疑能存在很长时间，它们被天文学家发现的概率也会比较高。

不过，在沃克维茨看来，上述推测毫无意义。她说，人们花了大量时间来试图揣测外星人的心态，但我们却连外星人的技术如何也全无概念。因此，我们对外星人会干什么的想象越多，我们的视野受限就会越严重。沃克维茨说她的团队将只寻找怪异的物体，而且候选对象不必是什么“大家伙”。他们的搜索可能探察到改变恒星星光的任何物体。如果这个物体是一面发电用的或者驱动太阳帆飞船用的巨型镜子，那么它一定会产生明显的闪耀。如果外星人有能力糊弄星际物理，例如延长它们的恒星的寿命，或者产生有用的元素，那么恒星的人工可变性也必将反映出来。沃克维茨预计，他们最快在几个月后就应该找到令人感兴趣的候选对象。

当然，仅仅发现某种新的奇异现象并不意味着外星人就在那里。但哪怕最终发现的只是自然现象，科学家们也一样会开心，因为这样的搜寻同样是值得的。事实上，科学家在搜索戴森球的同时也在搜寻其他任何新的发现。

所有这一切都会让戴森本人感到满意，他目前是“新前沿”计划的荣誉顾问。他说，对外星工程的搜寻不能与正常的宇宙探索对立起来。我们探索各式各样的天然物体。如果某种足够怪异的东西冒出来，它就有可能是外星人所为。

不过，也有科学家表示了他们的担心：就算有某些形式的戴森球的确在那里，我们也未必能看出来。美国知名未来学家布兰德里就暗示：太空电站的最有效配置是一系列互相依偎在一起的球体，这些球体分成内外几圈，其中外环利用内环的废热。他想象这些电力供给一部巨大的电脑使用。

如此配置的外层的最低温度，或许只比宇宙微波背景辐射的3K高一点点，这将导致天文学家很难从它的辐射中探知它的存在。因此，在我们不知情的情况下，外星人的电脑中心可能就潜藏在附近，正以名副其实的巨大而冷静的智慧打量着我们。

很少有考古学家一开始发掘就指望发现一辆金战车，因此我们也不应太过乐观地希望马上就能找到戴森球。另一方面，外星人可能透过其他迹象来让自己显山露水。

天文学家已经开始“嗅闻”一些太阳系外的行星的大气层组分，并已经发现了二氧化碳、甲烷、水蒸气和钠的光谱线。这些物质被发现存在于近距离环绕母恒星的巨行星附近，使得这些行星相对容易探测。

理论上，用这种方法应该也能探查到类地行星大气层中的合成气体（例如氯氟烃）的微弱得多的光谱线。这类气体有可能是外星人实施全球暖化以改造星球、适于居住的迹象（有天文学家指出，地球人如果要想移民火星，或许应该考虑用氯氟烃和六氟化钠让火星升温）。

当然，像这样的非刻意的污染很可能只有很低的含量，我们是很难探察到它们的。如果它们只存在几十年或几百年，我们更是需要足够的幸运才能发现它们。

直击外星大气

天文学家2013年3月宣布，他们首次详细地观察到太阳系外一颗行星的大气层。这也是对太阳系外的行星的化学组成进行的最初几次直接分析之一。在过去，天文学家只能通过观察行星的母恒星光度的微弱变化，来推断太阳系外的行星的存在以及行星的气体。如今随着观测仪器的升级，天文学家已经可以直接探察来自几光年外的行星的光线。

这些数据不仅能揭示行星的存在，而且能表明行星大气层中富含什么成分。这类信息有可能披露行星的形成过程和行星上是否存在生命。不过，天文学家此次观察的这颗行星的大小和轨道排除了它是一个可居住世界的可能性。

上述探测标志着探索太阳系外行星的新时代已经到来。2008年，天文学家首次拍摄到太阳系外的一个多行星系统——三颗气态巨行星环绕着恒星“HR8799”。“HR 8799”距离地球大约130光年，位马座。这三颗行星都很炙热、很亮。因而让天文学家能直接探察到它们。2010年，天文学家又拍摄到了环绕“HR 8799”的第四颗行星。

在最新研究中，天文学家聚焦的是其中一颗行星“HR 8799c”。它的质量是木星的5～10倍，与母恒星的距离是木星与太阳之间距离的大约8倍。正因为“HR 8799c”如此远离母恒星，所以天文学家能够屏蔽掉母恒星的光线，运用位于夏威夷的“凯克二号10米望远镜”记录来自“HR 8799c”的红外光。由于不同的气体以不同的方式吸收和发射光线，因此天文学家辨识出了一氧化碳和水，但没有发现他们原本以为会有的甲烷。

篇5

1.地理与环境优势。

九宫山景区临近北纬30度线（北纬29°23′），周围自然生态环境良好，四周没有对天区环境有影响的污染源（如：烟尘排放、强烈光照等），因而十分适合天文观测。包括太阳、月球 、行星及其卫星、彗星、星云、星团等天体和天体系统以及罕见天象如日食、月食、行星冲日、流星雨等。

2.道教名山的人文抓手。

九宫山是道教名山，道教重视星象和物候地理的观测，深受先秦道家遗风的影响。司马迁在《论六家要指》中就指出：“道家者流，盖出史官”，史官在古代负有执掌天文观测之责。被道教尊为南华真人的庄子，惊叹于天地宇宙之神妙，《庄子》外篇专门有《天地》、《天道》、《天运》三篇讨论天地之道。其中《天运》一口气提出了十四个有关天文宇宙的问题：天其运乎？地其处乎？日月其争于所乎？孰主张是？孰维纲是？孰居无事而推行是？意者其有机缄而不得已邪？意者其运转而不能自止邪？云者为雨乎？雨者为云乎？孰隆施是？孰居无是乐而劝是？风起北方，一西一东，有上仿徨，孰嘘吸是？孰居无事而披拂是？敢问何故？

庄子所提出的十四个问题，转换成今天的话语系统就是：天是在运转的吗？地是静止在一处吗？日月争相照耀大地吗？谁在主宰着天地日月？谁在维持着他们运转或者静处？谁安居无事推动着这一切？或者是天体系统本身有机关不得已的开闭？或者是天体系统自行运转而不能中止？云气是为着降雨吗？降雨是为着云气吗？又是谁在操纵着这一切？谁安居无事为寻求快乐而助长了它？风从北方吹来，忽东忽西，在上空中回旋，是谁在呼吸？是谁安居无所事事而挥动扇子？这些问题所涉及的天体的结构和宇宙运转间题，在庄子的时代自然是无法理解和回答的。但从中我们也可以明了道家、道教对天文现象的热衷。这也是发展“星光公园”的人文抓手。

