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如果一個人能對著天上的事物沉思,那麼在他麵對人間事務時,其所言所思就會更加高尚。《中外物理學精品書係·天文學革命:仰望星空400年》帶給您的不僅僅是關於李約瑟難題的學術研究,更多的則是一種沉思的高尚。
內容簡介
《中外物理學精品書係·天文學革命:仰望星空400年》為紀念天文望遠鏡發明400周年而齣版的天文學專著。全書共6部分24章,介紹瞭天文望遠鏡的發展過程和主要的近期進展。
目錄
第一篇天文學發現中的創造力與技術
第1章以天之語解物之道..............................................3
中國古代的天體物理.....................................................................3
望遠鏡的發明..............................................7
20世紀物理學的發展.................................................................. 10
21世紀的前景........................................................................... 11
參考文獻..............................................13
第2章現代望遠鏡發展對天文學的影響............................................. 14
引言...................................................................................... 14
X射綫天文學的科技進展............................................................15
X射綫天文學在方法論上的傳承...................................................20
哈勃空間望遠鏡........................................................................21
歐南颱的甚大望遠鏡..................................................................25
錢德拉X射綫天文颱..................................................................29
結論和展望..............................................................................31
參考文獻.................................................................................32
第3章找尋宇宙中的"地球"及生命...................................................33
孕育生命的行星的星係環境33
係外行星的發現及其性質............................................................34
觀測到的係外行星的統計特性......................................................38
開普勒任務:搜尋係外地球大小的行星.............................................42
參考文獻.................................................................................45
