资源简介

识阅读之有数，探宇宙之无穷
——《天文学上的旷世之争》教学设计
教学目标：
1.了解关增建及其学术作品，积累文学常识。
2.梳理课文的行文思路，掌握阅读自然科学论著的一般方法。
3.了解中国古代宇宙结构学说的发展过程及论证。
教学重点：通过朗读、吟诵，置身诗境，体味作品的黍离之悲
教学难点：掌握赏析意象、意境和艺术手法的方法
教学过程：
一、自主预学
（一）
【导入设计一】
黑格尔曾说：“一个民族有仰望星空的人，他们才有希望。”通过这成百上千颗，依然高悬于穹顶之上的星辰，我们看到那些仰望星空的人。今天，让我们追随他们的脚步，回望星空，踏上中国天文学数千年的发展之旅。
【导入设计二】
《宇宙的边疆》中说人类激发了探索宇宙的热情，百万年来用巨大的代价积累了丰富的知识，诚然，人类对宇宙每一步的探索都是那么的曲折复杂，争论不断。那么，在东方，在对宇宙结构的认识上，又有什么样的争论？让我们一起学习关增建教授的《天文学上的旷世之争》。
（二）任务驱动
1.作者介绍
关增建，1956年生，博士生导师，教授。1990年毕业于中国科技大学，获科学史博士学位。同年入郑州大学工作，1995年任郑州大学文博学院院长。2000年调入上海交通大学，后任上海交通大学人文学院科学史与科学哲学系教授，博士生导师，人文学院常务副院长、党总支书记。
2.写作背景
中国古代关于宇宙结构学说的争论有很多，其中浑盖之争——浑天说和盖天说的争论最为严重。浑天说与盖天说是中国古代天文学上两大主流学派的理论，两派都创造了许多天文仪器，用于观测、记录、研究和演示天象。浑天学派的浑天仪和浑象奇瑰雄浑，在历史上备受推崇；盖天学派的圭表也广为世人所知。今天再进行浑盖之争当然已经毫无意义，但如果把盖天图仪纳入人类天文学史，则依然是很有意义的。
3. 层次结构
全文可分为四个部分：
第一部分（第1段）：从日心说与地心说之争引出浑盖之争。
第二部分（第2—9段）：介绍我国古代天文学的四种观点。
第三部分（第10—15段）：具体介绍浑盖之争。
第四部分（第16段）：评价浑盖之争的作用与意义，收束全文。
（三）通读全文，梳理基础知识
1.明确字音。
安谧（mì） 圭臬(ɡuī niè) 眼瞀(mào)
炽热（chì） 晷影(ɡuǐ) 相形见绌(chù)
勾股（ɡōu） 周髀（bì）
2.解释词语
①旷世：当代没有人或事物能够相比；经历很长久的时间。
②眼瞀：眼睛昏花。
③精绝：精神尽竭。
④重差：汉代天文学家测望太阳高、远的方法，后发展为中国传统数学主要的测望方法。
⑤光曜：光辉照耀。曜，照耀。
⑥一针见血：比喻话说得简短而能切中要害。
⑦根深蒂固：比喻基础稳固，不容易动摇。
⑧相形见绌：跟另一人或事物比较起来显得远远不如。绌，不足。
⑨不绝如缕：像细线一样连着，差点儿就要断了，多形容局势危急或声音细微悠长。
二、点津导学
文本研究
【思考1】抓住关键概念
1.提取重要信息，完成下表。
学说 代表人物(信奉人物) 基本观点 历史贡献
“天圆地方”说
宣夜说
盖天说
浑天说
明确
学说 代表人物(信奉人物) 基本观点 历史贡献
“天圆地方”说 孔子、曾子 天是圆形平盖，在人的头顶上方悬置，地是方的，静止不动。 较早形成了中国人对宇宙形状的认识。
宣夜说 郗萌(记载者) 日月星辰自由飘浮在虚空中，它们之间相互独立，没有联系。 似乎更接近宇宙的实际。
盖天说 司马迁 天在上，地在下，天地等大，天地相距8万里，日月星辰围绕着北极依附在天壳上运动。 能够解释人们日常生活中见到的各种天象；能够预测日月星辰的运行；能够编制历法，满足社会需求。