3.景区定位的需要。

九宫山在人们的传统思维中一直只是“避暑胜地”，虽然在近些年也开展了冬季的滑雪，但依然和许多景区一样“一年靠一季，一季吃一年”。要摆脱这一现状就必须合理利用景区的自然优势，打造四季都能开展的旅游项目。科普旅游将是很好的切入点，可以充分利用景区的动植物、地质和天文资源，而“星光公园”将是“破冰之锤”，通过它的建立会更好的带动其他科普旅游项目的发展。

“星光公园”天文概念的效益体现

1.有巨大的社会效益。

目前我国中小学还没有专门开设天文学课程， 只在小学自然、中学地理、物理课中介绍少量的天文知识， 民众普遍缺乏天文方面的基本常识，发展天文科普旅游可以改变这种状况， 使旅游者获得天文方面的基本知识， 满足他们的求知欲望。收到很好的社会效益。

2.有独特的审美价值。

在自然科学中， 天文学具有巨大的吸引力。天文学被普遍认为是高不可攀、离得遥远， 特别有神秘感。天文学的魅力就在于它与人们的这种距离性审美关系， 并由此带给人们特殊的美感。星空之美、太阳之美、月亮之美、流星之美等， 无不别具一格、幽远深邃、撼人心魄。自古以来，日月星辰就是人们关注的焦点， 是骚人墨客歌咏的永恒对象. 遥望黛青苍穹的点点繁星， 聆听有关星空或美好或哀婉的种种传说， 会引起人们多少的好奇、遐想与感慨！

3.有较好的经济效益。

在国外，科普旅游的投入相当巨大、但其回报率也相当惊人， 已成为投资商关注的庞大产业。若加以合理的开发， 可产生较好的经济效益。“星光公园”景区的建立，可以在游客的潜意识当中就形成了一个选择导向，这无疑能够在众多景区中能够更多地吸引游客。天文项目的开展会让每个去九宫山的人都会期待与满天繁星和银河的邂逅。其带来的综合收益是不言而喻的。

篇6

刘洁民：首先必须承认，中小学科学课程的综合化是一个国际趋势。十多年来，我一直从事初中科学课程标准研制和课程实验，正是因为我坚信这门课程有利于提高学生的科学素养，符合我国初中科学教育的需求。但是，全面实施综合化的科学课程，需要在师资、课程资源、评价等方面有坚实的基础，还需要全社会对新的科学教育理念有足够的认同。2000年开始研制初中科学课程标准实验稿时，我们希望从少量实验区开始实验综合科学课程，用大约十年时间在全国大范围推广。现在看来，我们当时是太乐观了。经过这十多年的努力，目前科学课程资源已经有了明显的改善，但师资与评价等等诸多问题仍然存在，制约着综合科学课程的发展，社会认同程度也有待提高。另一个不容忽视的因素是，中国很大，不同地区的经济、文化和教育发展水平有较大差异，不可一概而论。因此，从我国初中科学教育现状来看，初中科学课程究竟应该采取综合的形式还是分科的形式，既不是单纯由课程本身的价值与合理性所决定的，也没有一个简单的答案。随着新课标的颁布，我们希望新的科学教育理念获得更广泛的理解和支持，也希望有更多的科学教育工作者在初中科学课程的师资培养、课程资源开发、评价体系的建立与完善等方面做更多的努力，为综合性的初中科学课程在我国的健康发展创设必要的条件和机会，从而进一步提升我国中小学生科学素养。

《中国教师》：初中科学课程被确定为“以提高学生科学素养为宗旨的课程”，实验稿并没有明确界定什么是科学素养，但2011年版课程标准中作了明确界定，您能否对此做一点说明？

刘洁民：“科学素养”概念是西方学者于20世纪50年代提出的，是一个不断发展的概念。2000年研制实验稿时，国内尚没有一个得到公认的科学素养概念，国际学术界的说法之间也有较为明显的差异，为避免争议，实验稿没有正面给出界定，但其中对课程总目标的表述实际上代表了研制组对科学素养的理解。2006年，国务院颁布了《全民科学素质行动计划纲要(2006—2010—2020年)》，其中明确写道：“科学素质是公民素质的重要组成部分。公民具备基本科学素质一般指了解必要的科学技术知识，掌握基本的科学方法，树立科学思想，崇尚科学精神，并具有一定的应用它们处理实际问题、参与公共事务的能力。”此后国内大多数学者较为普遍地接受了这个界定。在修订课程标准过程中，修订组专家一致认可这个界定并将其写入前言，作为“课程性质”第一条的主要内容，只是根据学术界较通用的说法将其中使用的“科学素质”改为“科学素养”。我认为，明确对科学素养的理解，对于读者更深刻准确地理解课程标准显然有直接的帮助。

《中国教师》：与实验稿相比，2011年版课程标准关于科学本质的部分篇幅增加了一倍，请问其中的主要变化是什么，为什么会有这样的变化？

刘洁民：科学本质是当代科学教育中的重要内容，增进学生对科学本质的理解是科学教育的重要目标之一，也是近年来各国科学教育高度关注的问题。20世纪80年代以来，西方一些科学教育家以建构主义为指导思想，倡导一种将科学史、科学哲学和科学社会学（History，Philosophy and Sociology of Science，简称HPS）融入中小学科学课程和教学的科学教育模式，以促进学生对科学本质的理解。《美国国家科学教育标准》、美国科学促进协会“2061计划”丛书都有较多篇幅谈科学本质，将其放在重要位置；英国国家科学课程标准中也对各个学段的科学本质教育提出了相应的教学要求。在中国，长期以来，科学本质主要是科学哲学、科学史、科学社会学等学术领域关注的话题，直到20世纪90年代才明确进入科学教育领域。2001年的实验稿明确将对科学本质的认识作为课程基础，并将“体现科学本质”作为课程基本理念之一。

与实验稿相比，2011年版对科学本质的表述更为明确和详细，增加了对科学知识基本形式和建构过程、科学探究过程以及科学伦理的描写。全部内容分为四段：

第一段从科学知识建构的角度概述科学的性质，也是大家普遍所了解的，即科学是一个有价值的知识体系。

第二段着重谈科学探究。在教育的范畴中谈探究，探究往往被作为教学的手段，但在科学的范畴中，探究是本质，是人类发现知识的方法和途径。鉴于教学实践中大家对科学探究的片面理解甚至误解，课程标准中给予了非常清晰的表达：科学探究是创造性思维活动、实验活动和逻辑推理交互作用的过程，往往需要经过多次循环，不断有新的发现和问题，在解决这些问题的过程中推动科学的发展。