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前言/序言
天文學革命:仰望星空400年 內容梗概: 本書是一部關於天文學史上一次偉大變革的深度探索,聚焦於從哥白尼的日心說誕生至今,長達四個世紀的輝煌曆程。它不僅僅是羅列天文發現的編年史,更是一次深入解讀人類如何一步步揭開宇宙神秘麵紗、顛覆固有認知、重塑宇宙觀的精彩敘事。從地球中心到太陽中心,從靜態宇宙到膨脹宇宙,從牛頓力學的宏偉框架到廣義相對論的奇妙時空,這本書將帶領讀者穿越知識的海洋,感受科學精神的磅礴力量。 詳細內容: 第一章:星辰的低語——從伽利略到牛頓的革命前夜 在哥白尼的時代,亞裏士多德-托勒密的地心說體係統治瞭西方思想長達一韆四百多年。地球被認為是宇宙的中心,太陽、月亮、行星以及恒星都圍繞著它鏇轉。這種觀念與當時的哲學、宗教和日常生活緊密相連,構成瞭人們對宇宙的普遍認知。然而,隨著觀測技術的緩慢發展,一些微小的瑕疵開始顯現。 伽利略·伽利雷,這位意大利的物理學傢、工程師和天文學傢,用他自己改進的望遠鏡,徹底打開瞭觀察宇宙的新大門。他的觀測結果如同一顆顆重磅炸彈,投嚮瞭根深蒂固的地心說。他看到瞭月球錶麵的環形山和山脈,打破瞭天體完美無瑕的古希臘神話;他發現瞭木星的四顆衛星,證明瞭並非所有天體都圍繞地球鏇轉;他觀察到金星呈現齣圓缺變化,這與它繞太陽運轉的設想吻閤,而與繞地球運轉的預測相悖;他甚至看到瞭銀河是由無數的星星組成的,這極大地拓展瞭宇宙的尺度。伽利略的發現,不僅是科學的突破,更是對人類中心主義的挑戰,他因此受到瞭宗教審判,但也因此點燃瞭科學革命的火炬。 約翰內斯·開普勒,一位極富數學天賦的德國天文學傢,在第榖·布拉赫留下的海量天文觀測數據的基礎上,發現瞭行星運動的三大定律。他揭示瞭行星繞太陽的軌道是橢圓形的,而不是完美的圓形,這顛覆瞭古希臘人對天體運動的圓形完美主義的執念。他還發現瞭行星的運行速度並非恒定,而是根據與太陽的距離而變化,遠日點速度慢,近日點速度快。開普勒的定律,雖然還沒有給齣運動背後的原因,但卻以驚人的精度描述瞭行星的運動軌跡,為後來的理論構建打下瞭堅實的基礎。 艾薩剋·牛頓,這位偉大的英國物理學傢和數學傢,集大成者,將前人的發現升華為一個統一的理論。他提齣的萬有引力定律,解釋瞭為何行星會圍繞太陽運轉,為何蘋果會落地。他發現,宇宙中的一切物體都相互吸引,引力的強度與它們的質量成正比,與它們之間距離的平方成反比。牛頓力學體係,如同一座巍峨的科學宮殿,為天文學的研究提供瞭強大的數學工具和理論框架。他的《自然哲學的數學原理》一書,標誌著經典物理學時代的開啓,也徹底鞏固瞭日心說的地位。 第二章:宇宙的測量師——天文學的量化與精確 在牛頓力學建立之後,天文學的研究進入瞭一個更加注重精確測量和數量化描述的時代。天文學傢們開始緻力於測量天體的距離、大小、質量以及它們之間的相互作用。 威廉·赫歇爾,一位來自德國的音樂傢轉行的天文學傢,通過不懈的觀測,繪製瞭更為詳細的星圖,並發現瞭天王星,這是人類自古代以來首次發現的新行星,極大地拓展瞭太陽係的邊界。他對恒星分布的研究,也初步勾勒齣瞭銀河係的形狀。 隨著觀測技術的不斷進步,對行星軌道的精確測量變得可能。基於牛頓的引力理論,天文學傢們能夠預測行星的運動,並解決一些觀測上的小偏差。例如,對天王星軌道的異常觀測,最終導緻瞭海王星的發現。法國數學傢勒維耶和英國數學傢亞當斯,在獨立計算後,幾乎同時預測瞭海王星的可能位置,並最終被觀測證實。這一發現,成為瞭牛頓引力理論的又一個輝煌勝利。 與此同時,天文學傢們也開始嘗試測量恒星的距離。視差法是測量近距離恒星距離的基本方法,通過在地球軌道不同位置觀測同一顆恒星,利用三角形原理計算距離。雖然早期測量精度不高,但它為天文學傢們提供瞭理解宇宙尺度的初步概念。 第三章:星係的黎明——超越太陽係的視野 在19世紀末和20世紀初,天文學傢們的視野逐漸從太陽係擴展到瞭更廣闊的宇宙。關於“星雲”的本質,成為瞭一個熱門話題。這些模糊的光斑,究竟是位於銀河係內的恒星集團,還是遙遠獨立的宇宙島嶼? 埃德溫·哈勃,一位美國天文學傢,用當時世界上最強大的望遠鏡——鬍剋望遠鏡,對仙女座星雲進行瞭深入觀測。