Lược sử Thiên văn học

Và đặc biệt là từ thế kỉ XX đến nay, thiên văn học đã thể hiện được mối liên quan mật thiết của nó với các ngành khoa học tự nhiên khác như vật lý, hoá học, toán học, ….Giờ đây con người

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCM

KHOA VẬT LÝ

**********

LỚP LÝ IV NINH THUẬN – ĐỒNG NAI

Giáo viên hướng dẫn:

Th.S Nguyễn Thị Thếp

Nhóm sinh viên thực hiện:

1 Ung Quốc Tuấn

2 Sử Mai Trang

3 Đào Huy Nhật Vũ

4 Nguyễn Trần Thúy Trâm

5 Lâm Ngọc Như Trang

LƯỢC SỬ THIÊN VĂN HỌC

TIỂU LUẬN MÔN LỊCH SỬ VẬT LÝ

ĐỀ TÀI:

HISTORY OF ASTRONOMY

0 Mở đầu

Thiên văn học được coi là một trong những môn khoa học ra đời sớm nhất của nhân loại,

ra đời cùng với những môn khoa học đầu tiên như toán học, triết học … Thiên văn học từng bị coi là một ngành học thiếu thực tế và ít thể hiện được những đóng góp trực tiếp trong cuộc sống hàng ngày Tuy nhiên trên thực tế, thiên văn ra đời rất sớm tại các nền văn minh cổ đại như Babylon, Trung Quốc, Ai Cập, Hy Lạp … đã sớm thể hiện vai trò của mình trong việc dự đoán

và giải thích các hiện tượng thiên nhiên cơ bản, đặt ra các cơ sở đầu tiên cho con người về vũ trụ, không gian và thời gian

Và đặc biệt là từ thế kỉ XX đến nay, thiên văn học đã thể hiện được mối liên quan mật thiết của nó với các ngành khoa học tự nhiên khác như vật lý, hoá học, toán học, ….Giờ đây con người đã có thể đặt chân lên vũ trụ, có thể tiên đoán chính xác các hiện tượng thời tiết, các chuyển động của các thiên thể và những ảnh hưởng của chúng tới Trái Đất, chúng ta cũng đã có những hệ thống thông tin liên lạc vững chắc qua những vệ tinh nhân tạo mà ngay lúc này vẫn đang không ngừng chuyển thông tin đến khắp mọi nới trên mặt đất, v.v… Tất cả những đóng góp đó đã đưa thiên văn học trở thành ngành khoa học quan trọng được nghiên cứu mũi nhọn tại nhiều nước trên thế giới; và khác với sự lầm tưởng của nhiều người, thiên văn học ngày nay không chỉ là những hiện tượng trên bầu trời, sự xuất hiện và biến mất của các ngôi sao, mà là một ngành khoa học nghiên cứu về toàn bộ vũ trụ trên qui mô từ vi mô đến vĩ mô với cơ sở chính là vật lý học Lượng thông tin và kiến thức khổng lồ ngày nay loài người đã có được về thiên văn học là kết quả quan sát và nghiên cứu của suốt 6000 năm qua, tính từ những quan sát đầu tiên vào khoảng 4000 năm trước Công Nguyên

Sau đây là những nét cơ bản cùng các sự kiện đáng lưu ý trong lịch sử ra đời và phát triển của thiên văn học mà nhóm chúng em tìm hiểu được từ các nguồn tài liệu và Internet

1 Thiên văn học cổ đại

Thời cổ đại, thiên văn học ra đời trước tiên với mục đích giải thích các hiện tượng của tự nhiên Con người cổ đại muốn có một cách giải thích các hiện tượng thường làm họ hoảng sợ như mưa, bão, nhật thực, nguyệt thực, sự thay đổi của bầu trời … Ban đầu các hiện tượng thường được gán cho các vị thần, các thế lực siêu nhiên Thần thoại và truyền thuyết chính là ra đời từ đó, các quốc gia có nền văn minh phát triển sớm nhất cũng có thần thoại phát triển mạnh nhất như Hy Lạp, Trung Quốc, Ấn Độ…, đây cũng chính là cơ sở cho tôn giáo hình thành và phát triển thông qua việc cúng bái các vị thần để cầu xin sự khoẻ mạnh, may mắn

