1、宇宙-一切空间和时间的综合 宇宙是万物的总称，是时间和空间的统一。宇宙是物质世界，不依赖于人的意志而客观存在，并处于不断运动和发展中，在时间上没有开始没有结束，在空间上没有边界没有尽头。宇宙是多样又统一的；多样在物质表现状态的多样性；统一在于其物质性。宇宙是由空间、时间、物质和能量，所构成的统一体。从天文仪器的发展看人类对宇宙的探索天文仪器 指观测天体和演示天象的仪器和设备的总称。观测天体的天文仪器包括地面和空间的各种望远镜和辐射接收器。演示天象的仪器包括天象仪和行星仪等。中国是发明天文仪器最早的国家之一，测量日影长度和变化的圭表的创制年代已不可考，但早在周代已有王制土圭。圭表是一种既简单又重
2、要的测天仪器，它由垂直的表（一般高八尺）和水平的圭组成。圭表的主要功能是测定冬至日所在，并进而确定回归年长度，此外，通过观测表影的变化可确定方向和节气。很早以前，人们发现房屋、树木等物在太阳光照射下会投出影子，这些影子的变化有一定的规律。于是便在平地上直立一根竿子或石柱来观察影子的变化，这根立竿或立柱就叫做“表”；用一把尺子测量表影的长度和方向，则可知道时辰。后来，发现正午时的表影总是投向正北方向，就把石板制成的尺子平铺在地面上，与立表垂直，尺子的一头连着表基，另一头则伸向正北方向，这把用石板制成的尺子叫“圭”。正午时表影投在石板上，古人就能直接读出表影的长度值。经过长期观测，古人不仅了解到一
3、天中表影在正午最短，而且得出一年内夏至日的正午，烈日高照，表影最短；冬至日的正午，煦阳斜射，表影则最长。于是，古人就以正午时的表影长度来确定节气和一年的长度。譬如，连续两次测得表影的最长值，这两次最长值相隔的天数，就是一年的时间长度，难怪我国古人早就知道一年等于365天多的数值。圭（圭（gu）表）表中国古代的天文仪器 日晷又称“日规”，是我国古代利用日影测得时刻的一种计时仪器。通常由铜制的指针和石制的圆盘组成。铜制的指针叫做“晷针”，垂直地穿过圆盘中心，起着圭表中立竿的作用，因此，晷针又叫“表”，石制的圆盘叫做“晷面”，安放在石台上，呈南高北低，使晷面平行于天赤道面，这样，晷针的上端正好指向北
4、天极，下端正好指向南天极。在晷面的正反两面刻划出12个大格，每个大格代表两个小时。当太阳光照在日晷上时，晷针的影子就会投向晷面，太阳由东向西移动，投向晷面的晷针影子也慢慢地由西向东移动。于是，移动着的晷针影子好像是现代钟表的指针，晷面则是钟表的表面，以此来显示时刻。由于从春分到秋分期间，太阳总是在天赤道的北侧运行，因此，晷针的影子投向晷面上方；从秋分到春分期间，太阳在天赤道的南侧运行，因此，晷针的影子投向晷面的下方。所以在观察日晷时，首先要了解两个不同时期晷针的投影位置。日晷（日晷（gu）漏刻是古代的一种计时工具，不仅古代中国用，而且古埃及、古巴比伦等文明古国都使用过。漏是指计时用的漏壶，刻是
5、指划分一天的时间单位，它通过漏壶的浮箭来计量一昼夜的时刻。最初，人们发现陶器中的水会从裂缝中一滴一滴地漏出来，于是专门制造出一种留有小孔的漏壶，把水注入漏壶内，水便从壶孔中流出来，另外再用一个容器收集漏下来的水，在这个容器内有一根刻有标记的箭杆，相当于现代钟表上显示时刻的钟面，用一个竹片或木块托着箭杆浮在水面上，容器盖的中心开一个小孔，箭杆从盖孔中穿出，这个容器叫做“箭壶”。随着箭壶内收集的水逐渐增多，木块托着箭杆也慢慢地往上浮，古人从盖孔处看箭杆上的标记，就能知道具体的时刻。漏刻的计时方法可分为两类：泄水型和受水型。漏刻是一种独立的计时系统，只借助水的运动。后来古人发现漏壶内的水多时，流水较