第三段说明科学是开放的系统，是一个不断发展的过程。教师可以借用一些科学史上的著名案例，引导学生理解科学的开放性和发展性。例如，根据直接的观察和朴素的推理，世界各古代文明都曾产生过原始的地平说，并认为日月星辰都围绕大地运转。公元2世纪，希腊天文学家托勒密运用数学方法处理前人的观测结果，构建了一个相当精致的地心说理论体系，代表了当时的科学认识水平。但是，随着观测仪器精准度的提高和新的观测结果的积累，科学家们发现了越来越多无法用地心说解释的现象，1543年哥白尼发表了日心说理论，其正确性直到17世纪以后才随着其他科学理论的发展而逐渐确立。19世纪以后，人们进一步认识到太阳并不是宇宙的中心。再比如，对地球形状和大小的认识，对物质结构的认识，对生命本质的认识，都是随着人类科学探究能力的提高而不断改进的。所以，科学不是僵化的、封闭的，而是在不断发展进步中。认识到这些，对促使学生形成正确的科学观、世界观非常重要。

最后一段说的是科学伦理。科学家是人，科学是人类活动，科学家在从事研究和相互交往的过程中既要受到人类社会基本法律和伦理的制约，还要受到科学规范、科学伦理的制约。20世纪以来，科学技术对人类的生活方式和自身安全的影响越来越深远，例如核能、人类基因组、转基因等研究既可以造福于人类，也为研制大规模杀伤性武器提供了基础，而克隆人研究则带来一系列伦理和法律问题。正因为科学技术对人类社会的影响太大了，因此其发展必须受到全社会的关注，虽然历史上多次发生世俗伦理和法律阻碍科学发展的事件，但必要的法律、伦理制约仍然是不可缺少的。

以上对2011年版中关于科学本质的部分作了十分简略的解说，课程标准解读对此有更详细的说明。由于初中科学课程是体现科学本质的课程，因此，正确认识科学本质，对科学教科书的编写和科学课程的教学都有至关重要的意义。

《中国教师》：实验稿基本理念中有一条是“突出科学探究”，2011年版中改成了“体现科学探究的精神”，课程目标和课程内容中对科学探究的表述也有明显的改变，请问主要变化是什么？对科学课程的实施将会产生什么样的影响？

刘洁民：课程改革之前，我国的理科教学习惯于以教师讲授为主，很多学校的理化生课程连学生需要完成的最起码的理科实验都不能保证，更谈不到以科学探究的方式实施教学。针对这种情况，实验稿对与科学探究有关的内容在表述上作了强化处理，试图引起广大一线教师和科学教育界的重视。经过十年来的课程改革，科学探究的理念已经较为普遍地为人们所接受，但在课程实验中却出现了两方面问题：一是表面化，即看起来像是探究式的科学教学，其实不然，例如师生问答、学生活动及动手实验等，表面上在探究，实际上学生根据教师安排好的套路作出机械反应，缺少真正的思考和理解；二是模式化，即把科学探究过程固定为一个统一的模式。为纠正表面化的倾向，2011年版强调“体现科学探究的精神”，其含义不言而喻。为纠正模式化的倾向，2011年版在表述科学探究的课程内容时明确指出，“科学探究的方式和过程是多种多样的，没有一成不变的模式”，并将实验稿中明确概括的六要素改以举例的形式表述。在教学建议中又指出，“学生的探究活动可以采用多种形式，有些探究活动是完整的，有些只包含部分要素，但无论何种形式，均须体现科学探究的基本思想和特征”，“探究教学不是科学教学中的唯一方式，它应该与其他各种行之有效的教学方式有机地结合”。

实验稿中，关于科学探究的课程目标完全按照所谓“六要素”设定，2011年版则增加了理解科学探究过程、能开展科学探究活动的要求，并明确提出了科学探究所需要的基本技能要求，特别是对观察、实验获取信息能力的要求。

从总体上看，2011年版对科学探究的要求比实验稿更为深入、细致和全面，同时也更为务实，并且力图纠正表面化和形式化的倾向，科学教科书的编写和科学课程的教学应尽可能落实这些基本要求。

《中国教师》：科学课程的另一个基本特征是整合，在这方面2011年版有什么新的内容？

刘洁民：首先，“确定了科学课程应包括以下方面内容：统一的科学概念与原理；科学探究的基本过程和方法；自然科学中最基本的事实、概念、原理、观点和思想；发展学生思维能力、创新精神和实践能力的内容；培养学生科学精神、科学态度的内容；反映现代科学技术发展的新成果以及科学技术社会之间关系的内容”。强调“通过对内容的整合使学生从整体上认识自然和理解科学，并不刻意追求不同学科知识的综合程度”。

其次，突出统一的概念与原理的地位和作用，例如物质，运动及其相互作用，能量，信息，系统、结构与功能，演化平衡，守恒等。在具体知识内容方面，调整、合并了部分内容，删除了一些较难的内容，并明确提出了对学生相关技能的要求。

《中国教师》：我一直认为初中科学课程标准制定的科学态度、情感与价值观目标非常好，凸显了科学素养的基本要求。2011年版的课标将原来的4条科学态度、情感与价值观目标整合为3条：对自然和社会的态度，对科学的态度，学习科学、处理事务与人际关系的态度。在教学中如何落实这些目标，仍将是初中科学教育实践中的难点。在此，可否请您给教师们提出一些建议？

刘洁民：科学态度、情感与价值观的培养，一定要避免表面化、形式化的倾向，忌讳空洞地讲大道理。这应该是一种“鱼在水中，不知有水”的教育境界，教师要采用潜移默化的方式，“随风潜入夜，润物细无声”。教师首先要有科学态度、情感与价值观教育的明确意识，将其落实在具体的教学行为之中。可以说，所有科学知识都富有科学态度、情感与价值观的教育价值，就看教师心中是否有这类目标，眼中能否看到这些教育价值。例如，在天文部分的教学中，可以通过解释地球是唯一的一个拥有高级生命的星球，让学生感受珍惜和爱护地球的责任和义务；通过展示人类对地球形状的认识过程，使学生了解人类对自然界的认识是不断深化的；通过观测星空，引导学生感受大自然的壮美和奥秘，激发他们对大自然的热爱和探索热情；通过引导学生了解人类对宇宙起源和演化的认识过程，提高区分科学理论、神话传说、迷信及邪说的能力；通过介绍天文学家为探索宇宙奥秘不畏艰辛，甚至不惜献出生命的事迹，激发学生探索真理、热爱科学的情感。

《中国教师》：教师们曾经反映初中科学课程中天文学的内容过难，为什么本次课标修订仍然保持了对天文学内容的较高要求？广大初中科学教师应该怎样适应这种要求？

刘洁民：天文学是自然科学的基础领域之一。自20世纪80年代以来，欧美及亚洲的许多国家在初中科学课程中都对天文教育给予了足够的重视。单纯从实用角度考虑，对于现代人来说，天文学几乎完全是无用的，但从全面培养学生科学素养的角度看，天文教育无疑有着十分深刻的意义：

（1）基本的天文知识是现代公民科学素养的有机组成部分。我是谁？我来自哪里？我现在在哪里？这是自蒙昧时代以来人类一直在思考的问题，也是每个有自我意识的人或早或迟必然要遇到的问题。对这些问题给出与现代科学相协调的回答，而不是归之于臆想、神话和玄学，当然体现了一个人的科学素养。在做出这样的回答时，天文学起着不可或缺的作用。