Tuy nhiên những sự giải thích theo

thần thoại chỉ có tính tình thế, nó nuôi

dưỡng những niềm tin thiếu cơ sở thực tế,

và thiên văn học ra đời chính từ mong muốn

tìm ra những cơ sở để giải thích cho các

hiện tượng thiên nhiên, các qui luật của trời

đất, vũ trụ Những quan sát cổ nhất về thiên

văn học mà con người được biết ngày nay là

những quan sát từ 4000 năm trước Công

Nguyên (TCN) tại Ai Cập và Trung Mĩ, văn

bản cổ nhất ghi chép lại những quan sát

thiên văn được tìm thấy là những văn bản

tồn tại từ những năm 3000 TCN tại Trung

Mĩ, Ai Cập và Trung Quốc

Người tiền sử ở Siberia đã tưởng

tượng ra hình một con gấu với cái đuôi dài

khi quan sát những ngôi sao sáng trong

chòm sao Đại Hùng ngày nay Chòm sao

này hình con gấu Những dấu chấm khắc

dưới hình con ngựa trong hang động

Lascaux ở Pháp có niên đại khoảng 15000

năm TCN thể hiện những pha của Mặt

Trăng

Một trong những kiến trúc cổ nhất

liên quan đến thiên văn học ở châu Âu là

Newgrange ở gần thủ đô Dublin của Ai len

Công trình khổng lồ bằng đá với niên đại

khoảng 3.200 năm TCN này có một hành

lang hẹp dẫn vào một căn phòng Vài ngày cận ngày đông chí, ánh sáng Mặt Trời mọc sẽ chiếu xuyên qua hành lang đó vào tận căn phòng

Quan niệm của người Ai Cập về vũ trụ gắn liền với đa thần giáo Họ quan niệm trung tâm của thế giới là thần Geb, vị thần tượng trưng cho Trái Đất, người chị đồng thời là vợ của Geb

Hình con ngựa trong hang động Lascaux ở Pháp có niên đại khoảng 15.000 năm TCN thể hiện những pha của Mặt Trăng.

Các vị thần Geb và Nut Nut tượng trưng cho bầu trời với những vì sao bao bọc Trái Đất.

(thần Nut chính là bầu trời) Nut sinh ra thần Ra (thần Mặt Trời và các vì sao), còn Ra sinh ra Thoth (thần Mặt Trăng)

Năm 2697 TCN, người Trung Quốc đã có những quan sát và ghi chép đầu tiên về nhật thực Vào khoảng những năm 2000 TCN, đã xuất hiện những cuốn lịch đầu tiên về chu kì của Mặt Trời và Mặt Trăng (sun – lunar calendar) và các nhà thiên văn cổ đã vẽ được những chòm sao đầu tiên

Văn bản cổ nhất ghi chép lại những quan sát thiên văn được tìm thấy là những văn bản tồn tại từ những năm 3000 TCN tại Trung Mĩ, Ai Cập và Trung Quốc

Stonehenge, đài thiên văn cổ ở Anh

được xây dựng vào khoảng năm 1900 đến

1600 năm TCN với 30 cột đá đồ sộ chôn sâu

xuống đất và cao hơn mặt đất khoảng 5,5 m;

