天文学在古代的意义是什么？

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天文学在古代的意义是什么？

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预知未来，周期性。
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天文学，用数学、物理学准确的描述和解释每一种天文现象。数学、物理学是天文学的基础，准确的描述和解释每一种天文现象是数学和物理学必须要解答的核心问题。然而对于天文学，时间，才是天文学的核心，是天文学必须解答的核心问题。因为时间有预知未来的能力。
时间，天文学的核心，是天文学中最重要的工具，也是开启天文学的钥匙。天文学对于时间的定义是天文历法，描述的是天文学中最重要的天文现象--地球的自转和围绕太阳的公转 (还包括月亮围绕地球的公转)。仰望星空 (天空) ，太阳东升西落，月亮东升西落，星星、星座东升西落，所有的天体都是移动的，而所有天体移动的规律都是时间的规律。纵观天文学的发展历程，天文学对于天体移动时间规律的研究推动了天文学、数学、物理学，甚至是整个现代科学的大发展。
这里就让我们简单回顾一下天文学的发展历程，简单回顾几位历史上伟大的天文学家。为什么时间是天文学的核心，天文学对于天体移动时间的规律的研究 (周期性) 是如何推动整个现代科学发展的。
亚里士多德（公元前384年～前322年)，古希腊先哲，世界古代史上伟大的哲学家、科学家和教育家之一，堪称希腊哲学的集大成者。他是柏拉图的学生，亚历山大大帝的老师。亚里士多德也是一个天文学家，柏拉图提出了地球是一个球体，为亚里士多德所继承发展，并且很快被其他天文学家所证明。改变了古人对大地是方的，由海龟拖着飘在海上的认知。《天论》一书的发表，提出地球是圆的、球体，是静止的，是宇宙的中心。"地心说"开始形成。埃拉托色尼(Eratosthenes，公元前275一前193)，证明了地球是球体，并测量出了地球的周长。
喜帕恰斯（约公元前190年～前125年)，古希腊伟大的天文学家、数学家。他编制出1022颗恒星位置一览表。喜帕恰斯利用自制的观测工具，并创立三角学和球面三角学，测量出地球绕太阳一圈所花的时间约365.25-1/300天，与正确值只相差六分钟；他更算出一个朔望月周期为29.53058天，与现今算出的29.53059天十分接近。喜帕恰斯还是第一个根据星星的亮度将星划分为几个等级的人。
喜帕恰斯是第一个发现岁差的人，他把自己观测的恒星黄经结果与前人的观察记载进行比较，发现全部恒星从西向东存在一均匀的移动，他只能这样解释：假设天球的北极在空中作缓慢的圆周运动，完成一周需时26,700年。这意味着每年春、秋分时刻都要稍微提前一点，这个现象称为"岁差"，并测定出岁差值为每年45"或46"。而真正解释其中原因的，是喜帕恰斯一千八百年后的牛顿了。
历法1：1年365天，4年闰1天。公元前46年，罗马帝国凯撒大帝决定制定新的历法。指定以埃及天文学家索西琴尼为首的一批天文学家制定新历，这就是儒略历。是现在使用公历的前身。以历法的形式描述了太阳移动时间规律。我们对1天、1年有了比较清晰的认识。
托勒密（约90年～168年），希腊数学家、天文学家，总结了希腊古天文学的成就，写成《天文学大成》。他利用希腊天文学家们特别是喜帕恰斯的大量观测与研究成果，把各种用偏心圆或大小轮体系解释天体运动的地心学说给以系统化的论证，后世遂把这种地心体系冠以他的名字，称为托勒密地心体系。其核心内容是对行星（金、木、水、火、土）移动时间规律的计算与分析，用数学的方式解释行星移动的时间规律(主要是针对行星逆行)。这部巨著是当时天文学的百科全书，直到开普勒时代的1300年间都是天文学家的必读书籍。(参考本文结尾)