浑天说 落下闳、邓平、扬雄、葛洪、祖暅、朱熹等 天在外，地在内，天大地小。 更加符合观测依据；制订了更符合实际天象的历法；成为主流认识。
【思考2】梳理脉络
1.阅读全文，说明本文的写作思路。
明确 全文思路清晰，首尾呼应，结构完整。文章先提出我国历史上的浑盖之争，总领全文，然后分别介绍了天圆地方说、宣夜说、盖天说、浑天说四种天文学说，既而解说盖天说和浑天说之间的论争，最后对这场论争进行评析，分析了这场论争的影响、特点、秉持的原则等。
2.请简要概括中国古代宇宙结构学说的发展过程。
明确 　
①西汉扬雄写了著名的《难盖天八事》一文从观测依据到数理结构等八个方面逐一对盖天说做了批驳。其中盖天说认为太阳依附在天壳上运动，人之所以看到太阳从地平线下升起，是因为太阳太高了，人产生了错觉。对此，扬雄做了实验，到高山顶上取一水平面，验证太阳确实是从水平面之下升起的，光线也是从下往上传播的，证明盖天说是错误的。
②王充认为，太阳从水中出入这是不可思议的。对此，浑天说者的态度是，只要有充足的证据证明太阳是从地平线下升起，又落到地平线下，它即使出入于水中又何妨？何承天对太阳在水中出没的问题辩解说：太阳入水把水烤干，是百川之水的入注，才得以补充。
③葛洪认为按照盖天说的观点，太阳落山时应该呈现“竖破镜”状态，但实际观测到的情况是太阳落入地平线时呈现“横破镜”的状态，证明盖天说是错误的。
④朱熹认为，到底盖天说正确还是浑天说正确，可以通过制作仪器来验证。根据盖天说无法做出仪器，根据浑天说可以做出浑天仪，证明浑天说可信。
【思考3】把握观点
1.“浑盖之争”被称为天文学上的旷世之争，它有什么意义和影响？这场论争体现了怎样的科学原则？
明确 (1)①这场论争有持续时间长、参与人员多、涉及面广、讨论内容丰富、后续影响大等特点。浑盖之争引起了高度关注。更多的人投入到了对宇宙结构问题的研究之中，提出了更多的宇宙结构学说。浑盖之争持续时间很长，从公元前2世纪，持续到了公元12世纪，前后达一千三四百年。②成果丰富。这场论争促成了与之相关的众多重要科学问题的解决，促成了我国古代天文学诸多重要成就的获得。如《太初历》，“小儿辩日”问题的解决，勾股定理及相关测高望远之术，僧一行组织的天文大地测量，天文仪器的发展等。
(2)科学原则：判断一个学说是否正确，关键在于其是否符合实际情况，而不是看其是否遵循某种先验的哲学观念。(学说是否正确取决于其是否符合实际情况)
2.浑盖之争反映的实质问题是什么？请简要概括。
明确 浑盖之争是指盖天说和浑天说之间的论争，实质是有关宇宙结构问题的论证。
3.盖天说与浑天说各自的优、缺点分别是什么？
明确
①盖天说：能够解释各种天象，有很强的应用价值，但这一学说与人们对水平面及光线的观测结果不相符。
②浑天说：依据浑天说制订的历法符合实际，但它认为太阳要从水中出入的观点是不可思议的。
4.请简要概括浑盖之争的特点与意义，以及表现了怎样的科学传统。
明确
(1)特点：①争议延续时间长，从公元前2世纪一直持续到公元12世纪；②参与人员多、规模大、涉及面广；③影响深远，成就丰富；④注重以实际测量的方式进行检验(重以实践检验真理)；⑤学术争议较少受政治、宗教权威的影响。
(2)意义：①促成了与之相关的众多重要科学问题的解决，促成了中国古代天文学诸多重要成就的获得。②表现了中国古人对宇宙问题的关注程度，体现了中国古人对待科学问题的态度。