他發現瞭其中存在著周期性變亮的造父變星,通過測量這些變星的亮度變化周期,他得以計算齣仙女座星雲的距離。結果驚人地錶明,仙女座星雲距離地球遠達數百萬光年,遠遠超齣瞭銀河係的範圍。這一劃時代的發現,證明瞭我們所在的銀河係並非宇宙的全部,而是眾多宇宙島嶼(星係)中的一個。宇宙的尺度被無限地放大,人類的宇宙觀再次被顛覆。 哈勃的發現,開啓瞭“星係時代”。天文學傢們開始意識到,我們所處的宇宙是一個由無數星係組成的浩瀚結構。對星係的分類、分布以及它們之間的相互作用的研究,成為瞭天文學的重要課題。 第四章:宇宙的膨脹與相對論——時空的奇妙舞步 20世紀初,阿爾伯特·愛因斯坦提齣的狹義相對論和廣義相對論,為理解宇宙提供瞭一個全新的視角。狹義相對論顛覆瞭絕對時間和空間的觀念,揭示瞭光速不變原理以及質量與能量之間的等價關係(E=mc²)。 廣義相對論則將引力重新詮釋為時空彎麯的結果。質量和能量會使周圍的時空發生彎麯,而物體在這種彎麯的時空中運動,就錶現為我們所說的“引力”。愛因斯坦的場方程,為描述宇宙的整體結構和演化提供瞭強大的數學工具。 與此同時,天文學傢們也通過觀測發現,宇宙並非靜止不變的。哈勃在對遙遠星係的光譜進行分析時,發現瞭“紅移”現象——來自遙遠星係的光,其光譜會嚮紅端移動,這意味著這些星係正在遠離我們。並且,星係遠離我們的速度與它們到我們的距離成正比,這就是著名的“哈勃定律”。 哈勃定律的發現,與愛因斯坦的廣義相對論的理論預測不謀而閤。宇宙正在膨脹,這是一個令人震驚的結論。如果宇宙在膨脹,那麼迴溯時間,宇宙必然起源於一個更小的、密度更高的狀態。這為後來的大爆炸理論奠定瞭基礎。 第五章:宇宙的起源與演化——從大爆炸到未來 大爆炸理論,是現代宇宙學最成功的模型。它描述瞭宇宙起源於一個極度高溫、高密的奇點,並在大約138億年前開始膨脹。在膨脹過程中,宇宙的溫度逐漸降低,基本粒子形成,原子核閤成,恒星和星係誕生,最終演化成我們今天所見的浩瀚宇宙。 對宇宙微波背景輻射(CMB)的發現,為大爆炸理論提供瞭最有力的證據。CMB是宇宙大爆炸的“餘暉”,它均勻地彌漫在整個宇宙空間,其溫度和微小的漲落,精確地印證瞭大爆炸模型對早期宇宙狀態的預測。 恒星的演化,是理解宇宙結構形成的關鍵。恒星在不同階段的核聚變過程,産生瞭構成我們身體和周圍世界的各種元素。從氫和氦開始,通過恒星內部的核反應,逐漸閤成瞭碳、氧、鐵等更重的元素。當大質量恒星結束生命時,它們會以超新星爆發的形式將這些元素拋灑到宇宙空間,為下一代恒星和行星的形成提供原材料。 我們所在的太陽係,也是在這樣的宇宙演化過程中誕生的。太陽是一顆中等大小的恒星,它的形成大約發生在46億年前,由一片鏇轉的星際氣體和塵埃雲在引力作用下坍縮而成。地球以及其他行星,則是在圍繞年輕太陽形成的行星盤中逐漸吸積而成的。 第六章:暗物質與暗能量——宇宙的未解之謎 盡管現代宇宙學取得瞭巨大的成就,但宇宙仍然隱藏著許多未解之謎。其中最引人注目的是暗物質和暗能量。 暗物質,是一種不發光、不與電磁波相互作用的物質。天文學傢們通過觀測星係鏇轉速度、星係團的引力效應以及宇宙大尺度結構的形成,發現可見物質所提供的引力遠遠不足以解釋這些現象。暗物質的存在,被認為是彌補引力缺口的關鍵。然而,暗物質的本質至今仍是一個謎團,科學傢們正在積極地尋找能夠探測到暗物質粒子的方法。 暗能量,是比暗物質更神秘的存在。它是一種驅動宇宙加速膨脹的未知能量。如果在宇宙早期,引力是主導力量,那麼在宇宙演化到一定階段後,暗能量的效應逐漸顯現,導緻宇宙的膨脹速度不斷加快。暗能量的性質,是當前宇宙學研究中最前沿、最睏惑的問題之一。 結語: 《天文學革命:仰望星空400年》,是對人類探索宇宙偉大曆程的一次迴溯與緻敬。它不僅僅是一部科學史,更是一部關於人類求知欲、好奇心和勇氣的史詩。從古代的仰望星空,到近代的科學觀測,再到今天的宇宙探索,人類對宇宙的認識不斷深化,我們的世界觀也在一次次革命性的發現中被重塑。每一次對宇宙的深入理解,都讓我們對自身在宇宙中的位置産生新的思考,也激發著我們繼續嚮未知邁進的決心。這部書,將帶領讀者一同感受這份跨越時空的智慧之光,繼續仰望那片神秘而壯麗的星空。