人类怎么认识宇宙 探索宇宙过程是怎样的

伤我心太深

　　人类怎么认识宇宙 探索宇宙过程是怎样的

　　请问：开天辟地之初的往事谁能把它传述?
　　既然天地尚在未分之际又何从考知它呢?
　　天地混沌，阴阳未辨，一团大气，仿仿佛佛，谁能够穷究而识别它呢?
　　昼夜初分之时，冥冥中开始进行着什么?
　　宇宙之间，什么是本体?什么是变化?
　　天宇为什么有九重之高?那么，这九重的天宇是谁来测量过的呢?又是谁当初作成它的呢?……
　　——引自林庚《天问论笺》对屈原《天问》之译文



　　2300年前，我国伟大诗人屈原(公元前340年-公元前278年)在他的著名长诗《天问》中对天地的形成和宇宙的结构等一系列问题提出了质疑，表达了屈原本人和古往今来很多人对探索宇宙的关注、思考和强烈兴趣。天文学告诉我们，我们人类居住的地球并不是孤立地存在于宇宙之中，而是和其他天体相互依存，相互制约的。我们要了解人类在宇宙中所处的位置，乃至人类的起源、进化、未来前景和如何趋利避害，就必须由近及远地了解各类天体及其所组成的天体系统在宇宙中的空间分布及其特性与共性，了解宇宙的起源和演化。为此，我们人类曾经历过一个漫长而艰难的探索过程，并且还将继续不断深入探索下去。

　　一、古人的宇宙观

　　在远古时，人们虽然还谈不到能对我们的宇宙进行系统的观测和深入的研究，但却不乏富有启示意义的猜测和设想。我国古代先民的宇宙观主要有三种：盖天说、浑天说和宣夜说。
　　盖天说出现于殷末周初。当时的人们凭着直觉，认为“天圆如张盖，地方如棋盘”。因此，这种盖天说又被称为“天圆地方说”。按此说法，天是圆的，地是方的，二者就不能连接，于是就提出天地相隔8万里，天是由8根柱子支撑的。盖天说是一种原始的宇宙观，它有不少明显的漏洞，不能解释日月星辰从何处升起，又从何处落下去这样的问题。于是，才产生了后来的浑天说。





　　浑天说始于战国时期。浑天说主张大地是个球形，外面裹着一个球形的天穹，地球浮于天表内的水上。汉代天文学家张衡在《浑天仪图注》中说：“浑天如鸡子，天体圆如弹丸，地如鸡子中黄，孤居于天内，天大而地小。天表里有水，天之包地，犹壳之裹黄。天地各乘气而立，载水而浮……


　　天转如车毂之运也，周旋无端。其形浑浑，故曰浑天。”三国时有个名叫徐整的人，还对天地的形成作出这样的描述：“天地浑沌如鸡子，盘古生其中，万八千岁，天地开辟，阳清为天，阴浊为地，盘古在其中，一日九变。


　　神于天，圣于地。天日高一丈，地日厚一丈。如此万八千岁，天数极高，地数极深，盘古极长。故去地九万里。”由此可见，我们的古人很早就有了天地膨胀的思想。
　　宣夜说是古人通过对昼夜现象的观测而总结出来的一种宇宙观。东晋天文学家虞喜对宣夜二字的解释是：宣，明也;夜，幽也。幽明之数，其术兼之，故曰宣夜。宣夜说认为：“天了无质，仰而瞻之，高远无极……日月众星，自然浮生虚空之中，其行其止皆须气焉。”也就是说，天不是一种实体，看起来既高且远，没有尽头，日月星辰只不过是会发光的气，自由地运行于虚无缥缈的空间。由此可以看出，宣夜说是一种朴素的无限宇宙观念。


　　大约在1900年前，古希腊天文学家托勒玫(公元90-168年)集古希腊天文学成就之大成，在他的名著《天文学大成》中提出了“地心说”。他认为，我们人类居住的地球是静止不动的，处于宇宙的中心，天体围绕它运转。最接近地球的是月亮，其次是水星、金星、太阳、火星、木星、土星、恒星天以及最高天，这就是所谓九重天的思想。他还以本轮、均轮加偏心圆的理论来说明月亮、太阳和行星的运动。


