文笔老练，插图丰富。本书实为一部独一无二、纵贯古今之天文学理论与实践之集大成者。

在伊斯兰世界遥远的角落，中世纪的穆斯林们如何运用天文学计算麦加的方向？那惟一觉察到地球可能在绕日旋转的希腊人是谁？克利斯托弗?哥伦布又是如何误用了他从一册天文学年鉴上得来的关于一次月食的知识？

奇闻轶事与迷人细节融为一体，本书描绘我们如何观天，并且解释了人类在不同历史时期观测天象之所见；这些所见又是怎样影响了人类的信仰和神话；以及伟大的天文学家为今天的天文学知识所做出的贡献。这是一部栩栩如生、高度可视的天文学史??对于专家和非专家，它都是一次兴味盎然的阅读。

一部史无前例的插图本世界天文学史

富有亲和力的文笔，对技术概念做出了清晰的解释

大量精美的线描插图和彩色插图，系统的大事年表、专业术语表、进一步阅读书目和完备的中文索引！

主编及其他作者均为世界天文学史相关研究领域的权威，译者为国内天文学界实力派的中青年学者和专家。

不管我们是不是观星者，天文学和我们的生活都有关系。借助许多世纪对天空视运动的仔细观测，我们可以通过历法来确定我们的生活；而我们对恒星和行星活动模式的了解，则直接影响了我们的宗教观和宇宙观。《剑桥插图天文学史》追溯天文学作为一门科学的历史足迹，详细描述了导致我们今天对空间和宇宙之理解的种种发现。本书展示了，基于星象观测的沉思是如何从远古时代即形成了人类神话的基本部分；同时也揭示出，天文学怎样和几何学及数学一同进化为一门精密而严肃的科学；并且描述了伟大思想家如毕达哥拉斯、伽利略、笛卡儿和牛顿等人对天文学的巨大贡献。

撰稿人、中文译者简介

原书主编为中文版所作序言

译者说明

前言

第一章 史前天文学

作为史前欧洲人文化资源的天空

美洲的早期天文学

作为今日文化资源的天空

第二章 古代天文学

原始史料

巴比伦的天文学

希腊天文学：天球

希腊化天文学：两个传统的意义

第三章 伊斯兰天文学

天文学和伊斯兰的实践

伊斯兰天文台的出现

阿拉伯的行星天文学

第四章 中世纪拉丁天文学

“黑暗”时期

天文学在西方的复兴

印刷术和人文主义的兴起

哥白尼和希腊过程的顶点

第五章 从几何学到物理学：天文学之转变

第谷·布拉赫和他对精度的追求

开普勒和动力学的引入

伽利略装置望远镜支持哥白尼

笛卡儿和几何学家的宇宙

天文学改变了

第六章 牛顿和牛顿主义

牛顿《原理》之起源

椭圆轨道的动力学

《原理》的影响

“丢失的”行星

20世纪的天体力学

第七章 恒星宇宙的天文学

恒星宇宙中太阳的邻居

恒星宇宙的结构和历史

第八章 星光的信息：天体物理学之兴起

天文学成果的出版，天文学家的组织(1665—1950年)

太阳和天体物理学的起源(1800—1890年)

望远镜制造的发展

太阳系研究

恒星和星云

银河系的结构

旋涡星云

宇宙膨胀和相对

第九章 扩展着的天文学视野

延伸人类感官：“更多的光”

下一代望远镜

哈勃太空望远镜

射电天文学的看不见的宇宙

射电天文学和宇宙学辩论

被大气隐藏起来的宇宙

异常天体的发现

剧变的宇宙

结论

大事年表

专业术语表

进一步阅读书目

图片致谢

索引

延伸人类感官：“更多的光”