(3)传统：重视实际校验，严谨务实。
【思考4】探究手法
1.题目“天文学上的旷世之争”指的是浑天说与盖天说之间的争论，那么，作者为什么要在之前用那么多的篇幅介绍“天圆地方”说和宣夜说？
明确
①人们对宇宙的认识是循序渐进的，介绍“天圆地方”说和宣夜说能让读者了解不同学说之间的继承与发展关系，了解我国古人对宇宙认识逐步深入的过程。
②介绍这些学说的内容以及它们的兴衰历史，可以让读者感知我国古代天文学在真理判断方面重实际校验的优良传统。
2.本文在阐释各种观点时主要采用了引用与比较两种说明方法，试举例说明其作用。
明确
(1)引用说明。如介绍宣夜说时引用了《晋书·天文志》中的一段文字，既指出了学说出处，体现了其真实性，又完整呈现了学说观点及原理，也为作者进一步阐释提供了依据。
(2)比较说明。在介绍宣夜说时，作者注意与古希腊人的水晶天说作比较，通过比较，证明了中国早期的天文学发展更接近宇宙的实际，赢得了学者的高度评价。通过比较，使观点更加清楚。
三、合作共学
活动一：内容探究
（1）东汉蔡邕说“宣夜之学，绝无师法”，文章也指出“宣夜说被天文学家所抛弃，是历史的必然。”他们这样说的原因是什么？
提示：
①宣夜说只是一种初级的宇宙理论，它没有与数学结合，不能用以编制历法，不能预测日月星辰的运行，不能给人们提供有用的信息。
②宣夜说在本质上是反理性的，它认为天体的运动彼此独立，互不相关，无规律可循，杜绝了人们探寻自然规律的可能性。
（2）文章指出“中国古代第一个堪称科学理论的宇宙结构学说是盖天说。”其依据是什么？
提示：
①盖天说突破了人们在日常观测中形成的天是个半球的生活经验，提出了平天平地说，并且能在立竿测影基础上用勾股定理和相似三角形对应边成比例的性质，测算各种天文数据。
②盖天说能够解释人们日常生活中见到的各种天象，能够预测日月星辰的运行，还能够编制历法，满足社会需求。
③盖天说构思的七衡六间，可以用来准确地预报二十四节气，具有很强的应用价值。
活动二：主旨探究
（1）从《天文学上的旷世之争》来看，浑盖之争有什么特点及意义？表现了怎样的科学传统？试概括说明。
提示：
特点：
①争议延续时间长，从公元前2世纪一直持续到公元12世纪。
②参与人员多、规模大、涉及面广。
③影响深远，成就丰富。
④注重以实际测量的方式进行检验（重以实践检验真理）。
⑤学术争议较少受政治、宗教权威的影响。
意义：
①促成了与之相关的众多重要科学问题的解决，促成了中国古代天文学诸多重要成就的获得。
②表现了中国古人对宇宙问题的关注程度，体现了中国古人对待科学问题的态度。
传统：重视实际校验，严谨务实。
（2）本文以记录科学史的形式，引导我们认识科学，理解科学，你认为我们应该具有怎样的科学态度？
提示：
观点一：务实进取的实干态度
法国细菌学家巴斯德说：“机遇只偏爱那种有准备的头脑。”而能否抓住机遇，关键在于自身的积累、准备和能力。只有务实进取，苦练内功，充分地积累和做准备，才能在机遇到来时发现机遇，抓住机遇，最后获得成功。
观点二：实事求是的客观态度
“实践是检验真理的唯一标准”，只有做到实事求是，才能有效避免个人臆断的随意性而影响正确判断，从根本上分析事物内在本质，把握事物发展规律，从而为干事创业提供重要支撑。
观点三：大公无私的奉献态度
恩格斯指出：“科学越是毫无顾忌和大公无私，它就越符合工人的利益和愿望。”科学无国界,科学无私心，只有这样，科学才能造福人类，否则科学就是双刃剑，使用不当，必定祸害人类。
