2025年大學(xué)《科學(xué)史》專業(yè)題庫(kù)——天文學(xué)領(lǐng)域的重要發(fā)現(xiàn)與突破考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、A.地球是宇宙的中心。B.太陽(yáng)是宇宙的中心。C.地球圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)。D.地球不僅自轉(zhuǎn)，而且圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)。二、簡(jiǎn)述開普勒第三定律（周期定律）的內(nèi)容及其在天文學(xué)發(fā)展史上的重要意義。三、伽利略使用望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行的天文觀測(cè)有哪些？這些觀測(cè)對(duì)當(dāng)時(shí)支持地心說(shuō)和日心說(shuō)的觀點(diǎn)分別產(chǎn)生了怎樣的影響？四、請(qǐng)解釋“光譜分析”的原理及其在19世紀(jì)天文學(xué)研究中的主要應(yīng)用。五、描述哈勃通過(guò)觀測(cè)星系紅移現(xiàn)象所做出的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)，以及這一發(fā)現(xiàn)對(duì)20世紀(jì)初宇宙學(xué)發(fā)展的革命性影響。六、20世紀(jì)30年代，埃德溫·哈勃與萊曼等人關(guān)于宇宙射線的爭(zhēng)論，最終導(dǎo)致了哪兩大天文學(xué)分支的建立？請(qǐng)簡(jiǎn)述這兩大分支的研究對(duì)象和基本方法。七、請(qǐng)選擇以下一位天文學(xué)史上的重要人物（例如：開普勒、赫歇爾、羅默、法拉第、愛因斯坦、薩根等），圍繞其最主要的科學(xué)貢獻(xiàn)，撰寫一段約400字的論述，說(shuō)明該貢獻(xiàn)是如何發(fā)生的（背景、過(guò)程），其科學(xué)價(jià)值是什么，以及它對(duì)后續(xù)科學(xué)發(fā)展產(chǎn)生了哪些深遠(yuǎn)影響。八、“大爆炸”宇宙模型是如何建立在20世紀(jì)30年代之前的宇宙學(xué)理論基礎(chǔ)上的？請(qǐng)?zhí)峒瓣P(guān)鍵的理論（如牛頓引力理論、相對(duì)論）和觀測(cè)（如宇宙膨脹的發(fā)現(xiàn)）在這一過(guò)程中的作用。試卷答案一、A解析思路：哥白尼在《天體運(yùn)行論》中提出的核心觀點(diǎn)是日心說(shuō)，認(rèn)為太陽(yáng)是宇宙的中心，地球是圍繞太陽(yáng)運(yùn)行的一顆普通行星。選項(xiàng)A“地球是宇宙的中心”正是地心說(shuō)的觀點(diǎn)，與哥白尼的理論相反。二、內(nèi)容：開普勒第三定律（周期定律）的內(nèi)容是：行星軌道半長(zhǎng)軸的立方與其公轉(zhuǎn)周期的平方之比，對(duì)于所有行星都是常數(shù)（即R3/T2=常數(shù)）。這個(gè)常數(shù)與中心天體（太陽(yáng)）的質(zhì)量有關(guān)。意義：該定律揭示了行星公轉(zhuǎn)周期與軌道大小之間的精確數(shù)學(xué)關(guān)系，是行星運(yùn)動(dòng)三大定律中最為精確和普適的一條。它打破了之前認(rèn)為行星運(yùn)動(dòng)軌道和周期是完美和諧、可精確預(yù)測(cè)的傳統(tǒng)觀念，為牛頓萬(wàn)有引力定律的提出奠定了關(guān)鍵的定量基礎(chǔ)，極大地推動(dòng)了天文學(xué)從定性描述向定量精確預(yù)測(cè)的轉(zhuǎn)變。三、觀測(cè)：伽利略使用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的主要天文現(xiàn)象包括：木星的四顆衛(wèi)星（伽利略衛(wèi)星），證明了不是所有天體都圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)；土星環(huán)（雖然當(dāng)時(shí)無(wú)法清晰分辨結(jié)構(gòu)）；月球表面的山脈和環(huán)形山，表明月球并非完美無(wú)瑕的球體；太陽(yáng)黑子；金星和木星的相位變化，支持了它們繞太陽(yáng)運(yùn)行的觀點(diǎn)。