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哈雷与彗星

时间:2019-10-01    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

哈雷与彗星

  

1682 年,惊慌和恐怖的气氛正笼罩着伦敦。

夜晚,天空中挂着一根银光闪闪的木棒,或者说是一把寒气逼人的利剑,

它使满天星斗为之失色。它扰乱了天空的正常秩序,同时也扰乱了尘世间人

们的心灵。在伦敦街头,人们惶恐不安地望着天空,有的人跪在地上,在向

上帝做祷告。

“天啊,这是什么怪物啊!”

“连月亮也被它淹没了!”

教堂里的牧师说,这是灾祸的预兆,是上帝发怒时所派遣的可怕的使者。


牧师要人们向上帝祷告忏悔自己的罪过:“只有信仰上帝,信仰耶稣,才能

得救。”

在伦敦东南近郊的格林威治天文台。天文学家佛兰姆斯第德正对着天文

望远镜,观测着这个怪物,记下它所在的位置,及它在天空中所占面积的大

小,查对它位置的移动和大小的变化。

“这真是少见的大彗星!”他赞叹地说。在天文学家的眼里,在望远镜

里,彗星是经常见到的,并不足怪。然而这样巨大的光亮的彗星,他过去却

从没见过。

佛兰姆斯第德刚刚写完一段记录,就有人告诉他:哈雷先生来了。

哈雷是一个青年科学工作者,只有 26 岁。由于他对南半球星座的研究,

和对一次水星凌日现象所作的观测记录,使他成为英国皇家学会最年轻的成

员,天文学界的人都知道他。佛兰姆斯第德快步走进会客室,和他亲热地握

手。

“亲爱的佛兰姆斯第德先生,你看到那个大怪物没有?”

“当然看到了。哈雷先生,我知道你所说的是彗星。我已经注意它半个

多月了。”

“对呀!”哈雷说,“佛兰姆斯第德先生,你知道不知道,它在社会上

引起多大的骚乱!它让愚昧和迷信统治着人们的头脑!你们天文台,有责任

解释它的存在,用科学扫除愚昧和迷信!”

佛兰姆斯第德抱歉地赔笑道:“你说得对,我们有责任。可是,我们现

在还不知道这怪物是从哪里来的啊。”

哈雷在天文台的望远镜里观察了这颗彗星。它横贯半边天空,光芒四射。

它的一端比较浓,像是一团浓雾。

佛兰姆斯第德在旁解释说:“你看那浓雾似的一头,叫做彗头。那彗头

的中心有个明亮的光点。看见了吗?我最初看见它时,它就只有那么个光点,

和普通星星一样。后来,我才看见这团浓雾似的光斑。再过几天,它靠近太

阳,就伸出那个长长的尾巴,而且一天比一天长。”

哈雷看着长长的彗尾,是一条或明或暗的光带,很淡薄,很模糊。这光

带是如此淡薄,以致哈雷还能透过它,看到它后面的某些恒星闪烁发光。

佛兰姆斯第德说:“彗星越靠近太阳,尾巴越长,然而当它过分逼近太

阳的时候,它就隐没在太阳的光辉里,最终看不见。像这一颗彗星,过些日

子也会被太阳的光辉掩没。几天以后,它又会带着长长的尾巴出来。出来以

后,它的尾巴慢慢变短,最后只剩下一个光点,渐渐消失在天空,连望远镜

也看不见了。”

佛兰姆斯第德取出一大叠资料给哈雷看,这是天文台历年来观测到的许

多彗星的记录。哈雷非常感兴趣地翻看着。他一面看资料,一面自言自语地

说:“彗星怪是怪,但是也有运行的规律,不是胡来乱闯的嘛!”

两年以后,哈雷到剑桥大学去,访问大名鼎鼎的天文学家牛顿,他同时

也是数学家和物理学家。

牛顿房间的墙上,挂着一幅《太阳系图》,图的中间是太阳,四周画的

水星、金星、地球、火星、木星、土星六大行星,以及它们绕着太阳公转的

轨道。有的行星旁边还画着卫星。这就是当时已知的太阳系全体成员了。

哈雷一走进房间,牛顿就热情地欢迎道:“啊,哈雷先生,年轻的天文

学家!我很高兴见到您。我正有个困惑的问题要向您求教呢。”


“啊哟!”哈雷吃了一惊:鼎鼎大名的牛顿竟会向我求教!他恭敬地站

着说道:“尊敬的牛顿先生,我是因彗星的问题来向您求教的。我怎么能解

答您感到困惑的问题?”