rộng 2 m; nặng khoảng 26 tấn tạo thành một

vòng đường kính 29,5 m Phía trong vòng

cột có có 5 "cổng" được tạo bởi một phiến

đá xếp chồng lên hai phiến khác; nhóm

"cổng" này được xếp theo hình móng ngựa

bao quanh trụ đá trung tâm Phiến đá lớn

nhất gọi là "Cột Đá Gót" (Heel Stone) nặng

tới 35 tấn được dựng ở cuối một đường

hành lang ở hướng Đông Bắc của ngôi đền

Vào ngày hạ chí, khi Mặt Trời mọc ở hướng

Đông Bắc gần điểm chính Bắc nhất thì nó

mọc lên ở đúng đỉnh Cột Đá Gót Ngoài ra,

có nhà nghiên cứu còn cho rằng các

cột đá khác còn có thể được dùng để

xác định thiên thực

Khoảng thế kỉ thứ V TCN,

thiên văn học bắt đầu được nhiều nhà

triết học và toán học quan tâm đến

khi họ bắt đầu sử dụng các tư duy

toán học đầu tiên của mình để giải

thích thiên văn

Thế kỉ thứ VI TCN, Pythagor

và Thales là những người đầu tiên nêu

lên ý tưởng rằng Trái Đất có dạng

cầu Thales cũng đã tính được chính xác chu kì thời tiết là 365 ngày, dự đoán tương đối chính xác chu kì nhật - nguyệt thực Theo quan niệm của Thales thì mọi thứ trong tự nhiên đều sinh ra

từ nước và sẽ quay trở lại với nước Ông chứng tỏ rằng các ngôi sao phát sáng nhờ ánh sáng của

mình, trong khi Mặt Trăng được chiếu sáng nhờ ánh sáng Mặt Trời

Stonehenge, đài thiên văn cổ 1900 TCN

Thales Pythagor

Học trò của Thales là Anaximander (khoảng 611 TCN –

khoảng 546 TCN) đã đưa ra một mô hình vũ trụ theo thuyết địa tâm

đầu tiên trong lịch sử thiên văn học Theo đó Trái Đất là trung tâm và

bao quanh bởi ba vòng cầu lửa, vòng gần Trái Đất nhất có nhiều lỗ

thủng nhỏ chính là những ngôi sao, vòng xa hơn có một lỗ thủng lớn

- Mặt Trăng và vòng xa nhất có một lỗ thủng lớn nhất - Mặt Trời Đó

là một bước phát triển quan trọng bởi trước ông, những nghiên cứu

thiên văn học chỉ dựa trên quan sát chứ không phải suy luận Không

những thế ông còn tìm cách giải thích nguồn gốc của vũ trụ: cái

không giới hạn (Apeiron) là khởi đầu của tồn tại, vũ trụ sinh ra,

trưởng thành rồi chết đi và lại sinh ra theo vòng tuần hoàn

Thế kỉ thứ IV TCN, Aristotle đưa ra mô hình vũ trụ trong đó

Trái Đất là trung tâm, đây là mô hình địa tâm đầu tiên của nhân loại

Aristotle còn cho rằng mọi vật tạo thành từ 4 yếu tố (element) là đất,

không khí, nước và lửa Nhà vật lý này còn xây dựng nên cả một hệ

thống các định luật vật lý mà ngày nay được gọi là vật lý Aristotle

Khoảng năm 280 TCN, 2 nhà thiên văn là Aristarchus và

Samos đã đưa ra ý tưởng cho rằng Trái Đất chuyển động tròn quanh

Mặt Trời

Năm 130 TCN, Hipparchus khám phá ra hiện tượng tiến

động của các điểm xuân phân và thu phân, ông cũng đã đưa ra danh

mục sao đầu tiên của nhân loại với sự liệt kê khoảng 1000 ngôi sao sáng Chính nhờ những ý tưởng đầu tiên này mà các nhà thiên văn cổ đã dần khám phá ra tương đối chính xác chu kì nhật động, chu kì thời tiết và quỹ đạo biểu kiến của các thiên thể trên bầu trời Đó chính là những cơ

sở bước đầu cho sự ra đời của mô hình địa tâm Ptolemy sau này

Năm 140 sau Công Nguyên (SCN), Claudius Ptolemy - một nhà toán học lớn của Hi Lạp

cổ - cho ra đời tác phẩm Mathematike Syntaxis (sau này dịch ra là Almagest) trong đó có danh mục của 48 chòm sao đầu tiên trong thiên văn học, sự mô tả chuyển động của Mặt Trời, Mặt