（2）天文学有助于培养学生对自然和科学的兴趣。日月辉煌灿烂，星空神秘幽远，每一个注视它们的人，或为之震撼，或引发遐思。古今中外，无数哲人、艺术家和科学家为之倾倒。星空对中小学生来说，既是熟悉的，也是陌生而神秘的。天文学以神秘的宇宙作为研究对象，永远是激发人类好奇心和挑战人类想象力的重要源泉，是一门适合培养学生对自然和科学兴趣的学科。

（3）天文学有助于陶冶性情，启人心智。学习天文，观测星空，可以开阔人的眼界和胸襟，使人变得博大而深沉。康德曾说：“世界上有两件东西能够深深地震撼人们的心灵，一件是我们心中崇高的道德准则，另一件是我们头顶上灿烂的星空。”还有天文学家说：“与浩瀚的宇宙相比，尘世间那些鸡毛蒜皮算得了什么？”天文学首先是一门观测的科学。天文学的观测，要求精细、持久、有系统，从而可以培养人们精细、耐心、有条理的心理品质。学习天文，观测星空，可以激发人的想象力，启人心智。

（4）天文学有助于学习科学方法。天文学首先是一门观测的科学，它的研究对象是可望而不可及的遥远的天体。观测（观察）是非常基本的科学方法。此外，天文学在其漫长的发展过程中，还产生或运用了其他一些重要的科学方法，学习天文也就同时学习了这些科学方法。

（5）天文学有助于培养科学世界观。所谓世界观或宇宙观，指的是我们对世界的总的看法。天文学的研究对象是天体，是宇宙，它为我们客观地、理性地认识世界、认识宇宙提供了科学的基础，所谓科学的世界观，追根寻源，来自我们对宇宙的认识。

（6）了解天文学家的探索历程，有助于培育科学思想和科学精神。伟大的天文学家都是执著地追求真理的人。哥白尼、伽利略、牛顿、哈雷、哈勃、霍金，这些伟大的名字，他们的辉煌业绩和崇高精神，永远激励着后人。

关于教师在天文学教学方面遇到的困难，我想，解决的办法，一是希望大学本科教育中加强天文学教育，例如地理系开设天文必修课，物理系开设天文选修课；二是可设计一个约30个课时的天文学培训课程，对在职科学教师提供直接的帮助；三是进一步密切科学教育专家与一线教师的联系，给一线教师提供更多帮助和引导。实际上，只要有较好的参考资料和好的建议，初中科学课程中的天文内容大部分都是容易自学的。

《中国教师》：2011年版课程标准将实验稿中的“科学、技术与社会的关系”改为“科学、技术、社会、环境”，其中的主要变化是什么？

刘洁民：主要有四方面变化。

（1）增加了主题“科学、技术、社会、环境的关系”，在其中增加了环境教育的内容，并对四者关系给出了较为具体的表述。

（2）将“科学史”调整为“科学技术史”，参照“科学的本质”改写了“科学技术史在科学课程中的地位与作用”，使其更为具体并有所深化；将“科学史进入科学课程的基本方式”改写为“科学技术史融入科学课程的若干建议”，使之具有更明确、更具体的指导意义；删去“科学史料举例”，因其已包含在内容标准的有关部分。

（3）增加了对技术素养的界定，重新表述了技术设计部分的内容及要求，使之更为具体、确切和具有可操作性。

（4）重新设计了“当代重大课题”，对设置这部分内容的意图作了更明确的表述。由于具体课题的内容目标和活动建议实质上已出现在内容标准的前几部分，故删去细节，仅列举若干重大课题。

与实验稿相比，这部分内容变化很大，限于篇幅无法详细说明，有兴趣的读者可进一步阅读课程标准解读的相关内容。

《中国教师》：在过去的十年中，初中科学课程步履维艰。接下来的几年中，为使这一课程健康发展，需要做哪些努力？

刘洁民：任何改革都不是一蹴而就的。过去十年中，虽然科学课程实验确实遇到了一些问题，但一些地区的实验表明，这门课程有利于提高学生的科学素养，科学课程标准的理念、目标、内容和结构基本符合国际科学课程的发展趋势，符合我国初中科学教育的需求。对目前实施科学课程的实验区进行的问卷调查结果也表明，科学教师对科学课程标准的基本理念和设计思路是普遍认同的，初中科学课程改革的方向是正确的，初中科学课程标准实验稿的基本框架和内容是值得肯定的。现在修订过的课程标准已经由教育部正式颁布，初中科学课程未来的发展，需要教育界以及社会各方的共同努力，通力合作。

科学教育界内人士可集中力量做好三方面的工作：科学教科书的编写、科学课程学业评价改革以及科学师资队伍的建设。首先，初中科学教科书要充分体现课程标准的理念，充分体现科学教育的价值，为教师创造性地进行教学提供适宜的平台，促进学生科学素养的提升。现在曾在实验区使用过的几套初中科学教科书正在修订，有过去十年的工作基础和实验积累，我相信修订版教科书在整体构思和细节处理上都会有明显的提升。

评价改革一直是科学教育改革的难点。这次课标修订，我们下了很大工夫对评价建议作出较大修改，旨在更好地指导评价实施。例如，在评价原则方面首先提出导向性原则，“评价应以本标准为基本依据，评价目标要与课程目标一致，评价的内容和方式应有利于引导教师实施真正意义上的科学教育，体现本课程整合和探究的特点，增进学生对科学的理解，提高学生的科学素养”，还包括发展性原则、科学性原则、多元化原则和公平性原则，评价内容和方式也在实验稿的基础上作了更为细致和准确的说明。由于目前科学课程尚未确立具有足够针对性和权威性的评价体系，我们希望这些评价原则能为科学课程的学业评价提供一个基本的依据，使学业评价成为科学课程建设与发展的推动力量，而不是干扰与阻碍因素。

师资队伍是目前我国实施综合科学课程的另一个主要瓶颈。高水平师资队伍的建设，一方面要着眼于高校本科层面的教育改革，培养优秀的准教师；另一方面要着眼于在职教师的继续教育工作，尽快提升在职科学教师的专业素养。由于目前国内部分高师院校在本科教育中直接培养初中科学教师的模式存在争议，其实施也遇到一定困难，所以加强继续教育会是当前提升科学师资队伍专业素养的主要途径。过去十年的经验表明，“短平快”式的培训不能真正解决科学教师所面临的主要困难。建议统一规划科学教师培训项目与内容，例如经过专家论证和实验区调研，制定专门的科学教师专业发展规划，将其纳入常规的教师在职培训总体方案，从而使之既具有足够的针对性又具有足够的稳定性；又比如为每个科学教师提供三年一阶段的培训机会，使他们在完成初中三年的科学课程教学之后，有机会交流、总结、充实和提升。培训内容可由三大板块组成：一是教育教学基本理论方法，二是学科基本知识，三是科学实验与设计、科学史等专题课程，使得科学教师在学科知识、学科方法和技能、学科思想、学科文化等四个层面上全面获得提升。

