哈雷彗星與埃德蒙·哈雷的宏偉預(yù)言

繁星背景下的哈雷彗星照片，中心明亮光點(diǎn)清晰可見，彗尾光芒微弱。圖源：NASA

哈雷彗星究竟是如何一步步走向家喻戶曉

英國(guó)天文學(xué)家及數(shù)學(xué)家埃德蒙·哈雷于1656年11月8日出生在于倫敦。他是第一個(gè)計(jì)算出彗星軌道的人，這顆彗星是以他的姓氏哈雷命名，至今仍是所有彗星中最有名的一顆。他還與艾薩克·牛頓是朋友，并為牛頓發(fā)展萬有引力理論做出了貢獻(xiàn)。這有助于建立我們的現(xiàn)代科學(xué)時(shí)代，其中一部分原因，是由于它幫助確立了我們生活在一個(gè)圍繞太陽運(yùn)行的行星上這一認(rèn)知。

當(dāng)哈雷彗星上一次于1986年出現(xiàn)在地球的天空中時(shí)，它在太空中受到了一個(gè)國(guó)際航天器艦隊(duì)的迎接。這顆著名的彗星將在2061年圍繞太陽進(jìn)行76年的旅行時(shí)再次返回。它之所以出名，部分原因是它在地球的天空中往往是一顆明亮的彗星。而且它的軌道長(zhǎng)度--76年--與人類的壽命相差不大。因此對(duì)大多數(shù)人來說，一生中可能只有一次能夠看到哈雷彗星的機(jī)會(huì)。但是，導(dǎo)致它知名程度高還有另一個(gè)原因。那就是在埃德蒙·哈雷所處的時(shí)代，人們并不知道彗星是像行星一樣，被太陽約束在軌道上。他們不知道像哈雷彗星這樣的彗星也會(huì)周期性地返回。那時(shí)的人們認(rèn)為彗星只會(huì)經(jīng)過我們的太陽系一次。 1704年，哈雷成為牛津大學(xué)的一名幾何學(xué)教授。第二年，他出版了《彗星天文學(xué)概要》。這本書包含了從1337年到1698年觀察到的24顆彗星的拋物線軌道。而正是在這本書中，哈雷做出了他的宏偉預(yù)言。

埃德蒙·哈雷肖像，約于1683年由托馬斯·穆雷繪制。圖源：維基共享資源

哈雷的宏偉預(yù)言

在他的書中，哈雷提及了1531年、1607年和1682年出現(xiàn)的三顆彗星。他使用牛頓的萬有引力定律和行星運(yùn)動(dòng)理論計(jì)算出了這些彗星的軌道。它們的軌道呈現(xiàn)著驚人的相似性。哈雷做出了一個(gè)驚為天人的預(yù)言。他猜測(cè)，這三顆彗星實(shí)際上是同一顆彗星，每間隔76年的周期便會(huì)返回一次。

接著，他便說出了他的預(yù)言：“因此我敢大膽預(yù)測(cè)，它將在1758年再次回歸?！?/p>

哈雷并沒能夠親眼見證他預(yù)言的結(jié)果。在他逝世后16年，即1758年時(shí)，彗星如他預(yù)測(cè)的那樣再一次出現(xiàn)了，震撼了科學(xué)界與公眾。

為了紀(jì)念埃德蒙·哈雷，人們將這顆首次被預(yù)測(cè)回歸的彗星稱作哈雷彗星。

在1986年，也就是哈雷彗星上一次回歸時(shí)，歐洲航天器"Giotto"成為有史以來第一批與彗星相遇并拍攝到彗核的航天器之一。當(dāng)哈雷彗星飛離太陽時(shí)，它掠過了哈雷彗星的核心。圖源：哈雷多色相機(jī)小組/Giotto項(xiàng)目/歐空局/美國(guó)宇航局

哈雷、弗蘭斯蒂德和水星凌日

在英國(guó)，對(duì)于科學(xué)家而言17世紀(jì)是一個(gè)激動(dòng)人心的時(shí)代。哈雷還是個(gè)孩子的時(shí)候，科學(xué)革命催生了倫敦皇家學(xué)會(huì)。皇家學(xué)會(huì)的成員，醫(yī)生和自然哲學(xué)家作為首批接納者，每周都會(huì)舉行會(huì)議。第一位皇家天文學(xué)家是約翰·弗蘭斯蒂德，他因在格林威治創(chuàng)建皇家天文臺(tái)而被人們銘記，該天文臺(tái)至今仍存于世。

1673年，哈雷作為學(xué)生進(jìn)入牛津大學(xué)皇后學(xué)院后，遇到了弗蘭斯蒂德。哈雷有機(jī)會(huì)在他的天文臺(tái)拜訪了他幾次，在此期間，弗蘭斯蒂德一直都在鼓勵(lì)他去探尋天文學(xué)。