　　托勒玫的“地心说”总结了古希腊人对宇宙结构的认识。虽说在今天看来，“地心说”已难以令人信服。然而，昨天终究不是今天。在将近1900年前，以托勒玫为代表的古希腊天文学家就敢于对宇宙的结构给出一个统一的解释，敢于主张地球和日月星辰都是个圆球，而且还提出一套测定天体运行的方法，不能不承认那是人类探索宇宙认识史上的一次大的飞跃，对推动天文学的发展有着不可磨灭的历史功绩。


　　到了中世纪，欧洲的宗教神学认为“地心说”符合教义，并以此作为上帝创造世界的理论支柱，将它抬高到神圣不可侵犯的高度，致使“地心说”在欧洲占据统治地位长达1400年之久，这就严重束缚了科学思想的发展，阻碍了科学宇宙观的诞生，也为托勒玫本人所始料不及。

　　二、哥白尼“日心说”的创立及发展

　　公元1543年，波兰天文学家哥白尼(公元1473-1543年)在临终前将他以毕生精力完成的科学巨著《天体运行论》公之于世。他在此书中提出了“日心说”。
　　哥白尼认为，地球不是宇宙的中心，只是月亮运动的中心。太阳才是宇宙的中心，地球和其他行星都围绕太阳旋转，按到太阳的距离由近及远依次为水星、金星、地球、火星、木星、土星。天穹的周日旋转是由于地球绕自转轴每天自转一周所造成的。太阳的周年视运动不是本身的运动，而是地球每年绕太阳公转一周造成的。其他行星的顺行、逆行等现象，可用地球和行星共同绕日运动来解释。


　　哥白尼的《天体运行论》，全书立论清晰，论据充分，对于日月行星的运动并不仅仅停留在定性的讨论上，而是有严格的数学论证和定量探讨，可以据此计算日月行星的星历表，预告其位置。由于哥白尼的系统论证，“日心说”已不是一种猜想，而是已成为一种科学体系。它揭示了地球是一个普通行星，这就从根本上否定了“地球是上帝安排在宇宙中心”的宗教神话，动摇了人们对教会的崇拜。


　　天文学乃至整个自然科学开始摆脱宗教的束缚，从神学中解放出来。哥白尼的日心说是人类探索宇宙认识史上一次巨大飞跃，它敲响了黑暗的中世纪的丧钟，昭示了欧洲近代文明的开始，具有划时代意义。这自然招致守旧的宗教势力的反对和查禁，维护、传播、发展哥白尼“日心说”的人受到了宗教裁判所的残酷迫害。


　　意大利著名思想家布鲁诺(公元1548-1600年)，不但宣传哥白尼学说，而且更进一步认为太阳也不是宇宙的中心，它是千万个普通恒星之一。他还认为有行星系统的恒星绝不止我们太阳一个，宇宙中可居住的世界很多。1592年，宗教裁判所逮捕了布鲁诺，对他进行了长达八年的残酷审讯，并于1600年2月17日将这位坚持真理宁死不屈的斗士活活烧死在罗马花园广场。


　　稍后不久，德国天文学家开普勒(公元1571-1630年)发现了行星运动三大定律，他指出，行星绕太阳运动的轨道是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上。1618-1621年，他发表了《哥白尼天文学简论》一书，以自己的发现对哥白尼学说作了一些补充和修正，进一步完善和发展了哥白尼的理论。


　　近代实验科学的奠基人、著名的意大利科学家伽利略(公元1564-1644年)是第一个用望远镜探索星空的人。他用自己一系列激动人心的重要发现支持哥白尼学说，其中之一就是他发现木星有四颗卫星，证实了行星一方面是自己卫星的运转中心，同时本身围绕更大的运转中心太阳运转。而太阳仅仅是宇宙中的一颗普通恒星，那么太阳也可能围绕更大的运转中心运转。这就首次证明了宇宙中可能有不同等级的宇宙体系的存在。1632年，伽利略发表了《托勒玫和哥白尼两个宇宙体系的对话集》，用一系列确凿证据来证明哥白尼学说的正确性。此书受到了读者的欢迎，但伽利略却被教廷判处了终身监禁。直到1979年11月，也就是在他去世三百多年后，罗马教皇才不得不为他的沉冤平反。