在古代，无论是西方(欧洲)，还是东方(中国)，天文学的发展一直是皇权的象征，天文学始终掌握在皇权少数人手中的。古人认为天象的变化预示着王朝的兴衰，天文学是不能普及给普通人的 (会造反)。行星，星空中最亮的几颗星星，古人从观测他们的移动规律，用以预测王朝的兴衰 (预测未来)，再到就算他们移动的时间规律，描述他们的移动轨迹，来描述这是一个自然现象。时间逐渐成为天文学的核心，天文学对于时间的研究，对于天体移动时间规律的研究，使天文学从神学转变成了自然科学。
日食、月食，最能体现时间是天文学的核心这一问题。日食、月食是我们最常见的天文现象之一，是三个天体排成一直线的结果，但是古人并不了解。尤其是日食，古人人为这是上天要降灾难于人间的事情 (天狗食日)。从准确的记录每一次日食、月食发生的时间，到准确的计算出下一次日食、月食发生的时间，一直是天文学要解决的核心问题之一。对天体移动时间规律的准确计算使我们拥有了预知未来的能力。而对于天体移动时间规律的准确计算则推动了天文学、数学，物理学的发展。
古希腊天文学继承了古埃及、古巴比伦的天文学，已经非常发达，已经与数学深度结合，用数学的语言描述和解释天文现象，形成了完整的天文学体系，对现代天文学也有着深远的影响。我们现在使用的黄道，黄道十二星座、黄道十二宫等天文学体系在古希腊都已经基本建立完成。古希腊天文学已经将行星和恒星区分对待，给星星、星座命名也已经基本完成。天文学的核心已经不再是给星星起名字，描述和解释行星(夜空中最亮的几颗星星)移动轨迹和时间规律之间的数学关系，变成了天文学的核心。
"地心说"，从亚里士多德到托勒密，这是西方天文学发展的第一阶段，天文学对于天体移动时间规律的研究 (周期性)，第一次推动了天文学、数学的发展。时间成为天文学的核心，使天文学从神学真正开始演变成一门自然科学。天文现象的重复出现是有其时间规律的，通过计算，我们可以预测其下一次的出现时间，我们有了预知未来的能力。天文学不在是神学(神的意志)，然而随着天文学的普及，时间(预知未来)的能力成了古代西方的占星学(术)，东方的算命、生辰八字等等(迷信活动)梦寐以求的玄幻能力。(天文学和神学并没有完全分离)。
此时的天文学，我们还停留在单独使用数学来描述天文现象的阶段。但是有很多天文现象的本质原因用数学是无法解释的。例如地球是一个球体，用数学是可以证明的，并且计算出了地球的周长。但是我们却无法解释地球背面的人为什么没有掉到太空里去的本质原因是什么？所以当时人们还是愿意相信地球是方的，是静止的，还是被海龟驮着飘在海上的。
"地心说"，以当时的科技水平来评价，"地球说"的建立还是非常成功的。然而"地心说"中地球是静止的，是宇宙的中心，则对后世天文学产生了负面的影响。而对于地球在自转的证明，则是两千多年后，由法国物理学家傅科(1819~1868)于1851年做了一次成功的摆动实验后才证明的，傅科摆由此而得名。然而地球的自转，正是日后"地心说"和"日心说"争论的核心焦点之一。其实这是当时人们认知局限性造成的，是对时间、对地球自转认知缺失的结果。当时最准确的计时工具还是日规＋(沙漏或滴漏) 的组合，我们能准确计量的时间单位还停留在"天"这个时间单位。
历法，1年365天，4年闰1天。用最最简单的方法，描述了太阳移动的时间规律，描述了天空中最亮的天体，也是天文学中最重要的天体，解释了地球上一年四季变化的时间规律和太阳之间的关系。公历的建立，虽然没有揭示地球绕日公转的本质，却为解释这一天文学问题提供了正确的、简化的解题思路。
这是西方天文学发展的第一节阶段，而此后1000多年，西方天文学近似停止了。
在中国，天文学的发展与西方不同，西方天文学的建立是以黄道（地球公转轨道）为基础的；而东方天文学是以天赤道（地球自转平面）为基础建立的的，东西方天文学的基础不同。
虞喜(281～356年)，东晋天文学家，发现岁差。
祖冲之(429年－500年)，南北朝时期杰出的数学家、天文学家。祖冲之引入岁差，制定《大明历》。《大明历》采用的朔望月长度为29.5309日，这和利用现代天文手段测得的朔望月长度相差不到一秒钟。在《大明历》中，祖冲之提出了在391年插入144个闰月的新闰周。根据新的闰周和朔望月长度，可以求出《大明历》的回归年长度是365.24281481日，与现代测得回归年长度仅差万分之六日左右，也就是说一年只差50多秒，这需要非常高的天文观测与计算。
对比东西方历法，虽然《大明历》计算经度更高，但是却复杂了。历法以月亮周期为基础，同时还要满足太阳运动周期(二十四节气)，用月相周期为基础+闰月来描述1年，这样对于1年的描述就有长有短了区别。同样是对于地球绕日公转描述的解题，《大明历》把简单的问题复杂化了，增加了解题的难度。
从现代天文学角度看：《大明历》是用地球自转周期"天"去描述月，再用月亮绕地的公转周期"月"去描述地球绕日公转周期"年"；儒略历，直接用地球自转周期"天"去描述地球公转周期"年"。参考:【十四. 】
宋朝，中国的天文学达到巅峰，1247年，宋朝石刻天文图（黄裳，现仍在苏州）是世界现存最古老的全天星图。石刻天文图是现代天文学球面经纬度的基础 (星图，地图)。赤道式日晷的明确记载也出现于南宋曾敏行《独醒杂志》，我们利用日晷等分的刻度将时间等分了。参考:【十三.】
西方(欧洲)天文学以黄道为基础，但是并没有为我们解释地球围绕太阳公转；东方(中国)天文学以天赤道为基础，也没有为我们解释地球自转的本质。地球的自转和围绕太阳的公转是一个相对复杂的组合运动。而随着东西方文化的交流，黄道和天赤道逐渐构成了现代天文学的基础。

