宇宙
在西方,宇宙這個詞在英語中叫cosmos,在俄語中叫кocMoc ,在德語中叫kosmos ,在法語中叫cosmos.它們都源自希臘語的κoσμoζ,古希臘人認為宇宙的創(chuàng)生乃是從渾沌中產(chǎn)生出秩序來,κoσμoζ其原意就是秩序.但在英語中更經(jīng)常用來表示“宇宙”的詞是universe.此詞與universitas有關(guān).在中世紀,人們把沿著同一方向朝同一目標共同行動的一群人稱為universitas.在最廣泛的意義上,universitas 又指一切現(xiàn)成的東西所構(gòu)成的統(tǒng)一整體,那就是universe,即宇宙.universe和cosmos常常表示相同的意義,所不同的是,前者強調(diào)的是物質(zhì)現(xiàn)象的總和,而后者則強調(diào)整體宇宙的結(jié)構(gòu)或構(gòu)造.
宇宙觀念的發(fā)展 宇宙結(jié)構(gòu)觀念的發(fā)展 遠古時代,人們對宇宙結(jié)構(gòu)的認識處于十分幼稚的狀態(tài),他們通常按照自己的生活環(huán)境對宇宙的構(gòu)造作了幼稚的推測.在中國西周時期,生活在華夏大地上的人們提出的早期蓋天說認為,天穹像一口鍋,倒扣在平坦的大地上；后來又發(fā)展為后期蓋天說,認為大地的形狀也是拱形的.公元前7世紀 ,巴比倫人認為,天和地都是拱形的,大地被海洋所環(huán)繞,而其中央則是高山.古埃及人把宇宙想象成以天為盒蓋、大地為盒底的大盒子,大地的中央則是尼羅河.古印度人想象圓盤形的大地負在幾只大象上,而象則站在巨大的龜背上,公元前7世紀末,古希臘的泰勒斯認為,大地是浮在水面上的巨大圓盤,上面籠罩著拱形的天穹.
最早認識到大地是球形的是古希臘人.公元前6世紀,畢達哥拉斯從美學(xué)觀念出發(fā),認為一切立體圖形中最美的是球形,主張?zhí)祗w和我們所居住的大地都是球形的.這一觀念為后來許多古希臘學(xué)者所繼承,但直到1519～1522年,葡萄牙的F.麥哲倫率領(lǐng)探險隊完成了第一次環(huán)球航行后 ,地球是球形的觀念才最終證實.
公元2世紀,C.托勒密提出了一個完整的地心說.這一學(xué)說認為地球在宇宙的中央安然不動,月亮、太陽和諸行星以及最外層的恒星天都在以不同速度繞著地球旋轉(zhuǎn).為了說明行星視運動的不均勻性,他還認為行星在本輪上繞其中心轉(zhuǎn)動,而本輪中心則沿均輪繞地球轉(zhuǎn)動.地心說曾在歐洲流傳了1000多年.1543年,N.哥白尼提出科學(xué)的日心說,認為太陽位于宇宙中心,而地球則是一顆沿圓軌道繞太陽公轉(zhuǎn)的普通行星.1609年,J.開普勒揭示了地球和諸行星都在橢圓軌道上繞太陽公轉(zhuǎn),發(fā)展了哥白尼的日心說,同年,伽利略·伽利雷則率先用望遠鏡觀測天空,用大量觀測事實證實了日心說的正確性.1687年,I.牛頓提出了萬有引力定律,深刻揭示了行星繞太陽運動的力學(xué)原因,使日心說有了牢固的力學(xué)基礎(chǔ).在這以后,人們逐漸建立起了科學(xué)的太陽系概念.
在哥白尼的宇宙圖像中,恒星只是位于最外層恒星天上的光點.1584年,喬爾丹諾·布魯諾大膽取消了這層恒星天,認為恒星都是遙遠的太陽.18世紀上半葉,由于E.哈雷對恒星自行的發(fā)展和J.布拉得雷對恒星遙遠距離的科學(xué)估計,布魯諾的推測得到了越來越多人的贊同.18世紀中葉,T.賴特、I.康德和J.H.朗伯推測說,布滿全天的恒星和銀河構(gòu)成了一個巨大的天體系統(tǒng).弗里德里?！ねず招獱柺讋?chuàng)用取樣統(tǒng)計的方法,用望遠鏡數(shù)出了天空中大量選定區(qū)域的星數(shù)以及亮星與暗星的比例,1785年首先獲得了一幅扁而平、輪廓參差、太陽居中的銀河系結(jié)構(gòu)圖,從而奠定了銀河系概念的基礎(chǔ).在此后一個半世紀中,H.沙普利發(fā)現(xiàn)了太陽不在銀河系中心、J.H.奧爾特發(fā)現(xiàn)了銀河系的自轉(zhuǎn)和旋臂,以及許多人對銀河系直徑、厚度的測定,科學(xué)的銀河系概念才最終確立.