　　要解释行星为什么绕太阳运动和为什么按照开普勒定律指出的那种方式运动，是太阳系理论的核心问题。直到著名的英国科学家牛顿(公元1642-1727年)发现万有引力之前，这个问题一直悬而未决。相传在1665年，牛顿受苹果落地的启发，发现了万有引力定律。随后，建立起以万有引力定律和物体运动三大定律为核心的牛顿力学体系。他用万有引力定律推导出开普勒行星运动三大定律，这就给行星的运动规律找到了理论证明，使哥白尼的日心体系建立在稳固的理论基础上。从此，一门天文学分支学科——天体力学诞生了，它成为解决天体的运动和形状、人造天体的发射等问题的专门理论，而科学太阳系的概念也由此建立起来。

　　三、人类观测宇宙视野的不断扩展

　　1781年，英籍德国科学家赫歇尔(公元1738-1822年)发现了处在土星轨道之外的太阳系第七颗行星天王星。随后不久，便发现天王星的运行有点反常。1846年8月31日，在巴黎天文台多年从事天王星的运动反常问题研究的勒威耶写出了论文《论使天王星运行失常的行星，它的质量、轨道和现在位置的决定》。他推算出这颗未知行星的轨道根数。论文发表后，这颗推算的未知行星，真的被柏林天文学家伽勒于1846年9月25日找到了。


　　观测到的位置与勒威耶所算出的位置相差不到一度。这颗被命名为海王星的太阳系第八颗大行星的发现曾引起当时人们的无比热情，它与以往人们用肉眼或望远镜直接观测发现新天体不同，它是靠科学的智慧和计算的力量找到的，是在笔头的尖端上发现的。它证明了牛顿力学的无比威力。至此，哥白尼的学说获得了彻底的胜利。
　　1930年，年仅23岁的美国天文工作者汤博发现了曾长期被视为太阳系第九颗大行星而现在被降格为矮行星的冥王星。至此，人们所了解的太阳系范围的半径由最初的10个天文单位扩展到了40个天文单位(注：天文单位是日地平均距离，一个天文单位约为1.5亿千米)。




　　尽管从16世纪起人们就猜想到满天的恒星都是遥远的太阳，而后又进一步猜想到，它们可能组成一个个更大的恒星系统，但这需要通过系统的观测和研究来加以证明。真正对恒星世界作系统的观测和研究是从天王星的发现者、被誉为“恒星天文学之父”的赫歇耳(公元1738-1822年)开始的。

　　这位勤于天文观测的赫歇耳对全天的恒星分别按天区和星等进行计数，证实了我们看到的众多恒星，包括银河中的恒星，都处在一个有限的叫做银河系的恒星集团之中。他用当时最大的望远镜发现一些曾经被认为是“无星的星云”原来是由许多小星所组成，其实是一些处在我们银河系之外的恒星系统，通常称作河外星系。这样的星云也叫做河外星云，以有别于处于银河系之内的气体星云。


　　经过赫歇耳及其后继者的不断努力，终于搞清楚了我们银河系的结构。我们的银河系是一种旋涡星系，拥有数千亿颗恒星，绝大部分恒星集中在形状像铁饼的被称为银盘的扁圆盘内。我们的太阳并不处于银河系的中心，而是在银河中心平面即银道面的附近，距离银河系中心约3万光年的地方。银盘中有四条旋臂，这是盘中气体尘埃和年轻的恒星集中的地方。我们的太阳处在第三条旋臂上。银河系中的所有天体都围绕银河系中心旋转。银河系除自转外，作为整体还朝麒麟座方向以每秒214千米的速度运动着。而太阳则以220千米/每秒的速度围绕银河系的中心运转，转一周要2.25亿年，称为一个宇宙年。


　　在银河系的众多恒星中，无论在大小、质量方面，还是在光度方面，我们的太阳都很平常。在大小方面，有的恒星的直径比太阳大几千倍，有的则只有太阳的几百分子之一，甚至更小。在质量方面，大多数恒星的质量在0.1至10个太阳质量之间。在光度方面，最亮的恒星比太阳亮33000倍，最暗的恒星的光度只有太阳的百万分之一。由此可见，尽管太阳是太阳系的主宰，但在银河系众多的恒星中只是一颗很普通的恒星。


　　随着观测手段不断改进，被发现的河外星系越来越多。它们都是由几十亿至几千亿颗恒星以及星际气体和尘埃物质所组成，我们的银河系只是其中之一。同恒星一样，星系也聚成大大小小的集团。两个在一起组成二重星系;十来个在一起组成多重星系;更多地在一起组成星系团;许多的星系团又组成一个更大的星系集团——超星系团。除星系外，宇宙中还有类星体和暗物质等。


