【原】探尋天體運(yùn)行的真相

小浪底不浪 2020-06-12

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浩瀚的蒼穹隱藏著無(wú)盡的秘密，千百年來(lái)，一代又一代的天文學(xué)者經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)觀察和伏案計(jì)算，為我們揭示了混沌星空下天體運(yùn)行的規(guī)律。

今天我們一起來(lái)探尋“天體運(yùn)行”背后的故事。

太陽(yáng)系九大行星

“布魯諾”之死

1600年2月17日，意大利天文學(xué)家布魯諾在羅馬鮮花廣場(chǎng)的火海中走完了他短暫而光輝的一生。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)七年的審訊，羅馬教廷以“反基督”、“巫術(shù)”、“寓言”、“侮辱基督教”等八項(xiàng)罪名將其處死。

作為天主教的牧師，布魯諾因?yàn)槌缟小胺椿浇讨髁鳌彼枷攵跉W洲各地流亡，由于個(gè)人性格的問(wèn)題，到處受人排擠。

現(xiàn)代很多人把他當(dāng)做哥白尼“日心說(shuō)”的捍衛(wèi)者。

當(dāng)時(shí)哥白尼認(rèn)為太陽(yáng)才是這個(gè)宇宙的中心，即我們熟知的“日心說(shuō)”。

火燒布魯諾

然而，雖然布魯諾的思想也是以太陽(yáng)為中心，卻與哥白尼的“日心說(shuō)”具有很大區(qū)別。

布魯諾的一生都在鉆研魔法和記憶術(shù)，他認(rèn)為幻想中的世界是真實(shí)的，太陽(yáng)是處在比地球更神圣的位置，太陽(yáng)是神的啟示。

所以他這個(gè)已經(jīng)超出科學(xué)的范疇，屬于神學(xué)。

可以說(shuō)，他是一位與傳統(tǒng)天主教義格格不入的天主教神父。

當(dāng)時(shí)被視為權(quán)威的羅馬教廷，將“地心說(shuō)”奉為圭臬，任何反對(duì)“地心說(shuō)”的理論都被視為異教徒。

尤其是布魯諾這種“尊崇神學(xué)”和“太陽(yáng)中心論”的天主教牧師，再加上自己混的不好，得罪了很多人，在當(dāng)時(shí)就被羅馬教廷視為異端典型。

值得肯定的是，布魯諾為了堅(jiān)持自己的真理而勇敢獻(xiàn)身，他的死也讓哥白尼的“日心說(shuō)”進(jìn)入了公眾的視野，并在以后的一百余年里，逐漸動(dòng)搖了天主教的根基。

中世紀(jì)的羅馬教廷

哥白尼在意大利求學(xué)的時(shí)候，接觸到了大量的古希臘典籍，托勒密的“地心說(shuō)”給了他很大啟發(fā)，為他日后的研究提供了很多的啟發(fā)和靈感。

“地心說(shuō)”理論

在羅馬教皇的宗教統(tǒng)治下，歐洲剛好經(jīng)歷了“黑暗的中世紀(jì)”（公元476-1500年）。

在“中世紀(jì)”行將結(jié)束的時(shí)候，很多一千年前的古代典籍被人們重新發(fā)掘出來(lái)。

古希臘哲學(xué)家亞里士多德提出了“地心說(shuō)”，他認(rèn)為，宇宙是上帝創(chuàng)造的，所有天體都是圍繞地球旋轉(zhuǎn)的，天體運(yùn)行的動(dòng)力是上帝提供的。

后來(lái)，羅馬時(shí)期的托勒密（相當(dāng)于中國(guó)的漢朝時(shí)期），總結(jié)了亞里士多德等古希臘學(xué)者的理論，是“地心說(shuō)”的集大成者。

他在《天文學(xué)大成》中提出了一套完整的“地心說(shuō)”理論：

托勒密的“地心說(shuō)”