哥白尼（1473年～1543年) 波兰天文学家、数学家。太阳是宇宙的中心，地球和其他行星一样绕太阳公转，哥白尼以其大胆的洞察力，提出了"太阳系"这一引领时代的全新理论，从而带来了一场全新的科技革命。1543年《天体运行论》出版，"日心说"开始形成。
历法2：16世纪的意大利天文学家准确地计算出一回归年是365.2422天，每400年只有97个闰年，整百的年份不是闰年，400整数倍的年份还是闰年。1582年，罗马教皇再次修正了儒略历置闰法则，经过修正的儒略历被称为格里历，也就是我们现在使用公历的最终版本。以"天"为单位，我们准确的计算了回归年。参考:【十四. 】
此时，我们对时间"年、月、日"有了比较完整的认识。天文学修正一个时间上的错误用了1600年。但是我们对于时间的全面认知 (时、分、秒) 还要等到1884年。参考:【十五. (真)太阳时、恒星时】。
第谷（1546年～1601年)，丹麦天文学家，是天文史上的一位奇人。他对于星象的观测，其精确严密在当时达到了前所未有的程度。其编纂的星表的数据甚至已经接近了肉眼分辨率的极限，这让人瞠目结舌。1600年第谷与开普勒相遇，并邀请他作为自己的助手。次年第谷逝世，第谷将20多年观察、收集的天文资料都交予了开普勒，开普勒接替了他的工作。由于第谷记录天文资料非常精确，为开普勒后来的发现提供了强大的数据基础。
开普勒（1571年～1630年)德国天文学家、数学家，开普勒根据第谷的天文资料，利用精确的数学计算，发现了行星运动的三大定律（主要是利用了火星移动的时间规律）。核心内容之一是行星绕日运动，轨道是一个椭圆，而太阳在椭圆的一个焦点上。开普勒用数学语言详细解释了行星绕日轨道的时间规律。但是开普勒并没有为我们揭示其本质原因，为什么行星绕日公转，为什么是太阳在一个焦点上。开普勒从物理学基础上解释太阳系结构的动力学原因。虽然他提出有关太阳发出的磁力驱使行星作轨道运动的观点是错误的。但它对后人寻找出太阳系结构的奥秘具有重大的启发意义，为经典力学的建立、牛顿的万有引力定律的发现，都作出重要的提示。
开普勒将火星逆行轨道，修正成了椭圆轨道。详见本文结尾。
伽利略（1564年～1642年)意大利天文学家、物理学家。伽利略对于运动基本概念，包括重心、速度、加速度等都作了详尽研究并给出了严格的数学表达式。尤其是加速度概念的提出，在力学史上是一个里程碑。伽利略被称为“现代物理学之父”。1609年，伽利略在知道荷兰人已有了望远镜后，伽利略创制了天文望远镜（后被称为伽利略望远镜），并用来观测天体，发现许多前所未知的天文现象。伽利略第一个用望远镜观察到土星光环、太阳黑子、月球山岭、金星和水星的盈亏现象、木星的卫星和金星的周相等现象，并从实验中总结出自由落体定律、惯性定律和伽利略相对性原理等。从而推翻了亚里士多德物理学的许多臆断，奠定了经典力学的基础，反驳了托勒密的地心体系，有力地支持了哥白尼的日心学说。