还有一些工作，则不是科学教育界所能解决的，需要整个社会的支持。例如，国家和地方政府对初中科学课程实验区要给予足够的政策支持，在财政上要确保科学课程的实验经费（例如科学教师的培训经费、科学实验室的配备经费、购买科学图书的经费等等），并使其生存和发展获得一定程度的法律保障，不致因某些临时性的动议就导致实验区下马，使广大教师和科学教育工作者的多年努力毁于一旦。

篇7

那么，黄道上究竟有几个星座，这事儿到底归谁管呢？这就得看你关心的是哪一个“星座”了。

当我们说星座的时候，是在说什么？

星座是星座！

“黄道十二星座”和“黄道十三星座”，虽然都写作“星座”，但两个“星座”代表的含义却完全不同，把两者混为一谈就会闹笑话。这就跟“后”和“後”虽然都简化成了“后”，但你绝不能把“皇后”写成“皇後”一样。当我们说到“黄道十三星座”的时候，指的是天文学上的星座（constellations），也就是你拿着星图能在夜空中实际找到的一片天区。天文学家用星座这个概念来标记天空中的大概位置，比如“M31星系位于仙女座方向”，就好像我们说“故宫博物院位于北京市东城区”一样。早期由于观测精度的限制，星座之间的边界很模糊，人们说起“星座”，一般指的是这个星座的亮星连线周围的天空，反正周围没有亮星的地方看起来什么都没有，也就没人关心。等到观测水平越来越高，星座之间的边界就必须精确地确定下来，不然容易出现某个天体闹不清属于哪个星座的情况。

这也跟行政区划类似，古代没什么明确的国境、省境线，而现代的行政区划地图就画得越来越精确，你坐在车上，前一秒还在重庆呢，下一秒GPS就告诉你进入四川了，没啥含糊的空间。当然这个边界必须使用统一的标准，不能各说各的，所以国际天文学会（IAU）在1922年统一把全天划分成了88个星座，又在1930年划定了这88个星座的边界线。这样，全天就分成了88块边界清晰的“拼图”，每一个位置都能对应到某一个星座的范围，保证既不会出现争议，也不会有“三不管”地带。在这88块拼图里，黄道，也就是太阳一年里在星空中经过的轨迹，穿过了其中的13块。这就是所谓的“黄道十三星座”。拼图的形状很不规整，面积有大有小，而黄道从中穿越的长度也各不相同。网上流传的那张“十三星座”的表格，实际上就是太阳在黄道上运行时经过这些天区的时间。

星座是星宫？

而当我们说到“黄道十二星座”的时候，指的是占星学上的“星座”（signs）。从括号里的对应单词就可以看出来，它根本和天文学意义上的星座不是一回事儿，只是被翻译成了同一个中文词，容易弄混。严格来讲，应该把这个意义上的“星座”称为“星宫”（houses），它们只存在于黄道上，一共12个，也就是“黄道十二宫”。黄道是天球上一个360°的大圆，黄道十二宫从春分点开始，每一宫占据30°，把黄道平分成12段。太阳每年在黄道上跑一圈儿，平均每个月正好走过一个星宫，就好像太阳神在不同的宫殿里轮番居住似的。

所以黄道十二宫本质上是一套简单的历法，古巴比伦人使用这个古老历法的时候，天球上的春分点还在白羊座，于是第一宫就以“白羊”命名，春分点的标志？至今还和白羊座的符号一模一样。接下来的11个星宫也以当时位置大致对应的星座命名，依次是金牛宫？，双子宫？，巨蟹宫？，狮子宫？，室女宫？，天秤m？，天蝎宫？，人马宫？，摩羯宫？，宝瓶宫？，双鱼宫？。

其实每一宫就相当于一个月，只不过用了一个星座的名字来称呼它们，随便换一个命名方法，也不会影响它们的本质。比如从春分点开始，把黄道平分成12段是12宫，平分成24段正好是24节气，于是每一宫的起点、中间点和终点都恰好是一个节气，那么用对应的节气来命名每一宫，不管是按照起点来的春分宫、谷雨宫，还是按照中间点来的清明宫、立夏宫，其实也没什么不行的嘛。

篇8

一、天文知识学习

1.探求本质渊源的好奇心

探索是学习的最好方法，善于探索是一个天好者必备的优秀品质。天好者对于一些天象，要积极探索其本质。上网查阅、与爱好者交流、自己创立模型来解释，都是很好的学习方法，尤其是用自己创立的模型来解释一些天文现象可以很好地进行发散思维训练，取得意想不到的效果。

2.刻苦钻研精神和较强自学能力

由于我国天文学普及率低，而中小学生天好者，大多集中于沿海经济发达地区，无论是观测设备还是师资力量，西部经济欠发达地区都很薄弱。目前，“老师教学天文”在许多地方并不现实。那么如何学习天文知识呢？唯有两个字：自学。对天空充满无限好奇心、有着强烈的探索宇宙本质奥秘的愿望，是学好天文的前提。笔者在学习天文的过程中，遇到不会的问题就进行深入思考，求之不解就上网查询或询问专业人士，直到自己有个满意的答案。学习就是一个循序渐进的过程，刚开始无需探究一些复杂的问题，而应该扎实学习基础概念和基本理论，为以后的学习打好基础。偶尔遇到难题，就需要刻苦钻研的精神。当由浅入深解答了一道道难题的时候，就会发现自己潜移默化地学会了知识，更领会了一种别人没有的精神——刻苦钻研。只要抱着一颗热烈、爱好天文的心，就没有什么可以阻挡探索的道路。

3.天文学习与文化课学习相得益彰

天文是一门综合学科，它以数学、物理为基础，与地理、英语、历史、语文、计算机等学科联系紧密。天文学习从来不孤单，它与学校文化课的学习相互促进、相得益彰。地理课上当你认识了我们生存的家园——地球的时候，你的视野自然就会移向遥远的天空；当你探索天文理论的时候，数学就是基础和工具，督促自己平时对数学的认真学习和深入思考；当你进行天文观测的时候，促进你对物理学问题和历法的探究和思考，同时锻炼了自己的动手能力；当你面对全英文的天文设备和摄影器材说明书的时候，你不得不刻苦学习英语，提高英语水平；计算机是天文观测的得力助手，想要获得更加丰富的观测数据和得出更加精确的观测结论，必须要有较高的计算机操作能力和水平；当你在对天象的观测和摄影上取得点滴成绩的时候，心旷神怡、踌躇满志，想动笔写点心得与同好分享交流，就必须锻炼自己的写作水平。

