利用万有引力的公式、开普勒第三定律（所有行星轨道的半长轴的三次方，跟公转周期的二次方的比值都相等）等还可以计算太阳、地球等一些无法直接测量的天体的质量。牛顿还解释了潮汐现象，这一现象也是由于月亮和太阳的万有引力而引起的。他还依据万有引力定律和其他力学定律，成功说明了地球两极呈扁平形状的原因和地轴复杂的运动。
38.日心说
奇迹概览
自古以来，人类对宇宙的结构一直进行着思考。古希腊时代，就曾有哲学家曾提到过地球在运动的主张，然而却因缺乏依据，没有得到人们的认可。在哥白尼的“日心说”发表之前，古希腊科学家亚里士多德和托勒密所主张的“地心说”在中世纪的欧洲一直处于统治地位。“日心说”提出了地球并不是宇宙的中心，而只是行星之一的新主张，它在天文学上掀起了一场根本性的革命。“日心说”得到了其他科学家的继承和发展，它不仅启蒙了人们的思想，动摇了神学基础，而且铺平了通向近代天文学的道路，从此，脱离教会束缚的自然科学开始了飞跃性的发展。可以说：“日心说”是人类在探求客观真理道路上的里程碑。
⊙奇迹探秘：
1.谁才是首先提出“日心说”的人？
通常人们都认为日心说是由波兰的天文学家哥白尼提出的，但实际上在更早的古希腊时，天文学家阿里斯塔克斯（约前310-前230）就提出过地球是围绕太阳运动的观点，他也因此被后人称之为“希腊的哥白尼”。但他的观点并未被当时的人们所接受，直到1700多年之后，哥白尼才更好地发展完善了他的理论。
虽然阿里斯塔克斯的理论比哥白尼的日心说早，但人们都认为日心说实际上是由哥白尼提出的。因为阿里斯塔克斯的日心说只是一个猜想，并没有加以详细的讨论和证实。
走近奇迹
在古代的欧洲，古希腊的科学家亚里士多德和托勒密主张“地心说”，认为地球才是宇宙的中心，并且是静止不动的，其他的天体都围绕着地球运转。因为“地心说”符合基督教上帝创世和造人的教义，因此得到了当时处于统治地位的教廷的支持，并被人们奉为经典。
随着社会与科学的不断发展，天文观测的精确度也渐渐提高，人们逐渐发现总有几颗星星并不像托勒密在地心学说里所说的那样围绕着地球运转，而是时快时慢，有时向前跑而有时向后跑。这几颗星星就是我们后来称之为五大行星的金星、木星、火星、水星和土星。托勒密把这种现象解释为，某些天体在围绕地球做均衡运转的同时，它们自身还要做小的圆周运动。他把天体环绕地球的轨道称为“均轮”，较小的圆周运动称为“本轮”。到了文艺复兴运动时期，人们发现托勒密所提出的均轮和本轮竟有八十多个，这显然很不科学、不合理。
最初，哥白尼也曾钻研过托勒密的著作，他也看出了托勒密的“地心说”之间的矛盾，正是因为发现了托勒密的错误的根源，才让哥白尼认识到，天文学发展的道路不该是继续“修补”托勒密的旧学说，而应该去发现宇宙的结构。在这样的历史背景下，哥白尼的“日心说”应运而生。
日心说认为，太阳是宇宙的中心，地球和其他行星都绕太阳转动，地球不是宇宙的中心，而是一颗普通行星。地心说中提出的行星围绕地球运动一年的周期，其实却是地球每年绕太阳公转一周的周期。
大约在1515年前，为阐述自己关于天体运动学说的基本思想，哥白尼发表了一篇题目为《浅说》的论文。他认为不存在一个所有天体轨道或天体的共同中心；地球只是引力和月球的中心而不是宇宙中心；所有天体都围绕太阳运转，而宇宙的中心在太阳附近等观点。
除此之外，哥白尼还描述了太阳、月球和五大行星的视运动。文中，他合理地解释了天体东升日落的现象，并解释了当时人们为之不解的行星运行时忽前忽后的古怪行为，引起了人们的广发关注。不过，限于当时的科技水平，他也和前人一样低估了太阳系的规模，他认为天体运行的轨道是一系列的同心圆，这显然是错误的。
由于害怕遭到教会的迫害，哥白尼并没有就此继续宣传他的日心说，而对此进行了更深入的研究。经过长年的观察和反复的计算，哥白尼收集了大量的资料并开始着手写《天体运行论》。在《天体运行论》中他通过观测都得到的数值精确度是相当惊人的，他得到恒星年的时间为365天6小时9分40秒，比现在的精确值仅仅多了30秒，误差只有百万分之一；他得到地球到月球的平均距离是地球半径的60.30倍，与现在的60.27倍相比，误差仅为万分之五。1533年，他完成了《天体运行论》这部巨著，但一直没敢付印，直到1543年这部书的首次印刷版送到他床前时，他已经时日不多了。在书中哥白尼科学地阐明了天体运行的现象，批判了托勒密的观点。他曾列举了许多主张行星绕太阳公转和地球自转的古学者的名字，并发扬了他们的思想。
