上海交通大学科学技术史第07讲 从第谷到开普勒
科学史十五讲第07讲天文学革命
1577年大自然满足了 第谷的愿望：一颗明亮 1577年大彗星 的彗星真的出现了，第 谷的观察也表明它是天 体。更精确的是，它位 于行星际空间。 然而如果是这样，它就 是正在毫不费力地穿过 被认为携带着行星绕着 中心地球运动的那些看 不见的天球。 这使得第谷彻底明白了： 这些球体实际上根本不 存在。
为解释火星、木星 和土星的运动，托 勒密引入了一个地 球的“镜象”对点， 设定C相对于E在 圆周上做匀速运动， 则相对圆心M做非 匀速运动。 牺牲了自古希腊以 来一直坚持的信念： 行星作完美的匀速 圆周运动。
《至大论》提供了一套预推日、月 和五大行星在天空中精确位置的几 何模型。它的成就达到了人们几个 世纪以来努力的顶点。 但是它自身带有的缺陷（对点、月 亮视大小、变化、日地连线）也一 直成为天文学家议论的对象。最后 由哥白尼提出的日心体系成功地消 除了这些缺陷。
宇宙学的考虑
每个天文学家都是潜在的宇宙学家，第谷也不例外。 第谷很欣赏哥白尼宇宙学说的优点，但他是个传统 主义者，他认为哥白尼那样做的代价太高了。 作为一个新教徒，他从《旧约》的某些篇章中看到 了哥白尼的困难。 建立在上抛物体──将一支箭垂直射向空中，它会 回到原地，表明地球不动──之上关于地球静止不 动的古老论证，在他看来其有效性不减当年。 并且即使借助于他出类拔萃的仪器，他也没有发现 恒星呈现出任何周年运动。
《至大论》各卷内容
第一卷和第二卷为数学准备。 第三卷论述太阳的运动。使用偏心圆运动 的模型，用来解释四季长短不一。 第四、第五卷讨论月球运动。 第六卷描述日食和月食。 第七、第八卷给出了包括有1022颗恒星的 星表，给出了每颗星的黄经和黄纬及亮度。 第九到第十三论述了五颗行星的运动。
从托罗密到开普勒
1576年在丹麦王腓特烈二世的资 助下，他在汶岛上建立一所宏大的 天文台，他称之为天文堡。在那儿 他坚持了二十多年的天文观测。 1597年离开汶岛。1599年到布拉 格，任鲁道夫二世的御前天文学家。 第二年，他邀请开普勒来当助手.
第谷是最后一位也是最伟大的一位用 肉眼观测的天文学家,是一位杰出的观 测家.
行星
太阳 A
r
R
B
3.木星绕太阳运动的周期为地球 绕太阳运动周期的12倍。那么， 木星绕太阳运动的半长轴是地球 绕太阳运动的半长轴的多少倍？
4.太阳系中某小行星绕太阳运行 的轨道半径是地球绕太阳运行的 轨道半径的4倍，求该行星绕太 阳运转周期。
5.如图，发射地球同步卫星时的三个阶段， 首先将卫星送上近地圆轨道，其半径为r， 然后在某处B加速使其轨道成为以地心为焦 点的椭圆轨道，最后在轨道最高点A在次加 速，使卫星进入地球同步圆轨道，其半径为 R，周期为T。A、B分别为椭圆的远地点和 近地点。试求卫星从B运动到A经历的时间。
1.1970年4月24日我国发射了第一 颗人造地球卫星，其近地点高度 为h1=439km,远地点高度为 h2=2348km,则近地点和远地点卫 星运动的速率之比v1:v2是多少？
A
B C
F1
F2
M P N
2.如图，某行星绕太阳C沿椭圆轨道运行， 它的近日点A到太阳的距离为r，远日点B到 太阳的距离为R；若行星经过近日点时的速 度为vA，求该行星经过远日点时速度的大小
托勒蜜的宇宙模型
1、托勒密的重要著作《大综合论》 （《天文学大成》） 。
2、托勒密是“地心说”理论的 集大成者和代表者，“地心说” 理论影响人类长达1000余年之久。
二、哥白尼迎来了科学的春天
沪科版必修二5.1《从托勒密到开普勒》01
4、关于行星绕太阳运动的下列说法中正确的是（ D ）
