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有一种特殊的发射光谱；②每一种元素可以吸收它能够发射的光谱线，这叫
自蚀式自变现象。他和本生在研究了各种元素的光谱并和太阳光谱的夫琅和
费线作了对比之后，宣布太阳大气中存在铁、钠、钙、镍等元素，但没有锂。
1861年，布儒斯特指出落日时的太阳光谱的暗线受到地球大气的干扰。
4年后詹森 （1824—1907年，法国）进一步证明大气中的吸收谱线是由氧和
水汽形成的。1866年，洛基尔（1836—1920年，英国）利用分光镜研究黑子，
他发现黑子的光谱吸收暗线远比太阳其它地区的吸收暗线多。1869年，埃格
斯特 （1814—1874年，瑞典）首次测出了1000多条太阳光谱线的波长，并
以他的姓名的第一个字母人作为波长单位的名称（埃）。
太阳光谱学的研究推动了人们对太阳的研究。18世纪末，W。赫歇尔还假
定太阳是一个冷的固体，其上有生物和居民。但是光谱分析证明太阳大气中
有金属气体存在，足见温度很高，不适合任何生物生存。1865年，法伊（1814
—1902年，法国）提出了新的太阳理论，他假定太阳是一个高温气团，热量
自太阳内部辐射出来，太阳内部的物质也随之上升至太阳表面，在那里重新
聚集又回到太阳的内部，这种对流构成了太阳物质的循环运动。这一理论延
续至本世纪才为新的太阳理论取代。
1868年8月18日，在日全食观测中使用了分光镜。其中对日珥作的光
谱观测研究表明日珥是太阳大气的一部分，是太阳部分物质爆发时形成的特
殊现象。参加这次观测的詹森在日珥的光谱中发现一条未知的谱线D，位置
S
与钠的D线很接近。次年，洛基尔（1836—1920年，英国）在日全食观测中
又见到这条暗线，他确认这条谱线证明太阳中有一种特有的元素，定名为氦。
1895年，拉姆赛在一种结晶铀矿中找到一种气体，结果证明地球上也存在
氦。
在研究太阳光谱的同时，有人开始研究彗星的光谱，发现它是相隔为三
段的光谱色带。这说明彗星是一个发光体，不象行星那样仅仅反射阳光。哈
金斯（1824—1910年，英国）进而证明彗星的三段光谱带与碳氢化合物光谱
中的三段光带相合。后来他发现流星的光谱也与此类似，哈金斯的工作是比
较深入的，他观察过彗星的紫外光谱和由彗星反射的太阳光谱。
人们在研究中还发现连续光谱和发光体表面温度存在关联，通常当发光
体温度升高，其辐射能量的最大值向光谱的紫端偏移。恒星吸收光谱也与恒
星温度有关。塞奇（1818—1878年，意大利）自1863年起用低色度的摄谱
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仪观测恒星光谱，他把恒星分为白色星、黄色星、橙色星、红色星和暗红色
星。80年代以后，天文学家们才根据光谱，把恒星划分为不同温度类型的星。
1842年，物理学家多普勒（1803—1853年，意大利）指出，当波源与观
察者相对运动时，将观察到波源的频率发生变化；当光源离去时，它发出的
声或光的频率降低，或波长变长。人们很自然会想到在天体观测中也会产生
“多普勒效应”：如果星球向地球而来，其光谱必向紫色一端移动；反之，
则会向红色一端移动。1868年，哈金斯观察到天狼星吸收谱线向红端移动，
他计算出天狼星以约每秒34。5公里的速度远离地球而去。从此，利用多普勒
效应观测天体，解决了许多重大的天体物理问题，对现代天文学的诞生产生
了深远影响。
光度学的发展与应用是19世纪天体物理学的另一个方面。18世纪中叶，
兰伯特（1728—1777年，德国）建立了光度学的基本定律。他研究了光线在