影響：*對(duì)地心說(shuō)的影響：伽利略的觀測(cè)（特別是木星衛(wèi)星）提供了強(qiáng)有力的經(jīng)驗(yàn)證據(jù)，直接反駁了“所有天體都圍繞地球運(yùn)動(dòng)”的地心說(shuō)觀點(diǎn)，為日心說(shuō)提供了重要的觀測(cè)支持。*對(duì)日心說(shuō)的影響：伽利略的觀測(cè)雖然支持了日心說(shuō)的某些方面（如行星圍繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)），但他未能解釋行星運(yùn)動(dòng)的真實(shí)軌道形態(tài)（開普勒發(fā)現(xiàn)的是橢圓軌道），且其理論基礎(chǔ)（亞里士多德的物理學(xué)）存在缺陷，未能完全動(dòng)搖根深蒂固的地心說(shuō)及其哲學(xué)和宗教基礎(chǔ)。四、原理：光譜分析基于原子或分子對(duì)特定波長(zhǎng)的光具有選擇性吸收或發(fā)射的特性。每種元素都有其獨(dú)特的光譜“指紋”（吸收光譜或發(fā)射光譜），通過(guò)分析物質(zhì)發(fā)出的或吸收的光譜線條，可以識(shí)別物質(zhì)中包含的元素成分。應(yīng)用：在19世紀(jì)天文學(xué)中，光譜分析被用于：1.發(fā)現(xiàn)新元素：如helium（氦）就是在分析太陽(yáng)光譜時(shí)發(fā)現(xiàn)的。2.確定天體化學(xué)組成：通過(guò)分析恒星、行星大氣、星云的光譜，科學(xué)家得以了解它們的化學(xué)成分。3.研究天體物理狀態(tài)：光譜線的紅移或藍(lán)移可以用來(lái)測(cè)量天體的視向速度（多普勒效應(yīng)）；譜線的寬度和形態(tài)可以提供關(guān)于天體大氣溫度、密度、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等信息。4.發(fā)展光譜天文學(xué)：使天文學(xué)從主要依賴亮度觀測(cè)，發(fā)展到能夠分析天體化學(xué)成分和物理狀態(tài)的新階段。五、發(fā)現(xiàn)：哈勃通過(guò)觀測(cè)遙遠(yuǎn)星系的光譜，發(fā)現(xiàn)這些星系的光譜都存在系統(tǒng)性的紅移現(xiàn)象，并且星系越遠(yuǎn)，其紅移量越大（即退行速度越快）。他據(jù)此提出了“哈勃定律”：星系的退行速度v與其距離d成正比（v=H?d），其中H?是哈勃常數(shù)。影響：哈勃的發(fā)現(xiàn)是20世紀(jì)初宇宙學(xué)發(fā)展的里程碑。它首次提供了觀測(cè)證據(jù)，證明宇宙并非靜止不變，而是處于膨脹狀態(tài)。這一發(fā)現(xiàn)直接支持并證實(shí)了勒梅特等人提出的“大爆炸”宇宙模型，將宇宙學(xué)帶入了現(xiàn)代宇宙學(xué)的范疇，深刻改變了人類對(duì)宇宙起源、演化和最終命運(yùn)的認(rèn)識(shí)。六、兩大分支：射電天文學(xué)和紅外天文學(xué)研究對(duì)象與方法：1.射電天文學(xué)：研究來(lái)自宇宙天體的無(wú)線電波（射電輻射）。主要方法使用大型天線和接收機(jī)系統(tǒng)接收和探測(cè)這些射電信號(hào)，通過(guò)分析信號(hào)的特征（強(qiáng)度、頻譜、偏振等）來(lái)研究天體的物理性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、宇宙學(xué)意義等。它發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射、類星體、脈沖星等。2.紅外天文學(xué)：研究來(lái)自宇宙天體的紅外輻射（波長(zhǎng)介于可見光和微波之間）。主要方法使用紅外探測(cè)器（通常需要冷卻以減少自身輻射干擾）接收天體的紅外波段信號(hào)，用于觀測(cè)被塵埃遮擋的天體（如恒星形成區(qū)、行星大氣）、測(cè)量天體溫度、研究天體光譜等。七、（以下提供一個(gè)范例，選擇其他人物可參照類似思路撰寫）范例選擇：開普勒開普勒最主要的科學(xué)貢獻(xiàn)是提出了行星運(yùn)動(dòng)三大定律，特別是第一和第三定律。這三大定律是對(duì)第谷·布拉赫長(zhǎng)期天文觀測(cè)數(shù)據(jù)最完美的數(shù)學(xué)描述。