A、所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动。 B、行星绕太阳运动时太阳位于行星轨道的中心处。 C、离太阳越近的行星运动周期越长。 D、所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期
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2、古代把天体的运动看得很神圣，认为天体的运动必然是完美、 和谐的（匀速圆周运动 ）运动，后来 （开普勒 ）仔细研究了第 谷的观测资料，经过4年多的刻苦计算，最后终于发现：所有的 行星绕太阳运动的轨道都是（ 椭圆 ），太阳处在（椭圆的一个焦点
）位置上，所有行星轨道的（ 半长轴的三次方）跟 （公转周期的二次方）的比值都相等。
关于开普勒的故事
关于开普勒的故事约翰尼斯·开普勒(JohannesKepler,1571-1630)，杰出的德国天文学家，同时他对光学、数学也做出了重要的贡献，他是现代实验光学的奠基人。
下面是YJBYS小编整理的关于开普勒的故事，欢迎阅读。
天空的立法者——开普勒约翰尼斯·开普勒，1571年12月27日生于德国符腾堡。
13岁进入教会学校，16岁被蒂宾根大学录取，20岁获硕士学位。
1594年，在担任中学教师期间，潜心天文探索，并在1596年出版了《宇宙的神秘》一书。
此书受到天文学家第谷的赏识。
1600年，开普勒移居布拉格，应邀为第谷做助手。
第谷逝世后，开普勒利用遗留的大量资料，利用几何曲线表示火星的运动，发现火星运动的轨迹不是圆，而是椭圆，并且运行速度不匀。
1609年，开普勒在《新天文学》一书中，发表了着名的第一和第二定律。
第一定律把太阳的位置精确标定在椭圆焦点上，各行星都在椭圆轨道上绕太阳运行。
第二定律也叫“面积定律”，在形式上提示了行星与太阳的连线于等时间内扫过的面积相等，这在本质上阐明了行星离太阳近则快，远则慢的不匀速性。
1619年，开普勒在《宇宙和谐论》一书中发表了第三定律，即行星绕太阳一周的时间的平方，等于椭圆长轴一半的立方。
开普勒的发现为人类科学事业的发展做出了巨大的贡献，被誉为“天空的立法者”。
1604年9月30日，开普勒发现蛇夫座附近一颗新星，即“开普勒新星”。
1611年他出版了近代望远镜理论着作《光学》。
1618～1620年他发表了《哥白尼天文学简论》一文。
1619～1620年他发表了《慧星论》一书，预言了太阳光辐射压力的存在。
1627年他出版的《鲁道夫星表》，直到18世纪一直被视为标准星表。
开普勒于1629年出版了《稀奇的1631年天象》一书，预言1631年11月7日将出现水星凌日现象，12月6日金星也将凌日。
果然，在预报的日期，巴黎的加桑狄观测到水星通过日面。
这是最早的水星凌日观测。
【名人故事】第谷与开普勒的天文生涯
第谷与开普勒的天文生涯第谷1510年12月14日生于斯坎尼亚省基乌德斯特普的一个贵族家庭。
其父是律师。
1601年10月24日，第谷逝世于布拉格，终年57岁。
第谷于1559年入哥本哈根大学读书。
1560年8月，他根据预报观察到一次日食，这使他对天文学产生了极大的兴趣。
1562年第谷转到德国莱比锡大学学习法律，但却利用全部的业余时间研究天文学。
1563年他写出了第一份天文观测资料，记载了木星、土星和太阳在一直线上的情况。
1566年第谷开始到各国漫游，并在德国罗斯托克大学攻读天文学。
从此他开始了毕生的天文研究工作，取得了重大的成就。
第谷的一生在天文观测方面所取得的成果，为近代天文学的发展奠定了坚实的基础。
第谷的最重要发现是1572年11月11日观测了仙后座的新星爆发。
前后16个月的详细观察和记载，取得了惊人的结果，彻底动摇了亚里士多德的天体不变的学说，开辟了天文学发展的新领域。
1576年在丹麦国王弗里德里赫二世的建议下，第谷在丹麦与瑞典间的赫芬岛开始建立“观天堡”。