透明介质中被吸收的情况，论述过月亮和行星的亮度问题，得到满月时月亮
的平均亮度只有太阳的27。7万分之一的结论。
1859年，泽内尔（1834—1882年，瑞典）发明了光度计，使星体亮度测
量的准确性大大提高，泽内尔用这一方法测量了星体的亮度，于1861年公布
了近代第一个使用光度计测量的星度表。在他之前，普森（1829—1891年，
英国）建议按星的亮度分为5个星等，相邻两个星等亮度之比为2。512。他
们的工作为恒星光度学奠定了基础。
在照相术发明之前，天文学家们是用手把观察到的星体形貌画在纸上
的。
1827年，尼普斯（1765—1833年，法国）制成了第一台照相机，他利用
银盐感光的原理制做底片，经过长达8小时的曝光得了第一张风景相片。他
的合作者达盖尔（1789—1851年，法国）在1839年发明了一种银版照相术，
使用碘化银做感光材料，感光时间缩短到 20—30分钟。定影液由天文学家
J。赫歇尔建议使用硫代硫酸钠。照相术的成功立即引起天文学家的高度重
视，就在当年由J。德雷伯（1811—1882年，美国）把照相机安装在一架口径
是7。6厘米的折射望远镜上，望远镜跟踪着月亮并连续曝光20分钟，终于得
到了第一张天文相片。
1851年，摄影师斯科特—阿切尔（1813—1857年，美国）发明了珂珞酊
湿片法，感光速度比达盖尔法快100倍以上。德拉鲁（1815—1889年，英国）
于次年将这一方法用于天文照相，仅曝光30秒就得到一张清晰的月亮照片。
1860年，他在西班牙又用此法拍到一张清晰的日珥照片。从此，照相方法在
天文观测中得到推广。
1871年，化学家马多克斯 （1816—1902年，英国）用明胶代替珂珞酊，
发明了干版法。这一方法几经改进在19世纪末使感光速度提高了几千倍，连
暗弱的恒星也可以拍照。此外，照相术还用来拍摄恒星的光谱。
由于分光术、测光术和照相术的应用，为研究天体的物理性质和化学组
成提供了可能，最终导致天体物理学的诞生。于是天文学由只能研究天体的
机械运动发展到研究天体的物理和化学特性，完成了自身的一次飞跃。
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六、近代后期地学
1。地质学进化论与灾变论的争论
直到18世纪地质学还处在矿物学的初级阶段。在大地构造的成因问题上
水成论和火成论学派的长期论争一直延续到19世纪初。
魏尔纳（1750—1817年，德国）是水成论的代表，他认为原始的地球是
由固体的地核和覆盖在地表的水组成的，海洋中含有大量岩石物质，这些物
质通过长期的结晶过程沉析为原始的岩层，同时由于海水的进、退交替发生
使岩层进化为陆地和岛屿。他还认为火山岩和火山产物是堆积在地表的新岩
层。19世纪初，水成论占据了统治地位，例如1807年英国成立地质学会，
会员全部是水成论者。
与水成论对立的一方是火成论，英国地质学家赫顿（1726—1797年）被
公认是火成论的代表者。他强调由于地球内部的热运动造成地质长期的缓慢
的变化。他曾说：“不是地球固有的因素不予使用”，就是说在研究地质现
象中不考虑超自然的力量，这一见解为近代地质的研究指明了方向。他同意
原始的地球是由核和包围核的大洋组成的观点，但认为地核内是温度很高的
岩浆，一旦喷流出来会形成玄武岩构造。火山的喷发使海底地壳隆起，形成
陆地和山脉。山脉的岩石经风化又被冲入大海，形成彼此平行的岩石，一层
层覆盖海底。赫顿实际上已具备了地质学进化论的基本思想。
人们对地壳演化和运动的历史主要是通过对古生物化石的发掘和研究认