活动三：探究手法
（1）“天文学上的旷世之争”指的是浑天说与盖天说之间的争论，那么，作者为什么要在之前用那么多的篇幅介绍“天圆地方”说和宣夜说？
提示：
①人们对宇宙的认识是循序渐进的，介绍“天圆地方”说和宣夜说能让读者了解不同学说之间的继承与发展关系，了解我国古人对宇宙认识逐步深入的过程。
②介绍这些学说的内容以及它们的兴衰历史，可以让读者感知我国古代天文学在真理判断方面重实际校验的优良传统。
（2）《天文学上的旷世之争》中在说明浑盖之争时，主要采用了什么方法？有什么好处？请简要分析。
提示：
①比较说明
如第8段，将两种学说的主要观点放在一起进行比较，使争论的话题一目了然。
②引用说明
为了说明双方观点的不同，作者直接或间接引用了扬雄、王充、葛洪、何承天、刘焯、朱熹等人的话，使说理更加充分真实。
四、拓展迁移
拓展阅读
材料一：
中国古代在观测天象过程中对宇宙也有认识，形成了一些宇宙学说。其中影响较大的有三种：盖天说、浑天说和宣夜说。
盖天说以为“天圆地方”，“天似盖笠，地法覆槃”。这是对天地结构比较直观的认识。它对古代天文学的影响很大。汉代成书的《周髀算经》利用影长测量数据，试图把盖天说构造成一个天地几何模型，说明日月出入、昼夜变化等各种天文现象。但由于天地平行和圭表影长“千里差一寸”的基本假设有误，结果并不理想。不过盖天说对绘制星图、测量天体坐标来说还是很有用的。汉代有一种星图叫“盖图”，大概就是按盖天说的原理绘制的。此外，天体的赤道坐标在中国古代是“入宿度”和“去极度”，与盖天说并不矛盾。
汉代出现了浑天说，大概出现在太初改历之时。东汉张衡的《浑天仪注》对浑天说有非常形象的描写：“浑天如鸡子，天体圆如弹丸，地如鸡中黄。”可见浑天说的本质就是对天球的认识。浑天说对后来天文观测的影响很大。有了浑天说，就有了浑仪，并且有可能在浑仪上加黄道、白道等，使天体位置测量越来越精密。
宣夜说是一种认为宇宙无限的气宇宙论，是汉代的郗萌提出的学说。他认为“天”并没有一个固定的天穹，而只不过是无边无涯的气体，日月星辰就在气体中飘浮游动。这种宇宙论虽然对天文测量和天文历法没有产生什么影响，却启发人们认识宇宙本原和天体演化。宋代理学家朱熹更是根据这种气的宇宙论提出了关于宇宙演化的猜想。他认为宇宙起先只是阴阳二气，两者旋转摩擦，磨出一些渣滓，结在中央，便形成地。气之清者就上升成为日月星辰，在外周转不停。这个宇宙演化理论虽然还很粗糙，但其气漩涡论却比西方著名自然哲学家笛卡尔的宇宙演化漩涡说早400多年。
中国古代宇宙论还有一个重要特点，就是强调天地对应和天人对应。中国古代的星官体系是这一特点的突出表现。西方的传统开始于古埃及和古巴比伦，到古希腊时期形成星座体系，以神话中的事物为主。中国星官体系则完全不同，它是把人间帝王社会搬到了天上。天地是名副其实的对应。正是有了这种对应，中国古代的天与人之间才那么接近。“天文”永远与“人文”密切关联，所以中国古代的天文学，其根本的目的是探究天人关系，正如司马迁所说，“究天人之际”。
随着现代天文学的发展，人在宇宙中的位置看起来似乎越来越不重要。其实情况并不这么简单。当我们探索宇宙越深入，就越发现我们人类是与宇宙紧密相关的。例如，现代天文学探索宇宙中的地外生命，就是出于对我们人类自身命运的关怀。只有当我们关心人，才可能更好地探索宇宙；也只有当我们更多地了解宇宙，才能更好地了解我们自己。
（摘编自孙小淳《中国古代天文学：何为“天极”》）
材料二：