18世紀中葉,康德等人還提出,在整個宇宙中,存在著無數(shù)像我們的天體系統(tǒng)(指銀河系)那樣的天體系統(tǒng).而當時看去呈云霧狀的“星云”很可能正是這樣的天體系統(tǒng).此后經(jīng)歷了長達170年的曲折的探索歷程,直到1924年,才由E.P.哈勃用造父視差法測仙女座大星云等的距離確認了河外星系的存在.
近半個世紀,人們通過對河外星系的研究,不僅已發(fā)現(xiàn)了星系團、超星系團等更高層次的天體系統(tǒng),而且已使我們的視野擴展到遠達200億光年的宇宙深處.
宇宙演化觀念的發(fā)展在中國,早在西漢時期,《淮南子·俶真訓(xùn)》指出：“有始者,有未始有有始者,有未始有夫未始有有始者”,認為世界有它的開辟之時,有它的開辟以前的時期,也有它的開辟以前的以前的時期.《淮南子·天文訓(xùn)》中還具體勾畫了世界從無形的物質(zhì)狀態(tài)到渾沌狀態(tài)再到天地萬物生成演變的過程.在古希臘,也存在著類似的見解.例如留基伯就提出,由于原子在空虛的空間中作旋渦運動,結(jié)果輕的物質(zhì)逃逸到外部的虛空,而其余的物質(zhì)則構(gòu)成了球形的天體,從而形成了我們的世界.
太陽系概念確立以后,人們開始從科學(xué)的角度來探討太陽系的起源.1644年,R.笛卡爾提出了太陽系起源的旋渦說；1745年,G.L.L.布豐提出了一個因大彗星與太陽掠碰導(dǎo)致形成行星系統(tǒng)的太陽系起源說；1755年和1796年,康德和拉普拉斯則各自提出了太陽系起源的星云說.現(xiàn)代探討太陽系起源z的新星云說正是在康德-拉普拉斯星云說的基礎(chǔ)上發(fā)展起來.
1911年,E.赫茨普龍建立了第一幅銀河星團的顏色星等圖；1913年,伯特蘭•阿瑟•威廉•羅素則繪出了恒星的光譜-光度圖,即赫羅圖.羅素在獲得此圖后便提出了一個恒星從紅巨星開始,先收縮進入主序,后沿主序下滑,最終成為紅矮星的恒星演化學(xué)說.1924年 ,亞瑟·斯坦利·愛丁頓提出了恒星的質(zhì)光關(guān)系；1937～1939年,C.F.魏茨澤克和貝特揭示了恒星的能源來自于氫聚變?yōu)楹さ脑雍朔磻?yīng).這兩個發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致了羅素理論被否定,并導(dǎo)致了科學(xué)的恒星演化理論的誕生.對于星系起源的研究,起步較遲,目前普遍認為,它是我們的宇宙開始形成的后期由原星系演化而來的.
1917年,A.阿爾伯特·愛因斯坦運用他剛創(chuàng)立的廣義相對論建立了一個“靜態(tài)、有限、無界”的宇宙模型,奠定了現(xiàn)代宇宙學(xué)的基礎(chǔ).1922年,G.D.弗里德曼發(fā)現(xiàn),根據(jù)阿爾伯特·愛因斯坦的場方程,宇宙不一定是靜態(tài)的,它可以是膨脹的,也可以是振蕩的.前者對應(yīng)于開放的宇宙,后者對應(yīng)于閉合的宇宙.1927年,G.勒梅特也提出了一個膨脹宇宙模型.1929年 哈勃發(fā)現(xiàn)了星系紅移與它的距離成正比,建立了著名的哈勃定律.這一發(fā)現(xiàn)是對膨脹宇宙模型的有力支持.20世紀中葉,G.伽莫夫等人提出了熱大爆炸宇宙模型,他們還預(yù)言,根據(jù)這一模型,應(yīng)能觀測到宇宙空間目前殘存著溫度很低的背景輻射.1965年微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)證實了伽莫夫等人的預(yù)言.從此,許多人把大爆炸宇宙模型看成標準宇宙模型.1980年,美國的古斯在熱大爆炸宇宙模型的 基礎(chǔ)上又進一步提出了暴漲宇宙模型.這一模型可以解釋目前已知的大多數(shù)重要觀測事實.
宇宙圖景 當代天文學(xué)的研究成果表明,宇宙是有層次結(jié)構(gòu)的、物質(zhì)形態(tài)多樣的、不斷運動發(fā)展的天體系統(tǒng).
層次結(jié)構(gòu) 行星是最基本的天體系統(tǒng).太陽系中共有九大行星：水星 金星 地球 火星 木星 土星 天王星 海王星 冥王星（目前只有極少數(shù)科學(xué)家同意開除它,降為矮行星）.除水星和金星外,其他行星都有衛(wèi)星繞其運轉(zhuǎn),地球有一個衛(wèi)星 月球,土星的衛(wèi)星最多,已確認的有26顆.行星 小行星 彗星和流星體都圍繞