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1、從托勒密到開普勒-知識(shí)探討 合作與討論 1.地球是宇宙的中心嗎？ 2.太陽(yáng)位于宇宙中心嗎？ 我的思路: 1.地球是宇宙的中心嗎？ 早在公元前4世紀(jì)，古希臘哲學(xué)家亞里士多德就已提出了“地心說(shuō)”，即認(rèn)為地球位于宇宙的中心.公元140年，古希臘天文學(xué)家托勒密發(fā)表了他的13卷巨著《天文學(xué)大成》，在總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上系統(tǒng)地確立了地心說(shuō).根據(jù)這一學(xué)說(shuō)，地球?yàn)榍蛐危揖佑谟钪嬷行撵o止不動(dòng)，其他天體都繞著地球轉(zhuǎn)動(dòng).這一學(xué)說(shuō)從直觀上解釋了日月星辰每天東升西落、周而復(fù)始的現(xiàn)象，又符合上帝創(chuàng)造人類、地球必然在宇宙中居有至高無(wú)上地位的宗教教義，因而流傳時(shí)間長(zhǎng)達(dá)1300余年. 地心說(shuō) 早在兩千多

2、年前，古希臘天文學(xué)家阿里斯塔克就已提出了樸素的“日心說(shuō)”.他指出，太陽(yáng)位于宇宙中心靜止不動(dòng)，地球則繞著太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)又繞軸自轉(zhuǎn).可惜由于科學(xué)水平的限制，這一天才的思想未能為人們所認(rèn)識(shí).直到中世紀(jì)末，由于用托勒密地心體系推算出來(lái)的行星位置與實(shí)際天象的觀測(cè)結(jié)果不符，人們才開始懷疑地心說(shuō)的正確性.1543年，波蘭天文學(xué)家哥白尼在他的不朽名著《天體運(yùn)行論》中系統(tǒng)地提出了日心說(shuō).在他闡釋的日心體系中，太陽(yáng)居于宇宙的中心，地球和其他行星沿著圓形軌道繞太陽(yáng)運(yùn)行.這樣以來(lái)，托勒密地心體系中需要用極為復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)圖象來(lái)解釋行星運(yùn)動(dòng)天象的繁瑣的工作一下子變得十分簡(jiǎn)單.后來(lái)，德國(guó)天文學(xué)家開普勒指出，行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌

3、道應(yīng)該是橢圓而不是圓，太陽(yáng)位于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上.這一重大發(fā)現(xiàn)使得觀測(cè)結(jié)果完全可以用理論來(lái)加以解釋和預(yù)報(bào)，日心說(shuō)的地位進(jìn)一步得以鞏固. 日心說(shuō) 按照日心學(xué)說(shuō)，就地球上的人來(lái)看，天上恒星的位置應(yīng)隨著地球繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)而發(fā)生變化.在哥白尼提出日心說(shuō)后的近300年中，人們進(jìn)行了大量的觀測(cè)，企圖證明這一點(diǎn)，可是始終沒(méi)有成功.原來(lái)，恒星離地球十分遙遠(yuǎn)，最近的一顆也遠(yuǎn)達(dá)43萬(wàn)億千米.因此，地球圍繞太陽(yáng)運(yùn)行造成的這顆恒星的位置變化很小.恒星越遠(yuǎn)，這一變化也越小，當(dāng)時(shí)的觀測(cè)儀器是無(wú)法探測(cè)到的.直到1838年，德國(guó)天文學(xué)家白塞爾才首次利用三角方法測(cè)出一顆名為天鵝61的恒星的位置變化，并推算出它的距離為11.2

