三、宇宙“初冬”曾有“雪花”弥漫
瑞士两位物理学家提出，宇宙的第一个“冬天”就有雪花，当时薄薄雪片可能曾弥漫了整个沉寂而又黑暗无边的宇宙，但“雪花”是固态氢气，而不是人们通常在冬天所见到的普通冰粒。
科学家所认为的宇宙的第一个“冬天”是黑暗年代结束前的一小段时间，当时宇宙的年龄还不到10亿年。科学家认为，氢之所以能够形成固态是因为氢气膨胀时受到冷却，温度变得比背景温度还低，这些背景温度由大爆炸发生后形成的宇宙射线所决定。即便是今天，这些射线还使得广阔的宇宙空间维持在零下269摄氏度。而在大气压力的作用下，氢气的凝固点为14K，也就是零下259摄氏度。
科学家认为，氢是宇宙中最丰富的元素，宇宙中的氢元素大部分都以气态或者“浓缩”在恒星内部的方式存在。恒星开始出现后，它们发射的紫外线就使得氢雪不复存在，黑暗时代氢雪的“昙花一现”也就匆匆而去，代之而来的就是充满光线的宇宙“春天”。
四、地理学史上的革命性发现
在地理学发展史上，有许多具有重大影响的事件，这些具有革命性的发现，彻底改变了人们对客观世界的传统认识，动摇了人类的世界观，极大地推动了地理学的发展。回顾这些历史事件，既可以帮助我们了解地理发展的曲折历程，又可以领略地理学家们科学探究的风采。
1．哥伦布“发现”新大陆
1492年，哥伦布横渡大西洋到达美洲“发现”新大陆。其结果是沟通了新大陆与旧大陆的海上交通，促进了欧洲手工业向工场手工业生产的过渡，以及在此基础上的地域生产分工的产生与发展，使欧洲贸易中心从地中海区域扩大到大西洋沿岸。在此后3个世纪中，西欧几个主要殖民地国家在世界上的地位不断增强，世界航路及贸易中心经历了从葡萄牙的里斯本、西班牙的塞维利亚到比利时的安特卫普，再到荷兰阿姆斯特丹，最后到英国伦敦和法国巴黎的转移。殖民者以暴力为手段，对亚、非、美洲进行殖民掠夺，开发矿山，建立种植园，发展起以奴隶劳动为基础的农场主制度，开始了早期的国际专业化生产。在政治上也导致了美国、加拿大、巴西、阿根廷等国家的出现，改变了世界人种、语言、宗教的分布格局，为今天世界政治、经济、文化格局的形成打下了基础。
2．《天体运行论》的发表
1510—1516年，波兰天文学家哥白尼（1473—1543年）完成了六卷巨著《天体运行论》，首先明确提出“地球是动的”“行星旋转的中心不是地球而是太阳”“地球不是宇宙中心，而是绕太阳旋转的一颗普通的行星”等等，从而建立了日心说，哥白尼还认为地球绕轴自转产生昼夜交替，同时地球绕太阳公转，导致了季节变化。经过布鲁诺（1546—1600年）、开普勒（1571—1630年）、伽利略（1564—1642年）和牛顿（1642—1727年）等许多科学家多年的努力，地心说逐步被日心说取代，曾风靡世界1500年之久的地心说逐步从人们心目中淡出。1781年天王星的发现，1864年、1930年海王星和冥王星的发现，使日心说在对地心说的斗争中取得了彻底的胜利。
3．麦哲伦环球航行
1519年9月，麦哲伦带领200多名探险队员分乘五只船，开始了为期3年的环球航行。他们从西班牙出发，渡过了大西洋绕过南美洲南端进入太平洋。一路上，他们历尽千辛万苦，因无法补充食物和淡水，甚至把船上的老鼠都吃光了。1521年3月，麦哲伦因干预菲律宾群岛上部族之间的纠纷而被杀死。最后剩下的一只船和十几个探险队员穿过印度洋，经过非洲南部好望角，于1522年9月又回到了西班牙。他们用实事证明了：地球是一个球体。