4.学会与广大爱好者交流

交流可以增进自己对某个问题的理解，也能与广大爱好者切磋技艺，砥砺思想，从而找准自己的位置，以便更好地学习。由北京天文馆牵头组织的“全国中学生天文奥林匹克竞赛”为全国广大青少年天好者带来了福音，搭建了一个相互交流的平台。本人作为甘肃省惟一入围决赛的参赛选手，参加了2013年的全国中学生天文奥林匹克竞赛决赛，获得全国一等奖并入选国家队，有幸与参赛的全国中学生天好者进行交流，受益颇深。

二、实地天文观测

1.关注天象

大量的事实证明，一名合格的天好者是十分关注天象的。无论是日食、月食，还是行星的合与冲，天好者都会饶有兴趣甚至欣喜若狂地扮演它们的“追随者”。当今网络十分发达，做为初学者，可以先从网络上查询近期天象，知道什么时候会发生什么罕见天象，什么时候上弦，什么时候土星合月，什么时候水星凌日；在查询的过程中了解天象发生的原理及如何进行观测等知识。

2.勇于实践

天文观测至关重要的两点就是热心与耐心，而天文观测正是培养热心、耐心的良好途径。许多天象，对于初级爱好者是比较容易观测的，如日月食、行星合月、行星冲日、月象、活跃的流星雨、明亮的人造天体等。但是，有些天文现象并不是很容易就可以观测的，是对观测者耐心和毅力的考验。2013年有一颗叫作 C/2011 L4彗星在3月10日过近日点，而在3月15日左右对于中高纬度观测者来说观测条件最佳。3月17日17时笔者到达之前选择的“最佳”山顶，从18时一直不间断寻找到快20时，相机里忽然出现一个带着小尾巴的亮点，用不同参数拍下它。3个小时中，笔者忍受着三月天北方的寒冷和手臂的酸痛，直至手指冻得没有知觉。缺乏耐心和毅力就不可能成为一个真正的天好者，这是笔者天文学习的最深体会。

篇9

科学对世界的发现，技术对自然的改造，犹如两条臂膀共同创造着历史，推动着文明的进程。作为历史悠久的国度，我国古代科学技术的典型成就有哪些？它们是如何影响了中国的历史进程，又具有哪些特色呢？近代之后，东西方科学技术拉开差距的原因又是什么呢？

中国古代的科学

如果按照历史书中常谈到的“农、医、天、算”四个方面来分析古代科学成就，我们会发现，中国古代农业和古代医学并不属于科学范畴。

农业是生民之本，也是古代中国的立国之本，尽管我国古代农业著作历代不乏，特别是明清时期卷帙浩繁。但农书中大多记录了一些经验性的总结，大量的内容是种田技艺以及农

耕器具的发明与应用――这些都属于技术的内容，可以说中国古代的农业科学成就乏善可陈。

我国古代的医学别具特色，一直延续至今，但却饱受争议。我国中医史学家廖育群曾说过，古代中医与现代中医的区别，甚至要超过中医与西医的区别。可以说，中医内部也在不断吐故纳新或者说发生变化。社会上关于中医是不是科学，以及中医废存的问题广受关注。可以说中医目前是一门非常另类的学科，在面对西医（现代医学）时总是不断调适着自己独特的“身份”，因此也不适合用西方科学的概念作为基础来讨论中医中的科学问题。

天文学与数学的交融

最能代表我国古代科学成就的还是天文学和数学，也就是前文提到的天、算。这两门学科在我国古代联系得十分紧密，因为对日月五星运行规律的认识以及日食、月食的推测，都离不开数学上的计算。举一个例子，汉代已形成的“谈天三家”――也就是当时古人对宇宙的三种认识，分别是盖天说、浑天说与宣夜说。除了宣夜说有点玄奥抽象外，盖天说与浑天说均是由数学模型作为支撑的，尽管两者建构了不同的宇宙模型，但是有一条是共同坚守的，就是“日影千里差一寸”，也即八尺之表的日影在子午线方向上千里会差一寸。而“日影千里差一寸”最早源自《周髀算经》，该书既是一部数学著作，也是一部天文学著作。需要说明的是，千里差一寸的论证是错误的，一直到了唐代一行和尚通过实测才使它寿终正寝。

我国古代天文学的发展，深受古代数学的影响，尽管盖天说、浑天说都有数学模型建构，但是这种模型并不与推算日月五星运行的另一套数学模型（算的模型）相融洽，或者说是各行其事。因此我们也不可能像西方那样，从古希腊天体运行的圆周运动中解脱出来，发展出开普勒的椭圆轨道等近代天文学体系。我国古代天文学还把地上的事物都搬到天上，形成了独具特色的“三垣二十宿”体系。该体系是天上、人间对应比附的产物，是军国星占体系的一种反映，即为战争胜负、王室兴衰、年成丰歉等军国大事服务的，但这已经走出了科学的范畴。

中国古代的数学成就

我国古代数学的基调是由成书于汉代的《九章算术》确立的。那么《九章算术》的基调是什么呢？就是服务于实际生产生活的应用问题集：一题一答一术。“题”就是题目，“答”就是答案，“术”就是算法。那么推理、论证的过程呢？书中是查不到的，因为根本就没写。所谓“九章”，就是9大类应用题目，比如“方田”是计算土地面积的问题集，“商功”是计算各种工程（沟渠、仓窖等）的土方、人工等。

经常有人将《九章算术》与古希腊欧几里德的《几何原本》作对比，这两部书的确也代表了东西方不同的思维风格，一个是以“算”为特征的实用化体系，一个是以“证”为特征的演绎逻辑体系。我们的祖先一直缺少“证”的那根筋，直到明末徐光启与传教士利玛窦合作翻译《几何原本》（前6卷）时，徐光启被该书的体系所服膺，写道：“此书未译，则他书俱不可得。”

说到我国古代数学，大家都会联想到南朝祖冲之在圆周率上的贡献。不过，祖冲之的《缀术》已经失传，他对圆周率的推算，学界认为是在魏晋时期刘徽“割圆术”的基础上得到的。当时要计算出密率355/113的确是很了不起的成就，要知道那个年代要用算筹去计算开方在内的大数目运算，难度可想而知。

苏州大学董洁林教授带领的团队遴选出了

200项人类在科学方面的成就，其中我国古代科学成就仅两项入选，之一是墨子进行的“小孔成像”实验。但就笔者看来，墨家学派进行的这项实验以及那句描述“小孔成像”的“下者之人也高，高者之人也下”并不比刘徽的割圆术更科学，影响更大。笔者认为在我国古代的科学门类中，物理学、化学较天文学、数学经验性成分更多，包括北宋沈括在《梦溪笔谈》中的众多记载，基本是经验现象的罗列与陈述，当然不乏一些细致的观察与描述。

