上知天文、下知地理是我们每一个小伙伴从小的梦想……

这里，就是我们梦想起航的地方！

天文学是最古老的科学，自有人类文明史以来，天文学就有重要的地位。我们的祖先通过劳动积累和观察认识自然、了解自然的知识。

无数的谜题已经被人类揭开：为什么会有白天和黑夜？为什么每晚的星空都不一样？我们的地球是怎样的结构？它在浩瀚的宇宙中占有什么样的地位？太阳为什么会发光？天上的星星都是跟太阳一样吗？什么是太阳系？什么是银河系？

然而还有更多的谜题等待着我们：宇宙是有限还是无限？什么物质是宇宙的基本组成？我们的宇宙来自哪里？我们的宇宙将会去往何方？……

天文学是古老的，天文学又是崭新的，天文学是有趣的，天文学也是充满哲理的，它牵动着人类的好奇之心，永远有新的东西呈现在我们面前。宇宙就是人类拥有的免费午餐、最大的盛宴。

太阳系八大行星绕日轨道

一、天文学研究的对象和内容

1）什么是天文学

天文学（Astronomy）是自然科学的基础学科，是人类认识宇宙的科学。人们主要是通过观察天体的存在、测量他们的位置、反演它们内在的物理性质来研究它们的构造、探索它们的运动和演化的规律，扩展人类对广阔宇宙空间中物质世界的认识，了解宇宙的结构和发展。

在天文学研究方法中天文观测是最基本的特点。所以在天文学发展过程中，天文学家一直在努力改进观测方法和观测手段。面对浩瀚的宇宙，那些距离我们遥远的天体是如此的暗弱，这就要求我们拥有更高、更强解析力的观测设备。通过改进设备，我们才能深入到更深远的宇宙，了解前人所未能涉及的天文领域。

天文学的研究对于我们的生活有很大的实际意义，对于人类的自然观有很大的影响。古代的天文学家通过观测太阳、月球和其他一些天体及天象，确定了时间、方向和历法。这也是天体测量学的开端。如果从人类观测天体，记录天象算起，天文学的历史至少已经有五六千年了。天文学在人类早期的文明史中，占有非常重要的地位。埃及的金字塔、欧洲的巨石阵都是很著名的史前天文遗址。哥白尼（Nicolaus Copernicus，1473-1543）的日心说曾经使自然科学从神学中解放出来；康德(Immanuel Kant,1724-1804)和拉普拉斯(Pierre Simon Laplace，1749-1827）关于太阳系起源的星云说，在十八世纪形而上学的自然观上打开了第一个缺口；对日全食的观测证实了爱因斯坦广义相对论理论……

现代物理学和数学的发展，尤其是以广义相对论为基础的宇宙学的发展，对天文学产生了巨大影响，它们是现代天文学研究中最重要的理论基础。而现代科学技术的进步，则为天文观测提供了良好的平台。

2）天文学研究的对象

天文学所研究的对象涉及宇宙空间中的各种星星和物体，随着天文学的发展，人类的探测范围由目测的太阳、月球、天空中的星星到达了距地球约132亿光年的距离，根据尺度和规模，天文学的研究对象可以分为：

2.1行星层次 包括行星系中的行星、围绕行星旋转的卫星和大量的小天体，如小行星、彗星、流星体以及行星际物质等。恒星系统。从这个意义上说，我们的地球也是一个天体，只不过天文学研究地球的总体性质而一般不讨论它的细节。

2.2恒星层次 现时人们已经观测到了亿万个恒星，太阳只是无数恒星中很普通的一颗。

2.3星系层次 人类所处的太阳系只是处于由无数恒星组成的银河系中的一隅。而银河系也只是一个普通的星系，除了银河系以外，还存在着许多的河外星系。星系又进一步组成了更大的天体系统，星系群、星系团和超星系团。

2.4宇宙 一些天文学家提出了比超星系团还高一级的总星系。按照现今的理解，总星系就是现时人类所能观测到的宇宙的范围，半径超过了132亿光年。

2.5人造天体 人造卫星、宇宙飞船、空间站等人造飞行器的运动性质也属于天文学的研究范围。

在天文学研究中最热门、也是最难令人信服的课题之一就是关于宇宙起源、结构、演化和未来的研究，这是天文学的一个分支学科——宇宙学研究的方向。随着观测技术的进步，现代天文学研究的领域非常广泛，有许多非常热门的研究课题。比如：太阳中微子的丢失、类星体的红移、引力的本质、脉冲星、黑洞、活动星系、X射线双星，γ射线源等等。

