行星運動定律等

自哥白尼提出日心說以后，人們對太陽系有了新的認識，從開普勒的行星和諧運動定律，到伽利略利用望遠鏡觀測行星運動，直至卡西尼測量行星之間的距離……人們對宇宙有了新的認知。

行星運動定律

開普勒(1571～1630)

約翰內斯·開普勒是德國的數學天才，喜歡解答各種數字難題。他給自己定下的目標是破解行星軌道實際上是無數顆暗淡的星星。很明形狀和長度之謎，并弄清楚行星軌道的形狀和長度與行星完成一次軌道運行的時間有什么關系。

因為受到宗教迫害，1598年，信仰路德教的開普勒離開格拉茨，前往布拉格，與第谷·布拉赫一起工作，并于1601年繼布拉赫之后成為一名皇室數學家。第谷是一位了不起的天文學觀察家，開普勒的工作是分析第谷對火星的觀察結果。開普勒經過多次乏味的觀察嘗試，一次又一次地拋棄了不符合第谷精確數據的結論，后來終于意識到火星沿橢圓形軌道運行，而太陽處于其焦點之一的位置。這一觀點打破了兩千年來圓形軌道論對研究行星運行的桎梏。

在1609年出版的《新天文學》一書中，開普勒發表了關于行星運行的第一定律和第二定律。行星運動的第二條定律闡述了行星的向徑怎樣在相等時間內掃過相等的面積，說明為什么行星離太陽越近時運行速度越快。開普勒為天體之間的和諧而著迷，很快又發現了第三條定律——行星公轉周期的平方等于軌道半長軸的立方。這一結果發表在1619年出版的《宇宙和諧論》中。

然而，開普勒在試圖解釋行星運動的驅動力時，錯誤地提出了在行星和太陽之間有一種相互作用的磁力。

1627年，開普勒出版了《魯道夫星表》。這是最早的現代天文學星表，其中運用到了約翰·納皮爾量新發明的對數。天文學家可以利用這些星表來預測行星在過去、現在或將來任何時刻的位置。

望遠鏡中的天空

伽利略(1564～1642)

1608年秋天，在荷蘭米德爾堡眼鏡工廠附近，獨立制作眼鏡的漢斯·李普希和扎卡里亞·詹森各自設計出了望遠鏡，幾個月后消息傳遍了歐洲。1609年夏天，伽利略在意大利的威尼斯聽到這個消息。

1609年秋天，他已經設計出能把物體放大8倍的望遠鏡，接著又在同年末將放大倍數提高到20倍。1609年12月初，他發現月球上存在著山脈，并測量了其中一些山脈的高度。1610年1月中旬，他發現有四顆衛星圍繞著木星旋轉，為紀念柯西摩大公爵而把它們命名為美第奇星。他仰視銀河，突然意識到那些肉眼看來模模糊糊發著光的東西實際上是無數顆暗淡的星星。很明顯；行星不同于其他星星，有著自己的光盤；金星和月亮一樣有盈有虧；而太陽則遠不像亞里士多德所描述的那樣完美無缺，而是有著很多的斑點，且每25天自轉一次。

伽利略在被抓捕之前很快發表了他觀察到的現象。1610年3月13日，他向佛羅倫薩法庭呈交了《星體通報》的樣本，到3月19日，《星體通報》銷售一空。人們對太陽系開始有了新的認識。

太陽系的起源

拉普拉斯(1749～1827)

1796年，法國偉大的數學家、天文學家拉普拉斯出版了《宇宙系統論》，在書中闡釋了旋轉運動對行星的形成有著重要的作用。這說明了一些已廣為人知的規律，比如為什么行星都在接近圓形的軌道上按相同的方向繞太陽運行，而且幾乎處于同一個平面上。

拉普拉斯認為，太陽原本是不斷旋轉的巨大的星云或大氣團，當氣體收縮時，氣團旋轉速度加快，氣團外圍的氣體在離心力的作用下離開氣團。湍流會在赤道附近形成很多圓環，每個圓環里的物質慢慢凝結成一顆行星。因為圓環的外圈比內圈旋轉速度快，所以行星沿軸線自轉的方向和星云起初旋轉的方向一致。最終，星云的核心濃縮成了現在的太陽。

這種假設的一個主要的缺點在于，原來的太陽旋轉速度非常快，很難像現在這樣均衡地運轉。現在的太陽每25天完成一次自轉，與假設中的情形完全不同。拉普拉斯提出，當太陽演變得日趨成熟的時候，太陽系中的風減緩了它旋轉的速度。拉普拉斯的星云說成功地經受了時間的考驗，現在還在人造衛星領域里得到了應用。

在《宇宙系統論》里，拉普拉斯還計算出，如果從太陽表面發射出的光線都被重力拉回，太陽的體積會是多少。然而，在1808年版的《宇宙系統論》中，這種對“黑洞”的計算被刪除了。一百年后人們才發現，光是傳播速度最快的物質。

測量行星的距離

卡西尼(1625-1712)

自從哥白尼于1543年提出日心說之后，估算行星和太陽間距離的比率就變得較容易了。17世紀初期，開普勒提出宇宙和諧定律，發現行星繞太陽運行的時間的平方與行星和太陽間的平均距離的立方是成比例的，這樣一來，計算行星和太陽間的距離就變得更簡單了。但是直到卡西尼所處的時代，人類對太陽系的規模所做出的惟一絕對的估計還是公元前280年阿里斯塔科斯提出來的。他的說法非常錯誤，他認為太陽離地球的距離比它離月球的距離遠大約20倍。

卡西尼在1648年至1669年期間曾在Panzano天文臺工作。1640年起，擔任波洛尼亞大學天文學教授，并在1671年成為巴黎天文臺的臺長。1671年，太陽、地球和火星形成一條直線，從地球到火星的距離達到最小值。利用這次機會，卡西尼派讓里奇去位于南美洲東北海岸的卡宴與在巴黎的卡西尼同時測量火星和遙遠的星星形成的角度。已知兩個觀察點相距1萬千米，卡西尼用三角法算出了地球和火星間的距離。根據開普勒的和諧定律，他發現地球和太陽間的距離是13800萬千米，他得出的數據僅比正確數字小7％。

卡西尼是第一個發現土星有四個衛星的人；他也是第一個發現木星有自轉現象的人。他在1690年觀測木星的大氣層時，發現木星的亦道旋轉得比兩極快。

1675年，卡西尼發現土星光環中間有條暗縫，這就是后來以他名字命名的著名的卡西尼縫。他猜測，光環是由無數小塊星體物質構成。兩個多世紀后的分光觀測證實了他的猜測。

1671年～1679年，他仔細觀測了月球的表面特征，1679年送呈法國科學院一份大幅月面圖，在一個多世紀內始終沒人能在這方面超過他。