他竭尽毕生精力，通过长期的观测和计算，以严格的科学论据建立了日心说。让饱受固有思维浸染的人们，去相信我们脚下坚实的大地是在运动的，这的确让他们非常的难以接受，毕竟我们无法感知脚下的地球是在转动的。但是，后来人们所观测到的事实却不断地证实并发展了哥白尼的学说。
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2.什么叫做太阳系？太阳系里都有那些天体呢？
以太阳为中心，和所有受到太阳引力约束的天体的集合体被称为太阳系。太阳系里有8颗行星、至少165颗已知的卫星，和数以亿计的太阳系小天体，这些小天体包括小行星、彗星、柯伊伯带的天体和星际尘埃。
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【行星】
环绕着恒星，而且自身不发光球形天体被称为行星。关于行星的定义在天文学上一直是个备受争议的问题，2006年8月24日国际天文学联合大会通过了行星的新定义，新定义包括以下三点：1.必须是围绕恒星运转的天体；2.质量必须足够大，它自身的吸引力必须和自转速度平衡，使其呈圆球状；3.必须清除轨道附近区域，公转轨道范围内不能有比他更大的天体。按照这一定义，目前太阳系内有8颗行星，它们分别是：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。
知识百科
【亚里士多德】
亚里士多德（前384-前322）古希腊人，它是古代历史上最伟大的哲学家、科学家和教育家之一。他是哲学家柏拉图的学生，也是亚历山大的老师。他一生勤奋治学，从事的学术研究涉及到物理学、生物学、逻辑学、形而上学、教育学、心理学等多个领域，写下了大量著作。其著作主要有《物理学》、《工具论》、《伦理学》、《诗学》等。马克思曾称亚里士多德是古希腊哲学家中最博学的人物。他与苏格拉底、柏拉图三人被广泛认为是西方哲学的奠基者。他的思想对人类产生了深渊影响，他对科学做出了巨大的贡献。
39.宇宙大爆炸学说
奇迹概览
宇宙大爆炸是一种学说，是根据天文观测和理论研究后得到的一种设想：大约在150亿年前，宇宙所有的物质都高度密集在一点，有着极高的温度，因而发生了巨大的爆炸。爆炸之后的150亿年间，宇宙先后诞生了星系团、星系、银河系、恒星、太阳系、行星、卫星等我们看见的和看不见的一切天体和宇宙物质，就形成了当今的宇宙形态。宇宙爆炸学说是被大多数人公认的宇宙起源说，而大爆炸的整个过程是复杂的，现在只能从理论研究的基础上描绘过去远古的宇宙发展史。
⊙奇迹探秘：
1.宇宙大爆炸的提出者是谁？是在什么时间提出的？
1932年，比利时天文学家和宇宙学家勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论。
乔治·爱德华·勒梅特（1894-1966），比利时天文学家、宇宙学家。他出生于比利时的沙勒罗瓦，曾在比利时鲁芬大学学习建筑工程专业，后参军服役。在第一次世界大战期间，他担任炮兵军官，曾荣获比利时十字军勋章。一战结束后，勒梅特回到鲁芬大学，并在1920年取得博士学位，1923年接受神职成为牧师。之后，他访问了英国剑桥大学、美国哈佛大学、麻省理工学院，在那里勒梅特了解了美国天文学家哈勃的发现和沙普利有关宇宙膨胀的研究。1927年，勒梅特返回鲁芬大学教授天体物理学。同年，勒梅特发表了爱因斯坦场方程的一个严格解，后来这个解被称为“弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克度规”，并由此指出宇宙是膨胀的，最初起源于一个“原始原子”的爆炸。1931年，英国天文学家爱丁顿请人将其译成英文发表，很快引起轰动。
2. 人们是怎样推测出曾经可能有过宇宙大爆炸呢？
科学家们从观测中发现了那些遥远的星系都在远离我们而去，离我们越远的星系，飞奔的速度越快，因而形成了膨胀的宇宙。
对此，人们开始思考，如果把这些向四面八方远离中的星系运动倒过来看，它们可能当初是从同一源头发射出去的，是不是在宇宙之初发生过一次难以想象的宇宙大爆炸呢？后来，科学家又观测到了充满宇宙的微波背景辐射，就是说大约在150亿年前宇宙大爆炸所产生的余波虽然是微弱的但确实存在，这一发现对宇宙大爆炸是个有力的支持。
走近奇迹
宇宙大爆炸理论是现代宇宙学的一个主要流派，它能较满意地解释宇宙学的一些根本问题。20世纪20年代时，若干天文学者均观测到，许多河外星系的光谱线与地球上同种元素的谱线相比，都有波长变化，即红移现象（所谓红移，最初是针对机械波而言的，即一个相对于观察者运动着的物体离的越远发出的声音越浑厚，相反离的越近发出的声音越尖细）。
