天文史上宏伟的预言,哈雷与它的彗星,本世纪将再看哈雷彗星

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哈雷彗星和爱德蒙·哈雷的宏伟预言

哈雷彗星,拍摄于1986年,图片来源于NASA

哈雷彗星是如何出名的

1656年11月8日,英国天文学家和数学家埃德蒙•哈雷在伦敦附近出生。他是彗星轨道计算的先驱,至今仍是最著名的彗星之一,就是以他的名字命名的哈雷彗星。他也是艾萨克·牛顿的好友,为牛顿的万有引力理论的发展做出了贡献。这个理论帮助我们建立了现代科学,部分原因是它解释了为什么我们生活在一颗环绕太阳运行的行星上。

哈雷彗星上一次出现在地球上空是在1986年,当时一群国际航天器在太空中与它相遇。这颗著名的彗星将会经历76年的环绕太阳之旅后,于2061年再次回归。它之所以如此出名,部分原因是因为它是地球天空中一颗较为明亮的彗星。而且它的公转周期——76年——和人类的寿命相差无几。因此,对于大多数人来说,一生只有一次机会能够看到哈雷彗星。

但它还因为另外一个原因而出名。就是在埃德蒙·哈雷所处的年代,人们并不知道彗星如同行星一样被太阳束缚在轨道上。他们不知道有些彗星,比如哈雷彗星,会一次又一次地回归。彗星被认为只经过我们的太阳系一次。

1704年,哈雷成为牛津大学的几何学教授。次年,他出版了《彗星天文学纲要》。这本书包含了从1337年到1698年中观测到的24颗彗星的抛物线轨道。

并且就在这本书中哈雷做出了他的宏伟预测。

《埃德蒙·哈雷肖像》,约1687年,托马斯·莫里创作。图片来自维基百科。

哈雷的宏伟预测

在他的书里,哈雷记录了出现在1531年,1607年和1682年的三颗彗星。他利用了艾萨克·牛顿的万有引力和行星运动理论来计算这些彗星的轨道。而这些轨道惊人的相似。然后哈雷更进一步,做了一个在当时令人震惊的预测。他认为,这三颗彗星实际上是同一颗彗星,并且每隔76年周期性地回归。

他接着预测这颗彗星将会回归,并说道:

“因此我敢大胆地预言,它将会在1758年再次出现。”

哈雷生前并没有看到他的预言被证实。直到他过世16年后——也就是1758年——彗星如期而至,震惊了科学界和公众。

这是历史上第一个被预测会回归的彗星,为了纪念埃德蒙·哈雷,如今把它称为哈雷彗星。

在哈雷彗星最近的一次回归——也就是1986年——欧洲航天器Giotto称为历史上第一个邂逅并拍摄到彗核的航天器。当哈雷彗星离开太阳时,它拍摄到了哈雷彗星的核心。图片由哈雷多色相机团队/Giotto项目/欧洲航天局/美国宇航局拍摄。

哈雷,佛莱姆斯蒂德和水星凌日

17世纪对于英国的科学家来说,是个令人兴奋的时代。当哈雷还是个孩子时,伦敦的皇家科学院诞生了科学革命。物理学家和自然学者,作为科学方法的首批接受者,每周聚会。首位皇家天文学家是约翰.佛莱姆斯蒂德,他被人们熟知的部分原因是因为创立了格林威治皇家观测奖,该奖至今仍存在。

1673年哈雷进入牛津大学皇后学院,他遇到了佛雷姆斯蒂德,哈雷有时会去他的观测点去拜访他,在此过程中佛雷姆斯蒂德鼓励哈雷追寻天文学。

当时,佛雷姆斯蒂德的项目是利用望远镜编绘北半球星空目录,哈雷人为自己可以对南半球的星星完成同样的工作。

哈雷的南半球探险之旅

哈雷的南半球探险始于1676年的11月,还在他获得大学学位之前。他乘坐东印度公司的一艘船前往圣.海伦娜岛,那是世界上最偏远的岛屿之一,也是英国占有的最南部的领土。他的父亲及查尔斯 二世国王资助了这次旅行。

尽管坏天气使得他的工作非常艰苦,但是在1678年他返回家乡时,还是341颗星星的经纬记录以及许多其他的天文观测记录,包括一次水星凌日记录。在这次凌日观测记录中,他写道:观测到这一幕,是迄今为止最为神圣的天文学回馈。

这是一张2016年5月9日水星凌日的图片,图片来源于法国的Vegastar Carpentier Liard杂志社。在图片中位于太阳左侧的一个小黑点,就是水星。2019年11月也曾有水星凌日现象。

破解行星运行密码

1678年底,哈雷出版了他的南半球星空手册,作为第一部此类型的作品,该手册获得巨大的成功。在此之前,从没有人通过望远镜来确定星星的位置。该手册是哈雷作为天文学家的首次闪亮登场。同一年,他获得了牛津大学硕士学位,并当选为皇家科学院成员。

1684年哈雷第一次拜访了艾萨克.牛顿。一组皇家科学院成员试图破解行星运行密码,他们包括物理和生物学家虎克,建筑学家克里斯托弗.雷恩和艾萨克.牛顿,哈雷作为最年轻的一员加入他们,尝试用数学方式解答行星是如何并为何绕太阳运动。他们彼此竞争,看谁第一个找出答案,这刺激了大家的积极性。他们的问题是如何找到一个机械模型,可以使得行星环绕太阳运行,既不会逃离轨道,也不会落入太阳之中。

虎克和哈雷确定这个问题的答案,应该是一个保持行星在轨道上绕日运行的向心力,该力随着行星于太阳距离的平方反比减小,现在我们称之为平方反比定律。

尽管雷恩获得了一项货币奖金,其实虎克和哈雷的研究是在正确的轨道上的,但是他们没能研究出一个同观测相一致的理论轨道。

哈雷拜访了牛顿,向牛顿讲解了自己的观点,并解释说自己还无法证明这一观点。受哈雷鼓舞,牛顿将哈雷的成果进一步发展,形成了今天非常著名的自然哲学的数学原理,经常简称为牛顿原理。

英国曼彻斯特的约翰.雷纳德图书馆馆藏的一本第三版的牛顿原理(1726年版)

哈雷成为皇家天文学家

哈雷还因其气象著作而闻名。1686年他利用他的聪明才智绘制一份世界地图,从而使得很多数据有了意义。

这份地图标绘了各大洋上空的主要风,这是世界上出版的第一份气象图表。

哈雷四处旅行并在许多其他项目上付出努力,例如,他曾尝试将人口年龄和死亡率联系起来,该数据现在对精确计算人寿险变得非常重要。

1720年,哈雷接替佛莱姆斯蒂德,成为第二位格林威治皇家天文学家。

艾德蒙德 哈雷1686年绘制的世界地图,该图标绘了信风和季风的方向,被人为是第一份气象图表。图片来自普林斯顿教育杂志。

概要:天文学家艾德蒙德 哈雷出生于1656年11月8日,哈雷彗星因他而命名

来源:天文在线

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