不像许多自然科学家，天文学家没有一个放在拷问台上的自然——用17世纪弗朗西斯‘培根的话来说，他不能“把自然拿来审问”。物理学家和化学家们可以设计一个受控实验，像一个拷问者强迫自然回答对她的提问。只有很偶然的情况下，天文学家能够采取主动。月球已经有过叫做tt宇航员”的拜访者了，太空飞船已经开始了飞向太阳系其他行星的探险航程，而1986年至少有5艘太空飞船被发送去拦截哈雷彗星——欧洲空问局的乔托(Giotto)到了离彗核600公里(375英里)处花了10个小时收集数据、拍摄照片。但是在极大多数情况下，天文学家的任务一如既往，搜集和搞清楚自然准备提供给地球观测者的任何信息。

望远镜的发明为伽利略和他的同时代人提供了眼力的延伸，到18世纪末期，观测者们很清楚地明白望远镜的物镜越大，就能看见越暗弱的天体。要求更大望远镜的喧闹声从来没有这样响亮。

到20世纪中期，美国的慈善事业为幸运的美国天文学家提供了优先接近宇宙奥秘的机会。配置有先进仪器的美国天文学家，不仅在对新知识的无私追求中，也在天文学团体内部为地位和薪水而进行的竞争中，比对手处在了更优势的位置。在上一章中我们看到一些观测者的成就得利于威尔逊山上的100英寸反射镜，或后来帕洛玛山的200英寸反射镜。毫不奇怪，其他国家的同行们也需要可匹敌的设备，但是建造和运行一台大望远镜的花费，往往需要政府甚至国际社会的资助。

不大愿意助人为乐的自然界还制造了另一个困难。直到20世纪70年代世界上大多数的望远镜都位于北半球，那里有绝大多数的加工厂和绝大多数的天文学家。然而在天赤道以南，有丰富多彩的天空：那里有银心方向最密集的星云，有两个麦哲伦星云(它们是不规则星系，我们最近的河外邻居)。似乎命运女神们密谋了要让天文学研究变得尽可能地困难和昂贵。然而，正如我们即将看到的，在20世纪的最后四分之一个世纪里，现代空中交通速度的加快和费用的降低，以及通讯的便利，使得南半球天文台的发展至少在仪器设备上与北半球等量齐观了。但费用仍在继续上涨。

在美国，采取的一个步骤是1957年联合建立了大学天文研究联合组织，建立了三个大天文台：为北天的研究在亚利桑那基特峰建造天文台，那里的3.8米(150英寸)望远镜在1973年开始工作；为南天的研究，在智利建立托洛洛山天文台，那里一台性能相当于3.8米的望远镜在1976年投入使用；还有在新墨西哥州建立了萨克拉门托峰太阳天文台。

其他国家在很多情况下要依赖于国家间的合作，共享建造好的仪器设备。这样一个欧洲大陆国家的联盟主持了智利圣地亚哥北面拉西亚的欧洲南方天文台。那里的一台3.6米(147英寸)的望远镜在1971年被投入使用，现在那里有超过一打的望远镜。这样的国家间合作涉及官方(不是说外交)，但是在经济困难时期，相比于纯粹的国内项目，成员国更难背弃他们资助国际合作计划的诺言。

20世纪70年代有另外两个大的南方天文台投入运营：澳大利亚和英国建造的新南威尔士赛丁泉山3.9米(153英寸)的英澳望远镜，还有法国、加拿大、夏威夷合作建造的位于夏威夷莫纳克亚的3.6米(14l英寸)望远镜。北天球也没有被忽略。英国、西班牙、丹麦和瑞典在加纳利群岛联合建造了拉帕尔玛天文台，那里的观测条件比欧洲大陆上任何一处都有利，不久荷兰和爱尔兰也加入了这个天文台。

安装这些仪器的选置考虑了尽量要减少围绕地球的大气造成的局限：天文台台址要有较少的云层覆盖，很小的空气抖动，更薄的大气层，还有远离城市灯光——一句话，在仔细选定的高山顶上。自从第一个山顶天文台，加利福尼亚桑塔克鲁兹附近哈密尔顿山的利克天文台建立以来有一个多世纪了，那里的观测从1881年开始，在超过4000英尺的海拔高度进行。今天最高的大天文台是莫纳克亚天文台，高度近14000英尺，这个高度对观测人员和维护人员的生理产生了挑战。无需强调，这些台址的荒僻进一步增加了研究费用。

