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双星轨道运动的图解方法。1833年，他在非洲好望角建立了天文观测站，从
1834至1837年他共观测双星2102对，星云和星团1707个。在南半球的天
文观测中他运用了取样统计方法，共统计了3000个选区中的68948颗恒星，
完全证实了上述银河系结构的论断。1838年以后，他专事天文资料的整理和
出版。1849年出版了《天文学纲要》，此书于1859年在中国翻译出版，书
名叫《谈天》。
由于赫歇尔一家人的成就，使银河系概念在19世纪中叶得以确立。
自哥白尼以来，人们长期寻求三角视差的测定，以便确定恒星到地球的
距离。这一工作因天文仪器的进步终于在19世纪30年代取得了成果。
贝塞尔（1784—1846年，德国）任柯尼斯天文台台长期间，长期从事恒
星位置的精密观测。他主编了著名的《波恩巡天星表》。1837年，他认为研
究恒星视差问题的条件已经成熟，决定选择天鹅座61号星为观测对象。1838
年，他宣布天鹅座61号星的视差是0″。31，由此推算该星座距地球为11光
年。同一时期，斯特鲁维（1794—1864年，俄国）选择织女星为观测对象从
事视差测定研究。1837年，他向彼得堡科学院报告织女星视差测量结果是0
″。125±0″。065，计算出织女星距地球27光年，此外他还将精密的测量方
法引入到双星观测中，共发现220对新的双星。1839年，亨德森（1789—1844
年，英国）在好望角测出人马座α星的视差是0″。91，但这个值并不准确，
后来经别人修正为0″。76，距地球4。3光年。此后，类似的测量结果不断有
报道。19世纪共测出70颗恒星对地球的视差和距离。
4。天体物理学的创立及成就
望远镜对天文学的发展作出过巨大的贡献，但望远镜存在一定局限，它
不能了解天体的化学组成，物理状态等。19世纪初，刚刚发展起来的分光学、
光度学和照相术开始应用于天文学，使天文学取得了一系列重大成就。这样
在19世纪下半叶新兴的天体物理学创立了。光谱学发端于牛顿的三棱镜分光
实验。1814年光学家夫琅和费（1787—1826年，德国）将望远镜、三棱镜和
直光管组成一个系统，命名叫分光镜。该系统由于用多个棱镜偏折光线，因
此使色散度增大可以精确测出各种色光谱线的位置。他发现太阳光谱不是连
续变化的，其中暗线多达576条，他用A、B、C、D（D与D）、E、F、G、H
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标志出最明晰的8条暗线，后人称做“夫琅和费”线。尽管他不能深入解释
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这些暗线的意义，但他肯定这些暗线是由日光自身决定的。后来夫琅和费又
用分光镜研究月亮、行星及恒星发出的光谱，结果表明这些天体的光谱同样
存在暗线。夫琅和费被公认是天体物理学的创始者。
化学家本生（1811—1899年，德国）和物理学家基尔霍夫（1824—1877
年，德国）揭示出光谱暗线的本质。他们将食盐撒在火焰上，通过分光镜可
以看到二条黄色亮线，其位置正好落在太阳光谱的D和D暗线上，于是他们
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让太阳光和钠光混合，投在分光镜上，出人意料的是D、D暗线并没有因此
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亮起来，反而更暗了。用另一种有连续光谱的光源代替日光重复上述实验，
结果在连续光谱上出现了D、D暗线，他们由此想到太阳中心发出的连续光
