天使之夜
哥白尼的日心说标志着科学革命的开始,但几十年来人们普遍都接受不了他的这个理论,不仅宗教领袖接受不了,其他天文学家也都无法接受,他们提出了一些哥白尼难以回答的问题。“planet(行星)”这个词来源于希腊语,意思是“游星”,希腊人当时并不知道地球在运动,以为行星围绕地球运行,但是行星运行的方式很奇怪。有时它们的运行方向会发生改变.
这些行星不应该只是简单地围绕地球运动,因为那样的话怎么会改变运动方向呢?托勒密意识到,通过增加一个称为本轮的第二个圆环轨道可以解释行星的这种运动,每颗行星都绕着一个本轮运动,而本轮又绕着地球运动。哥白尼对此则有不同的解释,他认为地球是绕着太阳运动的。这个解释更简洁,但它有几个问题。哥白尼很快意识到他这个简单的模型根本行不通。它与行星观测到的位置并不吻合,于是他又把本轮加了进去。他将太阳从太阳系中心移走。但即使做了这些改动,他的模型也并没有比托勒密的好多少。
是什么在让地球运动呢?地球如此之大,又如此之重,是什么能让它移动得如此之快呢?行星和恒星在运动,这个事实没什么大问题,因为亚里士多德解释了,它们由一种更轻的物质组成,这种物质喜欢作圆周运动。
视差:如果我们移动得如此之快,那为什么我们没看到恒星在我们移动时改变位置呢?这种现象称为视差。你可能会认为那只是因为这些恒星离我们实在太远罢了,但我们会希望它们是光点。借助望远镜,你可以看到它们是有厚度的,这意味着它们必然极其遥远,极其巨大。4. 炮弹问题。如果你向南发射炮弹,它会像你预期的那样在正南落地,但前提是地球是静止的。
现在让地球运转起来。意大利以每小时750英里的速度旋转。炮弹在发射时以相同的速度运动,因此我们将这个速度添加到炮弹的运动中。但是赤道旋转的更快,炮弹目标运动得也就更快,因此它无法击中目标。但这并不是我们所看到的现象。当我们身处地球时不能察觉到地球的运动。
如果地球旋转,我们也只能看到转向右侧的炮弹。这些哥白尼遗留下的问题将会困扰科学家们好几个世纪。然而伽利略有两项重要发现能够支持哥白尼的说法。他发现有四颗卫星是围绕木星旋转的,这就证明了并不是所有的星体都围绕地球旋转。托勒密和哥白尼对于金星应该处的位置都做出了类似的预测。请记住,他们只能测量出与金星的角度,而不是距离。托勒密预测金星处于新月形,然而哥白尼却认为已经接近全满,这正如伽利略所见。
那么现在所有人都相信哥白尼了吗?恐怕不是,因为还有一个很好的选择。第谷 布拉赫认为行星围绕太阳旋转,太阳绕着地球转。这个说法避免了所有地球运动会导致的问题。 德国一位名为约翰尼斯开普勒的天文学家修复了哥白尼模型。起初,开普勒认为六个已知行星的运行轨道和五种柏拉图立体联系紧密。但他错了。
它们之间并没有真正的联系。不过,他找到了拥有最好数据的人:第谷布拉赫。第谷很富有。他的继父救出了濒临溺亡的腓特烈二世,结果死于肺炎。因此,心怀感激的腓特烈二世极其支持第谷庞大的研究计划。在开普勒终于掌握了火星的数据后,他估计能在八天内解决问题。然而在八年后,仍然是进行时。这项工作很难,因为他只拥有一个可用的数据点——地球、火星和太阳之间的夹角。 他不知道到火星有多远,也不知道火星和地球移动引起的运动有多少。但是他发现了一种能够屏蔽地球移动导致的运动的方法。火星上的一年共持续687天。
根据相隔687天的测量数据来看,火星一直处在相同的位置。只是地球在移动。如今开普勒估算了地球的轨道,然后以此估算火星的轨道,然后他发现了托勒密、伽利略、哥白尼和其他所有天文学家所犯的错误——行星的轨道不是圆的,而是椭圆的。艾萨克·牛顿通过他的运动定律和万有引力定律解释了地球是如何运动的。我们看到的恒星视差非常小,因为它们很遥远但又不是大得离谱。恒星的厚度是一种错觉。乔治·艾里解释了望远镜是如何扭曲恒星影像,从而使它们看起来比实际更大的。
1838年,贝塞尔终于证明,在地球绕太阳公转的过程中,恒星确实会稍微移动一点。对于弹丸在旋转物体上的运动,人们一直不能完全理解,直到科里奥利推导出描述旋转物体运动的方程。然而,这种效应只有在距离很大时才会被注意到。当击球手打出一个本垒打时,这种效应的影响小于球的大小。当开普勒发现行星以椭圆形运动时,哥白尼的模型非常有效。椭圆运动完全符合牛顿的运动定律。通过观测视差和科里奥利效应,哥白尼理论进一步得到了证实。
火星是距离太阳第四远的行星,也是太阳系中第二小的行星,仅大于水星。在英语中,火星以罗马战神Mars命名,也常被称为“红色星球”。后一个名字的得来是因为火星表面普遍存在的氧化铁使其呈现出肉眼可见的与众不同的红色外观。火星是一颗类地行星,大气稀薄,其表面特征让人联想到月球上的陨石坑,地球上的山谷、沙漠和极地冰冠。
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