現代天文學研究離不開天文望遠鏡，為了更好地洞察宇宙的奧秘，天文學家一直致力于建造位置更高，口徑更大，造價更貴的望遠鏡。不過當我們放眼整個人類天文學史，望遠鏡存在的歷史不過四百余年，在17世紀以前，天文學家研究星星時還沒有望遠鏡可用。人類仰望星空的歷史不可謂不漫長，大體可以分為史前天文學、古代天文學、中古天文學、天文學革命、近代天文學以及現代天文學六個歷史階段。
史前天文學
(資料圖片)
對于文字出現以前的歷史階段，我們可以稱為「史前天文學」。在文字出現以前，知識的傳播主要依靠口語，實物（如建筑、器物等）為傳播的輔助形式。這一時期我們雖然找不到文字證據，但可以通過一些史前遺跡判斷此時人們的天文學水平。
1940年的一天，四位青年在法國南部偶然發現了一個神秘洞穴，這個名為「拉斯科」（Grotte de Lascaux）的洞穴內擁有眾多壁畫與巖石雕刻，年代可追溯至距今1.6~1.9萬年以前。在這些史前人類留下的藝術創作中，一幅特別的作品引起了學者的注意。
拉斯科洞窟中有一處如今被稱作野牛殿堂（The Hall of the Bulls），保留著形形色色的野牛壁畫。當中有一幅壁畫從牛角到牛尾的跨度達5.6米，這幅野牛壁畫不僅在規模上極其壯觀，細節方面也值得稱道。在其牛頭處的牛眼附近，有集中的黑點群，不遠處的牛背上方則有六個黑點。這些黑色斑點群被一些學者認為可能是當時的人們對畢宿五、畢星團以及昴星團的刻畫，而整個牛頭形象可能就是后來我們熟悉的金牛座的雛形。
2003年，考古人員在位于山西襄汾的陶寺遺址內發現一處大型半圓體夯土建筑，考古學信息顯示該建筑始建于陶寺中期（約公元前2100年），毀于陶寺晚期。根據殘存建筑的形態判斷，建筑最初由13根夯土柱組成，形成了由北至南大致均勻分布的12條狹縫。考古人員還在半圓建筑的圓心附近發掘出了被認為是觀測點的多層夯土小圓臺，學者們把小圓臺與13根夯土柱看作是我國觀象臺的鼻祖，稱其為陶寺觀象臺。
武家壁等[1]天文考古專家嘗試模擬公元前2100年時在陶寺觀象臺的觀測情況，結果顯示在夏至日，當太陽在遠處山脊露出一半的圓面時，從觀測點望去，太陽位于最北側的狹縫內右部；而在冬至日，當太陽同樣露出一半的圓面時，會正好出現在由北至南第11條狹縫的中央。太陽永遠不會從最南側的狹縫升起，該縫在冬至日狹縫以南6度，有學者推測這可能標記了月球在升起時能到達的最南點。
可見在史前期，人類已經具備了一定的天文知識，可以辨別天體出沒方位，對于夜空中的群星也有了自己的理解。
古代天文學
隨著文字出現，人類認識宇宙的步伐逐漸加快，天文學也進入了「古代天文學」時期。在這一階段的早期，可以重點關注三個古文明對天文學的貢獻，它們分別是位于非洲尼羅河流域的古代埃及，位于中亞兩河流域的古代美索不達米亞，以及東亞黃河—長江流域的古代中國。三個古文明在天文探索之路上所感興趣的主題是相似的，大體可以分為三個：其一是星象，其二是歷法，其三是星占。
以三個文明對行星的認識為例，古埃及人將五大行星稱為「不知疲倦的星星」（stars that know no rest）；古代美索不達米亞人把五大行星連同太陽月亮合稱為「畢布」（bibbu），意為「游蕩的綿羊」。在古代中國的先秦時期，五大行星的獨立稱謂已經出現了，如歲星（木星）、鎮星/填星（土星）、熒惑（火星）、太白（金星）和辰星（水星）。
在公元前三千紀（公元前30世紀—前21世紀）早期，古代美索不達米亞南部城市烏魯克（Uruk）曾舉行過一種儀式。儀式與當時廣受崇拜的女神伊南娜（Inanna）有關。伊南娜既是夜晚之神又是清晨之神。蘇美爾人認為她是金星的化身，這也對應了金星有時會在日落后出現成為昏星，有時則在日出前出現成為晨星的天文現象。
只有在掌握金星運動規律的情況下，蘇美爾人才有可能推導出所謂的晨星和昏星實際上都是金星。相比之下，歐洲人得出這個結論已經是兩千年以后的事情了。
同在美索不達米亞的巴比倫人則在他們的觀測記錄中提到了行星更具體的視運動狀態。巴比倫天文學家對行星的觀測可以分為兩類。一類是對行星從某顆特定恒星附近經過時的記錄，另一類是行星自身運動狀態的記錄。巴比倫天文學家在持續的觀察中注意到所有行星在大部分時間里會自西向東穿過背景恒星，這樣的運動為順行；在小部分時間行星會出現反方向運動——自東向西穿過背景恒星，為逆行。在行星從順行轉為逆行，以及從逆行轉為順行時，還會出現「留」的現象，此時行星和背景恒星相對靜止，看上去就像停止了運動。
在古代中國，對于行星的關注還催生了一種利用行星位置標記年份的方式——歲星紀年。在春秋時期人們發現木星大約每12年就會回到原來的星空背景中，遂將木星行經的星空分為12部分，將每一部份分別命名，稱為「十二次」，這樣就可以通過記錄木星所在星次進行紀年。
在古代天文學的中后期，以古希臘天文學為代表的西方天文學傳統，以及以古代中國天文學為代表的東方兩天文學傳統正式成形。
古希臘天文學吸收了古巴比倫天文學與古埃及天文學的精華，又影響了中世紀尤其是阿拉伯的天文學，是承前啟后的存在。古希臘天文學肇始于農業與航海的實際需要，經過一代代哲學先賢的發展，其重心從實用的「觀象授時」轉變為對宇宙本源以及行星運動的思考。這一轉變過程中誕生了許多對后世影響巨大的理論與概念。
古代中國的學者們在古代天文學時期也奠定了對后世影響深遠的天文學范式。這一時期的古代中國天文學不僅為后世留下了眾多寶貴的天象記錄，形成有官方背書的天學史料收錄傳統，還誕生了包羅萬象的天文歷法，在宇宙論方面也有著自己的獨到見解。
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