1929年，美国天文学家爱德温·哈勃总结出，星系谱线红移与星系同地球之间的距离成正比的规律。他在理论中指出：如果认为谱线红移是多普勒效果（多普勒效果是指物体辐射的波长因光源和观测者的相对运动而产生变化）的结果，则意味着河外星系都在离开我们向远方退行，而且距离越远的星系远离我们的速度越快，这正是一幅宇宙膨胀的图像。
而勒梅特于1932年首次提出了现代宇宙大爆炸理论：整个宇宙最初聚集在一个“原始原子”中，后来发生了大爆炸，碎片向四面八方散开，形成了我们的宇宙。美籍俄国天体物理学家伽莫夫第一次将广义相对论融入到宇宙理论中，提出了热大爆炸宇宙学模型：宇宙开始于高温、高密度的原始物质，最初的温度超过几十亿度，随着温度的继续下降，宇宙开始膨胀。
于是，伽莫夫结合勒梅特的理论，于20世纪40年代完善了宇宙大爆炸理论。该理论认为，宇宙在遥远的过去曾处于一种极度高温和极大密度的状态，这种状态被形象地称为“原始火球”。所谓原始火球也就是一个无限小的点，现在的宇宙仍会继续膨胀，也就是无限大，有可能宇宙爆炸的能量散发到极限的时候，宇宙又会变成一个原始火焰即无限小的点以后，火球爆炸，宇宙就开始膨胀，物质密度逐渐变稀，温度也逐渐降低，直到今天的状态。
这个理论一开始并未引起注意，直到了20世纪50年代，人们才开始广泛注意起来。特别是20世纪60年代，美国天文学家彭齐亚斯和英国物理学家威尔逊发现了宇宙大爆炸理论的新的有力证据--宇宙背景辐射（即来自宇宙空间背景上的各向同性的微波辐射），后来他们证实宇宙背景辐射是宇宙大爆炸时留下的遗迹，从而为宇宙大爆炸理论提供了重要的依据。他们也因此获1978年诺贝尔物理学奖。
后来，英国科学家霍金对宇宙起源后10-43秒以来的宇宙演化图景作了清晰的阐释。至此，宇宙大爆炸模型成为最有说服力的宇宙图景理论。然而，至今宇宙大爆炸理论仍然缺乏大量实验的支持，而且人类尚不知晓宇宙开始爆炸和爆炸前的图景。
尽管如此，大爆炸理论的提出自然说明河外天体存在谱线红移现象，也能圆满地解释许多天体物理学问题，为人类进一步研究天文学奠定了理论基础。
⊙奇迹探秘：
3.宇宙大爆炸的过程是什么？
根据大爆炸宇宙学的观点，大爆炸的整个过程是：在宇宙的早期，温度极高，在100亿度以上，物质密度也相当大，整个宇宙体系达到平衡。宇宙间只有中子、质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的物质。但是因为整个体系在不断膨胀，结果温度很快下降。当温度降到10亿度左右时，中子开始失去自由存在的条件，它要么发生衰变，要么与质子结合成重氢、氦等元素，化学元素就是从这一时期开始形成的。温度进一步下降到100万度后，早期形成化学元素的过程结束。宇宙间的物质主要是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。当温度降到几千度时，辐射减退，宇宙间主要是气态物质，气体逐渐凝聚成气云，再进一步形成各种各样的恒星体系，成为我们今天看到的宇宙。
4.为什么人们推测不了大爆炸前的情景？
“大爆炸”理论最大的缺陷就是无法回答大爆炸之前，大爆炸的原点源于何方。大爆炸理论存在了100多年了，但是，这一理论的发展还是不可避免地把人们对宇宙诞生和灭亡的认识引向神创说。正如，波兰红衣主教约安-帕维尔二世早就在其书信中称当代的宇宙论与《圣经》中的论述不谋而合。
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【反大爆炸论者的声音】
2004年5月22日，34位科学家和工程师联合签名将一封《致科学界的公开信》发表于英国的《新科学家》杂志。后来，这封公开信被贴到网上后，又得到了185位科学家的网络签名。信中科学家们主要表示了对宇宙大爆炸学说的质疑，他们希望能以更科学的方式找到关于宇宙历史演变最可信的模型。
知识百科
【宇宙新论：宇宙大爆炸一直在发生】
据英国广播公司（BBC）2002年4月25日的报道，美国普林斯顿大学的一位物理学家根据天文观测的结果，发现宇宙还在不断地加速膨胀，于是，他提出一种新的宇宙理论，即一次次的宇宙大爆炸在过去和将来一直在发生，我们目前的这个宇宙只是这一连串大爆炸中的一个，虽然每次宇宙大爆炸的过程极其漫长（超过1万亿年），但通过对此理论所预言的重力波的观测，人们有可能在几年内初步验证该理论是否正确。