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1、從托勒密到開普勒-知識探討 合作與討論 1.地球是宇宙的中心嗎？ 2.太陽位于宇宙中心嗎？ 我的思路: 1.地球是宇宙的中心嗎？ 早在公元前4世紀，古希臘哲學(xué)家亞里士多德就已提出了“地心說”，即認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.根據(jù)這一學(xué)說，地球為球形，且居于宇宙中心靜止不動，其他天體都繞著地球轉(zhuǎn)動.這一學(xué)說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上地位的宗教教義，因而流傳時間長達1300余年. 地心說 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”.他指出，太陽位于宇宙中心靜止不動，地球則繞著太陽運動，同時又繞軸自轉(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識.直到中世紀末，由于用托勒密地心體系推算出來的行星位置與實際天象的觀測結(jié)果不符，人們才開始懷疑地心說的正確性.1543年，波蘭天文學(xué)家哥白尼在他的不朽名著《天體運行論》中系統(tǒng)地提出了日心說.在他闡釋的日心體系中，太陽居于宇宙的中心，地球和其他行星沿著圓形軌道繞太陽運行.這樣以來，托勒密地心體系中需要用極為復(fù)雜的運動圖象來解釋行星運動天象的繁瑣的工作一下子變得十分簡單.后來，德國天文學(xué)家開普勒指出，行星繞太陽運動的軌

3、道應(yīng)該是橢圓而不是圓，太陽位于橢圓的一個焦點上.這一重大發(fā)現(xiàn)使得觀測結(jié)果完全可以用理論來加以解釋和預(yù)報，日心說的地位進一步得以鞏固. 日心說 按照日心學(xué)說，就地球上的人來看，天上恒星的位置應(yīng)隨著地球繞太陽運動而發(fā)生變化.在哥白尼提出日心說后的近300年中，人們進行了大量的觀測，企圖證明這一點，可是始終沒有成功.原來，恒星離地球十分遙遠，最近的一顆也遠達43萬億千米.因此，地球圍繞太陽運行造成的這顆恒星的位置變化很小.恒星越遠，這一變化也越小，當(dāng)時的觀測儀器是無法探測到的.直到1838年，德國天文學(xué)家白塞爾才首次利用三角方法測出一顆名為天鵝61的恒星的位置變化，并推算出它的距離為11.2

4、光年，從而最終證實了哥白尼的日心地動學(xué)說.地球的地位從居宇宙之中的特殊天體降為繞太陽運動的一顆普通行星. 2.太陽位于宇宙中心嗎？ 1608年，荷蘭人李波爾賽在一次偶然的機會中發(fā)明了望遠鏡.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，立刻親自動手制作了第一架天文望遠鏡，并不斷加以改進.伽利略利用他的望遠鏡發(fā)現(xiàn)了月球表面的環(huán)形山、金星月相、木星的衛(wèi)星、太陽黑子，發(fā)現(xiàn)了茫茫銀河由無數(shù)個恒星所組成. 早在15世紀中葉，德國大主教尼古拉就已猜測黑夜天穹中的恒星都是一個個十分遙遠的太陽.1584年，意大利人布魯諾明確提出宇宙是無限的，恒星都是遙遠的太陽，太陽只是無數(shù)個恒星中的普通一員.1

5、750年，英國天文學(xué)家賴特指出，銀河和所有觀測到的恒星構(gòu)成一個巨大的扁平狀天體系統(tǒng)，由于太陽連同地球位于這一系統(tǒng)的內(nèi)部，從不同方向觀測才看到了銀河和離散分布的點點繁星.1785年，英籍德國天文學(xué)家威廉·赫歇爾利用他自制的當(dāng)時世界上最大的46 cm望遠鏡，通過長期的實際觀測，并經(jīng)過精心的分析研究，建立了第一個銀河系模型.在這一模型中，太陽仍然位于當(dāng)時人們所認識的宇宙范圍——銀河系的中心.由于赫歇爾個人在當(dāng)時的威望，這一觀念一直維持了130余年之久. 太陽系 恒星這一名稱，無論在中國還是在西歐，它的含義都是“恒定不動的星體”.因為在很長時間內(nèi)人們都發(fā)現(xiàn)恒星間相對位置固定不動，故而取了這么個

6、名字.1718年，英國天文學(xué)家哈雷通過觀測和分析，首次指出恒星不動的概念是錯誤的.后來，赫歇爾正確地認識到，我們所觀測到的恒星運動是由恒星自身的運動和太陽的空間運動兩部分合成的結(jié)果.1783年，他通過對所觀測到的大量恒星運動的統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)太陽以大約每秒20 km的速度朝著織女星方向運動.太陽空間運動的發(fā)現(xiàn)徹底動搖了哥白尼日心體系中太陽固定不動的觀念. 1917年，美國天文學(xué)家沙普利通過對銀河系內(nèi)天體分布的分析，確認太陽并不位于銀河系的中心，而是處于相對來說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誤.這樣，太陽的地位也發(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特殊地位可言的普通恒星，地球在宇宙中的地位也就更無特殊性可言了. 沙普利 知識總結(jié) 1.開普勒第一定律(軌道定律)：所有行星圍繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處于所有橢圓的一個公共焦點上. 開普勒第一定律 2.開普勒第二定律(面積定律)：對于每一顆行星而言，太陽和行星的連線在相等的時間內(nèi)掃過相等的面積. 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是一個與行星無關(guān)而與太陽有關(guān)的常量. 開普勒第三定律