發(fā)生背景與過(guò)程：第谷積累了極其精確和詳盡的行星位置數(shù)據(jù)，但未能建立完善的理論模型。開普勒作為第谷的助手和繼承者，繼承了他的觀測(cè)數(shù)據(jù)。在長(zhǎng)期研究和反復(fù)嘗試后，開普勒首先提出了描述火星運(yùn)動(dòng)的橢圓軌道（第一定律），打破了自古希臘以來(lái)行星軌道必須是完美圓形的傳統(tǒng)觀念。隨后，他基于第谷的數(shù)據(jù)，通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)推算，發(fā)現(xiàn)了行星公轉(zhuǎn)周期與軌道半長(zhǎng)軸之間存在精確的立方比與平方比關(guān)系（第三定律）。他還提出了行星在軌道上運(yùn)動(dòng)的速度是不均勻的（第二定律，面積定律）。這一過(guò)程充滿了理論與實(shí)踐的反復(fù)斗爭(zhēng)，最終通過(guò)數(shù)學(xué)歸納和物理直覺（盡管當(dāng)時(shí)缺乏萬(wàn)有引力理論）推導(dǎo)出這些定律?？茖W(xué)價(jià)值：開普勒的定律首次精確地、定量化地描述了行星運(yùn)動(dòng)的真實(shí)形態(tài)和規(guī)律，標(biāo)志著天文學(xué)從定性描述向定量精確科學(xué)的重要轉(zhuǎn)變。它們揭示了宇宙運(yùn)行的數(shù)學(xué)和諧性，為牛頓后來(lái)發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律提供了關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)。深遠(yuǎn)影響：開普勒的定律不僅徹底改變了人類對(duì)宇宙結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，推翻了地心說(shuō)和完美天體觀念，更重要的是，它們體現(xiàn)了科學(xué)研究中數(shù)據(jù)分析、數(shù)學(xué)建模和理論構(gòu)建的重要性，是現(xiàn)代科學(xué)方法論的典范。它們奠定了經(jīng)典天文學(xué)的基礎(chǔ)，并對(duì)后續(xù)物理學(xué)、數(shù)學(xué)乃至整個(gè)科學(xué)思想的發(fā)展產(chǎn)生了不可估量的影響。八、19世紀(jì)30年代之前，宇宙學(xué)的發(fā)展主要建立在牛頓的萬(wàn)有引力理論基礎(chǔ)和有限的觀測(cè)事實(shí)之上。牛頓理論成功解釋了行星（如水星）的軌道運(yùn)動(dòng)，并預(yù)言了宇宙的靜態(tài)性或穩(wěn)態(tài)性。同時(shí)，天文學(xué)觀測(cè)技術(shù)不斷發(fā)展，特別是多普勒效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)（羅默）和夫瑯和費(fèi)譜線的發(fā)現(xiàn)（基爾霍夫），為研究天體運(yùn)動(dòng)和性質(zhì)提供了工具。關(guān)鍵理論與觀測(cè)：1.牛頓引力理論：為宇宙提供了統(tǒng)一的引力動(dòng)力學(xué)框架，支持了宇宙的靜態(tài)模型。2.觀測(cè)基礎(chǔ)：*哈雷彗星的周期回歸：證實(shí)了牛頓引力理論的長(zhǎng)期有效性。*光行差和歲差：證實(shí)了地球在宇宙中的運(yùn)動(dòng)。*恒星視差：測(cè)量了地球到恒星的距離，揭示了宇宙的巨大尺度。*銀河系結(jié)構(gòu)研究：天文學(xué)家（如赫歇爾）試圖確定銀河系的結(jié)構(gòu)和范圍，但早期對(duì)宇宙尺度的理解有限。3.勒梅特的貢獻(xiàn)：1927年，比利時(shí)天文學(xué)家喬治·勒梅特首次從廣義相對(duì)論出發(fā)，提出宇宙正在膨脹的數(shù)學(xué)模型，并預(yù)言了宇宙微波背景輻射的存在。這為現(xiàn)代宇宙學(xué)奠定了理論基礎(chǔ)。4.哈勃的觀測(cè)：20世紀(jì)20年代末至30年代初，埃德溫·哈勃使用當(dāng)時(shí)強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)遙遠(yuǎn)星系，發(fā)現(xiàn)了星系紅移現(xiàn)象，并認(rèn)識(shí)到紅移與星系距離