4．里希尔的疑惑
1761年，法国天文学家里希尔到今法属圭亚那首府卡宴（52．5°W，5°N）进行天文观测，发现由巴黎运来的摆钟每天慢2．5分钟。他大惑不解，经过仔细的研究，他发现这一现象发生的原因可能是由于地球并非正球体引起的。即赤道上的地表比高纬地区同海拔地表距地心更远。从而证明，地球并非正球体，而是一个两极略扁，赤道略鼓的不规则球体。
5．傅科摆试验
1851年，傅科在巴黎众神殿上用长度为200英尺的绳子吊悬一个60磅的铁球，并在铁球下装一根细针，球摆动时，针可在地面铺的砂层上划出记号。根据力学定律，摆动物体都力图保持它原有的摆动平面。傅科却发现摆总是逐渐向右偏转，在49°N的巴黎，每小时向右偏转11°之多，每32小时偏转一圈（360度），进一步的实验发现，在极地摆动平面每小时偏转15°，每24小时偏转一周，但在赤道并不发生偏转，既然摆动平面是固定不变的，这种偏转就只能是一种视偏转，它说明不同纬度上经线方向在不断变化。摆动平面的视偏转与地球自转的方向相反，在北半球向右或顺时针，在南半球向左或逆时针。傅科用实验证明了地球自转和地球自转偏向力产生的根本原因，为地球上运动物体找到了一个“共同”的力。
6．病榻上的发现
1910年的一天，德国科学家魏格纳躺在医院的病床上，目光正好落在对面墙上的一幅世界地图上，他突然发现，大西洋两岸吻合得如此完美！这时，他的脑海再也无法平静下来，非洲大陆和南美大陆原来可能拼合在一起，后来因为某种力的作用使其发生了分离，现在仍在漂移之中，他又对其他大陆进行了拼合。于1912年正式提出“大陆漂移学说”。为了进一步寻找大陆漂移的证据，他只身前往格陵兰岛探险考察，在他50岁生日那天，不幸遇难。他的这一伟大学说，以及由此而发展起来的板块构造学说，使人类重新认识了地球。
五、哥白尼——以惊人的天才和勇气揭开了宇宙的秘密
（一）哥白尼
尼古拉·哥白尼，波兰伟大的天文学家。他以惊人的天才和勇气揭开了宇宙的秘密，奠定了近代天文学的基础。哥白尼以毕生的精力去进行天文研究，创立了《天体运行论》这一“自然科学的独立宣言”。他的这些成就使他成为了人类科学发展历史上最伟大的革命家之一。
哥白尼于1473年2月19日出生在波兰西部维斯杜拉河畔托伦城的一个商人家庭。
1491年至1495年，哥白尼进入克拉科夫大学学习。克拉科夫是当时波兰的首都，也是东欧最大的贸易和文化中心，有许多国家的留学生在这里学习。由于它地处东西欧交通要道，所以比较早地受到意大利文艺复兴的影响。因此在这座古老的大学里，新兴的资产阶级人文主义思想和腐朽的封建教会的经院哲学之间展开了激烈的斗争。哥白尼在先进的人文主义思想的熏陶下，在心灵里埋下了向经院哲学挑战的种子。在这里，他遇到了对他的一生产生深远影响的数学家和天文学家布鲁楚斯基教授。是这位教授的启蒙教育促使哥白尼决定将自己的一生奉献给天文科学。
1496年哥白尼前往意大利求学，先后进入博洛尼亚大学、帕多瓦大学和费拉拉大学学习和研究法律、天文学、数学、神学和医学，他同时还学会了希腊文。1503年，哥白尼获得了教会法规博士学位。