6、快，水少时流水就慢，显然会影响计量时间的精度。于是在漏壶上再加一只漏壶，水从下面漏壶流出去的同时，上面漏壶的水即源源不断地补充给下面的漏壶，使下面漏壶内的水均匀地流人箭壶，从而取得比较精确的时刻。漏刻漏刻 浑仪是我国古代的一种天文观测仪器。在古代，“浑”字含有圆球的意义。古人认为天是圆的，形状像蛋壳，出现在天上的星星是镶嵌在蛋壳上的弹丸，地球则是蛋黄，人们在这个蛋黄上测量日月星辰的位置。因此，把这种观测天体位置的仪器叫做“浑仪”。最初，浑仪的结构很简单，只有三个圆环和一根金属轴。最外面的那个圆环固定在正南北方向上，叫做“子午环”；中间固定着的圆环平行于地球赤道面，叫做“赤道环”；最里面的圆环可
7、以绕金属轴旋转，叫做“赤经环”；赤经环与金属轴相交于两点，一点指向北天极，另一点指向南天极。在赤经环面上装着一根望筒，可以绕赤经环中心转动，用望筒对准某颗星星，然后，根据赤道环和赤经环上的刻度来确定该星在天空中的位置。后来，古人为了便于观测太阳、行星和月球等天体，在浑仪内又添置了几个圆环，也就是说环内再套环，使浑仪成为多种用途的天文观测仪器。浑仪 天体仪，古称“浑象”，是我国古代一种用于演示天象的仪器。我国古人很早就会制造这种仪器，它可以用来直观、形象地了解日、月、星辰的相互位置和运动规律，可以说天体仪是现代天球仪的直接祖先。北京古观象台上安置的天体仪，是我国现存最早的天体仪，制于清康熙年间，
8、重3850公斤。天体仪的主要组成部分是一个空心铜球，球面上刻有纵横交错的网格，用于量度天体的具体位置；球面上凸出的小圆点代表天上的亮星，它们严格地按照亮星之间的相互位置标刻。整个铜球可以绕一根金属轴转动，转动一周代表一个昼夜，球面与金属轴相交于两点：北天极和南天极。两个极点的指尖，固定在一个南北正立着的大圆环上，大圆环垂直地嵌入水平大圈的两个缺口内，下面四根雕有龙头的立柱支撑着水平大圈，托着整个天体仪。利用浑象，无论是白天还是阴天的夜晚，人们都可以随时了解当时应该出现在天空的星空图案。天体仪天体仪水运仪象台水运仪象台水运仪象台是宋代苏颂、韩公廉等人设计制造的一座大型天文仪器，它把观测天象的浑仪
9、、演示天象的浑象和报时装置巧妙地结合在一起，是我国古代一项卓越的创造。水运仪象台高约12米，宽约7米，呈下宽上窄的正方台形，全部为木建筑结构。全台分为三部分，最上层是一个可以开闭屋顶的木屋，里面放置一架铜制浑仪，用来观测天象；中间部分是一间密室，放置浑象，可以随时演示天象；最为有趣的是下面的报时装置，在台的南面可以看到五层木阁，每一层木阁里都有报时的小木人，他们各司其职，根据不同的时刻，轮流出来报时。它的一套动力装置“可能是欧洲中世纪天文钟的直接祖先”。早期的折射望远镜早期的折射望远镜 伽里略手制的折射望远镜伽里略手制的折射望远镜近代和现代天文学中最重要的天文仪器是天文望远镜。现代天文学探索和
10、研究的对象，除少数太阳系天体之外，绝大多数都表现为极微弱的宇宙辐射源。采集宇宙辐射的天文仪器称为天文望远镜。天文望远镜的种类很多，例如，按观测波段区分，有光学望远镜、红外望远镜、射电望远镜、紫外望远镜、X射线望远镜和v射线望远镜。某一波段的望远镜又可按结构或功能的差异分为不同的类型，如光学望远镜中又有折射望远镜、反射望远镜和折反射望远镜;射电望远镜则有单天线射电望远镜、射电干涉仪、综合孔径射电望远镜等。此外，还有各种用途较为专一的特种望远镜，例如太阳磁场望远镜、光谱巡天望远镜等。天文望远镜有两个基本功能，一是聚光或聚波，二是提高分辨能力。聚光本领的大小和聚光面积成正比，即和通光口径的平方成正比
11、。口径越大，聚光本领越强，越能观测到微弱的宇宙辐射源。天文望远镜分辨本领的大小和通光口径成正比。口径越大，分辨本领越高，越能分辨密集的点源，越能分解面源的细节。天文望远镜聚集的辐射由与望远镜相连接的辐射接收器接收、记录和测量。例如，光学望远镜的辐射接收器最初是人眼，19世纪中叶以后增加了照相底片，20世纪又使用了光电器件(光电管、光电倍增管以及80年代以来逐渐推广应用的电荷藕合器件)等。不同波段和不同类型的天文望远镜所配备的辐射接收器可以有很大的差异。宇宙辐射的微弱性要求有一定的累积采集时间。由于周日运动，天体在天球上的方位时时变动，这就要求天文仪器能跟踪被观测的宇宙辐射源。运载天文望远镜跟踪