同时，由于最近几十年的技术革新，信息的采集和分析变得更为有效。19世纪末期为天文学家采集数据带来革命的照相底片，作为光线收集器来说事实上是不充分的。极大多数撞击到照相底片上的光子被反射了回去，只有2％的光子用在敏感的表面上成像。20世纪80年代高速发展的对光敏感的电荷耦合器件或叫CCD(对录像机有重要的商业价值)使天文学家能够以超过70％的效率吸收光子。这意味着1990年一台30英寸的望远镜能够记录的光子数目超过1960年的200英寸望远镜。另外，获得电子图像，观测者能够察看观测的进程，因此可以消除过度曝光或曝光不足的浪费问题。电荷耦合器件还提供了一个便利——它们可以随行星际探测器或像哈勃太空望远镜这样的轨道天文台飞到空间，图像通过无线电联系传回地球。

现代计算机的高速度不仅用于电子图像的处理，也用于驱动望远镜和达到“主动光学”。在大型反射望远镜制造中有一个长期存在的问题是，当仪器向各个方向倾斜时，主镜在自身重力作用下会弯曲变形。如今这种变形可以机械地控制，主镜背面各个位置的压力被连续地改变，以此来补偿内部应力的变化。类似地，望远镜上空大气的连续变化也可以通过把光引入一个薄的可变形的反射镜来补偿，这种反射镜跟随大气的变化每秒变化许多次。当天空旋转时追踪一个天体，是计算机可做的另一项工作，所以赤道装置现在可以省略了，代之以更简单便宜的上下、左右运动的地平经纬仪。

作为一个后果，像威廉·赫歇尔和威廉·哈京斯这样的业余天文学家能够活跃于这门科学的最前沿的时代一去不复返了，业余天文学家确实还可占据舞台一角，但那是职业天文学家忽略的领域，如搜寻到来的彗星，流星雨期间观测和计数流星或者监测变星。在其观测时，天文学家对一台大仪器可以达到完全控制的日子也一去不复返了。现代的望远镜依赖于一个专家组对其做出连续的护理。观测已经变成了一个合作演习，在这个合作中天文学家发现自己受控于专家维护组，他们的专门技术就像工程之于物理学，或者计算之于天文学。曾经只进行他们自己的研究的各个国立天文台现在发现，他们得为不断到访的天文学家们维护设备。

下一代望远镜

最近建造的大部分望远镜的主镜，直径小于帕洛玛山的200英寸望远镜。1976年前苏联在泽连丘克斯卡亚建造了6米(236英寸)的望远镜，但这台望远镜令人失望，一些人认为已经达到了有效主镜直径的极限(受望远镜上空大气扰动的限制)。但是高山顶上的新望远镜的经历表明，大部分扰动来自圆顶屋附近甚至内部、甚至仪器自身内部的气流。可以采取某些措施来减轻这些扰动，所以大主镜望远镜的建造再次引起注意。即使如此，为了这样一台大型仪器能有效工作，需要许多最新技术来支持。

这样一台“下一代望远镜”(NGT)的一大笔令人望而却步的花费在于主镜的制作和成形、制造控制望远镜的机械装置和建造带旋转圆顶屋的建筑。后两者由望远镜的重量和焦距长度决定。短焦距的大曲率主镜(因此需要一个相对较短的管子和较小尺寸的圆顶屋)用传统的方法难以成形，但是，如果制造主镜的材料在熔化时转动起来，并慢慢地等到它冷却，主镜所需的大致形状就能铸成。这是因为圆形容器里的液体在转动起来时，向容器外面方向堆积起来，它的表面形成一个(近似的)抛物面，这是望远镜主镜的理想形状。

最大的“下一代望远镜”莫纳克亚天文台的凯克望远镜I在1990年部分投入使用。它的主镜直径为9.8米(387英寸)，由36块六边形的镜子组成，当这台望远镜首次“看见光明”时已经被装上了其中的9块镜子。一台匹配的凯克望远镜Ⅱ位于附近，当它们被连接起来使用时，这两台仪器的分辨率相当于一台直径等于这两台望远镜圆顶屋之间距离那么大的望远镜的分辨率。

