天文学是历史最悠久的自然科学，从古至今，人类的时空观念，主要就是建立在天文学基础上的。
01
时间
日升日落，月相变化……在日常所见的自然规律中，天文周期是最容易察觉，最稳定，也最持久的周期现象，在这些周期现象的基础上，先民们逐渐有了时间观念。
Warren Field的凹坑与月相之间的关系
研究显示，大约在1万年前，先民们就开始有意识地通过标记和符号，以此标记天象变化，记录时间流逝。
在苏格兰的Warren Field，考古学家发现了约1万年前的12个凹坑，这些凹坑可反映月相的变化，而在澳大利亚的Wurdi Youang遗址，人们发现了一系列有规律摆放的石块，学者认为这些石块可以反映一年一年中不同时间的太阳起落点。
公元前5000-4000年，这个陶罐出土于克罗地亚的武科瓦尔，陶罐上的方格代表着四季和星期，象形符号则代表着猎户座腰带、太阳、月球等天体，这被认为是欧洲最早的历法，先民们主要是根据猎户座腰带三星的变化来确定时间流逝的
太阳光照的变化塑造了四季，也影响着农作物的生长周期。
随着农业的发展，人们逐渐意识到准确历法的重要性。与此同时，文字的出现使得人们能够详细的记录天象，制定历法。
公元前3000-2000年左右，大约与文字诞生同时，世界各古文明先后发展出了最早的成文历法。
太阳和月亮是天空中最引人注目的两大天体。
根据地球围绕太阳运转的周期，人们编制了太阳历，根据月球的月相变化，又有了太阴历。
太阳历的周期虽然符合地球的公转和季节变化周期，却无法和月相关联，不能通过月相判定一个月中的具体日期，因此古代中国和巴比伦的先民又不约而同的创造出结合太阳历和太阴历的阴阳历。农历中的二十四节气，就体现了历法中的太阳因素。
选用哪种历法，决定了我们确定日期的方式，以及新年的开端。
而确定了年和月的长度，接下来的问题，是如何纪年，这就要诉诸比年更长的周期。
许多古文明都是以某个重要日期作为纪年起点的。
比如古罗马人以罗马建城作为纪年起点，希腊化时代的中东则以塞琉古重夺巴比伦作为纪年开端，更为人熟知的，则是今天全世界广泛使用的以耶稣诞生为起点的公元纪年。
但也有文明选择通过纯粹的天文周期，以及不同周期的相互配合来进行纪年。比如中国古代就有以木星运行周期进行的岁星纪年，玛雅人则有以卓尔金历和太阳历配合形成的52年新火周期。不管使用何种纪年，经年累月下来，总有误差，这时，也要通过天文观测进行校正。
02
空间
浩瀚星空，遥远无边，仰望星空，总是令人感受到自身的渺小。
北斗七星既可以用来寻找方向，也指示着季节
和地表上的标记相比，天空星辰就如同一个扩大了无数倍的坐标系，以此为基准，就可以准确的判定方位，了解自身的位置。北天星空的北斗七星、北极星，南天星空的南十字星座等，都是帮助人类确定方位的天空坐标，很久以前，古人就认识到了这一点。
在古代，远洋船队主要就是通过天文观测来确定方位的
，为此，人们还制作了各种仪器，比如中东的星盘，郑和船队的牵星板，近现代欧洲的六分仪等。
为了更方便的观测星体，古人将天上恒星的连线想象为具象的事物。比如巴比伦的星座，中国的星宫等。
为了更准确的确定这些星体的位置，古人将天空假想为一个巨大的星球，通过天赤道、黄道等坐标系，精确地测量星体的方位。
通过星体的辅助，还可以更准确的测量大地。古希腊天文学家埃拉托斯特尼通过不同纬度地区日影长度的变化，计算出了地球的周长。唐代天文学家僧一行等人首次组织了大规模的大地测量，推翻了《周髀算经》中“千里一寸”的说法。直到今天，天文观测都是大地测量中的重要手段之一。
03
数学
大部分古代的天文学家都是数学家，从中国的祖冲之、郭守敬，印度的阿耶波多、婆罗摩笈多到伊斯兰世界的花拉子米、阿尔卡西，都是如此。
古代的数学研究大多基于实际需求，相对于测量面积，计算数量。编制历法时对星体运行和周期的计算，以及天文观测中对各种坐标的换算，在古代算得上是相当高阶的数学应用需求了。
可以说，天文学是推动古代数学发展的最大动力（也许不用加之一）。
三角学、球面三角学、解析几何等数学领域的发展，都离不开天文学的推动。举个例子，三角函数中的正弦（sin）、余弦（cos）、反正弦（arcsin）、反余弦（arccos），就是由印度数学家阿耶波多定义的，我国古代最早的正切函数表，也是由唐代天文学家僧一行编写的。
04
测量工具
天文学的发展，离不开测量工具的进步，而测量工具的进步，又推动了天文和其他自然科学领域的发展。
奇琴伊察的羽蛇神金字塔，每年春分和秋分前后，金字塔台阶上都会投射出蜿蜒的三角形阴影，如同徐徐飞过的羽蛇神
