摘要
本文选取18世纪-20世纪初期这个时间段，以恒星演化理论为线索，研究早期天体物理这门学科得以建立的过程。在将近二百年的长时间跨度里，西方天文学经历了宇宙观的转变、分类法对于恒星演化理论的影响以及技术带来新的突破，最终导致了一门新学科的建立和范式的转变（赫罗图的诞生）。本文主要分为三个部分，第一部分是宇宙生成演化思想和分类法研究天体演化方法的来源背景。尽管在古希腊争鸣时期宇宙生成论并不鲜见，然而由于固体天球模型在17世纪之前不可动摇的地位，宇宙演化的思想在很长一段时间内很少为人所提起，直到17世纪宇宙观从有限固体天球观念转变成无限宇宙观之后西方天文学才重新有了宇宙演化的概念。18世纪，康德提出“星云假说”阐述了天体生成演化的思想，同一时期赖特(Thomas Wright)、朗伯特(Johann Heinrich Lambert)等人均提出了各自的宇宙生成论，然而这些理论依然是哲学或是神学层面，缺乏实际的天文观测。 真正将宇宙生成论提升到宇宙演化论的是恒星天文学的开创者威廉·赫歇尔。他不仅通过大量的天文观测记录下星云的形态，还根据博物学分类方法给星云分类。赫歇尔理论最核心的一点是，他认为星云可以从一种类型转变成另一种类型，由此排出了一个星云演化序列。赫歇尔的星云分类法根据引力作用下恒星聚集程度的外在形态来分类，尚无法深入到恒星本质的认识阶段，因此此时的天体演化思想是朴素分类法以及牛顿力学结合的产物，尽管如此整个思想与后来光谱分类是一脉相承的。 本文第二部分主要研究恒星测光和光谱技术如何推动天文学向精确、定量化的转变并由此带来了新的恒星演化理论。17世纪宇宙观的转变不仅产生了天体演化的思想萌芽，也促成了现代意义上恒星测光问题的诞生。古代天球模型的打破使人们意识到不同恒星离地球距离并不相同，从而建立起亮度-距离的简单模型。赫歇尔父子在恒星测光方面做出了开创性的贡献，约翰·赫歇尔制成第一台专门用于天文测光的天文光度计，并通过测光和数据统计认识到恒星亮度不仅与距离有关，而且与恒星内在性质有关。在19世纪前期，天文测光面临“标准烛光”的选取和控制不同观测者对颜色亮度的感知误差两大问题。德国物理学家泽尔纳结合光学与视觉心理学重新设计了天文光度计，一举解决了这两个问题。更为重要的是，经由精确测光，泽尔纳把恒星颜色与亮度联系起来，提出了一套恒星演化理论，不同于赫歇尔的朴素分类法，泽尔纳的演化理论开始涉及恒星内在本质属性，天文学逐渐过渡到天体物理学。 同样在19世纪中叶，与恒星内在本质联系更紧密的光谱学发展了起来，使得天文学正式从天体力学、位置天文学进入到天体物理学的新阶段。通过恒星光谱，人们能更加直观地研究恒星的组成成分和温度，天文光谱对于天文学类似于生物学进入到更微观的细胞、分子层面。而基于光谱分类的恒星演化理论更是摆脱赫歇尔时代天体力学的框架，以恒星内在化学组成、温度等本质属性进行分类。其中洛克耶(Norman Lockyer)根据光谱分类提出的演化理论对后来赫罗图发现人之一的罗素产生了重大影响。 光谱、测光与照相术被誉为19世纪天文学三大技术，这些技术的保障才带来了理论范式的突飞猛进，这也是本文第三部分要研究的——赫罗图的建立和早期解释。赫茨普龙和罗素分别独立地找到了恒星光度与光谱型之间的关系。赫茨普龙根据莫里(Mauery)的光谱分类发现了红巨星，并在后续研究中第一次研究了星团光谱-光度图。但是他没有给予光谱-光度图新的解释，而罗素不仅独立得到赫茨普龙的结果，同时还是历史上第一位以恒星演化角度解释光谱-光度图的人，1933年有人将赫茨普龙和罗素的成果合称为“赫罗图”。 赫罗图是目前研究恒星演化众所周知的重要工具。从最初恒星演化理论的真空期，到因为宇宙观转变引发的朴素萌芽猜想，再由技术的进步带来的新的学科的发展最终诞生赫罗图的经历反映着科学知识变化的历史过程。
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