“你在研究彗星?很好。不过我们还是先谈谈行星吧。我们已经知道,

行星都是围绕太阳公转的。”他指着墙上的《太阳系图》说,“我们不了解

的是,为什么行星不会脱离太阳,飞往更遥远的空间呢?”

哈雷想,这问题不难。他说:“这恐怕用得着您著名的苹果故事了。”

苹果故事便是牛顿自己的故事。“你是说,太阳具有强大的引力,吸引

行星不离开它,对吗?”

哈雷含笑点点头。

“那么,”牛顿又说,“太阳为什么不把行星吸引到自己身上,也像地

球吸引苹果一样呢?”

哈雷沉思了一会,摇摇头说:“这个我说不清楚。”

“我是这样想的,”牛顿拿出一张图说,“您看,这行星 P 本要向 P1 的

方向前进的,然而它被太阳吸引,而向 P2 方向前进了。但是到了 P2 以后,它

也并不是沿着 PP2 的方向前进,因为受了太阳引力的影响,它到了 P3。同样

的道理,行星又转向 P4。总之,由于各种力量的平衡,行星就以椭圆形(接

近正圆)的道环绕太阳运行。您说对吗?”

“可是,”牛顿又说,“这却只是一种设想。要证明这种设想,就必须

把这几种力量的大小计算出来,看是否与设想相符合。”

“我知道了!”哈雷抢着说,“我们如果算出太阳的质量多大,行星的

质量多大,便能算出它们相互的引力有多大。不过,如果相隔距离太远,那

么相互间的引力就会要小些吧?”

“对极了!”牛顿说。

“行星运行速度越大,它所造成的离心力也就越大,这也会抵销太阳的

引力,正像您刚才所阐述的那样。是吗?”

牛顿听了非常高兴。他说:“您讲得完全正确。”关于行星运行的轨道

问题,他们已经在互相讨论中取得了一致的看法。现在牛顿把话题拉回到哈

雷所提出的问题上来,他说,“哈雷先生,请您再想一想,您所要研究的彗

星,不也是太阳引来的吗?可是它并不会跌到太阳上面去,而也有它自己的

轨道。我们能不能算出它的轨道呢?”