最早的天文观测仪器，大概是圭表、日晷一类的工具，通过日影长短和方向的变化，可以推算一天的时时辰以及一年中的季节，进而确定时间，编制历法。很多古代文明的建筑，比如陶寺的古观象台、英国的巨石阵、玛雅和埃及人的一些金字塔，都蕴含着天文学上的意义。
水的流出提示着时间的流逝，看不到太阳的日子，刻漏是古人最主要的计时工具。
为了减少水流速度变化等造成的影响，古人后来又发明了多级刻漏。
莲花漏
北宋学者燕肃曾发明过名为莲花漏的刻漏。
莲花漏利用多级漏壶和虹吸效应大大提升了计时精度，能够将24小时内的计时误差控制在几十秒之内，它的结构也不算复杂，后来，宋仁宗下令在全国推行莲花漏，于是，全国各地的州府郡县就都有了准确的计时装置。
北京古观象台的浑仪
另一类常见的测量工具，主要用来测量星体的方位。中国和国外的浑天仪，地中海世界的星盘等，都属于此类。东西方的浑天仪，历史均有两千多年之久，通过观测天体的导管和标有精确刻度的天赤道、黄道等坐标环，可以方便的读出星体的位置。即使是现代天文台的赤道仪，也沿用着类似浑天仪的设计。
水运仪象台结构还原
结合观测天象的浑天仪、演示天象的浑象、计时用的刻漏，中国古人发明了结构复杂精巧的水运仪象台。
水运仪象台通过水力带动机械装置，它的浑象能一昼夜自动旋转一周，是现代天文跟踪机械转移钟的先驱；此外，它的报时装置能在一组复杂的齿轮系统的带动下自动报时，报时系统里的锚状擒纵器是后世钟表的关键部件。
此外，水运仪象台的机械装置还引入了最早的全功能链条传动装置“天梯”，可以说是中国古代机械成就的象征。
迪拜伊本白图泰购物中心的大象时钟复制品
类似的复杂机械，国外也有。比如中世纪伊斯兰发明家Ismail al-Jazari设计制作的“大象时钟”，意大利工程师Giovanni Dondi dell'Orologio设计的机械天文钟等，更早的还有希腊化时代和东罗马时代能够自动报时的水钟等等。
在文艺复兴和启蒙时代，结构复杂的机械钟可以说是人类机械设计能力的象征，也是西方国家展示其技术实力的最佳载体。
相机上的超长焦镜头，其实也可以算是台望远镜
文艺复兴时期，随着光学和玻璃加工制造技术的发展，光学望远镜成为天文观测的主要工具之一。从折射望远镜、反射望远镜到折反射望远镜，天文研究大大推动了望远镜的发展。
现代照相机用的各种镜头就是在望远镜和显微镜的基础上发展而来的。进入太空时代，人们发现，将望远镜对准地球，也许能产生更实际的作用，于是在侦察卫星上，观天用的望远镜又承担起窥视人间的任务。
斯隆巡天计划所使用的的ccd阵列
望远镜解决了看见的问题，接下来的问题，是记录。
古人通过手绘来记录天象，无论技艺多么高超，终究有偏差。
19世纪初，人们发明了照相机，很快，照相机就被用于记录天象。20世纪60年代，贝究有偏差。19世纪初，人们发明了照相机，很快，照相机就被用于记录天象。20世纪60年代，贝是CCD的首批使用者，观测用的需求，也是推动相机技术发展的一大动力。
贵州的500米直径“中国天眼”射电望远镜
当然，现代天文的观测范围早已扩展至可见光波段以外，从γ射线、x射线、紫外线到红外线、毫米波、米波，这些不同波段的天文观测，也许会对未来的人类科技发展，产生难以预料的影响。
05
巨型实验室
现代科学的发展离不开实验。但地球以及人类创造的实验条件毕竟有限，于是，
宇宙就成为了验证物理世界规律的最大，也是最合适的实验室。
在各项自然科学中，物理学和天文学的联系尤为密切（当然，所有自然科学其实都可以还原为物理）。通过第谷布拉赫的观测数据，开普勒提出了行星运动三定律。而在牛顿经典力学体系的诞生过程中，哥白尼、开普勒、伽利略等人的贡献也功不可没。
在现代物理学中，证明爱因斯坦广义相对论的一大证据，就来自英国天文学家爱丁顿对日食的观测。解释恒星中元素形成和元素丰度的B2FH论文，主要也是天文学家操刀的。总之，现代物理学的发展，和天文相辅相成，一般来说，越是接近终极理论，天文学在理论验证中所起到的作用就越显著。
06
信仰
在中国古代，天文学总是和历史关系密切。
二十四史中都有天文志，古人认为，天象和人间社稷相对应，因此便格外注重对天象的观测和记录。
对于现代的人们来说，这些天象记录是我们确定古代历史事件日期的重要依据。
无独有偶，世界各地的许多族群都认为，神来自天空，并且认为，天象和人间总有着千丝万缕的关系。由此，便出现了通过天象预知人类社会的占星术。现代社会流行的星座学说，也和占星术的发展有关。
不论占星术和星座是否有依据，是否有效，总之，既然有那么多人相信，那么它也是我们今天生活中重要的组成部分。
作者：
ag獭
（知乎）
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