1510年后，他先后从事过管理、外交等工作。他是一个杰出的经济学家，写过《货币的一般理论》一书。他是近代第一个提出劣币淘汰良币理论的经济学家。哥白尼医术高明，他利用业余时间行医，免费为穷苦人治病，是一位颇有名望的医生，被人们誉为“神医”。哥白尼还是一位出色的数学家，他的巨著《天体运行论》附录里，发表过他的球面三角论文。
哥白尼也是一位伟大的爱国主义者，当条顿骑士团疯狂侵略波兰时，他挺身而出，起来保卫自己的祖国。1519年，条顿骑士团来犯，埃尔门兰德地区的僧侣全给吓跑了，而他却勇敢的组织和领导了奥尔兹丁城的人民奋勇反击侵略者，经过五天五夜的激战，终于打退了敌人的进攻。
尽管哥白尼总是事务繁忙，但他始终保持冷静的头脑，把主要精力放在从事天文学的研究上。1515年，哥白尼开始写作《天体运行论》一书。1525年，哥白尼原来的女管家安娜衷心爱上了这位伟大的科学家，她不顾别人的流言蜚语，来到了被教会剥夺了结婚权利的哥白尼身边。由于她的精心照顾和帮助，才使得《天体运行论》一书的写作得以顺利进行。
1543年5月24日，伟大的波兰科学家哥白尼病逝。
哥白尼是欧洲文艺复兴时期的一位巨人。他用毕生的精力去研究天文学，为后世留下了宝贵的遗产。由于时代的局限，哥白尼只是把宇宙的中心从地球移到了太阳，并没有放弃宇宙中心论和宇宙有限论。在德国的开普勒总结出行星运动三定律、英国的牛顿发现万有引力定律以后，哥白尼的太阳中心说才更加的稳固。从后来的研究结果证明，宇宙空间是无限的，它没有边界，没有形状，因而也就没有中心。虽然哥白尼的观点并不完全正确，但完全正确的是他的理论的提出给人类的宇宙观带来了巨大的变革。
恩格斯在《自然辩证法》中对哥白尼的《天体运行论》给予了高度的评价。他说：“自然科学借以宣布其独立并且好像是重演路德焚烧教谕的革命行动，便是哥白尼那本不朽著作的出版，他用这本书（虽然是胆怯地而且可说是只在临终时）来向自然事物方面的教会权威挑战，从此自然科学便开始从神学中解放出来。”
（二）日心地动说的提出
自古以来，人类就对宇宙的结构不断地进行着思考，早在古希腊时代就有哲学家提出了地球在运动的主张，只是当时缺乏依据，因此没有得到人们的认可。在古代欧洲，亚里士多德和托勒密主张地心学说，认为地球是静止不动的，其他的星体都围着地球这一宇宙中心旋转。这个学说的提出与基督教《圣经》中关于天堂、人间、地狱的说法刚好互相吻合，处于统治地位的教廷便竭力支持地心学说。因而地心学说长期居于统治地位。
随着事物的不断发展，天文观测的精确度渐渐提高，人们逐渐发现了地心学说的破绽。到文艺复兴运动时期，人们发现托勒密所提出的均轮和本轮的数目竟多达八十个左右，这显然是不合理、不科学的。人们期待着能有一种科学的天体系统取代地心说。在这种历史背景下，哥白尼的地动学说应运而生了。
约在1515年前，哥白尼为阐述自己关于天体运动学说的基本思想撰写了一篇题为《浅说》的论文，他认为天体运动必须满足以下七点：
1．不存在一个所有天体轨道或天体的共同的中心。
2．地球只是引力中心和月球轨道的中心，并不是宇宙的中心。
3．所有天体都绕太阳运转，宇宙的中心在太阳附近。
4．日地距离同天穹高度之比，就如同地球半径同日地距离之比一样渺小。地球到太阳的距离同天穹高度之比是微不足道的。
5．在天空中看到的任何运动，都是地球运动引起的。
6．在空中看到的太阳运动的一切现象，都不是它本身运动产生的，而是地球运动引起的。地球带着大气层，像其他行星一样围绕太阳旋转。由此可见，地球同时进行几种运动。