牛顿（1643年～1727年)英国著名物理学家、数学家。1687年《自然定律》发表，既《自然哲学的数学原理》。书中准确描述了引力的发现，以及万有引力定律和牛顿三大运动定律。牛顿利用他的第二定律和万有引力定律，在数学上又严格地证明开普勒定律（微积分开始应用），证明行星运动定律与万有引力理论之间的一致性。太阳在椭圆轨道的一个焦点上，行星围绕太阳公转是万有引力的结果，是太阳巨大质量的引力结果。为太阳中心说提供了强有力的理论支持，并推动了现代科学革命。牛顿展示了地面物体（苹果落到地面上）与天体运动（行星绕日）都遵循着相同的自然定律--万有引力定律。展现了天文学、数学、物理学之间的原本关系。牛顿经典力学的奠定是此后300多年物理学的基本观点，并成为了现代工程学的基础。
时间，天文学的核心。天文学对于天体移动时间规律的高精度测量与计算，第二次推动了天文学、数学、物理学的发展。此时我们进入天文学发展的第二阶段，万有引力的发现，为我们很好的解释了地球背面的人为什么没有掉到太阳空里去的本质原因，是因为引力。而太阳、月亮、地球都是个球体的原因也是因为引力作用的结果等等。使人们认识到天上的星星，和地面上的苹果遵从着相同的自然定律。天文学不再是一门独立的科学，(古人认为天上的规律和地面上的规律是不一样的。天、地有各自的规律)，我们不再单独使用数学来描述天文现象，我们开始使用数学、物理学一起来描述和解释所有的天文现象。随后光学、电磁学、核物理学等等物理学分支开始与天文学深度结合，逐渐为我们揭开宇宙本质的秘密。
古希腊天文学的伟大之处在于，天文学和数学的深度结合，用数学的方法描述天文现象，而且一直延续至今。伽利略将数学引入物理学，数学开始被引入每一个科学领域。牛顿经典力学的伟大之处在于，将天文学、数学、物理学三者的深度结合，从本质上说明了天体移动和地面上物体移动，遵从着相同的自然规律，从而推动了整个现代科学的大发展。
天文学，是现代数学、物理学的核心内容之一。正确的描述和解释每一种天文现象，是现代数学、物理学，必须要解答的核心问题之一，这就是为什么天文学更像是一道道的数学题、物理题的原因。很多数学理论、物理学理论的建立就是为了解答天文现象而产生的，甚至很多数学理论、物理学理论正确与否都是由天文论证来检验的，亦或是天文论证是必要条件之一。
地球自转的证明，从"地心说"到"日心说"两千年的发展过程是漫长的。从地球是静止的，到"日心说"地球在围绕太阳公转。天文学已经通过证明其他行星在围绕太阳公转，证明了地球也是围绕太阳公转的。然而关于"地球在自转"，依然还是"地心说"与"日心说"争论的核心交点之一。由于"地心说"在宗教思想中的的根深蒂固，当时的"日心说"被认为是邪说。支持日心说的人甚至受到了宗教迫害，伽利略临终前的遗言"地球是动的。"仍在为我们说明地球在自转。然而关于地球自转的证明，还要等200多年后1851年傅科摆实验才证明。
表面上看主要是宗教因素的影响，其实最主要是因为西方天文学的建立是以黄道(地球公转轨道)为基础的，此时的西方天文虽然认识到了天赤道的存在 ，但是依然忽视了天赤道在天文学中的重要性。虽然西方天文学已经准确的计算出了历法年，但是我们对时间的认知还不够深入。天文学的发展依然是以黄道为基础的。而地球的自转和围绕太阳的公转是一个相对复杂的组合运动，并不是单独的自转，或单独的公转。



