天文學

天文学史

古代

早期的天文学家只用眼睛看星星。他们出于宗教原因绘制了星座和恒星地图，并通过日历计算出一年的时间。早期的文明，如玛雅人和古埃及人建立了简单的天文台，并画出了星星的位置图。他们也开始思考地球在宇宙中的位置。长久以来，人们认为地球是宇宙的中心，行星、恒星和太阳都围绕着地球转。这就是所谓的地心说。

古希腊人试图通过测量来解释太阳和星星的运动。一位名叫埃拉托斯特尼的数学家是第一个测量地球大小的人，他证明了地球是一个球体。另一位名叫阿里斯塔克斯的数学家的理论是，太阳在中心，地球绕着太阳运动。这就是所谓的日心说。只有少数人认为这是正确的。其余的人则继续相信地心说。大多数星座和恒星的名字都来自于当时的希腊人。

阿拉伯天文学家在中世纪取得了许多进步，包括改进了星图和估计地球大小的方法。他们还向古人学习，将希腊文书籍翻译成阿拉伯文。

文艺复兴到现代

在文艺复兴时期，一位名叫尼古拉-哥白尼的神父通过观察行星的运动方式，认为地球不是万物的中心。根据之前的研究，他说地球是一颗行星，所有的行星都围绕太阳运动。这就使日心说的旧观念又回来了。一个叫伽利略-伽利莱的物理学家建造了自己的望远镜，用它们第一次更仔细地观察了恒星和行星。他同意哥白尼的观点。天主教会认为伽利略是错的。他不得不在软禁中度过余生。日心说很快被约翰内斯-开普勒和艾萨克-牛顿改进，他们发明了万有引力理论。

伽利略之后，人们制造了更好的望远镜，用它们来观察更远的天体，比如天王星和海王星。他们还看到了恒星如何与我们的太阳相似，但颜色和大小不一。他们还看到了数以千计的其他遥远的物体，如星系和星云。

现代

1920年以后的20世纪，天文学发生了重要变化。

在20世纪20年代初，人们开始接受我们生活的银河系并不是唯一的星系。埃德温-哈勃确定了其他星系的存在，他将仙女座星云确定为一个不同的星系。也正是哈勃证明了宇宙正在膨胀。在很大的距离上有许多其他星系，而且它们正在后退，远离我们的星系。这是完全出乎意料的。

1931年，卡尔-扬斯基在试图隔离无线电通信中的噪声源时，发现了来自地球外的无线电发射，这标志着射电天文学的诞生，也标志着利用电磁波谱的另一部分来观测天空的首次尝试。大气层没有阻挡的那些电磁波谱部分，现在向天文学开放了，使更多的发现得以实现。

在打开这扇关于宇宙的新窗口时，人们发现了全新的事物，例如脉冲星，它向太空发出有规律的无线电波脉冲。这些电波最初被认为是来自外星的，因为这些脉冲如此有规律，意味着有人工来源。

二战后的这段时期，有更多的天文台，在良好的观测地点建造和运行大型精确的望远镜，通常由政府负责。例如，Bernard Lovell利用剩余的军用雷达设备在Jodrell Bank开始了射电天文学的研究。到1957年，该站点拥有了世界上最大的可转向射电望远镜。同样，1960年代末，在夏威夷的莫纳克亚开始建造专门的观测站，由于其海拔高，天空晴朗，是建造可见光和红外望远镜的好地方。

天文学的下一次伟大革命是由于火箭的诞生。这使得望远镜能够被放置在卫星上的空间。

空间望远镜使人们有史以来第一次有机会看到整个电磁波谱，包括被大气层遮挡的射线。随着观测望远镜的发射，X射线、伽马射线、紫外线和部分红外光谱都向天文学开放。与光谱的其他部分一样，也有了新的发现。

从20世纪70年代开始，发射的卫星被更精确、更好的卫星所取代，使得天空中几乎所有的电磁波谱都被测绘出来。

伽利略画的月球图。他的画作比之前的任何人都要详细，因为他用望远镜来观察月球。

发现

发现大致有两种类型：体和现象。体是宇宙中的事物，无论是像我们地球这样的星球，还是像银河系这样的星系。现象则是宇宙中的事件和事情。

身体

为方便起见，本节按这些天体可能出现的位置进行了划分：在恒星周围发现的是太阳体，在星系内部发现的是星系体，其他一切较大的天体都是宇宙体。

太阳能

• 行星
• 小行星
• 彗星

银河系

• 明星

散射物体。

• 星云
• 簇

紧凑型星。

• 白矮星
• 中子星
• 黑洞

宇宙

• 星系
• 银河系团
• 超级集群

现象

爆发事件是指天象突然发生变化并迅速消失的事件。之所以称为暴发，是因为它们通常与产生"暴发"能量的大爆炸有关。这些事件包括：

• 超新星
• Novas

周期性事件是指那些以重复的方式定期发生的事件。周期性这个名字来自周期，是指波浪完成一个周期所需的时间长度。周期性现象包括：

• 脉冲星
• 可变星

噪声现象往往与很久以前发生的事情有关。这些事件产生的信号在宇宙中跳动，直到它似乎来自各个地方，强度变化不大。这样一来，它就类似于"噪声"，即渗透到每一个用于天文学的仪器中的背景信号。噪声最常见的例子是在模拟电视上看到的静态信号。主要的天文学例子是：宇宙背景辐射