12、天体的设备称为装置。天文望远镜通常采用赤道式装置运载，由机械和电气实现驱动和跟踪。新一代大型望远镜则趋向于采用地平式装置，由计算机控制运行。牛顿手制的反射望远镜牛顿手制的反射望远镜 美国夏威夷的美国夏威夷的8 8米光学望远镜米光学望远镜 澳大利亚国家射电天文台澳大利亚国家射电天文台 哈哈勃勃空空间间望望远远镜镜航天器 航天器，又称空间飞行器、太空载具等，是指在地球大气层以外的宇宙空间中，基本按照天体力学的规律运动的各种飞行器。航天器分为无人航天器和载人航天器。无人航天器按是否环绕地球运行分为人造地球卫星和空间探测器。载人航天器家族中有三个成员：载人飞船、空间站和航天飞机。航天器基本上是无动力的
13、，依靠运载火箭，通常为第二级火箭提供的初速来运动。运载火箭在燃料耗尽后就自动分离，向地球下落；航天器或者进入绕地球轨道，或者在给以动量情况下，继续飞向太空目的地。航天器本身也可能装有小型液体火箭发动机供机动飞行之用。在美国的“阿波罗”月球探测计划中，登月舱就装有火箭发动机，以便从月球起飞，飞回轨道上的“阿波罗”号飞船。飞船本身也得有足够的火箭动力使其脱离月球轨道返回地球。1957年10月4日(农历闰八月十一)，苏联发射人类第一颗人造地球卫星。这个卫星在离地面900公里的高空运行；它每转一整周的时间是1小时35分钟，它的运行轨道和赤道平面之间所形成的倾斜角是65度。1970年4月24日，中国第一
14、颗人造地球卫星飞上了天。许多参加卫星研制任务的同志激动得热泪盈眶，举国上下一片欢腾。长征一号火箭与“东方红一号”分离人造卫星像天然卫星一样环绕地球或其它行星运行。太空探测器是能飞向太阳系其他天体的行星探测器，空间探测的范围集中在地球环境、空间环境、天体物理、材料科学和生命科学等方面。自1957年10月4日第一颗人造卫星发射上天，到2000年全世界已发射了100多个空间探测器。它们对宇宙空间的探测取得了丰硕成果，所获得的知识超过了人类数千年所获知识总和的千百万倍。美国勇气号火星探测器美国勇气号火星探测器 阿波罗飞船阿波罗飞船 神舟五号载人飞船是“神舟”号系列飞船之一，是中国首次发射的载人航天飞行
15、器，于2003年10月15日将航天员杨利伟送入太空。这次的成功发射标志着中国成为继前苏联（俄罗斯）和美国之后，第三个有能力独自将人送上太空的国家。神州7号 神舟七号载人飞船是中国神舟号飞船系列之一，用长征二号F火箭发射升空。是中国第三个载人航天飞船。突破和掌握出舱活动相关技术。神七上载有三名宇航员分别为翟志刚（指令长）、刘伯明和景海鹏。翟志刚出舱作业，刘伯明在轨道舱内协助，实现了中国历史上第一次的太空漫步，令中国成为第三个有能力把太空人送上太空并进行太空漫步的国家。翟志刚出舱作业 1981年4月12日，第一架实用航天飞机“哥伦比亚”号首次升空，两天的飞行主要验证其安全发射和降落的能力，这开创了
16、人类航天的一个新时代。2003年2月1日美国东部时间上午9时，美国“哥伦比亚”号航天飞机在得克萨斯州北部上空解体坠毁，7名宇航员全部遇难。航天飞机航天飞机，又称为太空梭或太空穿梭机。是可重复使用的、往返于太空和地面之间的航天器，是现代火箭、飞机、飞船三者结合的产物。它能像火箭一样垂直起飞，像飞船一样绕地球飞行，像飞机一样水平着陆。航天飞机为人类自由进出太空提供了很好的工具，是航天史上的一个重要里程碑。首发返航坠毁 俄罗斯俄罗斯“和平和平”号空间站号空间站 美国的美国的“天空天空实验室实验室”空间站空间站 空间站是一种在近地轨道长时间运行，可供多名航天员在其中生活工作和巡访的载人航天器。小型的空间站可一次发射完成，较大型的可分批发射组件，在太空中组装成为整体。在空间站中要有人能够生活的一切设施，不再返回地球。
