天文学是一门古老的科学，自有人类文明史以来，天文学就有了重要的地位。远古时代，人们为了辨明方向、确定时问和季节，开始对太阳、月亮和星星进行观察，找出它们的变化规律，并据此编制历法。从这一点来说，天文学是最古老的自然学科之一。《天文学大发现》语言简练生动、图文并茂，是适合广大读者了解天文学重大科学发现的科普读物。本书由视觉天下探索发现编委会主编。

不少人认为天文学离现实生活很远，其实天文学就在我们的身边。如跟我们的农业生产紧密相关的二十四节气，就是根据太阳在黄道(即地球绕太阳公转的轨道)上的位置，把一年划分为24个彼此相等的段落，也就是把黄道分成24等份，每份占黄经15°，从而形成二十四节气。二十四节气能反映季节的变化，指导农事活动，影响着千家万户的衣食住行。《天文学大发现》语言简练生动、图文并茂，是适合广大读者了解天文学重大科学发现的科普读物。

《天文学大发现》由视觉天下探索发现编委会主编。

第一章 探寻耀眼星空

行星的运行

木星的卫星

哈雷彗星

专题讲述：十二星座故事

第二章 天文学理论灯塔

万有引力定律

相对论

专题讲述：宇宙学常数

第三章 来自宇宙的信息

银河发出射线

宇宙微波背景辐射

γ射线爆发

专题讲述：宇宙黑洞真面目

第四章 揭示宇宙的命运

宇宙在膨胀

宇宙正在加速膨胀

专题讲述：宇宙的四种基本力

结缘天文学

开普勒出生在德国南部的瓦尔城。他的一生颠沛流离，是在宗教斗争(天主教和新教)中渡过的。开普勒原是个新教徒，从学校毕业后，他进入新教的神学院——杜宾根大学攻读，本想将来当个神学者，但后来却对数学和天文学产生浓厚兴趣，在格拉茨高等学校中担任数学和天文学讲师及编制当时盛行的占星历书。在校工作期间，开普勒完成了第一部天文学著作——《神秘的宇宙》，虽然他在该书中提出的学说完全错误，但却从中显露出了他的数学才能，也因此，他引起了伟大天文学家第谷·布拉赫的注意。在受到第谷的邀请之后，1600年，开普勒成了第谷的助手，开始了他研究天文学的旅程。

1601年，第谷逝世。约翰·开普勒接替了第谷的工作，开始编制鲁道夫星表。在这期间，罗马皇帝鲁道夫委任他为接替第谷的皇家数学家，开普勒在余生一直就任此职。开普勒对编制星表兴趣有限，而对改进和完善哥白尼的日心说、探讨行星轨道性质的研究兴趣浓厚。他发现第谷的观测数据与哥白尼体系、托勒密体系都不符合，于是决心寻找这种不一致的原因和行星运行的真实轨道。

发现行星运行定律

第谷·布拉赫在天体观测方面获得不少成就，死后留下20多年积累的观测资料和一份精密星表。第谷是望远镜发明以前的最后一位伟大的天文学家，也是世界上前所未有的最仔细、最准确的观察家，因此他的记录具有十分重大的价值。作为第谷·布拉赫的接班人，开普勒认真地研究了第谷多年来对行星进行仔细观察所做的大量记录。但在开普勒利用这些观测资料和星标进行新星表的编制时，遇到了困难：按照正圆轨道来编制火星运行表一直行不通，火星总是越轨。经过长达4年近70次各种行星轨道形状设计方案的计算，开普勒认识到哥白尼体系的匀速圆周运动和偏心圆的轨道模式与火星的实际运动轨道不符。于是他大胆地抛弃了统治人类思想达2000年之久的“匀速圆周运动”观点，尝试用别的几何曲线来表示火星轨道的形状。他认为行星运动轨道的焦点应该在产生引力中心的太阳上，并进而断定火星运动的线速度不是匀速的，近太阳时快些，远太阳时慢些，并得出结论：太阳至火星的直径在一天内扫过的面积是相等的。开普勒把这结论推广到其他行星上，结果也是与观测数据相符。就这样，他首先得到了行星运行的等面积定律。随后他发现火星运行的轨道不是正圆，而是焦点位于太阳上的椭圆，他把这结论应用于其他行星也是适用的。于是他又得到了行星运行的椭圆轨道定律。这两条定律发表在他1609年出版的《新天文学》一书上。