1年365天，猎户座的东升西落365次

从现代天文学的观点，证明地球的自转是非常简单的。1年365天，猎户座东升西落365次，每一次都是和天赤道平行的，所有的星星、星座东升西落的移动轨迹，都是和天赤道平行，这是地球自转的结果，而且所有星星、星座东升西落的角速度也是一样的。反过来，因为地球在自转，所以所有星星、星座东升西落的移动轨迹和天赤道是平行的，所有星星、星座东升西落的角速度都是一样的。利用数学中的反证法、天赤道，证明地球自转是非常简单的。参考:【四. 】。但是当我们忽略天赤道时，天文学就和我们开了一个小小的玩笑，让我们等待了2000年 。而随着东西方文化的交流，黄道和天赤道构成了现代天文学的基础。
相对运动，"地心说"，"日心说"，从现代物理学的角度解释都是"正确"的，一个是以地球静止为参照物，来描述天体移动的时间规律，这也是我们日常天文观测得到的结果，这就是"地心说"；而"日心说"，以太阳静止为参照物，描述天体移动的时间规律，揭示了行星绕太阳公的转本质现象。太阳东升西落，星星、星座东升西落是由于地球自转的相对运动而产生的视觉运动。现代物理学追求的是天体运动的本质。而对于现代数学，无论是"地心说"，还是"日心说"，无论是真实的运动，还是由相对运动引起的视觉运动，对现代数学的要求都是准确的描述。
时间，地球的自转和围绕太阳的公转，虽然是一个相对复杂的组合运动，但并不是很复杂。时间，为我们很好的把两种运动分离开来，而我们对于时间的定义就已经把自转和公转分离开来了。参考:【四. 日晷，相对运动 】【五. 365天，时间的变化规律】。
修正"地球自转"这个错误，天文学用了两千多年，天文学是通过证明地球围绕太阳公转，再证明地球是动的不是静止的，再证明地球在自转。当我们回顾这段天文史时，只能唏嘘感慨了。这是我们忽视天赤道，忽视时间的结果，我们把天文学中最简单、最基础的天文现象隐藏起来时，天文学也和我们开了一个小小的玩笑，等待2000年。甚至影响了我们现代天文学的简化。
。。。。未完
原文：时间，天文学的核心 - 知乎 (zhihu.com)