哈勃太空望远镜

然而，今天的天文学家不全依赖于地基的天文台，因为火箭技术、轨道卫星和太空飞船——建立在军事用途或提升国家威望等基础上的进展——已经打开了一条把观测仪器放置到外太空中去的道路。到目前为止，这类努力中最为切实的是哈勃太空望远镜(HST)，1990年4月从发现号太空飞船发射，轨道高度600公里(370英里)。它的主镜直径2.4米(94英寸)，在地基仪器中属于中等大小，但是在外太空它的精度远远超过其地面上的竞争者。哈勃太空望远镜主镜的光滑度远远超过了以前任何一台天文仪器的标准，不幸的是，表面制造的高度精确但形状错误，望远镜的观测远远没有达到预期的效果。1993年从太空飞船执行的一项维修任务成功地把一些矫正元件安装在光路上。随后，高度光滑的主镜表面开始盈利，形成了一系列壮观的高清晰度的图像，最值得一提的是它在遥远的室女星系团中发现了数百颗造父变星。

P323-327

大学教师们相信教学相长。贯穿本书的思路，就是笔者三十年来在向剑桥大学研究生讲授过程中所学得的天文学史。

所有的教师最终都确信，自己能够既观全局又见重点。我也未能免俗，所以我选择了对那些我相信具有根本性或重要性的问题做详细的、有时甚至是非常详细的讨论。为了节省篇幅，在一些别的历史学家也许认为是重要的问题以及大量更次要的话题方面，我都只是顺便提到。

我们将注意力集中在近东和欧洲天文学——最终成为今日全球共同的天文科学——的发展。其他的传统，比如中国的天文学，以及西班牙征服者到达之前在新大陆发展起来的相当成熟的天文学(指玛雅天文学——译者注)，当然吸引着一些天文学史家的注意力，但在本书中它们仅被简要地描述。

读者在进入天文学的历史时，往往会期望对“谁有优先权”进行讨论，但在本书中，此种期望将只能得到非常有限的满足。这有两个原因：

首先，“优先权”假定了科学是一种从不间断、一直向前的真理积累，理论则不断地趋向并接近真实。在事实的层面上，情况可能是这样。比如我们很难想象有一天我们会发现金星比水星更接近太阳。但是更深一层，在理论的层面上，科学的发展有着无限的复杂性。被称为“正规科学”的，经常包含着从最初的困惑到逐渐简洁精致的过程，包含着来自多方面的贡献。有时候会有戏剧性的或令人困扰的进展。牛顿去世之后一个世纪，人们普遍相信他和整个人类一起享有了宣布物质宇宙基本真理的特权—_这种宣布已经在1687年进行过一次(指牛顿《自然哲学的数学原理》一书在这年出版——译者注)，这样的壮举不可能再重复。但是爱因斯坦通过对牛顿关于空间、时间、重力等等最基本概念的彻底重构，摧毁了这个令人满意的看法。然而，如果谁宣称牛顿干脆就是“错了”而牛顿的工作也不值得再加以注意了，那他就是一个非常糟糕的历史学家了。

其次，今天的天文学史家知道，他们的任务，不是去给以往天文学家中那些观点与现代同行相吻合的人授勋，而是要将他们的读者带上一段激动人心的旅程。这段旅程将引导读者前往从概念上来说是有异国情调的地方——到过去的文明之中，寻求对天空意义的理解，问经常与我们今天习以为常的方式很不相同的问题，问题的答案，按照我们今天的思维方式也是怪异的。历史学家邀请读者同他们一起进入奇异的概念中探险，而将关于自然和天文学目的的现代假设置之脑后，还要将许多现代天文学知识暂置于“靠边等待”的位置。