4、光年，從而最終證實(shí)了哥白尼的日心地動(dòng)學(xué)說(shuō).地球的地位從居宇宙之中的特殊天體降為繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的一顆普通行星. 2.太陽(yáng)位于宇宙中心嗎？ 1608年，荷蘭人李波爾賽在一次偶然的機(jī)會(huì)中發(fā)明了望遠(yuǎn)鏡.翌年，意大利物理學(xué)家、天文學(xué)家伽利略在得知這一消息后，立刻親自動(dòng)手制作了第一架天文望遠(yuǎn)鏡，并不斷加以改進(jìn).伽利略利用他的望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了月球表面的環(huán)形山、金星月相、木星的衛(wèi)星、太陽(yáng)黑子，發(fā)現(xiàn)了茫茫銀河由無(wú)數(shù)個(gè)恒星所組成. 早在15世紀(jì)中葉，德國(guó)大主教尼古拉就已猜測(cè)黑夜天穹中的恒星都是一個(gè)個(gè)十分遙遠(yuǎn)的太陽(yáng).1584年，意大利人布魯諾明確提出宇宙是無(wú)限的，恒星都是遙遠(yuǎn)的太陽(yáng)，太陽(yáng)只是無(wú)數(shù)個(gè)恒星中的普通一員.1

5、750年，英國(guó)天文學(xué)家賴特指出，銀河和所有觀測(cè)到的恒星構(gòu)成一個(gè)巨大的扁平狀天體系統(tǒng)，由于太陽(yáng)連同地球位于這一系統(tǒng)的內(nèi)部，從不同方向觀測(cè)才看到了銀河和離散分布的點(diǎn)點(diǎn)繁星.1785年，英籍德國(guó)天文學(xué)家威廉·赫歇爾利用他自制的當(dāng)時(shí)世界上最大的46 cm望遠(yuǎn)鏡，通過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)際觀測(cè)，并經(jīng)過(guò)精心的分析研究，建立了第一個(gè)銀河系模型.在這一模型中，太陽(yáng)仍然位于當(dāng)時(shí)人們所認(rèn)識(shí)的宇宙范圍——銀河系的中心.由于赫歇爾個(gè)人在當(dāng)時(shí)的威望，這一觀念一直維持了130余年之久. 太陽(yáng)系 恒星這一名稱，無(wú)論在中國(guó)還是在西歐，它的含義都是“恒定不動(dòng)的星體”.因?yàn)樵诤荛L(zhǎng)時(shí)間內(nèi)人們都發(fā)現(xiàn)恒星間相對(duì)位置固定不動(dòng)，故而取了這么個(gè)

6、名字.1718年，英國(guó)天文學(xué)家哈雷通過(guò)觀測(cè)和分析，首次指出恒星不動(dòng)的概念是錯(cuò)誤的.后來(lái)，赫歇爾正確地認(rèn)識(shí)到，我們所觀測(cè)到的恒星運(yùn)動(dòng)是由恒星自身的運(yùn)動(dòng)和太陽(yáng)的空間運(yùn)動(dòng)兩部分合成的結(jié)果.1783年，他通過(guò)對(duì)所觀測(cè)到的大量恒星運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)以大約每秒20 km的速度朝著織女星方向運(yùn)動(dòng).太陽(yáng)空間運(yùn)動(dòng)的發(fā)現(xiàn)徹底動(dòng)搖了哥白尼日心體系中太陽(yáng)固定不動(dòng)的觀念. 1917年，美國(guó)天文學(xué)家沙普利通過(guò)對(duì)銀河系內(nèi)天體分布的分析，確認(rèn)太陽(yáng)并不位于銀河系的中心，而是處于相對(duì)來(lái)說(shuō)比較靠近銀河系邊緣的地方，從而糾正了赫歇爾銀河系模型的錯(cuò)誤.這樣，太陽(yáng)的地位也發(fā)生了變化，從居于銀河系中心的特殊恒星，降為銀河系中一顆毫無(wú)特殊地位可言的普通恒星，地球在宇宙中的地位也就更無(wú)特殊性可言了. 沙普利 知識(shí)總結(jié) 1.開普勒第一定律(軌道定律)：所有行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽(yáng)處于所有橢圓的一個(gè)公共焦點(diǎn)上. 開普勒第一定律 2.開普勒第二定律(面積定律)：對(duì)于每一顆行星而言，太陽(yáng)和行星的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)相等的面積. 開普勒第二定律 3.開普勒第三定律(周期定律)：所有行星軌道的半長(zhǎng)軸的立方跟公轉(zhuǎn)周期的平方的比值都相等.用公式表示為：,式中k是一個(gè)與行星無(wú)關(guān)而與太陽(yáng)有關(guān)的常量. 開普勒第三定律