地球處于中心，日月圍繞地球勻速運(yùn)行；
其他行星圍繞一個(gè)圓圈旋轉(zhuǎn)，稱為“本輪”；然后本輪的圓心圍繞地球做勻速圓周旋轉(zhuǎn)，這個(gè)圓叫“均輪”。
當(dāng)時(shí)，本輪的構(gòu)建為人們解釋了，為什么月球看起來(lái)有時(shí)離地球更近。

當(dāng)時(shí)的天文學(xué)者，在托勒密“地心說(shuō)”的基礎(chǔ)上，通過(guò)不斷地添加“本輪”和調(diào)整“均輪”，試圖去解釋各種不尋常的天體現(xiàn)象。

這種理論一直延續(xù)到16世紀(jì)。

哥白尼的“日心說(shuō)”

哥白尼在托勒密的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)十年的觀察，試圖簡(jiǎn)化托勒密的宇宙體系，他認(rèn)為神創(chuàng)造的世界不可能這么復(fù)雜，應(yīng)該有一套非常簡(jiǎn)單的理論，以凸顯神的權(quán)威和意志。

經(jīng)過(guò)不斷的觀察，哥白尼發(fā)現(xiàn)越來(lái)越不對(duì)勁。因?yàn)楦鶕?jù)托勒密的理論推算，很多運(yùn)行規(guī)律都有偏差。

于是他大膽地萌生了“日心說(shuō)”的想法。哥白尼認(rèn)為，地球其實(shí)和其他行星一樣，圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)，我們看到的很多無(wú)法解釋的現(xiàn)象，是由地球本身的運(yùn)轉(zhuǎn)導(dǎo)致的。

當(dāng)時(shí)，哥白尼的“日心說(shuō)”主要基于以下幾點(diǎn)內(nèi)容：

探尋天體運(yùn)行的真相

地球是球形的；
太陽(yáng)是靜止的，地球與其他行星都圍繞太陽(yáng)做圓周運(yùn)動(dòng)，這個(gè)圓稱為“均輪”；
月球圍繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)行；
由于各個(gè)行星公轉(zhuǎn)的速度不同，導(dǎo)致了我們看到的很多“逆行”現(xiàn)象，如水星的逆行。
各大行星在繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的同時(shí)，自己也在公轉(zhuǎn)軌道繞著一個(gè)小圓轉(zhuǎn)動(dòng)，稱為“本輪”。

這樣下來(lái)，整個(gè)天體運(yùn)行的規(guī)律就完整和簡(jiǎn)潔多了。

作為一名神父，哥白尼探尋天體運(yùn)行的初衷是為了維護(hù)神學(xué)，他帶著宗教的虔誠(chéng)，希望把這種完美的規(guī)律找出來(lái)，以證明神學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)和公正。

哥白尼知道“日心說(shuō)”的價(jià)值和影響，他一直沒(méi)有發(fā)表自己30多年來(lái)研究的手稿。

直到1543年5月24日，在哥白尼去世前一個(gè)小時(shí)，《天體運(yùn)行論》才正式發(fā)表，哥白尼當(dāng)時(shí)已雙目失明，在病榻前撫摸著書(shū)的封面，不久便與世長(zhǎng)辭。

“日心說(shuō)”與《圣經(jīng)》中暗示的地球中心論向左，在當(dāng)時(shí)引起了廣泛的轟動(dòng)，動(dòng)搖了宗教神學(xué)的根基。

用恩格斯的話說(shuō)：哥白尼《天體運(yùn)行論》的發(fā)表，將自然科學(xué)從統(tǒng)治了幾個(gè)世紀(jì)的神學(xué)中解放了出來(lái)！

后來(lái)，“近代力學(xué)之父”、實(shí)驗(yàn)物理學(xué)的集大成者伽利略，因?yàn)榘l(fā)表了維護(hù)哥白尼“日心說(shuō)”的《兩種世界體系的對(duì)話》一書(shū)被“終身監(jiān)禁”。