　　目前，射电望远镜可以接收距离我们100多亿光年的天体所发出的射电波。发射到太空中的哈勃望远镜和其他高性能观测仪器则把我们人类的视野的半径扩展到一百几十亿光年左右。故以一百几十亿光年为半径所绘的大圆球是目前人类能观测到的范围。天文学家通常把目前所能观测到的宇宙空间所包含的星系和星系际物质的总体叫做总星系。总星系是我们目前所能观测到的最大物质系统，它包含千亿个恒星系和大量星系际物质。我们太阳所在的银河系只是总星系中千亿个恒星系之一。科学研究中一般谈到的宇宙，都是指我们目前所能观测到的那部分宇宙，也就是总星系。它也叫做我们的宇宙。

　　四、宇宙大爆炸起源学说的建立

　　20世纪初，受光速不变实验的启发，美籍德国科学家爱因斯坦(公元1879-1955年)创立了狭义相对论，随后又创立了广义相对论。与此同时，一些科学家又创立了量子力学。这就为我们人类重新认识宏观世界和微观世界提供了科学的理论基础。1917年，爱因斯坦根据广义相对论方程推算，得出这样的结论：宇宙或者在膨胀，或者在收缩。他对这个结论有些怀疑，于是，加进一个“宇宙常数”进行修正。

　　1929年，美国天文学家哈勃(公元1889-1953年)分析了从其他星系发来的光之后，发现绝大多数星系都离我们而去，其退行的速度和它们离开地球的距离成正比。这一称作哈勃定律的重要发现确认了我们的宇宙正在膨胀。宇宙膨胀现象的发现导致现代宇宙学家重新研究宇宙的起源和演化，进而导致得到一系列观测事实支持并为大多数科学家所接受的热大爆炸学说的诞生。根据已测得的宇宙膨胀速度推算，大约在140亿年前我们的宇宙退缩成一点。热大爆炸学说认为，我们的宇宙就是起源于此时此处的一次大爆炸，也就是说，我们的宇宙无论在时间上还是在空间上都有一个开端，它遵循自然规律而演化，逐渐演化出我们今天所见到的大千世界。

　　五、人类探索宇宙之旅任重道远

　　与我们的宇宙相比，我们人类居住的地球以及我们人类自身都十分渺小。在我们的宇宙中蕴藏着无穷无尽的奥秘。但我们人类绝不安于对宇宙的无知，而是用自己的智慧和努力不断探索宇宙的奥秘。三级火箭理论奠基人、苏联的一位中学教师齐奥尔科夫斯基说得好：地球是人类的摇篮，但人类不会永远停留在地球上，而是要探索宇宙空间。他们起初会小心翼翼地越出大气层的范围，然后大胆征服太阳附近的全部空间。

　　1961年，苏联航天员加加林乘坐宇宙飞船冲出地球大气层实现了人类首次太空飞行。1969年，美国航天员实现了人类首次登月飞行。从1972年起，人类开始发射一些能飞出太阳系的探测器，用以探索地外文明。其中有的探测器现已到达太阳系的边缘。我国已于1970年发射第一颗人造地球卫星。

　　2003年10月15日，我国成功地发射了第一颗载人宇宙飞船“神舟五号”，将我国航天员杨利伟送上太空，围绕地球运行14圈，并于次日安全返回，实现了我国人民数千年以来的飞天梦，标志着我国已成为世界上第三个有能力进行载人太空飞行的空间大国。2005年10月中旬，我国成功地发射了第二颗载人宇宙飞船“神舟六号”，实现了二人多天的太空飞行，并安全成功返回地面。2008年，我国又成功地发射了第三颗载人宇宙飞船“神舟七号”，将我国三名航天员送上太空，实现了太空行走。

　　2011年9月29日和11月1日，我国成功发射了“天宫一号”空间实验室和“神州八号”宇宙飞船，并于11月3日成功实现了这两个航天器的安全对接。此外，我国还在2007年10月24日和2010年10月1日成功发射了“嫦娥一号”和“嫦娥二号”绕月卫星。毫无疑问，勤劳、勇敢、智慧的我国人民必将在载人航天探索宇宙这一充满风险、震撼人心的伟大征程中为人类作出较大贡献。