Aristotle

Mô hình nhật tâm của Aristarchus và Samos

Hipparchus

Trăng và các hành tinh trên thiên cầu Mô hình của Ptolemy sau này

được gọi là mô hình địa tâm Ptolemy Mô hình này cho biết Trái đất

nằm ở trung tâm vũ trụ Mặt Trời, Mặt Trăng, các hành tinh và các

ngôi sao chuyển động trên những mặt cầu quanh Trái Đất Mô hình

này sau này lộ rõ nhiều điểm bất hợp lí nhưng nó vẫn được duy trì

dưới sự bảo vệ rất vững chắc của tôn giáo do nó củng cố niềm tin

của con người vào sự sáng tạo của Thượng Đế

Claudius Ptolemy

Mô hình địa tâm của Plolemy

2 Thiên văn học trung đại

Thiên văn học trung đại được tính từ

thế kỉ thứ 8 đến thế kỉ thứ 12 sau Công

Nguyên Đây là thời kì nhận thức và tư tưởng

của con người về vũ trụ phần nhiều là không

có mấy tiến bộ do phải núp dưới cái bóng của

mô hình địa tâm Ptolemy được bảo vệ bởi nhà

thờ tôn giáo

Từ đầu thế kỉ thứ IX đến thế kỉ thứ XI

là thời kì phát triển khá mạnh của thiên văn

học tại các nền văn minh A rập và Ba Tư Các

nhà thiên văn của các nền văn minh này đã đưa

ra được danh mục sao tương đối đầy đủ, mô tả

khá chính xác chuyển động biểu kiến của Mặt

Trăng và các hành tinh

Năm 813, một nhà thiên văn

là Al Mamon lập ra trường họ thiên

văn Bagdad, tác phẩm Mathematike

Syntaxis của Ptolemy được dịch ra

tiếng Arập là Al – Majisti, sau này

tiếng Latin gọi nó là Almagest

Năm 903, Al Sufi lập ra danh

mục sao của mình đầy đủ hơn

Ptolemy cùng với hình vẽ mô tả vị trí

các ngôi sao và chòm sao

Năm 1054, các nhà thiên văn

cổ Trung Quốc quan sát được hiện

tượng xuất hiện một sao siêu mới

(super nova) trong chòm sao Taurus

(ngày nay sao siêu mới này được biết

đến chính là tinh vân con cua)

Một trang trong tác phẩm Almagest

Bản đồ các chòm sao

3- Thiên văn học cận đại

Thiên văn học thời kì cận đại đánh dấu những bước tiến quan trọng nhất trong nhận thức của con người về Trái Đất và Hệ Mặt Trời