唐代中叶到元代中叶是我国古代数学发展的黄金时期，特别是宋元时期达到了顶峰。发展到高峰的标志有二：首先是数学著作繁兴，宋代前后不到300年竟出了50本之多；其次是水平高，就是在算法的改进与抽象化程度方面前进了许多。无论是高次方程的近似解法、多元一次方程组的解法、高阶等差级数、同余方程组解法等，都达到了当时世界上的最高水平。

从元中叶到明末，中国古代数学整体江河日下，以至于当时学界竟然连宋元时期的数学著作都读不懂了。到了明末，随着传教士的东来，西方的数学知识开始译介、引入；后来又经过清末第二次“西学东渐”，直到20世纪初我国数学才汇入世界数学发展的洪流。

篇10

如果要列出“20世纪最受冷落科学家”的单子，弗里茨•兹威基（Fritz Zwicky）肯定会排得靠前，尽管在宇宙学领域，他的位次可能紧跟阿尔伯特•爱因斯坦。在科学史上寻找这个瑞士天文学家，倒有点像在宇宙中间寻找他提出的“暗物质”――由于“暗物质”不发散光，不吸收光，不反射光，人们根本看不见它。或许兹威基的想法超越了他的时代。但假如这个科学家的个性不那么古怪的话，不知道他的名字是否还会在70多年中被同僚无视。

“下落不明的质量”

20世纪，天文学的许多重大发现同美国加州的威尔逊山有关。在1917、1947年间，当时世界上最大的天文望远镜就在威尔逊山上，口径有100英尺，著名的爱德温•哈勃(Edwin P. Hubble)通过它观测到星系正离我们远去，提供出一幅宇宙膨胀的图像，暗示存在着一个“大爆炸”的时刻。兹威基觉得，那时的威尔逊山就是“宇宙的中心”。威尔逊山距离兹威基任职的加州理工大学（Caltech）不远，从学校操场就可以遥望这座山清晰的轮廓，这让他时常想起多山的瑞士老家。1925年，获得1922年诺贝尔物理奖的密立根（Millikan）教授引荐他来到这里，换成别人一定会为教授的器重而感激和荣幸，然而兹威基对于这位推荐者的态度却很不屑，甚至当面指责密立根“从未提出过好的想法”。当密立根善意地提醒这个年轻人先要自我反省时，兹威基却宣称自己不必担心，因为“每隔两年就能蹦出好点子”。他这么说或许不完全是吹牛，在1933年，兹威基脑子里就冒出了“暗物质”的点子。

“遥远的星系团里有一些物质很独特，它们既不发光，也不吸收光、反射光……”兹威基的意思是，宇宙中存在你我看不到的物质，但它们有质量。事实上，暗物质不仅拥有质量，它的质量甚至是可见物质的6倍，占到宇宙物质成分的24%；另外72%是暗能量，一种充溢宇宙空间的能量形式，同样不可见。在进入21世纪前，人们竟然被告知，可见的一切在茫茫宇宙的质量划分中都不能占到多数。“要承认我们宇宙超过90%都看不到多少有些尴尬”，华盛顿大学的教授布鲁斯•珈诺（Bruce Margon）在《纽约时报》上说，“大自然在嘲笑人类，她把宇宙的绝大部分藏了起来。”

但兹威基还是找到了它。1933年的美国经济大萧条似乎同这个对星星着迷的35岁男人毫无关系，当时他已经是加州理工大学的首位天体物理学家，可以把注意力完全放在后发座星系团（Coma Cluster）上面了。这个星系团就在我们熟悉的狮子座附近，由1000个大星系，30000多个小星系组成。据说，得名自一个与埃及法老托勒密三世王后的头发有关的传说。对神话故事，兹威基当然不关心，他的忧虑在一堆写着密密麻麻数字、符号的算草纸上。

要测量星系团的质量，一般两种方法。“动力学质量”计算，需要的数据是各星系之间的相对速度和平均速度，而“光度学质量”要求测量各星系的光度。兹威基分别利用这两种算法计算后发座星系团的质量，结果不可思议：“动力学质量”是“光度学质量”的400倍！为什么后发座星系团有99%的质量“下落不明”？难道“动力学质量”中用到的牛顿运动定律不再适用？或者，星系团的主要质量并不是由可视的星系贡献的？兹威基用他那最具幻想的头脑做出了以下推测：宇宙大部分质量不可见，因此光度方法测算不出。于是，有了“暗物质”一词。

似乎大多数人还是信奉“眼见为实”，在当时，“暗物质”这个概念被彻底忽略了。相反，兹威基本人的恶名倒比“暗物质”的名称传播得快。

当传道牧师谈到《圣经》的“创世纪”部分，“上帝说：‘要有光！’便有了光……”，兹威基立即表示，如果加上一句“而且，有了电磁场”将会更好。类似的谈话肯定不止这一次，这个瑞士人当然可以决定在各个信仰间保持中立，但这种玩世不恭的态度显然不会被人们喜欢。其他天文学教授常要忍受兹威基带有学术尖酸味的辱骂，比如：“球体的杂种”。为什么是球体？兹威基的解释――“因为我看过去，不论从哪一个方向，他们都是杂种。”当他暂时离开他亲爱的星星，谈论起同事，那大鼻子上的两只眼睛里只有轻蔑。其他科学家没有忘记兹威基是如何对待自己的伯乐密立根教授的，于是尽量避开他，以免自己的研究成果被叫做“一堆无用的垃圾”。

在威尔逊山天文台

幸好不是人人都想躲着兹威基，比他大五岁的德国天文学家沃尔特•巴德（Walter Baade）就是个例外。巴德同兹威基恰恰相反，他的“温和、谦逊，容易接近”已被公认，也许是互补的性格使他们对对方产生了某种吸引，自从巴德转到威尔逊山天文台（Mount Wilson Observatory）――就建在曾被兹威基称为“宇宙的中心”的威尔逊山上――工作，两人的名字就开始同时出现。尽管兹威基时不时会因为巴德的德国血统大骂“纳粹”，但人们发现两人关系其实越来越密切。他们在为一种新的理论而狂热，兹威基投入其中的精力多少分散了由于“暗物质”被忽视所带来的失望情绪。1934年，他和巴德在《国家科学院学报》上推出了这个新概念――“超新星”。

当“新星”爆炸，光度在短时间内成千万倍增加，以致宇宙中像是出现了新的星体。这个过程有点像恒星重生，因此，国内科学家喜欢将“新星”比作涅的凤凰。而兹威基发现，“超新星”会更加猛烈地爆发，光度增加甚至超过一亿倍。爆炸前，“超新星”是普通恒星，当这颗恒星的核心达到与原子核相当的密度时，内部发生爆炸。恒星将抛掉大部分质量，突然失去支撑自身重量的压力，坍缩成为一颗毫无生气的超致密残骸――“中子星”。兹威基能感觉到“超新星”的概念如此重要，不仅干预星系的形成、演化，甚至可以用作测量宇宙膨胀的标尺。但除了巴德，似乎没有人愿意站在他一边。1934年1月19日的《洛杉矶时报》，甚至一本正经地调侃，“星体爆炸释放出火焰，看上去像是一亿颗太阳。然后，突然，星体的直径由50万英里缩到了14英里……”在任何正常人看来，这显然是不可能的。