识的。古生物学家居维叶（1769—1832年，法国）较早地注意到古生物化石
和地层的关系。他在研究中发现每个有机体都能自成体系。有机体的各部分
是互相适应的，任何一部分的改变都必然引起其它部分的改变，这样只要获
得机体的一部分，就可以判明其它部分。居维叶据此提出了“器官相关律”，
指导古生物学家从发掘得到的古生物残片复原全貌，从而精确地确定该生物
的纲、目、属、种。这一成就对确定地层层位也有实际价值。
1802年，居维叶得以对巴黎盆地的沉积地层作深入研究，他发现地层愈
古老，所含化石和现代生物种属差距愈大，其中不少古生物的种、属是已经
绝灭了的。他还发现不同时代的地层之间存在不整合现象，在不整合面之下
的岩层不仅产状不同，所含的生物化石也不同。这一年人们还得以研究从埃
及带来的3千年前的动物干尸，结果表明与现存有关物种非常相似。居维叶
于是认为经过3千年都找不到明显的变化，说明种是不变的。那么为什么一
些种灭绝了，一些新种又产生了呢？居维叶认为：“现在地球上的生命都遭
到过可怕的事件，无数生物变成了灾变的牺牲者”，“因此，这些种群就永
世绝灭了。”
1812年，居维叶发表《论地球上发生过的若干次“革命”》，系统阐述
了“灾变论”。他认为上帝制造一次“灾变”，对地球来说相当于一次“革
命”，于是一些种灭绝了，上帝又创造了新的种，然后再面临新的灾变。洪
水、地震都是大灾变的原因。
灾变论曾产生过广泛影响，一些地质学家支持这一学说，甚至有人统计
过地球曾经有过27次灾变，每一次灾变都消灭了所有的生物。灾变论虽然含
有合理的因素，但它完全否认生物存在进化，仅仅片面地强调了物种的灾变，
因而从一开始就受到怀疑和挑战。
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地质进化论的代表者是赖尔（1797—1875年，英国），他继承和发展了
赫顿的学说，创立了系统的地质进化论或“均变论”学说。为了获得足够的
地质学资料，他自1818年起在英国各地作地质考察，后来又从法国、瑞士直
到意大利进行多次地质考察。1828年，他着手写《地质学原理》，两年后这
部地质学名著的第一卷出版。在这部著作中他特别强调“在地球的一切变革
过程中，自然法则始终是一致的”，他解释道：“河流和岩石，海洋和大陆，
都经过各种变化，但是指导这些变化的规律以及它们所服从的法则始终是相
同的”。从这一点出发，他认为“现在是认识过去的钥匙。”他在分析和考
察了现在的仍旧改变着地球表面的种种过程和规律之后，指出河水对陆地的
浸蚀，海浪对海岸的破坏作用，河口三角洲以及海底物质堆集，地震火山和
风、雪、雨的作用，都在长期地缓慢地改变着地貌。
他批评灾变论的错误观点，认为灾变论者把地球的年龄估计得太短，由
于把漫长的地质史设想成只有几千年，导致把毫无关系的事件说成是同时存
在或同时发生的，这样必然“会对各种作用的力量和猛烈程度作出同样过份
夸大的描写”。他还指出，灾变论强调“自然作用的种类和程度与现在的自
然法则绝不相同”的论点是站不住脚的，他深信自然法则始终是一致的。
赖尔的思想融汇了“水成论”和“火成论”，他说：“水成的力量不断
地努力夷平崎岖的地面；火成力量则活跃地恢复地球外壳的起伏不平”。
赖尔的学说建立在大量地质调查和严格推理的基础上，他强调是自然界
自身的力量改变了地球的面貌，而且把变化、发展的思想引进了地质学，因
而在当时学术界产生了巨大的影响。恩格斯评论道：“只是赖尔才第一次把
理性带到了地质学中，因为他以地球的缓慢变化这样一种渐进作用代替了由
①
于造物主的一时兴发所引起的突然革命。”但是，赖尔强调“自然法则始终
