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物理史話之星學之王第谷

古今中外的歷史上都不乏數星星的人,在中國,有東漢的張衡,在西方,則有另一個著名的天文學家。他一生致力於天象的觀測,繪製的恆星表由於其精確性,即使到了現在也極其具有研究價值。他對於恆星、行星和彗星的觀測,對於古典天文儀器的製作以及宇宙觀問題上的獨到創新,都大大推動了天文學的發展。他的工作為後來的開普勒、伽利略甚至牛頓的科學發現奠定了寶貴的基礎,他就是丹麥天文學家第谷·布拉赫。

物理史話之星學之王第谷

第谷·布拉赫

第谷·布拉赫於1546年出生在丹麥坎斯尼亞省的一個貴族家庭。在第谷出生的時代,宗教改革已經在北歐如火如荼地進行了,中世紀壓抑人性的神學已經處於風雨飄搖中了,有自然科學之首之稱的天文學率先向宗教神學發起了挑戰。哥白尼首先以他的光輝的日心說豎起了反抗的大旗,在這種氛圍之下,第谷繼之而起,在這場波瀾壯闊的天文革命中立下了汗馬功勞。1559年,第谷13歲,他進入了哥本哈根大學讀書。1560年,他首次觀測到了日食,這讓年輕的第谷開始對天文學產生了濃厚的興趣。1562年,第谷轉到萊比錫大學學習法律,但他的主要興趣都在天文學上,他利用一切的空餘時間進行天文觀測。在次年,他觀測到了木星和土星,並寫出了他的第一份天文觀測資料。從1565年開始,第谷正式走上了從事天文學研究的生涯。從1565年到1570年,第谷在歐洲各國遊學,特別是在羅斯托克大學花了幾年的時間學習天文學,掌握了大量的天文學方面的知識,期間還建立了一座小型的天文台。1572年,第谷發現了仙后座有一顆新的明亮恆星,便使用他自己造的儀器對這顆星進行了一系列觀測,直到它1574年變暗到看不見為止,這就是歷史上著名的"第谷超新星"。前後16個月的詳細觀察和記載,取得了驚人的結果,徹底動搖了亞里士多德的天體不變的學說,開闢了天文學發展的新領域。1576年,丹麥國王將汶島賜給了第谷,讓他在那裡建設一座新的天文台。這是世界上最早的大型天文台,在這裡設置了四個觀象台、一個圖書館、一個實驗室和一個印刷廠,配備了齊全的儀器,耗資黃金1噸多。直到1599年,第谷在這裡工作20多年,取得了一系列重要成果,創製了大量的先進天文儀器。1600年第谷與開普勒相遇,邀請他作為自己的助手。次年第谷逝世,開普勒接替了他的工作,並繼承了他的宮廷數學家的職務。第谷的大量極為精確的天文觀測資料,為開普勒的工作創造了條件,他所編著的經開普勒完成並於1627年出版的《魯道夫天文表》成為當時最精確的天文表。

第谷一生的成就十分重大,首先是他發現了超新星和科學觀測彗星。在第谷所出的時代,人們的觀念還是2000年前的亞里士多德的天體永恆不變的觀念,而到了1572年,第谷在仙后座發現了一顆異常明亮的新星,它的亮度甚至超過了金星,有時候在白天都能看到它。經過一年多的觀測後,第谷相信這並不是一顆新增加的恆星,而是一顆原來亮度不夠,肉眼看不到的恆星。對此,第谷還專門寫了一篇題為《新星》的論文。後來,人們為了紀念第谷,就將這顆新星稱為"第谷新星"。第谷的這一發現,打破了人們對於亞里斯多德理論的迷信。而對於彗星的觀測,讓第谷將一直蒙在彗星臉上那層神秘的面紗給揭開了,他認為彗星的軌道是伸長的,而不可能是圓形,並且認為彗星離地球的距離要遠遠超過月亮與地球的距離。他在1583年出版了《論彗星》一書。

物理史話之星學之王第谷

第谷新星

其次,第谷一生都致力於行星運動的觀測。第谷去世前,將一生三十多年所觀測的行星的資料和恆星的位置數據都交給了他的學生開普勒,其中關於火星運動的觀測資料尤為豐富。只不過,第谷的這些資料都是屬於第一手的觀測資料,而不是經過整理和提取的有總結性理論的資料,而開普勒正是在他老師第谷觀測資料的基礎上,通過自己的努力,將理論與實踐相結合,最終得出了著名的開普勒三大定律。從而打破了兩千年來天體只能做勻速圓周運動的觀念,進一步證明了日心說的科學性,也為牛頓發現萬有引力定律創造了條件。可以說,沒有第谷的觀察資料,光有開普勒的理論能力,是不可能發現行星運動三大定律的。

物理史話之星學之王第谷

開普勒三定律

第三,第谷不惜血本製作了大量的先進的天文儀器,包括赤道式渾儀、象限儀、紀限儀、天球儀等。他還曾經在1598年寫出了《機械學》一書,在書中,他對自己的發明極其詳細地描述了下來,並做了圖文並茂的說明。不過可惜的是,在第谷死後,這些儀器似乎就都被荒廢了,而等到伽利略發明望遠鏡之後,第谷的這些儀器就徹底過時了。

縱觀第谷的一生,他最主要的精力都在天文事業上,他的諸多成就都給人類文化史增添了光輝的篇章,同時,在他身上,還有當時科學家的時代特點--人文主義精神。第谷對天文學的貢獻是不可磨滅的,他所做的觀測精度之高,是他同時代的人望塵莫及的,可以說第谷的天文觀測已經到達了人類肉眼的極限。第谷編製的一部恆星表相當準確,至今仍然有使用價值。可以說,作為丹麥天文學家的第谷,是近代天文學的奠基人。

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