二、天文学分支

天文学中一般是按照研究方法、观测手段以及研究对象进行分类（见图2.1）

天文学各分支学科相互关系示意图2.1

1）按研究方法分类

主要是包含天体测量学、天体力学、天体物理学三门分支学科。

1.1天体测量学（astrometry）：天体测量学是天文学中发展最早的一个分支，它的主要内容是研究和测定各种天体的位置和运动，建立天球参考系等。天体测量学的研究方法主要是通过研究天体投影在天球上的坐标，在天球上确定一个基本参考系，来测定天体的位置和运动，这种参考系就是星表。

在实际应用中，可用于大地测量、地面定位和导航。地球自转和地壳运动，会使天球上和地球上的坐标系发生变化。为了修正这些变化，建立了时间和极移服务，进而研究天体测量学和地学的相互影响。

2.2天体力学（celestial mechanics）：天体力学主要研究天体的相互作用、运动和形状，运动研究中包括天体的自转。早期的研究对象是太阳系的天体，目前已经扩展到恒星、星团、星系。牛顿（Isac Newton，1642-1727）是天体力学的创始人，他的万有引力定律和行星运动三定律的建立奠定了天体力学的基础，让研究工作从运动学发展到动力学。

如今，我们已经能够准确地预报日食、月食等天象，人造天体的发射和运行都与天体力学的发展密不可分。

2.3天体物理学（astrophysics）：天体物理学是天文学中最年轻的一门分支学科，它运动物理学理论、方法和技术，来研究各种天体的形态、结构、分布、化学组成、物理状态和性质以及它们的演化规律。18世纪英国天文学家威廉-赫谢尔（Frederick Wilhelm Harschel，1738-1822）开创了恒星天文学。19世纪中叶，随着天文观测技术的发展，天体物理成为天文学有一个独立的分子学科，并促使天文观测和研究不断做出新发现和新成果。

天体物理学涉及的边缘学科很多，主要有：射电天体物理学、红外天体物理学、紫外天文学、X射线天体物理学、γ射线天体物理学、天体化学、天体生物学等。

2）按照观测手段分类

主要包括光学天文学、射电天文学、红外天文学、空间天文学等。

2.1光学天文学：主要观测手段是电磁波中的可见光波段（400~760纳米）。这个波段的电磁波也是人类最早的天文观测手段，也是天体电磁辐射通过地球大气层的主要窗口。观测工具从肉眼到光学望远镜，用来分析天体光学波段的物理、化学性质。

2.2射电天文学：这是一门通过观测天体的无线电波来研究天文现象的学科。美国无线电工程师央斯基（Karl Guthe Jansky，1905-1950）开创了射电天文学。20世纪60年代的四大天文发现：类星体、脉冲星、星际分子和宇宙微波背景辐射都是用射电天文学手段获得的。

2.3红外天文学：波段范围在0.7~1000微米之间的电磁波，是重要的天体观测窗口。

2.4空间天文学：地球大气对电磁波有严重的吸收，所以我们在地面上只能进行射电、可见光和部分红外波段的观测。随着空间技术的发展，在大气层外进行观测已经成为可能，现在我们已经拥有了可以在大气层外观测的空间望远镜（space telescope）。最著名的就是哈勃空间望远镜（HST），它的升空标志着空间天文学进入了全面发展的阶段。

3）按研究对象分类

这个部分主要就是指天体演化学。其中包括太阳系、太阳、恒星、音和谐、河外星系和宇宙学等分支学科。

《上知天文》系列预告：

预告只是一级分类（章），每个一级分类之后还有更细的内容

1、天文学概述（本文）；

2、星空与星座；

3、天球坐标与历法；

4、观星器材；

5、地月系；

6、太阳系；

7、流星和彗星和极光；

8、深空探索；

9、银河系；

10、宇宙学；

11、广义相对论宇宙学简介；

12、引力波；

13、黑洞；

14、外星生命；

15、时光隧道；

16、简明天文学史；

17、中国古代天文学；

18、天文摄影。

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