纵观中国古代的这场旷世学术之争，我们发现，古人在这场争论中，秉持着一个重要原则：判断一个学说是否正确，关键在于其是否符合实际情况，而不是看其是否遵循某种先验的哲学观念。比如，古人一直认为天地是由阴阳二气生成的，从这个观念出发，如果承认这一前提，就得承认盖天说是正确的，因为阳气轻清，阴气重浊，轻清者上浮为天，重浊者下凝为地，这样所推出的，必然是盖天说所主张的宇宙结构模式。但古人在争论中，并不以阴阳学说作为判断依据，他们所关注的，是究竟哪种学说更符合观测结果。对此，南北朝时期著名科学家祖眶的一段话可作代表：
自古论天者多矣，而群氏纠纷，至相非毁。窃览同异，稽之典经，仰观辰极，傍瞩四维，睹日月之升降，察五星之见伏，校之以仪象，覆之以晷漏，则浑天之理，信而有征。（《隋书·天文志》）
祖暅比较了浑盖双方的差异，在查阅典籍记载的基础上，通过实地天文观测，并使用仪器进行校验，发现浑天说更符合实际，这才得出了浑天说可信这一结论。浑盖之争过程中表现出来的重视实际校验的这种做法，是中国古代天文学的一个优秀传统。这一传统与希腊天文学的某些特点有明显的不同。
除了不以先验的哲学信念为依据判断是非之外，浑盖之争在其他方面的表现也完全符合学术发展规律。政治和宗教等非学术因素没有介入到这场争论之中。南北朝时，南朝的梁武帝偏爱盖天说，曾集合群臣，公开宣讲盖天说。对于他的主张，天文学家中不以为然者大有人在，但梁武帝并未采用暴力手段迫害那些不相信盖天说者。佛教传入中国后，佛教主张的宇宙结构模式，与浑天说亦不一致，但中国历史上从未有过以佛教学说为依据，强行要求人们放弃自己所信奉的宇宙结构学说的事例。宗教因素没有成为裁决浑盖是非的依据，也没有人因为信奉某种宇宙理论而受到政治或宗教上的迫害。这些，无疑都是浑盖之争中值得肯定的地方。
持续了一千三四百年之久的浑盖之争，是中国天文学史上的一件大事，它贯串于这个时期中国天文学的发展过程之中，促成了与之相关的众多重要科学问题的解决，促成了中国古代天文学诸多重要成就的获得。例如，被后人奉为中国古代历法的圭臬的《太初历》，是浑盖之争的直接产物；又如，在中国历史上赫赫有名的“小儿辩日”问题，在浑盖之争过程中得到了合理的解答；再如，在中国数学史上著名的“勾股定理”以及相关的测高望远之术，是在浑盖之争中为发展天文测算方法而形成的；更如，唐代僧一行组织的天文大地测量，是为了解决浑盖之争的一个重要命题而得以实施的；还如，中国天文仪器的发展，亦与浑盖之争息息相关；…类似例子，不胜枚举，这表明浑盖之争在中国历史上有着延续时间长、参与人员多、涉及面广、讨论内容丰富、后续影响大等特点，它表现了中国古人对宇宙问题的关注程度，体现了中国古人对待科学问题的态度。这种规模和深度的争论即使在世界文明史上亦不多见。我们完全有理由说，浑盖之争，作为中国历史上最引人注目的学术论争之一，将永载中华文明发展的史册。
（节选自关增建《天文学上的旷世之争》）
问题：古人在研究宇宙结构时秉持的原则有哪些？透过“浑盖之争”，我们可以感受到一种怎样的科学传统？请结合材料内容简要概括。
明确
（1）①强调天地对应和天人对应；②看其是否符合实际情况；③政治和宗教等非学术因素不介入到学术研究中。
（2）透过“浑盖之争”，我们可以感受到一种重视实际校验的严谨务实的科学传统。
五、总结悟学
写作特点
《天文学上的旷世之争》作为一篇科学史类文章，本文体现出横跨历史和科学两大领域的科学史研究的一些特点。
（1）语言简练
