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## 天文学方法论中的作为一门自然科学的天文学

自然科学旨在认识自然，以发现和研究自然现象，探索和解读自然规律为目的。它的成果可应用于技术科学和技术的发展。天文学作为一门自然科学，同样也具有这样的基本性质。认识自然按深度可分为三个层次。第一是认识自然事物的表象；第二是认识自然事物表象的经验规律；第三是认识自然事物存在与发展的本质。对此，现代天文学发展的“第谷–开普勒–牛顿三部曲”可视为典型。历史上，太阳系天体运行的研究历2 000年到了第谷，第一层次的认识达到了相当高的精度；而开普勒定律所体现的第二层次上的认识，到现在仍堪称登峰造极。这两个层次的认识虽然跨越了历史的认知，但它还只能是“知其然而不知其所以然”，基本上是对一事一物（即对于描述太阳系天体运行）有效。只有到了牛顿时代，才把研究从物体之间相对运动的表象深入这种运动的物理本质。牛顿这时的工作起了双重作用：首先是牛顿把太阳系天体运动看成大自然在太空中演示的力学实验，并使之成为建立力学理论的依据（力学是物理学中最先被开拓的分支），他所发现的万有引力定律和力学规律，适用范围遍及自然界万事万物的力学关系。在这个过程中，牛顿把所建立的力学理论应用于解释太阳系的天体运动，使这个解释达到了“知其所以然”，也就是达到了第三层次的认识。这种三个层次的认识达成了现代意义上的科学认识。为了强调这一性质，以“第谷–开普勒–牛顿三部曲”为典型，采取如下表述：第谷型研究（第一层次）：实测发现——获取基本信息。开普勒型研究（第二层次）：信息发掘—— 创造经验模型（描述表象）。牛顿型研究（第三层次）：理论解释 —— 创造理论模型（描述本质）。这里借用大师的名字表明各个层次的分量，用“模型”的创建来代表对科学信息的梳理和解释。模型体现为理论构思与实测数据的拟合。但理论构思允许选择，而实测数据则受到技术方法的制约，具有不确定性。因此，一个科学模型实质的确立上是在具体条件下理论和实测的一种“最佳拟合”。拟合是用数学语言来表述的，因而能够作出推论以扩大认识，作出预测以接受验证。推论和预测，使科学认识在“理论模型”的层次上接受新的挑战。由于科技进步不断牵动理论能力和实测条件的提高，所以任何时候所建立的模型都会不断地面临着新的理论的挑战和实测的检验。历史表明，在科学发展中，不管什么样的挑战都能激励科学的奋进，而且每次“强挑战”的突破都会显著提高理论模型的权威性，还可能预示着科学的革命性进展。天体力学建立之后遇到的一次“强挑战”是1846年海王星的搜索，这次“强挑战”的突破，显示出牛顿力学体系的“威力”。另一次是1882年水星近日点进动超差值的确定，这是一次“不能解决的强挑战”，现在知道，它预兆着引力理论的大变革。
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