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人类早期天文学

中国古代神话中,盘古创造了宇宙。最初的宇宙是一个混沌如鸡蛋的物体,盘古自己也孕育其中。盘古将“鸡蛋”打破,“鸡蛋”里轻的东西上升为天,重的东西下沉为地。天空每天增高一丈,大地每天增厚一丈,盘古的身体也随之一同生长。最后盘古死去,化作了世间万物,从此宇宙诞生。

古希腊神话也十分类似。最初的宇宙是一片“混沌”,从“混沌”中诞生出了“大地”盖亚,接着在“大地”底层出现了“黑暗”厄瑞玻斯与“黑夜”尼克斯。“黑暗”和“黑夜”的结合产生出“光明”与“白昼”,而“大地”则生出了“天空”。以后才有了世间万物。

在基督教中,借助于上帝,宇宙起源变得更加简单。上帝说“要有光,于是便有了光。”在短短的七天时间里,上帝便创造了充满世界万物的整个宇宙。

根据现有的天文科学知识,宇宙起源于130多亿年前的一次大爆炸。在这个时间之前,整个宇宙就是空间中一个密度极大且温度极高的奇点。奇点是几何学上的一个概念,它是一个具有特殊性质的几何点。而整个宇宙就是由这个奇点经过不断膨胀而形成的。大爆炸理论的创始人是比利时物理学家乔治·勒梅特。

回到今天的宇宙,太阳所处的银河系是无数星系中的普通成员;太阳及其周边的行星组成太阳系,太阳系是无数恒星系统中的普通成员;太阳系包括一系列的行星,地球则是多个行星中的一员。迄今为止,人类虽然已经发现了不少类似地球的行星,但最近的类似地球的行星离我们的距离约有4.2光年。人类能够生存的天体仍然只有地球一个。地球是宇宙中的一个幸运儿,它距离太阳1.5亿千米,不很远也不很近。太阳发出的光需要8.3分钟才能到达地球。太阳体积大,表面炙热,如果距离太阳太近,则地球上将赤地千里,不会存在任何生命;而如果距离太阳太远,那地球上将千里冰封,只有在地下深处可能存在一些初级生命。地球的直径不很大,也不很小。地球围绕太阳公转,同时又有自转,这使地球内部呈熔融态的带电物质自然而然地形成圆环形的电流。这种环形电流引起地心铁磁分子的整齐排列,使地球具有自身的磁场。地球磁场的存在排斥了来自太阳和宇宙空间的带电高能辐射粒子的入侵,保护了地球的大气层,从而在地球表面形成了一个和恶劣空间环境完全不同的、适宜于生命发展的舒适环境。地球表面温度适中,有大量的水和空气,有丰富的氧和氮,为产生生命提供了非常优越的条件。

地球诞生于45亿4000万年前。在35亿年前,由于雷电、地热或者其他突发事件的激发,无机小分子发生突变,奇迹般地转化成为有机小分子。而有机小分子经过长期进化逐步形成了原始的蛋白质和核酸。大量有机分子的演变,使单分子初级生命逐渐进化为多分子的生命形式。

距离地球最近的天体是月亮,月亮距离地球约38万4400千米,这大约是光在1.28秒内传播的距离。在太阳系的行星周围存在很多卫星,月亮是它们之中比较大的一颗。月亮围绕地球的旋转使地球上的海洋产生了周期性的潮汐运动。月亮的大小和位置是如此巧妙,使得潮汐运动既不大也不小,在生命进化过程中,其中一部分生命形式有机会被推上陆地,在陆地上生存了下来,并不断地进化,最后诞生了人类。如果月亮太靠近地球,潮汐过大,那么冲击到陆地上的早期生命就不能存活。而如果月亮距离地球太远,没有潮汐运动,生命形式也就不可能转移到陆地上,那么人类的存在就是一个问题。

人类最初在地球上的出现,大约发生在200万年之前。人类是一种特殊生命体,他们在生产和生活的演化过程中,通过直立行走,节约了体力,解放了双手,体力和智力不断发展,开始本能地希望熟悉和了解自身所处的这个神奇的宇宙。从而就开始了一些最原始的天文观测活动。古人类的天文观测都是用眼睛直接进行的。人的眼睛就是一台小型光学望远镜。它的通光口径由瞳孔控制,在2毫米与8毫米之间变化。当在黑暗的环境中,人眼可以看到天空中数以千计的恒星。