牛顿的话虽然没有直接解答哈雷提出的问题,但是给了哈雷很大的启

发。从此以后,哈雷便全身心地投入到引力问题的研究之中,他进行了种种

复杂的计算。后来他的研究,对牛顿也有所启发和帮助。

1687 年,牛顿关于万有引力的著作出版了。根据万有引力的理论,一切

物体都是互相吸引的,引力的大小和物体的质量成正比,和物体之间距离的

平方成反比。牛顿还计算了物体运动的速度和引力的关系、他用精密的计算,

论证了一切天体都要受万有引力理论的支配。

就行星的运行而论.牛顿计算了太阳和各个行星的质量以及相互之间的

距离.他还计算了行星运动的轨道和速度,对行星绕太阳公转作出了明确有据

的解释。

对于这怪异笑星,牛顿同样也提出了研究它的轨道的方法。举星出现的

一段时间,它在天空星座之间运行的路线是可以观测记录的。分析这些记录,


可以算出它的轨道和速度,可以算出它和太阳相互吸引的作用力,从而取得

很多数据。于是,通过这已知的数据,再运用万有引力的理论,就能算出智

星整个轨道的情形,包括它出现以前以及隐没以后在茫茫天空运行的情形。

哈雷按照牛顿提出的方法,计算了 1682 年大智星的轨道。但是由于当时

天文观测资料不够精确,似乎这轨道是一条抛物线,也就是从一端来,绕过

太阳到另一端去,永远不回来了。然而经过仔细分析,发现这轨道又像是一

个偏心率很大的椭圆。如果是一个偏心率很大的椭圆,那么管星在离开太阳

亿万公里以后,又会折回头,向太阳前进,重复出现在人类的眼前。

这轰动人类、扰乱天空的旁星,究竟是太阳系的常住户,还是天外飞来

的过客?哈雷为此又去格林威治天文台,查阅历来观测彗星时留下的记录。

他耗费了巨大的精力,进行无数次复杂的计算,发现 1607 年的那颗彗星和

1682 年的那颗彗星,有着相同的轨道。接着又发现 1531 年的彗星也和 1682

年的那颗轨道相同。同时人们描述见到的这三颗彗星的形状大小也相像。

“这三颗彗星实际上是同一颗彗星出现了三次!”哈雷想。

1682-1607=75 1607-1531=76

这三次出现,每两次之间相隔 75 年或 76 年,这就是这颗彗星出现的周

期吗?

哈雷从 1531 年再向前推 75 年,则是 1456 年,但没有天文台观测资料,

然而历史书上记载着,1456 年,出现过大彗星。再由此往上推,1380 年和

1305 年也都出现了大彗星,它们之间也是相隔 75 年或 76 年。

哈雷越来越坚定地相信,自己的推测是正确的。

哈雷运用万有引力定律,经过精密的计算以后,便断言:1682 年的彗星

是太阳系的一员。它以椭圆形轨道绕太阳旋转,但是轨道的偏心率非常大;

近日点靠近太阳,远日点则很远,比近日点要远百倍。它绕太阳一周时间需

要 75 年或 76 年。他断定下一次出现是 1758 年。

1758 年到了。但这时哈雷已经去世了。然而爱好科学的人们却没有忘记

哈雷的预言。他们期待着 1682 年的彗星再度出现。他们把期待着的那颗彗星

称为哈雷彗星。

满天星斗,像平常一样,没有出现什么异常现象。天文台的望远镜对准

彗星将要出现的空间,也不见彗星的踪影。为什么彗星没有出现呢?难道万

有引力的理论不灵吗?

对于万有引力的理论和计算,人们是找不出什么毛病来的。但是有些迷

信保守的人,却仍然认为彗星是上帝发怒的信息。他们责备天文学家竟然欢

迎一颗“灾星”。半年过去了,有些人用轻蔑的口气说哈雷的预言不过是胡

说罢了。他们冷眼看着那些焦躁不安、不知所措的天文学家们,说:

“你们的希望已经成了泡影!”

“万有引力理论只是一种幻想的假说!”

这时候,法国数学家、天文学家克来罗站出来说话了。他通过精密的计

算,算出:土星的引力使哈雷彗星迟到了若干天,而木星的引力又使它迟到

若干天。因此,哈雷彗星的迟到,并不证明万有引力理论是幻想,恰恰相反,

这证明万有引力理论是非常正确的!

克来罗还断言:哈雷彗星在 1758 年是不会出现了,它将于 1759 年春天

来到,大家热烈地欢迎吧!克来罗还算出,彗星将于 1759 年 4 月 13 日通过

近日点。


1759 年 2 月的一天,人们注意到天空出现了一颗新星。

“哈雷彗星!”人们仔细地观察着这颗新星,而且希望它就是哈雷彗星。

天文学家一天接一天地追踪它。

果然是哈雷彗星!它的尾巴一天比一天长,终于又像一把寒气逼人的利

剑,辉煌地照耀了半个天空。

科学胜利了!

万有引力的理论胜利了!

当时感觉美中不足的是,克来罗关于哈雷彗星将于 1759 年 4 月 13 日就

通过了近日点的预言,不够准确。实际上,哈雷彗星 3 月 12 日就通过近日点,

比他的预言要早一个月左右。这是什么原因引起的呢?

在 22 年以后,天文学家发现了新的大行星——天王星。后来又发现天王

星的轨道有一些不规则,根据万有引力的理论来分析,在天王星轨道外还有

一颗大行星在吸引它,影响它的运行。1846 年,人们根据万有引力理论而进

行精密计算之后,天文台把望远镜对准计算到的小块空间,果然发现了肉眼

不能见的大行星——海王星。这以后才知道,天王星和海王星曾在 1759 年拉

动过哈雷彗星,促使它提早走向太阳。这样一来,克来罗计算的误差就得到

了合理的解释。但这时候,克来罗本人也已经去世了。

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