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谱一定被太阳表面的钠蒸气把黄色光吸收了，结果在地球上观察到的太阳光
谱就形成了D、D暗线。
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基尔霍夫通过深入研究发现了分光学的基本定律：①每一个化学元素都
有一种特殊的发射光谱；②每一种元素可以吸收它能够发射的光谱线，这叫
自蚀式自变现象。他和本生在研究了各种元素的光谱并和太阳光谱的夫琅和
费线作了对比之后，宣布太阳大气中存在铁、钠、钙、镍等元素，但没有锂。
1861年，布儒斯特指出落日时的太阳光谱的暗线受到地球大气的干扰。
4年后詹森 （1824—1907年，法国）进一步证明大气中的吸收谱线是由氧和
水汽形成的。1866年，洛基尔（1836—1920年，英国）利用分光镜研究黑子，
他发现黑子的光谱吸收暗线远比太阳其它地区的吸收暗线多。1869年，埃格
斯特 （1814—1874年，瑞典）首次测出了1000多条太阳光谱线的波长，并
以他的姓名的第一个字母人作为波长单位的名称（埃）。
太阳光谱学的研究推动了人们对太阳的研究。18世纪末，W。赫歇尔还假
定太阳是一个冷的固体，其上有生物和居民。但是光谱分析证明太阳大气中
有金属气体存在，足见温度很高，不适合任何生物生存。1865年，法伊（1814
—1902年，法国）提出了新的太阳理论，他假定太阳是一个高温气团，热量
自太阳内部辐射出来，太阳内部的物质也随之上升至太阳表面，在那里重新
聚集又回到太阳的内部，这种对流构成了太阳物质的循环运动。这一理论延
续至本世纪才为新的太阳理论取代。
1868年8月18日，在日全食观测中使用了分光镜。其中对日珥作的光
谱观测研究表明日珥是太阳大气的一部分，是太阳部分物质爆发时形成的特
殊现象。参加这次观测的詹森在日珥的光谱中发现一条未知的谱线D，位置
S
与钠的D线很接近。次年，洛基尔（1836—1920年，英国）在日全食观测中
又见到这条暗线，他确认这条谱线证明太阳中有一种特有的元素，定名为氦。
1895年，拉姆赛在一种结晶铀矿中找到一种气体，结果证明地球上也存在
氦。
在研究太阳光谱的同时，有人开始研究彗星的光谱，发现它是相隔为三
段的光谱色带。这说明彗星是一个发光体，不象行星那样仅仅反射阳光。哈
金斯（1824—1910年，英国）进而证明彗星的三段光谱带与碳氢化合物光谱
中的三段光带相合。后来他发现流星的光谱也与此类似，哈金斯的工作是比
较深入的，他观察过彗星的紫外光谱和由彗星反射的太阳光谱。
人们在研究中还发现连续光谱和发光体表面温度存在关联，通常当发光
体温度升高，其辐射能量的最大值向光谱的紫端偏移。恒星吸收光谱也与恒
星温度有关。塞奇（1818—1878年，意大利）自1863年起用低色度的摄谱
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仪观测恒星光谱，他把恒星分为白色星、黄色星、橙色星、红色星和暗红色
星。80年代以后，天文学家们才根据光谱，把恒星划分为不同温度类型的星。
1842年，物理学家多普勒（1803—1853年，意大利）指出，当波源与观
察者相对运动时，将观察到波源的频率发生变化；当光源离去时，它发出的
声或光的频率降低，或波长变长。人们很自然会想到在天体观测中也会产生
“多普勒效应”：如果星球向地球而来，其光谱必向紫色一端移动；反之，
则会向红色一端移动。1868年，哈金斯观察到天狼星吸收谱线向红端移动，
他计算出天狼星以约每秒34。5公里的速度远离地球而去。从此，利用多普勒
效应观测天体，解决了许多重大的天体物理问题，对现代天文学的诞生产生
了深远影响。
光度学的发展与应用是19世纪天体物理学的另一个方面。18世纪中叶，
兰伯特（1728—1777年，德国）建立了光度学的基本定律。他研究了光线在
