[太阳系] 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=751607-1531=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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太阳系 哈雷 彗星 1682年 惊慌 恐怖

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