宇宙探索簡史進入科學時代

文/ 聞新 龔京民

牛頓的《自然哲學的數學原理》是人類科學史乃至整個人類文明史上的不朽巨作，它標志著經典力學體系的建立，還標志著人類社會從此進入了牛頓時代。科學史通常認為，從哥白尼時代就開始呼喚的近代科學革命，終于在牛頓這里得到了實現。

人類最早發現的變星（1667）

意大利天文學家赫米尼亞諾·蒙塔納里發現了“大陵五（Algol）”的亮度變化，直到一個多世紀后，它的亮度變化周期才被人們認識。

“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，也是人類最早發現的變星之一。為了紀念赫米尼亞諾·蒙塔納里的貢獻，月球正面西南高地上一座古老的大撞擊坑被命名為“蒙塔納里環形山”。

人類最早發現光速是有限的（1676 年）

光速一直被認為是無限的，并且是瞬間到達的。早期的物理學家，如培根、開普勒和笛卡兒等,都認為光速是無限的。但伽利略認為光速是有限的，1638 年他讓兩個人提著燈籠各爬到相距約一公里的山上,讓第一個人點亮燈籠,并開始計時；對面山上的另一個看見亮光時也點亮自己的燈籠,然后直到第一個人看見對面的燈籠點亮后,停止計時。這是歷史上非常著名的測量光速的“掩燈方案”，但由于光速實在太快了,所以實驗沒有成功。

1676 年,丹麥天文學家奧勒·羅默利用木衛一的視運動,首次測量了光速，證明了光是以有限速度傳播。他當時測量的光速為225 000 萬公里/秒，而真實的光速為299792 公里/秒。為什么他測量的光速會誤差這么大？奧勒·羅默在求解光速時，利用了地球軌道半徑,而當時人類只知道地球軌道半徑的近似值,所以他解算出來的光速與真實光速相差甚遠。

牛頓發明反射式望遠鏡（1668 年）

1668 年牛頓發明了反射式望遠鏡。反射式望遠鏡是迄今為止應用最廣泛的望遠鏡之一，牛頓反射式望遠鏡的設計理念使得今天制造大型望遠鏡成為現實。目前，人們為了紀念牛頓的發明，將簡單反射式望遠鏡統統稱為“牛頓主義者”。

人類利用望遠鏡發現的第一顆彗星（1680 年）

德國天文學家戈特弗里德·基爾希（Gottfried Kirch）發現一顆耀眼的彗星，后來被命名為“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天空，它是人類首次用望遠鏡發現的彗星。根據資料記載分析，這顆彗星也是17 世紀最明亮的彗星之一，所以即使白天也可以觀測到它的蹤跡。除了它的亮度之外，因為被牛頓用來測試和驗證開普勒定律，所以人們也稱這顆彗星為“牛頓彗星”。

《自然哲學的數學原理》的出版（1687 年）

牛頓發現萬有引力之后的20 年，科學家們似乎覺得“在距離的平方反比的力的作用下，物體的運動軌跡將呈現橢圓形”，但沒有誰可以證明這一結論。哈雷認為牛頓能夠證明這個問題，于是他拜訪了牛頓，結果發現牛頓已經解決了這個問題。在哈雷的鼓勵下，牛頓對這些研究成果進行了系統的整理，并于1687 年出版了《自然哲學的數學原理》。

《自然哲學的數學原理》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動，第三卷討論了宇宙體系。其中，牛頓的三大運動定律和萬有引力定律是全書的核心內容。

第一個發現恒星運動的人（1718 年）

埃德蒙·哈雷將當下恒星位置與1850 年前希帕克斯繪制的恒星位置相比較，發現恒星并非像希臘人認為的那樣永恒不動，恒星之間是有相對運動的。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，它們已經改變了位置。于是，他提出星表不僅應該記錄恒星的位置和亮度，還應該記錄恒星的運動速度和方向，有了這些信息，人們就可以反推恒星曾經的位置。

第一個發現“光行差”的人（1725 年）

英國天文學家詹姆斯·布拉德雷發現了“光行差”現象，并于1728年宣布了這一發現。“光行差”是指運動的觀測者觀察到光的方向，與同一時間同一地點靜止的觀測者觀察到的方向有偏差的現象，這種錯覺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角度落下。

在天文觀測中，“光行差”現象尤為常見。因為地球在運動，所以在地球上觀察天體的位置時，總是存在“光行差”，其大小與觀測者的速度和天體方向與觀測者運動方向之間的夾角有關，并且是不斷變化的。