宇宙探索簡(jiǎn)史進(jìn)入科學(xué)時(shí)代

文/ 聞新 龔京民

牛頓的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》是人類科學(xué)史乃至整個(gè)人類文明史上的不朽巨作，它標(biāo)志著經(jīng)典力學(xué)體系的建立，還標(biāo)志著人類社會(huì)從此進(jìn)入了牛頓時(shí)代?？茖W(xué)史通常認(rèn)為，從哥白尼時(shí)代就開始呼喚的近代科學(xué)革命，終于在牛頓這里得到了實(shí)現(xiàn)。

人類最早發(fā)現(xiàn)的變星（1667）

意大利天文學(xué)家赫米尼亞諾·蒙塔納里發(fā)現(xiàn)了“大陵五（Algol）”的亮度變化，直到一個(gè)多世紀(jì)后，它的亮度變化周期才被人們認(rèn)識(shí)。

“大陵五”也就是英仙座β，俗稱為“惡魔之星”，是英仙座中一顆明亮的聚星，也是人類最早發(fā)現(xiàn)的變星之一。為了紀(jì)念赫米尼亞諾·蒙塔納里的貢獻(xiàn)，月球正面西南高地上一座古老的大撞擊坑被命名為“蒙塔納里環(huán)形山”。

人類最早發(fā)現(xiàn)光速是有限的（1676 年）

光速一直被認(rèn)為是無(wú)限的，并且是瞬間到達(dá)的。早期的物理學(xué)家，如培根、開普勒和笛卡兒等,都認(rèn)為光速是無(wú)限的。但伽利略認(rèn)為光速是有限的，1638 年他讓兩個(gè)人提著燈籠各爬到相距約一公里的山上,讓第一個(gè)人點(diǎn)亮燈籠,并開始計(jì)時(shí)；對(duì)面山上的另一個(gè)看見(jiàn)亮光時(shí)也點(diǎn)亮自己的燈籠,然后直到第一個(gè)人看見(jiàn)對(duì)面的燈籠點(diǎn)亮后,停止計(jì)時(shí)。這是歷史上非常著名的測(cè)量光速的“掩燈方案”，但由于光速實(shí)在太快了,所以實(shí)驗(yàn)沒(méi)有成功。

1676 年,丹麥天文學(xué)家?jiàn)W勒·羅默利用木衛(wèi)一的視運(yùn)動(dòng),首次測(cè)量了光速，證明了光是以有限速度傳播。他當(dāng)時(shí)測(cè)量的光速為225 000 萬(wàn)公里/秒，而真實(shí)的光速為299792 公里/秒。為什么他測(cè)量的光速會(huì)誤差這么大？奧勒·羅默在求解光速時(shí)，利用了地球軌道半徑,而當(dāng)時(shí)人類只知道地球軌道半徑的近似值,所以他解算出來(lái)的光速與真實(shí)光速相差甚遠(yuǎn)。

牛頓發(fā)明反射式望遠(yuǎn)鏡（1668 年）

1668 年牛頓發(fā)明了反射式望遠(yuǎn)鏡。反射式望遠(yuǎn)鏡是迄今為止應(yīng)用最廣泛的望遠(yuǎn)鏡之一，牛頓反射式望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)理念使得今天制造大型望遠(yuǎn)鏡成為現(xiàn)實(shí)。目前，人們?yōu)榱思o(jì)念牛頓的發(fā)明，將簡(jiǎn)單反射式望遠(yuǎn)鏡統(tǒng)統(tǒng)稱為“牛頓主義者”。

人類利用望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的第一顆彗星（1680 年）

德國(guó)天文學(xué)家戈特弗里德·基爾希（Gottfried Kirch）發(fā)現(xiàn)一顆耀眼的彗星，后來(lái)被命名為“C/1680 V1 彗星”，也稱1680 年大彗星，或稱為Kirch 彗星。1680 年大彗星的彗尾橫跨半個(gè)天空，它是人類首次用望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的彗星。根據(jù)資料記載分析，這顆彗星也是17 世紀(jì)最明亮的彗星之一，所以即使白天也可以觀測(cè)到它的蹤跡。除了它的亮度之外，因?yàn)楸慌ｎD用來(lái)測(cè)試和驗(yàn)證開普勒定律，所以人們也稱這顆彗星為“牛頓彗星”。

《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》的出版（1687 年）

牛頓發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力之后的20 年，科學(xué)家們似乎覺(jué)得“在距離的平方反比的力的作用下，物體的運(yùn)動(dòng)軌跡將呈現(xiàn)橢圓形”，但沒(méi)有誰(shuí)可以證明這一結(jié)論。哈雷認(rèn)為牛頓能夠證明這個(gè)問(wèn)題，于是他拜訪了牛頓，結(jié)果發(fā)現(xiàn)牛頓已經(jīng)解決了這個(gè)問(wèn)題。在哈雷的鼓勵(lì)下，牛頓對(duì)這些研究成果進(jìn)行了系統(tǒng)的整理，并于1687 年出版了《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》。

《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》分為三卷，第一卷表述了牛頓三定律，第二卷論述了在阻力作用下的物體運(yùn)動(dòng)，第三卷討論了宇宙體系。其中，牛頓的三大運(yùn)動(dòng)定律和萬(wàn)有引力定律是全書的核心內(nèi)容。

第一個(gè)發(fā)現(xiàn)恒星運(yùn)動(dòng)的人（1718 年）

埃德蒙·哈雷將當(dāng)下恒星位置與1850 年前希帕克斯繪制的恒星位置相比較，發(fā)現(xiàn)恒星并非像希臘人認(rèn)為的那樣永恒不動(dòng)，恒星之間是有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的。具體而言，三顆明亮的恒星，天狼星、南河三（小犬座α）和大角星，它們已經(jīng)改變了位置。于是，他提出星表不僅應(yīng)該記錄恒星的位置和亮度，還應(yīng)該記錄恒星的運(yùn)動(dòng)速度和方向，有了這些信息，人們就可以反推恒星曾經(jīng)的位置。

第一個(gè)發(fā)現(xiàn)“光行差”的人（1725 年）

英國(guó)天文學(xué)家詹姆斯·布拉德雷發(fā)現(xiàn)了“光行差”現(xiàn)象，并于1728年宣布了這一發(fā)現(xiàn)?！肮庑胁睢笔侵高\(yùn)動(dòng)的觀測(cè)者觀察到光的方向，與同一時(shí)間同一地點(diǎn)靜止的觀測(cè)者觀察到的方向有偏差的現(xiàn)象，這種錯(cuò)覺(jué)類似于從一輛行駛的汽車上看，垂直落下的雨水似乎以一個(gè)角度落下。

在天文觀測(cè)中，“光行差”現(xiàn)象尤為常見(jiàn)。因?yàn)榈厍蛟谶\(yùn)動(dòng)，所以在地球上觀察天體的位置時(shí)，總是存在“光行差”，其大小與觀測(cè)者的速度和天體方向與觀測(cè)者運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角有關(guān)，并且是不斷變化的。