人类生活受到太阳的巨大影响。太阳表面温度约5500度,它的辐射经过地球大气后主要集中在可见光区域。人类诞生以来,就一直处在能够穿透大气层的太阳辐射之中,经过长期的演变,人体器官适应了这种环境,所以人眼就对这一频段的电磁辐射十分敏感。电磁波是一种在空间快速传播的不断变化的电场和磁场,它的在真空中的传播速度是每秒30万千米。可见光是一种电磁波,这种电磁波的变化频率非常快,波长很小。一个原子的直径大约是3到5纳米,而可见光的波长大约是390纳米到750纳米。

人类最初使用眼睛来直接观察世界,通过观察太阳的东升西落,形成了白天黑夜交替变化的概念,这是时间中“一天”的时间长度;月亮的圆缺形成了时间上“一月”的时间长度。经过长期连续观察和记录,古人类发现白天在“一天”中所占时间份额以及天气和温度的周期变化,形成了时间上“一年”的时间长度。

为了记录天文观测的结果,他们会有意识地在地面上刻画,建造和设置各种各样的设施和记号。在这些设施中只有非常少的一部分留存到现在。位于英国南部的巨石阵(图1)据说是建造于公元前3000年到公元前2000年之间。巨石阵的东南方宽大的开口和当地夏至日出和冬至日落的方向十分吻合。奇怪的是巨石阵所在地距离这种石头的来源地相当遥远。不过现在网上的资料发现,这个巨石阵很有可能是在1954年才人为制造的。在一张当年的照片上,那时的巨石阵仅仅存在三块大石头,而最上面的大石头在当时正在使用现代起重工具进行吊装,使其安放在其他两块石头的上面。如果真是这种情况,则巨石阵可以被称为有史以来最重大的古迹造假事件。在智利的复活节岛上(图2),大量巨人像的位置安排是不是也有一定的天文意义,至今考古学家和天文学家仍然不能给出一个准确的说法。

古代人类对夜间天空中不断闪烁的星星充满了无穷无尽的遐想。天空中的绝大多数星星、太阳以及月亮周而复始地东升西落,不过这三类天体的轨道并不相同。它们的轨道分别是赤道、黄道和白道。如果仅仅考虑天上的星星,可以发现一些星要比另外的一些星更加明亮,而众多的星星则非常的暗淡。它们虽然是在不停地运动,但是它们在天空中的相对位置则几乎是完全固定的。这些星统称为恒星,即位置恒定的星。在这些众多的星星之中,只有非常少的几个星点和其他恒星的运动完全不同,它们会在众多的恒星背景上,有时超前,有时落后,这些具有相对运动的星被称为行星。另外有一些星会快速划过天空,它们常常有一个比较亮的头部和大而暗的尾巴,它们被称为彗星,又称为扫把星。人类很早就已经分辨出距离地球比较近的五大行星,即金、木、水、火、土星。金星的亮度最大,出现在早晨和黄昏,十分容易引起人们的注意。距离我们较远的行星天王星、海王星和冥王星则是在望远镜发明以后才先后被发现的。

图1 英国南部的巨石阵

图2 复活节岛上的巨大的石人像

在夜晚的天空中,恒星亮度和恒星分布看似随机,没有特殊规律。为了观察上的方便,东西方的不同民族分别根据各自的传奇故事和想象将天上的恒星划分成了一个个不同的组合形式。在中国和中亚地区留下了东方苍龙,西方白虎,南方朱雀和北方玄武四象和相应的“角、亢、氐、房、心、尾、箕”“奎、娄、胃、昴、毕、觜、参”“井、鬼、柳、星、张、翼、轸”“斗、牛、女、虚、危、室、壁”二十八星宿的概念。在西方,人们在天球上将一年中太阳运动轨迹上的恒星分别划分成十二个星座,它们依次是:白羊座、金牛座、双子座、巨蟹座、狮子座、处女座、天秤座、天蝎座、射手座、摩羯座、水瓶座和双鱼座。后来他们又在其他天区增加了相应的星座,整个天空一共有八十八个星座。 OQx+ivqT94KCw+6mE7rXZGMU2lgOaUkqM9Sf8VR5TpWRK93+lGUMz9/uqT7BawoW

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