Năm 1543, một nhà thiên văn học người Ba Lan là

Nicolais Copernics cho xuất bản tác phẩm “Về sự quay của

thiên cầu”, trong đó ông mô tả lại toàn bộ cấu tạo của Hệ Mặt

Trời hoàn toàn khác với mô hình trước đây của Ptolemy

Trong mô hình của Copernics, Mặt Trời nằm ở trung tâm vũ

trụ, các hành tinh quay xung quanh Mặt Trời trên các quĩ đạo

tròn theo thứ tự từ trong ra ngoài là Sao Thuỷ, Sao Kim, Trái

Đất, Sao Hoả, Sao Mộc và Sao Thổ; ngoài ra Trái Dất còn tự

quay quanh trục của nó sinh ra ngày và đêm, còn Mặt Trăng

là một vệ tinh chuyển động tròn quanh Trái Đất Năm 1543

cũng là năm cuối cùng của Copernics, mô hình của ông sau

này được gọi là mô hình nhật tâm Copernics Về cơ bản, mô

hình hệ nhật tâm Copernics mô tả tương đối đúng về cấu trúc

hệ Mặt Trời và giải thích được hiện tượng nhật động và

chuyển động của các thiên thể trên thiên cầu

Hệ nhật tâm Copernics

Nicolais Copernics

Năm 1572, Tycho Brahe phát hiện và quan sát sự xuất hiện của một sao siêu mới trong chòm sao Cassiopeia Năm 1576, Brahe thành lập đài thiên văn Uraniborg

Năm 1600, Jordano Bruno bị thiêu sống vì đứng ra bảo vệ mô

hình nhật tâm Copernics Mô hình nhật tâm sau khi ra đời vẫn bị phản

đối dữ dội từ phía nhà thờ do nó đối lập lại với mô hình Ptolemy đã

đứng vững hơn 1000 năm, hơn thế nữa nó lại “chống lại sự sắp đặt của

Chúa trời” Bruno là người đầu tiên dũng cảm bảo vệ đến cùng mô hình

nhật tâm Ông còn cho rằng: “Vũ trụ là vô tận và đồng nhất, không có

chỗ nào đặc biệt hơn chỗ nào, vì vậy Mặt trời không phải là tâm của vũ

trụ Các sao đều có bản chất giống như Mặt trời Trong vũ trụ có vô số

Trái đất và vô số hệ Nhật tâm giống như hệ của chúng ta” Những tư

tưởng này của Bruno làm nhà thờ thiên chúa nổi giận và Bruno bị đưa

lên giàn thiêu vào năm 1600

Năm 1603, Johanne Kepler xác lập danh

mục sao của mình, hoàn chỉnh hơn các danh mục

đã có và tìm ra năm 1604 ông quan sát và phát

hiện một sao siêu mới trong chòm sao Ophiuchus

Năm 1608, Lippershey, một thợ kính người

Hà Lan khám phá ra cách ghép 2 thấu kính với

nhau để tăng độ phóng đại, chiếc kính thiên văn

đầu tiên ra đời

Năm 1609, áp dụng công trình của Lippershey, Galileo Galilei đã trở thành người đầu tiên sử dụng kính thiên văn để quan sát bầu trời Các quan sát của Galilei bằng chiếc kính có độ phóng đại 30 lần đã giúp ông tìm ra 4 vệ tinh lớn nhất của sao Mộc (ngày nay gọi là 4 vệ tinh

Tycho Brahe Copernics

Đài Thiên văn Uraniborg

Johanne Kepler Jordano Bruno

Lippershey

Galilei – Galilean Satellites), các lỗ thiên thạch trên Mặt Trăng và sự tồn tại của dải Ngân Hà với rất rất nhiều sao Galileo đã hướng ống kính của mình lên bầu trời đêm và đã vô cùng ngạc nhiên khi nhận ra vô số vết rỗ trên Mặt Trăng, Sao Kim có dạng lưỡi liềm tựa như một mặt trăng bé xíu

và Sao Thổ tựa như một chiếc tách có 2 quai! Ông đã chứng minh Sao Mộc có 4 vệ tinh bao quanh và Mặt trời cũng có chuyển động tự quay qua nghiên cứu các đốm đen Mặt Trời Điều này

là bằng chứng củng cố cho Thuyết Nhật tâm của Nicolai Copernics

Cũng trong năm 1609, Kepler tìm ra 2 định luật đầu tiên của mình về quĩ đạo và vận tốc chuyển động của các hành tinh quanh Mặt Trời