是一致的”论点，忽视了灾变对地质进化的作用，从而使他具有绝对化和简
单化的倾向，并使他对后来兴起的造山学说和冰川学说持保留态度。
2。19世纪的地学家
第一个把生物学引入到地质学的是“英国地质之父”史密斯（1769—1839
年，英国）。史密斯原是一位测量工，他每到一处测量总是留心观察岩石剖
面。在18世纪末，他从长期的观察研究中已领悟到“每一地层中都含有独特
的生物化石”。经过综合和概括他提出了著名的“地层层序律”，编制了化
石一览表，同时还绘出了地层柱状图和地质剖面图，但是这一成就并未引起
人们的重视。
1799年，他自费在英国各地作地质考察，1815年出版了他编绘的《英格
兰和威尔士及部分苏格兰地质图》，在这幅图上他用颜色标出了英国地层的
层序。次年，又出版了《以生物化石鉴定地层》的专著，首先提出用“标准
化石”和“化石组合”鉴定地层层位的原则，从而为历史地质学奠定了牢固
的基础，这一原则和方法一直沿用至今。
同一时期研究化石与地层关系的还有居维叶。稍晚，赖尔的同伴麦寄生
研究过欧洲各地区古生代地层，他的研究推动了19世纪地层学的进步。
在赖尔提出地质进化论之前，曾有二位地质学家发表过类似的思想，一
① 恩格斯，《自然辩证法》，《马克思恩格斯选集》第三卷，人民出版社，1972年版，451页。
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位是英格兰人赫顿，一位是普列沃斯特（1787—1856年，法国）。前者强调
由于火成原因造成地质的渐变，后者从巴黎附近一个古老湖泊的演变历史说
明长时期的微小地质变化可以使地貌从一种状态演变到另一种状态，也可以
说明何以不同的地层或存有淡水化石或存有海洋化石。他们的研究对赖尔产
生了影响。
丹纳（1813—1895年，美国）是19世纪继赖尔之后的一位大地质学家。
19世纪30年代，丹纳曾到世界各地作地质考察，特别是在1838年至1842
年期间他随探险队详细考察了南美海岸和太平洋的地质情况。在此基础上他
提出了所谓的“地槽”概念。地槽是指地壳强烈下陷的部分，地槽中除凹陷
外后来还证明存在褶皱和一定的沉积构造。地槽理论后来由德国人史蒂勒加
以发展，又进而分为正地槽和准地槽等，成为大地构造理论中的一个学说。
19世纪中期还有一位值得一提的地质学家，他是李希霍芬（1833—1905
年，德国）。李希霍芬曾任国际地理学会会长，1868—1872年期间曾考察过
中国、日本、爪哇、印度等地。他到中国7次，考察过当时18个省中的11
个，著有《中国》、《中国地图集》。他对中国的煤矿及其它资源分布很感
兴趣；在地质学方面，他提出了中国黄土高原风成说、震旦系的命名、自然
地理区划等。在地质学研究方法上，他主张把各地域地质地理贯穿在一起研
究，同时又强调区域性地质地理的深入研究。这一切使他在地质界享有很高
的声望。
3。洪堡与近代地理学的创立
自19世纪起，在洪堡等一批地理学家的努力之下，地理学分化为自然地
理学和人文地理学。地理学家们开始用整体的观点和综合的方法研究地球表
面乃至大气层中的一切自然现象。
亚历山大·冯·洪堡（1769—1859年，德国）是自然地理学家、近代地
质学、气象学、地磁学和生态学的创始人之一。1799年，他和植物学家邦普
兰（1773—1857年，法国）乘“毕查罗”号军舰从西班牙出发，开赴美洲作
科学考察。他们首先在委内瑞拉的库玛纳登陆，考察了那里的热带植物群落，
进行了天文观测。又于1800年乘船沿奥里诺科河上溯，深入到人跡罕至的原
始密林中考察。
是年冬，他们前往古巴，对这个号称“糖与奴隶之岛”的政治、经济和