“暗物质”带给兹威基的无奈在于它无法观测，但“超新星”不一样，一亿颗太阳的亮度绝对不难发现。1936年，兹威基说服加州理工大学，在威尔逊山东南方的帕洛马天文台（Palomar Observatory）上建起了口径48英尺施密特望远镜。人们可以大概猜出兹威基的目的：施密特望远镜比其他望远镜有更大的清晰视场，特别适合巡天观测。比如，寻找超新星。施密特望远镜架在帕洛马天文台屋顶开口的下面，就像一门对准星空的白色大炮。兹威基已经习惯跟这个庞然大物在一起，当他一次次将眼睛对准目镜，他所发现的“超新星”的数字也在增加。1935年到1940年之间，这个数字是14颗，占1930年代人们发现超新星总数的一多半。而在其一生中，他总共发现了122颗“超新星”，这一纪录直到2006年才有人打破。人们不禁疑惑，他在数星星上表现出的执着会不会是“暗物质”那件事上压抑的一种释放。

在加州理工大学，可能由于兹威基在为人师表上做的真是很糟糕，这个辛勤的天体观测者早已失去了教授应得的尊敬。那座学校里有很多对他不利的传闻。有学生说，当他跟其他同学一起去兹威基教授家，教授的妻子是这么招呼教授的――“下楼来吧，小杂种们过来了!”这不能不让人怀疑，在兹威基家里，“杂种”就是他对学生的一贯称呼。在1974年，甚至有学生找到某家杂志，要求通过媒体揭发兹威基“对学生带有虐待性的苛刻要求”。那本杂志的编辑听了学生的抱怨，准备找个机会同兹威基教授谈谈，但不久，就听说了他去世的消息。

迟来的发现

兹威基去世13年后，他最小的女儿巴巴丽娜•兹威基(Barbarina Zwicky)走进加州理工大学的一家书店，翻开一本叫做《理查•普雷斯顿的第一道光》的书。她以为这本书讲的是帕洛马天文台的望远镜，但首先读到的段落却跟已故的兹威基有关――“兹威基叫巴德‘纳粹’……他把帕洛马天文台的天文学家都称作笨蛋……他总是使用最肮脏的词汇咒骂其他人……甚至巴德都恐惧地表示‘可能有一天会被兹威基杀掉’……”。这可不是巴巴丽娜所熟知的老爸兹威基，她能回忆起的，是兹威基微笑着问自己要什么礼物，一起熬夜攻克代数、地理难题的场景。为什么兹威基一直没有科学地位？为什么“暗物质”至今得不到承认？从那个时候，她对科学界产生了敌视。

1993年，在大麦哲伦云中第一次发现了“暗物质”存在的证据，它的候选者之一“大质量致密晕天体”（massive Compact Halo Objects，缩写为 MACHOs）被美澳科学家组成的小组探测到了。巴巴丽娜本以为，兹威基生前最重大的发现“暗物质”从此将被认可，在科学史上的地位会因此提高，而之后她却发现了更多被她称为“卑鄙和邪恶的诋毁”的记录――1994年，加州理工大学物理学家基普•索恩（Kip Thorne）在《黑洞与弯曲的时间》中写道，“19世纪30、40年代同兹威基一起工作的天文学家，都把他当成引人不快的粗人”；同年出版的《完美机器》引用了“球体的杂种”的典故；1997年，蒂莫西• 费利斯（Timothy Ferris）在书里说，“其实别人根本无法忍受他（兹威基）愚蠢的想法”，“球体的杂种”再一次被引用。巴巴丽娜一封接着一封回信反击，她坚持认为这些享有声誉的教授之所以在书里说谎是“出于对兹威基才华的嫉妒”。

2006年8月21日，“暗物质”终于在美国国家航空航天局的钱德勒X射线望远镜下现身。研究小组将子弹头状巨大气团(bullet cluster)的数据测量结果与太空望远镜拍摄的亮物质照片相对照，发现了四个分散的物质团，两个较小的亮物质团在后面，而前面两个飞速远离碰撞区域的巨大物质团就是“暗物质”。2007年，科学家甚至用电脑绘制成功了“暗物质”的三维宇宙天图。三维图上的“暗物质”并不好看，像是“变了形的土豆”，但这形状奇特的天图却打消了人们对“暗物质”的存在和弗里茨•兹威基科学地位的怀疑。“宇宙太深奥了，它不肯将‘天机’一下子泄露给我们。”诺贝尔物理奖获得者温伯格（Weinberg）曾这么说。在“暗物质”概念提出73年后，兹威基的女儿终于等来了世界对兹威基学术成就的肯定。巴巴丽娜开始更有底气地向各个媒体提出“翻案”，她相信――或许只有她相信――兹威基“宽厚、仁慈”的形象也会像“暗物质”一样逐渐被人们接受，只不过那还需要更长一段时间。

边栏：

大质量致密晕天体（massive Compact Halo Objects，缩写为 MACHOs）是由一些体积很小的大质量重子物质组成，被认为是构成暗物质的候选者之一。重子物质就是我们通常所说具有质量的物质，常见的重子比如原子核中的质子和中子。大质量致密晕天体可能是黑洞、中子星、褐矮星、自由行星、白矮星和非常微弱的红矮星，由于自身不发光，所以它很难被探测到。

子弹星系团(bullet cluster)实际上是两个星系迎面相撞并彼此穿越而形成的。在2006年的发现过程中，两个星系团以每小时近两亿千米的高速撞到一起，它们内部包含的发光物质由于相互间存在引力之外的相互作用力，在相互挤压的过程中速度减慢了。但是两星系团中的暗物质之间没有这种作用力，它们并不减速，而是畅行无阻地直接穿过对方。结果暗物质跑到了发光物质的前面，

专访南京紫金山天文台空间天文实验室主任常进（待回复中）

新知客杂志：

1、 从1933年弗里茨•兹威基首先提出“暗物质”的概念，直至今天“暗物质”研究成为现代天文、物理学研究的热点，您认为中国在整个研究中的主要贡献有哪些？

2、 我们知道，2008年11月20日，《Nature》上发表了您与国外同行合作的宇宙高能电子空间观测新发现《宇宙电子在3000-8000亿电子伏特能量区间发现“超”》，第一次发现“暗物质”粒子湮灭的证据。通俗来讲，“超”指的是什么，同“暗物质”有着怎样的关系？

3、 当时很多媒体形象地报道，说这次发现是人类第一次“触摸”到了“暗物质”，而关于2006年子弹星云的发现，用的词语多是“看见”。那么，“触摸”这个词在这里该如何理解？