古代巴比伦人在农业生产中为了不违农时，非常注意对天象进行观测。他们一般在七级寺塔（吉库拉塔）的顶部设置观象台，由占星祭司在台上观测天体运行。经过长期的天文观测，积蓄了丰富的天文资料，掌握了一些天体的运行规律，于是便产生了天文学。在古巴比伦时期，已能将五大行星（火、水、木、金、土）与恒星区别开来，并能观测太阳在恒星背景上的视运动轨道——黄道。后来又区分出黄道上的12个星座，白羊、天蝎、双子、巨蟹、天秤、狮子、宝瓶、双鱼、人马、金牛、室女、摩羯等星座的命名，直至今天乃为欧洲天文学界所沿用。测定太阴月的持续时间为29日12时44分3秒，比现代天文学家测定的数据仅多几秒。他们发现每过10年零11日，月亮又回到它相对于太阳的位置上去，因而能事先算出太阳和月亮的相对位置，可预测日蚀、月蚀。以12个月为一年（6个29天月，6个30天月），每年为354天，比太阳年（365日5时48分46秒）少11日5时48分46秒，以闰月的方法补足。亚述帝国和新巴比伦时期，人们还根据月相周期变化，以7天为一周，分别用日、月、火、水、木、金、土7位星神的名称命名，现行的星期便来源于此。巴比伦天文学的另一突出成就，是一些星象家已认识到大地是一个球体。
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