例如，柏拉图的同时代人观测到，天球夜复一夜以匀速旋转。在天球上有无数“固定”的恒星，它们随着天球旋转却不改变它们相互之间的相对位置；但是他们也看到，有七个“流浪者”或“行星”，以令人迷惑的方式穿行于众多恒星之中：太阳、月亮、水星……等等。如果我们想理解从柏拉图到哥白尼之间19个世纪中的天文学，我们必须把现代的“行星”概念放到一边，而接受太阳和月亮进人“行星”行列。更重要的是，我们必须把现今对天文学家工作任务的认识放到一边，因为我们是在研究另外的文化，在那种文化中，天文学家的任务是，为每个“行星”设计一个几何模型，根据该模型可以计算出该天体未来时刻精确的位置表。

这意味着，将近两千年间，天文学是应用几何学的。幸运的是，没有数学训练的读者不必绝望，这里只涉及初等概念——几乎就是单一或成对的匀速圆周运动。至于这些几何模型本身，以球状的圆周组合构成，就远不是初等的了，但我们将仅限于提供个案，而且即使是这些个案，也将独立于正文的讨论之外。

没有人能够将牛顿后继者们所使用的数学技巧说成是初等的。在《原理》(Principia)中，牛顿主张，万有引力定律是理解物质宇宙的关键。对万有引力定律的考验，是将其应用于有惊人复杂性的太阳系时，能否推算出我们所观测到的行星及其卫星和彗星的运动。有一个多世纪，这一问题占据了当时一小群天才数学家的注意力，而如何正确评价他们的工作，是天文学史家所面临的一个问题。尽管他们的结论引起了天文学家最热切的兴趣，但是他们自己并不是天文学家，而只是数学家在为天文学服务，因此我们即使忽略他们结论中的细节，也不致有良心上的不安。

这些“天体数学家”和他们古代及中世纪的前辈一样，全神贯注于太阳系。恒星还只是行星运动的几乎不变——因而也引不起人们什么兴趣——的背景，除了在星表中标定它们的位置和亮度，对于恒星还没有什么事情可做。甚至晚到1833年，恒星和星云方面的头号权威约翰·赫歇尔(John Iterschel)，出版的专著《天文学》(A Treatise on Astronomy)中，还仅仅用了一章来处理恒星的问题。他的同时代人，无论是专业的还是业余的，除了极少例外，都只对一颗恒星——就是太阳——及其卫星感兴趣。

但是从那以后天平就明显地向另一边倾斜了，今天的历史学家看到，18、19世纪研究恒星、星云和宇宙结构的先驱，对未来的天文学思想有深远影响。因此本书在越出太阳系边界之外的早期探索上花费了更多的笔墨，对那个时代天文学家的活动来说也是合适的。

有一个主题重新贯穿在20世纪对天文学的评价之中：距离。观测者看到天体好像在天球表面散布开来，这个证据是二维的。而为了从理论上推测三维宇宙，观测者必须研究包含距离的三维坐标系。

关于这一研究的故事是激动人心的，测量难以想象的遥远物体的距离，是天文学的惊人成就之一，因为即使是离我们最近的恒星，它们发出的光线也要经过几年才能到达地球。但天体这遥远的距离，却给我们带来意外的收获，因为我们所看到的光线，不是恒星此刻发出的光线，而是经过了多年空间旅行之后的光线。这使天文学家得以看到——几乎是不可能的——“时光倒流”的景象。距离我们越远的天体，“时光倒流”也就越远；今天这些被研究的“距离”有时是如此的重要，以致所涉及的对象被引为支持或反对宇宙学理论中关于宇宙在早期如何出现的证据。

历史何时结束?科学何时开始?历史学家们自己，由于太接近他们当时的天文学而难以对此提供一个深思熟虑的远景。尽管用历史眼光来看待“今日天文学”为时过早，但是天文学在最近的几十年中已经有了明显的巨大的改变，这些变化太富戏剧性，太激动人心，以至于历史学家干脆不去管它们了。然而，我们的历史之旅，则一直延伸到我们今日的求索，这种求索贯穿古今，是我们与祖先共同的：去理解我们从中发现自身的那个宇宙。

米歇尔·霍斯金

于剑桥