本文语言文白相间，既不像白话文那样过于通俗，也不像文言文那样过于深奥。文言文与白话文互为注解，令文章深刻而不失简洁，风趣而不失严肃，琐碎中传递着思考，平实中蕴藏着哲理。
（2）内容翔实
文章引经据典，大量引用古典书籍记载，像《大戴礼记·曾子天圆》《晋书》《隋书》《朱子语类》等典籍中的内容，很好地佐证了各个天文学说的观点，体现了旷世之争的真实性，充实了文章内容，增强了文章的说服力。
（3）观点公允
本文作者对于各个时代的学说与内容客观记录，没有主观的评价和感情的褒贬，而是真实地再现历史，还原历史，公正客观地梳理概括了中国古代宇宙结构学说的发展历程。
【资料链接】
天文学的常识
在我印象中，初高中的物理教材中，涉及天文学的内容太少，根本达不到扫盲的要求。
现在，我尝试从物理学史的角度，以《在悖论中前行》这本书为主要参考依据，讲一讲天文学中有趣，又能见证物理学发展的片段。
一、毕达哥拉斯——地球是圆的
公元前500年，古希腊人毕达哥拉斯（比孔子大30岁）说：在海边眺望归来的船时，总是先看到桅杆上的旗子，再渐渐地看到下面的人。如果大地是平的，应该是整个船体都可看见，然后慢慢靠近，而不是先看局部，再看到整体。所以，大地不是平的，而是圆的。
既然地球是圆的，天是不是也是圆的？
二、欧多克斯——地心说的提出者
公元前400年，古希腊人欧多克斯（柏拉图的学生）提出地心说：天也是圆的，而且不同的天体组成一个同心圆，绕着宇宙的中心——地球旋转。地球是唯一静止不动的物体。
三、亚里士多德——地心说的完善者
地球如果不动，地球对面的东西不会掉下去吗？
地心说的完善者——亚里士多德（也是柏拉图的学生）说：每个物体都具有一种属性——叫做重力。重力使所有物体落向地球，地球是物体运动的最终归宿。重力越大，物体下落速度越快，就先落地。
三、阿利斯塔克——提出日心说的第一人
人类历史上第一位真正意义的天文学家，他用观测代替猜测，阿利斯塔克所著《论日月大小和距离》一书流传至今。
在这一著作中，他应用三角几何学知识在科学史上第一次试图测量日、月和地球之间的距离。他设想在上、下弦，即月半圆时，日、月和地球应当形成一个直角三角形，通过测量日、月和地球距离的角距，就可以测算太阳和月亮的相对距离。他根据测得的角度87°，算出太阳与地球的距离是月亮与地球距离的19倍。他又根据日食情况，推得太阳直径是月球直径的19倍。他在月食时又计算了地球影子的宽度，得出地球直径是月球直径的3倍。
虽然测量误差很大，但他是人类历史上第一个认为太阳比地球大的人。
鉴于小的物体应当绕大的物体转动，因此提出了日心说。
四、伊巴谷——阿利斯塔克观测方法的继承者
古希腊伊巴谷（也称喜帕恰斯）在阿利斯塔克的观测手段的基础上，成功准确地测出月球与地球之间的距离——地月距离是地球半径的60倍左右。
五、托勒密——地心说的大成者
地心说的烦恼——“荧惑守心”现象无法解释。
在中国古代，火星代表灾难，由于其运行轨迹忽左忽右，行踪诡异，故称“荧惑”。“守心”是指看上去火星始终在心宿星附近运动，而心宿是二十八星宿之一，代表皇帝，出现“荧惑守心”现象意味着皇帝将要发生大灾难。
针对此现象，地心说的坚定支持者托勒密——创造性地发明了”均轮“与”本轮“学说。认为像火星这样的天体，除了大圈均轮外，还有小圈本轮，由于两者速度不同，所以出现了”荧惑守心“的现象。
托勒密将自己的天文学理论全部写到《天文学大成》一书中，这本书成为后来1300多年西方天文学的教科书。
六、哥白尼——吹响日心说的号角