Năm 1619, Kepler khám phá ra định luật cuối cùng (định luật 3

Kepler) về chuyển động hành tinh, trong đó liên hệ bán trục lớn quĩ đạo

với chu kì quĩ đạo của hành tinh Ba định luật nổi tiếng mang tên ông đã

được trình bày trong các tác phẩm Astronomia Nova (Thiên văn học mới,

xuất bản năm 1609) và Hamonices Mundi (Sự hài hoà của thế giới, xuất

bản năm 1619) Những công trình của ông không những mô tả chuyển

động của các hành tinh mà còn đề cập đến nguyên nhân của những chuyển

động ấy Theo mô hình của Kepler, động cơ tiên khởi của chuyển động

của các hành tinh là Mặt Trời, nó quay và nhờ "trường lực" của mình

khiến cho các hành tinh khác quay theo Mặt khác các hành tinh còn hút

lẫn nhau, lực hút này giống như từ tính và càng gần nhau thì cường độ càng lớn Ông cũng đưa

ra giả thuyết về nguyên nhân của thuỷ triều là do lực hấp dẫn của Mặt Trăng Thiên văn học giờ đây đã chuyển từ những mô hình thuần tuý toán học sang bản chất vật lý mà sau đó Newton đã làm cho hai môn khoa học này gắn bó chặt chẽ với nhau Với những đóng góp đó, Kepler được coi là một trong những người đặt nền móng cho thiên văn học hiện đại

Mô hình Mặt trời của Kepler Kính Thiên văn của Lippershey

Định luật 3 Kepler

Galilei ở Nghị viện, hướng dẫn mọi người dùng kính Thiên văn

Năm 1632, Galilei cho xuất bản cuốn sách Đối

thoại giữa hai hệ thống thế giới trong đó sử dụng các

cuộc đối thoại giữa 2 mô hình Ptolemy và Copernics

để hứng minh sự đúng đắn của mô hình nhật tâm Tác

phẩm này của Galilei sau này đã khiến nhà thờ nổi

giận và ông phải chịu khá nhiều hình phạt về việc này

Năm 1656, Huygens khám phá ra các tính chất

của vành đai sang của Sao Thổ (Saturn’s Ring) và vệ tinh lớn nhất

của nó – Titan và kiểm chứng được rằng vành đai sao Thổ có

chứa đá Cùng năm đó ông quan sát và vẽ phác thảo được hình

dáng của tinh vân Orion, những khám phá này sau đó được in

trong tác phẩm Systema Saturnium (1659) Huygens cũng thành

công trong việc chia tinh vân thành các ngôi sao khác nhau, nội

vùng sáng hơn của tinh vân Orion được đặt tên là Vùng Huygens

(Huygens region) Ông cũng đồng thời phát hiện ra vài tinh vân

năm giữa các vì sao và các ngôi sao kép

Năm 1665 Giovanni Cassini (1625-1712), nhà thiên văn Ý

Giám đốc Đài Thiên văn Paris Pháp, đã phát hiện Đốm đỏ lớn

(Great Red Spot) trên sao Mộc Năm 1672, tìm ra Rhea, vệ tinh

sao Thổ qua kính thiên văn dài 35ft (10.7m)

Năm 1666, Isaac Newton , khi đó mới 24 tuổi và cũng chỉ quan tâm nghiên cứu quang học có 2 năm, đã chứng minh ánh sáng trắng là tập hợp của các ánh sáng màu khác nhau: ánh

Bìa sách: Đối thoại giữa hai hệ thống thế giới

Galelei

Bản vẽ Kính Thiên văn của Huygens

sáng trắng đi qua lăng kính sẽ bị tách thành các màu như cầu vồng Các vạch màu này gọi là quang phổ Ông lý giải hiện tượng này là do chiết suất của thủy tinh đối với từng màu là khác nhau.

Năm 1668, Newton chế tạo ra chiếc kính thiên văn phản xạ đầu tiên Khác với kính thiên văn khúc xạ như của Galilei, kính thiên văn phản xạ sử dụng gương cầu lõm làm vật kính, cho độ phân giải cao hơn kính khúc xạ rất nhiều

Cấu tạo kính Thiên văn do Newton chế tạo