方法

儀器

• 望远镜是观测的主要工具。它们把大面积的光线都放到小范围内。这就像把你的眼睛变得非常大，非常有力。天文学家用望远镜来观察那些遥远而又昏暗的东西。望远镜使物体看起来更大、更近、更亮。
• 光谱仪研究不同波长的光。这显示了什么东西是由什么组成的。
• 许多望远镜都在卫星上。它们是空间观测站。地球的大气层阻挡了电磁波谱的某些部分，但大气层上方的特殊望远镜可以探测到这种辐射。

• 射电天文学使用射电望远镜。光圈合成将较小的望远镜结合起来，形成一个相控阵，它的工作原理就像一个望远镜一样，小望远镜之间的距离有多大。

技术

天文学家有办法获得更好的天象照片。来自远处光源的光到达传感器并被测量，通常由人眼或相机测量。对于非常昏暗的光源，可能没有足够的光粒子从光源中射出，无法看到它。天文学家有一种使其可见的技术是使用积分（就像摄影中的长时间曝光）。

融合

天文源不会有太大的移动：只有地球的自转和移动才会使它们在天空中移动。当光粒子随着时间的推移到达相机时，它们会撞击到同一个地方，使其比背景更亮、更明显，直到可以看到它。

大多数天文台的望远镜（和卫星仪器）通常可以在光源在天空中移动时对其进行跟踪，使恒星在望远镜中看起来静止不动，并允许更长的曝光时间。而且，图像可以在不同的夜晚拍摄，因此曝光时间可以跨越数小时、数天甚至数月。在数字时代，数字化的天空图片可以由计算机添加到一起，计算机在校正移动后对图片进行叠加。

自适应光学系统

自适应光学指的是在看东西的时候改变镜面或镜片的形状，以便看得更清楚。

数据分析

数据分析是指从天文观测中获取更多信息的过程，而不是简单的观察。首先将观测结果作为数据储存起来。然后用各种技术对这些数据进行分析。

傅立叶分析

数学中的傅里叶分析可以显示一个观测值（在一段时间内）是否有周期性的变化（像波一样的变化）。如果是，它可以提取频率和波型的类型，并发现许多东西，包括新的行星。

领域

场的一个很好的例子来自于脉冲星，它们在无线电波中定期脉冲。这些脉冲星原来与X射线中的一种叫做低质量X射线双星的亮源的某些（但不是全部）相似。结果发现，所有的脉冲星和一些LMXB都是中子星，其差异是由于中子星所处的环境造成的。那些不是中子星的LMXB原来是黑洞。

本节试图概述天文学的重要领域、它们的重要时期和用来描述它们的术语。应当指出，现代天文学主要是按电磁波谱划分的，尽管有一些证据表明这种情况正在改变。

按机构划分的领域

太阳天文学

太阳天文学是对太阳的研究。太阳是离地球最近的恒星，距离地球约9200万（92,000,000）英里。它是最容易被详细观测的恒星。观察太阳可以帮助我们了解其他恒星是如何运作和形成的。太阳的变化会影响地球上的天气和气候。一股被称为太阳风的带电粒子流不断从太阳发出。太阳风撞击地球的磁场会导致北极光的出现。研究太阳有助于人们了解核聚变的原理。

行星天文学

行星天文学是研究行星、卫星、矮行星、彗星和小行星以及围绕恒星运行的其他小物体。我们太阳系的行星已被卡西尼-惠更斯（土星）和旅行者1号和2号等许多来访的航天器深入研究。

银河系天文学

银河天文学是研究遥远的星系。研究遥远的星系是了解我们自己的星系的最好方法，因为我们自己的星系中的气体和恒星使其难以观测。银河系天文学家试图通过使用不同类型的望远镜和计算机模拟来了解星系的结构和它们是如何形成的。

引力波天文学

引力波天文学是以引力波频谱来研究宇宙的。到目前为止，所有已经完成的天文学都是使用电磁波谱。引力波是密度非常大的物体改变形状时发出的时空涟漪，这包括白矮星、中子星和黑洞。由于没有人能够直接探测到引力波，所以引力波天文学的影响非常有限。

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