透明介质中被吸收的情况，论述过月亮和行星的亮度问题，得到满月时月亮
的平均亮度只有太阳的27。7万分之一的结论。
1859年，泽内尔（1834—1882年，瑞典）发明了光度计，使星体亮度测
量的准确性大大提高，泽内尔用这一方法测量了星体的亮度，于1861年公布
了近代第一个使用光度计测量的星度表。在他之前，普森（1829—1891年，
英国）建议按星的亮度分为5个星等，相邻两个星等亮度之比为2。512。他
们的工作为恒星光度学奠定了基础。
在照相术发明之前，天文学家们是用手把观察到的星体形貌画在纸上
的。
1827年，尼普斯（1765—1833年，法国）制成了第一台照相机，他利用
银盐感光的原理制做底片，经过长达8小时的曝光得了第一张风景相片。他
的合作者达盖尔（1789—1851年，法国）在1839年发明了一种银版照相术，
使用碘化银做感光材料，感光时间缩短到 20—30分钟。定影液由天文学家
J。赫歇尔建议使用硫代硫酸钠。照相术的成功立即引起天文学家的高度重
视，就在当年由J。德雷伯（1811—1882年，美国）把照相机安装在一架口径
是7。6厘米的折射望远镜上，望远镜跟踪着月亮并连续曝光20分钟，终于得
到了第一张天文相片。
1851年，摄影师斯科特—阿切尔（1813—1857年，美国）发明了珂珞酊
湿片法，感光速度比达盖尔法快100倍以上。德拉鲁（1815—1889年，英国）
于次年将这一方法用于天文照相，仅曝光30秒就得到一张清晰的月亮照片。
1860年，他在西班牙又用此法拍到一张清晰的日珥照片。从此，照相方法在
天文观测中得到推广。
1871年，化学家马多克斯 （1816—1902年，英国）用明胶代替珂珞酊，
发明了干版法。这一方法几经改进在19世纪末使感光速度提高了几千倍，连
暗弱的恒星也可以拍照。此外，照相术还用来拍摄恒星的光谱。
由于分光术、测光术和照相术的应用，为研究天体的物理性质和化学组
成提供了可能，最终导致天体物理学的诞生。于是天文学由只能研究天体的
机械运动发展到研究天体的物理和化学特性，完成了自身的一次飞跃。
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六、近代后期地学
1。地质学进化论与灾变论的争论
直到18世纪地质学还处在矿物学的初级阶段。在大地构造的成因问题上
水成论和火成论学派的长期论争一直延续到19世纪初。
魏尔纳（1750—1817年，德国）是水成论的代表，他认为原始的地球是
由固体的地核和覆盖在地表的水组成的，海洋中含有大量岩石物质，这些物
质通过长期的结晶过程沉析为原始的岩层，同时由于海水的进、退交替发生
使岩层进化为陆地和岛屿。他还认为火山岩和火山产物是堆积在地表的新岩
层。19世纪初，水成论占据了统治地位，例如1807年英国成立地质学会，
会员全部是水成论者。
与水成论对立的一方是火成论，英国地质学家赫顿（1726—1797年）被
公认是火成论的代表者。他强调由于地球内部的热运动造成地质长期的缓慢
的变化。他曾说：“不是地球固有的因素不予使用”，就是说在研究地质现
象中不考虑超自然的力量，这一见解为近代地质的研究指明了方向。他同意
原始的地球是由核和包围核的大洋组成的观点，但认为地核内是温度很高的
岩浆，一旦喷流出来会形成玄武岩构造。火山的喷发使海底地壳隆起，形成
陆地和山脉。山脉的岩石经风化又被冲入大海，形成彼此平行的岩石，一层
层覆盖海底。赫顿实际上已具备了地质学进化论的基本思想。
人们对地壳演化和运动的历史主要是通过对古生物化石的发掘和研究认
识的。古生物学家居维叶（1769—1832年，法国）较早地注意到古生物化石
和地层的关系。他在研究中发现每个有机体都能自成体系。有机体的各部分
是互相适应的，任何一部分的改变都必然引起其它部分的改变，这样只要获
得机体的一部分，就