哥白尼與天體運(yùn)行論

《天體運(yùn)行論》中對(duì)星體運(yùn)行的觀測(cè)計(jì)算具有非常高的精確度。

例如，恒星年的時(shí)間為365天6小時(shí)9分40秒，比現(xiàn)在得到的精確值只多了30秒，誤差只有百萬(wàn)分之一；

月亮到地球的平均距離是地球半徑的60.30倍，和我們目前已知的60.27倍相比，誤差只有萬(wàn)分之五。

然而天體運(yùn)行論中關(guān)于星體圓周軌道運(yùn)行的假設(shè)仍然存在缺陷，這一缺陷直到50多年后，天文學(xué)大咖開(kāi)普勒的出現(xiàn)才被徹底彌補(bǔ)。

開(kāi)普勒與第谷

德國(guó)天文學(xué)家開(kāi)普勒是物理學(xué)和天文學(xué)的大師級(jí)人物，創(chuàng)造了科學(xué)史上無(wú)數(shù)個(gè)第一次，包括物體成像、望遠(yuǎn)鏡的工作原理、小孔成像、眼鏡的配置和計(jì)算原理，被稱為“現(xiàn)代光學(xué)的奠基人”，并開(kāi)創(chuàng)了天文學(xué)測(cè)量領(lǐng)域。

1571年，開(kāi)普勒出生在德國(guó)一個(gè)普通家庭，從小就歷盡坎坷，因?yàn)椤疤旎ā睔?，后患上“猩紅熱”損傷了視力，患上了高度近視。

這些不幸經(jīng)歷也讓他未來(lái)的輝煌成就顯得彌足珍貴。

18歲在大學(xué)研究神學(xué)的時(shí)候，接觸到了哥白尼的天體運(yùn)行論。在數(shù)學(xué)和繪畫(huà)方面的極高天賦，為他日后在天文學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

開(kāi)普勒為了籌集研究經(jīng)費(fèi)，平時(shí)主要靠“占星術(shù)”給別人算命，艱難地維持自己的生活和研究。

1596年，開(kāi)普勒因出版《宇宙的神秘》一書(shū)，其數(shù)學(xué)才華被第谷賞識(shí)，邀請(qǐng)他到自己的天文臺(tái)做計(jì)算員。

第谷家境殷實(shí)，從小游歷歐洲積累了大量的科學(xué)知識(shí)，后來(lái)因發(fā)現(xiàn)“第谷超新星”被丹麥國(guó)王賞識(shí)。國(guó)王專門給他建了世界上當(dāng)時(shí)世界上最先進(jìn)的“觀天堡天文臺(tái)”。

第谷擅長(zhǎng)觀測(cè)，但不擅長(zhǎng)數(shù)學(xué)，當(dāng)他看到開(kāi)普勒的著作后，希望他能夠給自己做助手，對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

開(kāi)普勒余第谷

第谷的所有研究都是基于“日心說(shuō)”，而開(kāi)普勒尊崇“地心說(shuō)”，由于學(xué)術(shù)理念和出身不一樣，“數(shù)據(jù)庫(kù)”擁有者第谷和“算法大師”開(kāi)普勒相談不歡，兩人互看不爽，在猜忌、爭(zhēng)執(zhí)、謾罵中磕磕絆絆地一起工作著，直到第谷的離世（據(jù)說(shuō)是因?yàn)楸锬驅(qū)е掳螂灼屏眩?/p>

臨死前，第谷將一生的觀測(cè)數(shù)據(jù)都交給了開(kāi)普勒，并囑托他幫自己完成“魯?shù)婪蛐潜怼薄?/p>

開(kāi)普勒的偉大成就

從此，開(kāi)普勒開(kāi)啟了他科學(xué)生涯最輝煌的時(shí)刻。

遵照第谷遺愿，在編制“魯?shù)婪蛐潜怼钡耐瑫r(shí)，開(kāi)普勒運(yùn)用火星的觀測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)運(yùn)算發(fā)現(xiàn)火星的運(yùn)行軌道并非按照哥白尼所說(shuō)的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，而是按橢圓軌道運(yùn)行的。