物理史话之星学之王第谷

古今中外的历史上都不乏数星星的人,在中国,有东汉的张衡,在西方,则有另一个著名的天文学家。他一生致力于天象的观测,绘制的恒星表由于其精确性,即使到了现在也极其具有研究价值。他对于恒星、行星和彗星的观测,对于古典天文仪器的制作以及宇宙观问题上的独到创新,都大大推动了天文学的发展。他的工作为后来的开普勒、伽利略甚至牛顿的科学发现奠定了宝贵的基础,他就是丹麦天文学家第谷·布拉赫。

第谷·布拉赫

第谷·布拉赫于1546年出生在丹麦坎斯尼亚省的一个贵族家庭。在第谷出生的时代,宗教改革已经在北欧如火如荼地进行了,中世纪压抑人性的神学已经处于风雨飘摇中了,有自然科学之首之称的天文学率先向宗教神学发起了挑战。哥白尼首先以他的光辉的日心说竖起了反抗的大旗,在这种氛围之下,第谷继之而起,在这场波澜壮阔的天文革命中立下了汗马功劳。1559年,第谷13岁,他进入了哥本哈根大学读书。1560年,他首次观测到了日食,这让年轻的第谷开始对天文学产生了浓厚的兴趣。1562年,第谷转到莱比锡大学学习法律,但他的主要兴趣都在天文学上,他利用一切的空余时间进行天文观测。在次年,他观测到了木星和土星,并写出了他的第一份天文观测资料。从1565年开始,第谷正式走上了从事天文学研究的生涯。从1565年到1570年,第谷在欧洲各国游学,特别是在罗斯托克大学花了几年的时间学习天文学,掌握了大量的天文学方面的知识,期间还建立了一座小型的天文台。1572年,第谷发现了仙后座有一颗新的明亮恒星,便使用他自己造的仪器对这颗星进行了一系列观测,直到它1574年变暗到看不见为止,这就是历史上著名的"第谷超新星"。前后16个月的详细观察和记载,取得了惊人的结果,彻底动摇了亚里士多德的天体不变的学说,开辟了天文学发展的新领域。1576年,丹麦国王将汶岛赐给了第谷,让他在那里建设一座新的天文台。这是世界上最早的大型天文台,在这里设置了四个观象台、一个图书馆、一个实验室和一个印刷厂,配备了齐全的仪器,耗资黄金1吨多。直到1599年,第谷在这里工作20多年,取得了一系列重要成果,创制了大量的先进天文仪器。1600年第谷与开普勒相遇,邀请他作为自己的助手。次年第谷逝世,开普勒接替了他的工作,并继承了他的宫廷数学家的职务。第谷的大量极为精确的天文观测资料,为开普勒的工作创造了条件,他所编著的经开普勒完成并于1627年出版的《鲁道夫天文表》成为当时最精确的天文表。

第谷一生的成就十分重大,首先是他发现了超新星和科学观测彗星。在第谷所出的时代,人们的观念还是2000年前的亚里士多德的天体永恒不变的观念,而到了1572年,第谷在仙后座发现了一颗异常明亮的新星,它的亮度甚至超过了金星,有时候在白天都能看到它。经过一年多的观测后,第谷相信这并不是一颗新增加的恒星,而是一颗原来亮度不够,肉眼看不到的恒星。对此,第谷还专门写了一篇题为《新星》的论文。后来,人们为了纪念第谷,就将这颗新星称为"第谷新星"。第谷的这一发现,打破了人们对于亚里斯多德理论的迷信。而对于彗星的观测,让第谷将一直蒙在彗星脸上那层神秘的面纱给揭开了,他认为彗星的轨道是伸长的,而不可能是圆形,并且认为彗星离地球的距离要远远超过月亮与地球的距离。他在1583年出版了《论彗星》一书。

第谷新星

其次,第谷一生都致力于行星运动的观测。第谷去世前,将一生三十多年所观测的行星的资料和恒星的位置数据都交给了他的学生开普勒,其中关于火星运动的观测资料尤为丰富。只不过,第谷的这些资料都是属于第一手的观测资料,而不是经过整理和提取的有总结性理论的资料,而开普勒正是在他老师第谷观测资料的基础上,通过自己的努力,将理论与实践相结合,最终得出了著名的开普勒三大定律。从而打破了两千年来天体只能做匀速圆周运动的观念,进一步证明了日心说的科学性,也为牛顿发现万有引力定律创造了条件。可以说,没有第谷的观察资料,光有开普勒的理论能力,是不可能发现行星运动三大定律的。

开普勒三定律

第三,第谷不惜血本制作了大量的先进的天文仪器,包括赤道式浑仪、象限仪、纪限仪、天球仪等。他还曾经在1598年写出了《机械学》一书,在书中,他对自己的发明极其详细地描述了下来,并做了图文并茂的说明。不过可惜的是,在第谷死后,这些仪器似乎就都被荒废了,而等到伽利略发明望远镜之后,第谷的这些仪器就彻底过时了。

纵观第谷的一生,他最主要的精力都在天文事业上,他的诸多成就都给人类文化史增添了光辉的篇章,同时,在他身上,还有当时科学家的时代特点--人文主义精神。第谷对天文学的贡献是不可磨灭的,他所做的观测精度之高,是他同时代的人望尘莫及的,可以说第谷的天文观测已经到达了人类肉眼的极限。第谷编制的一部恒星表相当准确,至今仍然有使用价值。可以说,作为丹麦天文学家的第谷,是近代天文学的奠基人。

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