行星第一、第二定律的证实都需要进行复杂冗长的科学计算，开普勒认为还有一种能适合所有行星的总体模式，可以将各行星联系在一起，他坚信有这样的一个简单法则。在这个信念的支持下，开普勒继续着他的发现之旅。

终于，在当时数学远不如今天这样发达的时代，在没有任何计算机器可以减轻计算负担的情况下，经过9年的反复计算和假设，1618年开普勒找到了在大量观测数据后面隐匿的数的和谐性：行星公转周期的平方与它们到太阳的平均距离的立方成正比。这就是周期定律。这一发现让开普勒十分欣喜，他情不自禁地写道：“认识到这一真理，这是超出我的最美好的期望的。”1619年，他在《宇宙的和谐》中介绍了第三定律。发现之路总是太艰苦，而且发现并不见得一定会被人认可，所以开普勒在书中写道：“大局已定，这本书是写出来了，可能当代有人阅读，也可能是供后人阅读的。它很可能要等一个世纪才有信奉者一样，这一点我不管。”

开普勒定律对行星绕太阳运动做了一个基本完整、正确的描述，解决了天文学的一个基本问题，但他并没能说明行星按其规律在轨道上运行的原因，也因此他的研究成果差一点被人们忽略。直到17世纪晚期，才由艾萨克·牛顿阐述明白。之后，人们逐渐认识到了开普勒定律在人类天文学研究中的重大意义。

开普勒定律的意义

在现在天文观测工具十分发达、天文学知识相对丰富的时期，看行星运行定律似乎非常简单，但在物质条件相对匮乏的那个年代，能够为世人指点迷津的发现却是困难的。在没有望远镜的条件下，完全依靠前人的观测资料、只能进行人为的精心推算却取得如此辉煌的科学成果，是罕见的。

开普勒的三定律是天文学的又一次革命，它彻底摧毁了托勒密繁杂的本轮宇宙体系，完善和简化了哥白尼的日心宇宙体系。开普勒以数学的和谐性探索宇宙，在天文学方面作出了巨大贡献，被后世的科学家称为“天上的立法者”。他试图建立天体动力学，从物理基础上解释太阳系结构的动力学原因。虽然他提出的有关太阳发出的磁力驱使行星作轨道运动的观点是错误的，但它对后人寻找出太阳系结构的奥秘具有重大的启发意义，为经典力学的建立、牛顿的万有引力定律的发现，都作出了重要的提示。16-19

天文学是一门古老的科学，自有人类文明史以来，天文学就有了重要的地位。远古时代，人们为了辨明方向、确定时问和季节，开始对太阳、月亮和星星进行观察，找出它们的变化规律，并据此编制历法。从这一点来说，天文学是最古老的自然学科之一。

多少个世纪以来，天文学家们一直凝望着苍穹，想要弄清楚地球在宇宙中的位置；想知道地球外的其他星体的真面目；想弄明白太阳的能量来源；想知道地球和太阳到底谁是谁的主宰……随着天文观测工具的不断更新发展和天文学理论的发展、丰富，人们明白了地球不是宇宙的中心，人们知道了天空中的星星有恒星、行星，彗星等多种类别，弄清楚了夜空中的“银色飘带”是银河的旋臂，在银河深处还有很多未知的天体。进入20世纪以来，天文学的发展进入了一个崭新的阶段，人类的视野正在向宇宙深处推进。看不见的宇宙射线、连光都能吞噬的黑洞，还有那需要人类精确观测、精准计算才能发现的宇宙膨胀等问题成为人类天文研究的新热点。

不少人认为天文学离现实生活很远，其实天文学就在我们的身边。如跟我们的农业生产紧密相关的二十四节气，就是根据太阳在黄道(即地球绕太阳公转的轨道)上的位置，把一年划分为24个彼此相等的段落，也就是把黄道分成24等份，每份占黄经15°，从而形成二十四节气。二十四节气能反映季节的变化，指导农事活动，影响着千家万户的衣食住行。再如，人类还可以以天体为坐标，来测定地面点在地球上的具体位置，为大地测量，地球物理学，地质学、地理学和制图学以及航空、航海的导航提供必要的参考数据。因此，天文学在人类的文明史中也占有重要的地位。

今夜星光灿烂，就让我们在抬头仰望星空中，展开人类的天文学发现之旅，感受人类智慧的神奇吧！