整整1300年，天文学没有任何突破，唯一能做的是：发现新天体，套用托勒密的地心说模型去解释。为了解释一些复杂的天体，只能不断地增加均轮的数量，于是”大圈套小圈“，最多可套80多个。
哥白尼不走寻常路——如果用太阳代替地球，发现不再需要那么多的”圈圈“了。
如此简单、又如此奏效，于是哥白尼坚定地提出了新的宇宙模型——日心说。
哥白尼地球有三种运动形式：自转（形成昼夜），绕太阳公转（每年转一圈），自转轴倾斜（四季实现变换），所以日心说也称为”地动说“。
哥白尼的日心说模型虽基于一定的观测，但并不是最完善的。比如，哥白尼认为所有星体绕太阳转动的轨道都是匀速的、圆形的。
七、第谷——肉眼观测的天才
在发明望远镜之前，丹麦的第谷的天文观测数据没有人比他更精确。
他的观测数据使他坚信地心说和日心说都不靠谱，因为火星的观测数据相对于这两个模型始终存在误差，虽然误差细微。
于是第谷提出了一个介于地心说和日心说之间的一个宇宙模型：地球静居中间，行星绕太阳转动，而太阳还着行星绕地球转动。
第谷临终时，对他的学生开普勒说道：一定要尊重事实。
八、开普勒——从火星冲日开始，开普勒第一定律
德国人开普勒在大学时读过哥白尼的著作，成为坚定的日心说的拥护者，但他也深信他的老师第谷的观测数据不会有任何差池，所以观测火星的数据误差是怎么一回事呢？
数学能力强的开普勒以某个火星冲日（太阳、地球、火星在一条直线上）开始计算地球的相对位置，等过了一个火星年再计算地球的相对位置。
方法如下：
（1）假定地球的轨道是圆。
（2）计算火星的公转周期：
火星冲日的周期约是801天，地球公转周期约是365天，则根据1/(1/365-1/801)=686.9天，也就是说，每隔686.9天，火星会回到同一位置。
（3）687天后，地球从p1到p2，很容易算出角A是43度。
（4）分别测出在p1,p2时火星高度角的数据角B和角C的大小，我们就可以确定火星的位置。
（5）重复上述过程【这需要很多年的数据（平均1.8年计算一次），但第谷留下了的观测火星的数据有令人惊叹的详尽和精确】，最终得到火星的一组坐标，如果用圆来拟合误差大，但如果用椭圆来拟合，误差小很多。
于是，火星的观测数据与哥白尼的日心学的矛盾终于得到解决。
因此，开普勒得出了他的第一个结论：行星围绕太阳做椭圆运动，太阳位于这个椭圆的两个焦点中的一个上，这就是开普勒第一定律，也叫椭圆定律。
九、开普勒——行星运动速度也不均匀，开普勒第二定律
有了椭圆轨道的概念，研究椭圆曲线的性质，开普勒就想到太阳在椭圆的一个焦点上时，行星的速度很可能与行星和太阳的距离有关。
经过反复和第谷的观测数据比较，在椭圆轨道上运行的行星速度不是常数，确实在离太阳远时慢，离太阳近时快。寻找其规律，开普勒最终得到了行星和太阳的直线在相等的时间内扫过的面积相等，这个规律后来被称为开普勒第二定律，也叫面积定律。
这个规律打破了行星运动必为匀速的传统观点。
开普勒于1609年正式发表了他的这两大发现，理论是空前的
十、开普勒——近代物理学的开始，开普勒第三定律
开普勒有了新发现后，通过对观测数据的分析竟还有新的突破，而且将其公式表示出来，后人常将这个公式视为近代物理学的开始。
这个公式表述的是：所有行星绕太阳一周的时间T的平方与它们轨道长半轴R的立方成正比。这就是开普勒第三定律，也叫做周期定律。
后来牛顿的万有引力定律就是通过开普勒第三定律的推导得来的。

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