7．人们看到的行星向前和向后运动，是由于地球运动引起的。地球的运动足以解释人们在空中见到的各种现象了。
书中，哥白尼批判了托勒密的理论。科学地阐明了天体运行的现象，推翻了长期以来居于统治地位的地心说，并从根本上否定了基督教关于上帝创造一切的谬论，从而实现了天文学中的根本变革。
（三）《天体运行论》
哥白尼认识到《浅说》中的论断是假设的方式提出的，且他的模型所用数据并非亲自观测得出，缺乏可信度。1515年，哥白尼便开始着手准备撰写《天体运行论》这一更为完整的论著。十几年来，哥白尼进行了大量的天文观测，收集了大批资料，终于在1533年完成了这部巨著的初稿，随后，他又长期进行观测、验证、修改，使得他的宇宙体系更具说服力，成为一种科学理论。
《天体运行论》的第一卷是全书的精髓，先后论述了“宇宙是球形”、“大地也是球形”、“天体的运动是均匀永恒之圆运动或复合运动”。哥白尼说，“天体的这种旋转运动对于球来说是固有的性质，它反映了球形的特点。球这种形状的特点是简单、没有起点、也没有终点，旋转时不能将各部分相区别。而且球体形状也正是旋转作用本身造成的。”
哥白尼赞同毕达哥拉斯学派的主张，即应当用简明的几何图像来表示宇宙的结构和天体的运行规律。
哥白尼在《天体运行论》中还详细讲解了地球的三种运动（自转、公转、赤纬运动）所引起的一系列现象，岁差现象、月球运动、行星运动及金星、水星的纬度偏离和轨道平面的倾角。《天体运行论》的诞生使当时所知道的太阳系内天体的位置和运行状况更为完整了。
然而，这部伟大著作的出版却经历了一个艰难而曲折的过程。
16世纪30年代初，哥白尼的新理论已开始在欧洲流传，他的朋友们更竭力在意大利高级教会人士中传播他的新理论和观点。他们试图通过这种办法为哥白尼公布自己的学说铺平道路，从而实现当时的科学革命。在众多好友的努力下，红衣主教尼古拉·申伯格对哥白尼的学说产生了巨大的兴趣，他在1536年11月1日给哥白尼写了一封信，想了解哥白尼的学说，信中用肯定态度谈到了日心学说中的日、土、月3个天体的位置。然而这位开明的红衣主教在第二年便去世了，没能够成为哥白尼学说的庇护人。
在《天体运行论》完成后，哥白尼却对它的出版犹豫不决了。他担心这部书出版后会遭受到地心说信徒们的攻击，并受到教廷的压制。在朋友和学生的支持鼓励下，经过长期反复的考虑，哥白尼终于决定出版这部著作。1542年，哥白尼给教皇保罗三世写了一封信，寻求教皇的庇护。他相信教皇将用自己的威严与威望保护他，令他的学说免遭谴责。然而，这一切并没有如他所愿，这封哥白尼用来作为《天体运行论》序言的信却只是起到引子的作用。
1542年6月，《天体运行论》和排印工作开始进行，负责这本书出版事宜的奥西安德尔却按自己的意愿写了一篇没有署名的序言，说明书中的学说只是为了计算星历表之便而采用的假设，不一定和实际情况相符。这也是在《天体运行论》出版后几十年时期内很少人重视哥白尼理论的一个重要原因。哥白尼的学生雷蒂库斯对此事感到十分愤慨，他曾多次要求著作的出版人发行改正版，但这些要求都未能实现。
1543年5月24日，弥留之际的哥白尼终于见到刚刚出版的《天体运行论》，可惜当时的他已经因为脑溢血而双目失明，他只摸了摸书的封面，便与世长辞了。