这是世界上最早的大型天文台，在这里设置了四个观象台、一个图书馆、一个实验室和一个印刷厂，配备了齐全的仪器，耗资黄金1吨多。
直到1579年，第谷一直在这里工作20多年，取得了一系列重要成果，创制了大量的先进天文仪器。
其中最著名的有1577年以二颗明亮的彗星的观察。
他通过观察得出了慧星比月亮远许多倍的结论，这一重要结论对于帮助人们正确认识天文现象，产生了很大影响。
1599年丹麦国王弗里德里赫死后，第谷在波希米亚皇帝鲁道夫十世的帮助下，移居布拉格，建立了新的天文台。
1600年第谷与开普勒相遇，邀请他作为自己的助手，次年第谷逝世，开普勒接替了他的工作，并继承了他的宫廷数学家的职务。
第谷的大量极为精确的天文观测资料，为开普勒的工作创造了条件，他所编著经开普勒完成，于1627年出版的《鲁道夫天文表》成为当时最精确的天文表。
第谷是一位杰出的观测家，但他的宇宙观却是错误的。
科学技术史资料(1)汇总
第1 章原始时代技术的起源和科学的萌芽第一节原始时代的技术创造一、石器制造和弓箭发明石器制造标志着人类掌握了第一种最基本的材料加工技术，因此，它可以作为古代技术创造的第一个标志。
历史上把早期人类社会统称为石器时代，更细的又划分为旧石器、中石器和新石器时代。
二、人工取火在旧石器时代，人类已经注意到了火的用途。
人工取火说明人类已经在实践中懂得了机械能可以转化为热能的经验知识三、驯养动物和栽培植物恩格斯曾指出：“野蛮时代的特有标志，是动物的驯养、繁殖和植物的种植。
”这里说的“野蛮时代”相当于新石器时代。
人类完成了从狩猎捕食动物到驯养繁殖家畜和从采集野生植物到有意识地种植植物的重大转折，开始了人类真正意义上的生产实践。
四、烧制陶器和冶炼金属在新石器时代，除了石器的制造技术有很大发展外，还发明了陶器顺序青铜、铁第二节原始时代科学的萌芽一、天文学知识的萌芽二、数学知识的萌芽三、力学知识第三节原始时代的宗教自然观原始宗教自然观的主要内容是万物有灵论和图腾崇拜第2 章奴隶时代的科学技术第一节古埃及、古巴比伦、古印度的科学技术一、河流文明即城市文明的出现，是人类历史的一个重大转折。
古埃及、古巴比伦、古印度和中国是世界文明的发祥地，在这些地区先后出现了最早的奴隶制国家。
古埃及和古巴比伦的文明对奴隶时代科学技术的高峰——古希腊的科学技术有直接影响。
二、文字的发明埃及在早期王朝时期就有了以表形符号、表意符号和标声字母相结合的象形文字，其中有单辅音符号24 个，这是人类最早创造的标声字母，书写在形状似芦苇的植物——纸草上。
巴比伦：字形呈楔形，所以被称为楔形文字三、天文学和数学埃及人此时已经认识到行星和恒星的区别，并且已经能用图画来表示星体在天空的位置。
古巴比伦人根据月亮的盈亏制定了太阴历，把一个月定为29 或30 日，大小相间，一年12 个月共354 日。
这与一回归年相差11 日左右，所以他们采用置闰办法，每隔几年加一个闰月。
第谷和开普勒的故事
第谷和开普勒的故事
李丹
【期刊名称】《天文爱好者》
【年(卷),期】2003(000)004
【摘要】第谷·布拉赫1546年12月14日诞生于北欧古城斯科纳的一个贵族家庭，斯科纳今属瑞典，但当时属于丹麦。
第谷的叔叔膝下无子，第谷在孩提时代过继给叔叔。
叔叔很富有，7岁时对他进行启蒙教育，13岁上送他到哥本哈根大学学习
哲学，一心想将他培养成为政治家。
【总页数】2页(P16-17)
【作者】李丹
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】P1-091.3
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古希腊时代·哥白尼、第谷和开普勒