當(dāng)時(shí)，弗蘭斯蒂德的正在著手完成的項(xiàng)目是使用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)并繪制一份北半球星圖。哈雷認(rèn)為他也可以為南半球星圖。

哈雷的南半球探索之路

哈雷的南行之路始于他獲得大學(xué)學(xué)位前的1676年11月。他乘坐東印度公司的船只前往圣赫勒拿島，世界上最偏遠(yuǎn)的島嶼之一，也是英國(guó)人占領(lǐng)的最南端的領(lǐng)土。他的父親和國(guó)王查爾斯二世為他的這次旅行提供了贊助。

盡管惡劣的天氣給哈雷的工作帶來了許多困難，但當(dāng)在1678年1月返航時(shí)，他帶來了341顆恒星的經(jīng)緯度記錄和許多其他觀測(cè)數(shù)據(jù)，包括水星凌日記錄。關(guān)于這次凌日，他在記錄中寫道：“這個(gè)景象，是迄今為止天文所給予我的最為崇高的回饋。

2016年5月9日，法國(guó)的Vegastar Carpentier Liard拍攝的水星凌日?qǐng)D片。在這張圖片中，水星是太陽左側(cè)的小黑點(diǎn)。2019年11月11日也曾發(fā)生過水星凌日現(xiàn)象。

破解行星運(yùn)動(dòng)的密碼

哈雷在1678年底出版了他的南半球星圖。作為第一部此類型的作品，這份刊物獲得了巨大的成功。以前從來沒有人試圖用望遠(yuǎn)鏡來確定南半球恒星的位置。這份目錄是哈雷作為天文學(xué)家的光榮首秀。同年，他獲得了牛津大學(xué)的碩士學(xué)位，并成為了皇家學(xué)會(huì)的會(huì)員。

1684年，哈雷第一次在劍橋拜訪了艾薩克·牛頓。還拜訪了物理學(xué)家和生物學(xué)家羅伯特·虎克、建筑師克里斯托弗·雷恩和艾薩克·牛頓，而他們正在試圖破解行星運(yùn)動(dòng)的密碼。哈雷是他們之中最年輕的，他加入了這三人的任務(wù)，用數(shù)學(xué)來描述行星圍繞太陽運(yùn)動(dòng)的方式和原因。他們相互競(jìng)爭(zhēng)，都想要首先找到答案，使這項(xiàng)工作變得非常具有挑戰(zhàn)性。他們的問題是建立一個(gè)機(jī)械模型，能夠使行星圍繞太陽運(yùn)行而不至于脫離軌道或落入恒星。

虎克和哈雷確定，這個(gè)問題的答案應(yīng)當(dāng)是一個(gè)使行星保持在圍繞恒星的軌道上隨著它與恒星距離的反平方而減少的力，也就是我們今天所知的平方反比定律。

盡管最終是雷恩獲得了獎(jiǎng)金，胡克和哈雷的思路是正確的，但他們無法創(chuàng)造出一個(gè)與觀測(cè)結(jié)果相吻合的理論軌道。

哈雷拜訪了牛頓，向他解釋了這個(gè)概念，同時(shí)也解釋了他無法證明這個(gè)概念。牛頓在哈雷的鼓勵(lì)下，將哈雷的工作發(fā)展成為至今最著名的科學(xué)著作之一，《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，通常被簡(jiǎn)稱為牛頓原理。

英國(guó)曼徹斯特約翰·雷諾茲圖書館的《牛頓原理》第三版（1726年）的抄本。圖源WikipediaCommons

哈雷成為皇家天文學(xué)家

哈雷還因其在氣象學(xué)方面的工作而聞名。他在1686年繪制了一幅世界地圖，發(fā)揮了他處理分析大量數(shù)據(jù)的才能。

該地圖標(biāo)注了海洋上主導(dǎo)的風(fēng)向，并被認(rèn)為是世界上出版的第一份氣象學(xué)圖表。

哈雷不斷旅行并從事各種項(xiàng)目，例如，他曾經(jīng)試圖將人口死亡率和年齡相聯(lián)系。這些數(shù)據(jù)對(duì)于計(jì)算人壽保險(xiǎn)而言是十分重要的。

1720年，哈雷接替了弗蘭斯蒂德，成為格林威治的第二位皇家天文學(xué)家。

埃德蒙·哈雷1686年繪制的世界地圖，標(biāo)明了信風(fēng)和季風(fēng)的方向，被認(rèn)為是第一張氣象學(xué)圖表。圖源普林斯頓教育雜志

摘要：生于1656年11月8日的天文學(xué)家埃德蒙·哈雷與以他命名的彗星

BY: EarthSky

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