朲賤芿嗳2017

苏格拉底：我们把天文学定为第三门功课，你意下如何？
格劳孔：我当然赞同。对年、月、四季有较敏锐的理解，不仅对于农事、航海有用，而且对于行军作战也一样是有用的。
苏格拉底：真有趣，你显然担心众人会以为你正在建议一些无用的学科。
……
格劳孔：这很好。另外，苏格拉底，你刚才抨击我，说我评论天文学动机不高尚，有功利主义，我现在不这样做啦，我要用你的原则来赞美它。我想，大家都知道，这个学科一定是迫使心灵向上看，引导心灵离开这里的事物去看高处事物的。

——柏拉图，理想国，第七卷

朱婆婆老

农耕定时

心一路向南飞该

古代天文学一般指的就是天体测量，其最大的贡献主要是对时间的测定，也就是历法。
在古代，公元前1234年5月6日下午7点8分9秒，我们的某位祖先完成了一天劳作，可能正在休息。他并不知道现在是何年何月何日，当然这并不影响他睡觉，但是，庄稼的成长是需要适宜的气候的（如果你在秋天播种并且家里没有余粮，你就会饿死），所以他必须了解，什么时候播种是比较容易收获的，因此他需要知道大致的时间变化。我们聪明的祖先发现，天体的运动是与气候的变化是有联系的。也就是说，可以从天体运动来推测气候变化。因此，我只要做个时间表，只要天体运动到特定的位置，我做特定的事情（比如播种、插秧），不就可以保证收获了嘛？于是在此基础上，“二十四节气”应运而生！
后来，我们的祖先又发现，总是和别人约定在春分前一天见面，夏至后两天吃饭非常麻烦，应该有个时间标准。这个标准的参照物最好是不变的（不用经常修改）、周期的（因为时间是周期的）。抬头一看，星星，不就是符合这些条件的最佳选择嘛？于是，年、月、日、时应运而生！
过了几百年，祖先又发现，时间表不灵了，本来是应该播种的日子，可是外面还在下雪！怎么回事？原来，是我们之前规定的时间与自然界真实流逝的时间之间有误差。比如我们规定一年是365天，但是自然界实际上是365.3422天（这里按回归年计算的）。一年有0.3422天的误差，三年大概就有一天的误差，所以每隔三年就有一个闰年。同样，一百年就是34.22天的误差，三百年后穿着衬衫就可以过年了！
怎么办？
自然界的时间流逝也体现在天体运动上，精确计算天体运动的时间，就可以减小时间误差。根据天体运动来推算年、月、日的时间长度和它们之间的关系，并制定相关的计算法则，这就是历法。这是天文学最古老而最重要的应用。
补充一下：
历法对于人类社会文明的发展极其重要，人们根据历法来进行打渔、畜牧、耕种等社会生产，这些都是人类生存的最基本的需要，因此几乎每个文明都会有自己的历法。但是就其基本原理来说，不外乎三种：太阴历，太阳历，以及阴阳历。具体来说：

• 太阴历，简称阴历，以朔望月（也就是月亮的变化）为依据，如伊斯兰历。其优点是日期和月相吻合的很好，对于预测海洋潮汐、安排渔业生产等有一定的指导作用。但是缺点是与季节变化严重脱节，不适用于农业和畜牧业；
  
• 太阳历，以太阳周年运动为依据，如现行的公历（又称格里高利历）。其内容比较简洁，便于记忆，而且精度较高，于天时符合较好。但是其中的“月”是认为定义，并无天文意义；
  
• 阴阳历，其综合考虑太阳和月亮的运动并以此为依据，具体来说以朔望月作为月的单位，并且取历年平均长度尽可能接近回归年（即太阳连续两次过春分点的时间间隔，约为365.2422个太阳日），如中国的农历。其既能使每个年份基本符合季节变化（适用于耕种），又能使每一月份的日期与月相对应。但是缺点是历年长度相差过大（有的年有闰月，有的没有），制历复杂，不利于记忆（大家对于中国农历的复杂应该有体会：)）