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5.1-从托勒密到开普勒
开普勒研究了第谷连续20 年的观测数据，希望进一步解 释哥白尼的行星圆形轨道模型。 但他失败了。因为他得到的结 果与第谷的观测数据至少有8′ 的误差，开普勒相信这不是第谷 的粗心，而是哥白尼的理论还 需要进一步完善。从此他开始 研究行星的非匀速圆周运动。 经过多年的埋头计算，数十次 地否定自己的设想，开普勒最 终发现了更精确的行星运动规 律，并先后提出了行星运动的 三大定律。
2.第二定律（面积定律）
3.第三定律（周期定律）
a3 T2
k
（k是一个只与中心天体质量有关的物理量）
1.关于“日心说”被人们接受的原因是( D ) A.太阳总是从东面升起 B.地球是绕太阳运转的 C.以地球为中心来研究天体的运动有很多无法 解决的问题 D.以太阳为中心，许多问题都可以解决，行星 运动的描述也变得简单了
一.托勒密集古代天文学研究之大成
托勒密（C.Ptolemaeus， 约90—168），集古代天 文学、地理学、数学研究 之大成的古希腊学者。
托勒密
托勒密的宇宙模型
中间： 地球 九重天： 月球 水星 金星 太阳 火星 木星 土星 恒星天 原动天
地心说 地球是宇宙的中心，地球是静止不动的，太 阳、月亮以及其他行星都绕地球运动，代表人物 是托勒密。 托勒密的理论在天文学研究上有一定的积极 意义。 如“天球”球壳对恒星进行定位的坐标系， 至今仍在天文观测中应用。
B.公式可推广到宇宙中不同星体围绕同一星球运
转的情形下
C.对绕太阳运转的行星而言，k值既与各行星有关
还跟太阳有关
D.对绕地球运转的所有卫星而言，k值与卫星无关
5.如图所示是行星m绕恒星M运动的示意图，下列 说法正确的是（ C ） A.速度最大点是B点 B.速度最小点是C点 C.m从A到B做减速运动 D.m从B到A做减速运动
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年出版著作《论新星》） 结果：证实了新星的存在，打击了亚里士多德 关于天空完美不变的观点，引起社会重视。
② 1577年彗星的观测。证实它比月亮遥
远，且轨道不是正圆。 意义：①，否定了亚里士多德彗星为月下世界 大气现象的说法；②打破了固体天球观念。
③ 其他天文观测工作
A、 大型天文台和天文仪器的建造
B、大量精密观测数据的获得
第谷天文台的布局
第谷天文台模型
第 谷 建 造 的 大 型 天 文 仪 器
3.第谷的宇宙结构模型
• 第谷宇宙结构模型的内容 地球为宇宙中心，太阳、月亮绕地旋转，其 他行星绕太阳旋转。 • 第谷宇宙结构学说的命运 在欧洲受冷落，后被传入中国。
二、开普勒的天文学工作
1. 开普勒的身世
Johann Kepler，15711630，德国天文学家。 1588年，大学毕业。1591 年，获硕士学位。 1594年，在格拉茨大学教 自然科学。 1601年，为第谷做助手。
2.开普勒的思想倾向
• 神秘主义（星占学）倾向 • 希腊的和谐思想——天球音乐
第七讲 从第谷到开普勒
一、第谷的天文学工作
1. 身世：第谷· 布拉赫
（Tycho Brahe， 1546-1601），具有 瑞典血统的丹麦天文 学家
1559年，入哥本哈根大学学习。 1580年，第谷天文台竣工。 1599年，定居布拉格，次年招开 普勒为助手。 1601年，于布拉格去世。
2. 第谷的天文观测
开普勒的行星球模型
3. 开普勒行星运动三定律
第一定律（椭圆定律） 第二定律（面积定律） 第三定律（行星公转周期的平方和行星到太 阳距离的立方成正比）
开普勒第二定律示意图
对开普勒的评价
“天空立法者”的美称
对开普勒研究方法的认识
① 研究方法无所谓对错，但有效率高低之 分； ② 无论哪一种研究方法，都必须接受实践 的检验