《人类科学技术史-242》新的天文成果

新的天文成果
1.天王星的发现

由于康德的天体演化学说的诞生，标志着天文学的相对冷落有所回升，到了18世纪80年代初，这种局面发生新的转折。而发生这一转折的转折点，就是1781年对太阳系的一颗新行星——天王星的发现。发现天王星的是一个流浪音乐家，后来以天文学家著名的赫舍尔(1738-1822年）。

赫舍尔出生在法国汉诺威的一个乐师之家。他从小学会了多种乐器的演奏，其时，法王路易十五发动了对德战争，赫舍尔即和父亲一起从军。1757年，赫舍尔离开军队，只身流落到英国，开始了他的流浪音乐家的生涯。后来一家教堂聘请他做了乐师。他在白天为教堂演奏音乐，在晚上独自望着星空出神，他从音乐的和谐想到宇宙的和谐，似乎突然发现音乐结构与宇宙结构之间有某种奇妙的统一，于是他开始研究天文学。

要进行天文观察最基本的条件是必须有一台天文望远镜。但是他没钱购买，只得自己动手试制，经过一段时间的辛勤工作，终于制出了一台直径为6.2英寸的反射型天文望远镜。

1781年春的一个夜晚，当赫舍尔把望远镜对准双子星座时，发现在视场中多了一颗六等小星。这颗小星初看起来并不显眼，可是在经过仔细观察之后，赫舍尔发现，它与其它的星星并不相同，这一偶然的发现引起赫舍尔的极大兴趣。

从最初发现这颗六等小星开始，赫舍尔又连续对它进行了十多个夜晚的追踪观察。赫舍尔发现，这颗小星的位置在不断地移动，当时，他认为可能是一颗彗星，于是在3月13日向皇家学会递交了观察报告，说明发现了一颗新彗星。以后他又对这颗六等小星进行多次观察和反复分析，最后认定，他所发现的，实际上是太阳系的一颗新行星。接着赫舍尔初步计算出了这颗新行星的运行轨道，计算出了它对日的平均距离。他发现，这颗新行星的绕日轨道近似圆形，而对日平均距离约为土星的两倍。

自古以来，人们只知道水、金、火、木、土五大行星。哥白尼的日心说创立后，人们才认识到人类自身所在的地球也是一颗行星，这样人们才知道太阳系有六大行星。自哥白尼以后，人们在天文观察中虽然有不少新发现，但由于人们一直认为土星是太阳系的最边缘，所以谁也没有想到在土星之外是否还有别的行星。赫舍尔发现的这颗新行星并不难观察，在晴朗的夜空，用肉眼也可以勉强观察到，但许多天文学家由于受到土星是太阳系的边缘这一既定观念的束缚，既使在看到它以后，也错把它当做恒星或别的天体放过了。

新行星的发现立即轰动了英国乃至整个欧洲。许多天文学家都在望远镜中找到了这颗新行星。天文学家们纷纷向赫舍尔表示祝贺，建议把这颗行星命名为"赫舍尔星"。但赫舍尔认为不合适，于是，这颗新行星便以古希腊神话中的天王尤拉纳斯的名字为它命名。这样，天王星便成了太阳系的行星家族中的第七名成员。

天王星的发现为英国赢得了极大的科学荣誉，英国皇家学会立即授予赫舍尔以皇家学会会员的称号，并聘请他为皇家天文学家。自此以后赫舍尔便成了一名职业天文学家，那时赫舍尔43岁。

赫舍尔被聘请为皇家天文学家时，正值他中年盛时，因此，他又在天文学中，特别是在天文观察中作出了一系列杰出的贡献。1782年，他编制出了第一个双星辰。1783年，他不但发现了太阳本身的自行，而且发现了太阳系作为一个整体在空间的运动。这一杰出的发现，可以与发现天王星相媲美。因为这一发现动摇了认为恒星不动和太阳系不动的传统观念。

1785年，他首次用统计方法研究了恒星在空间的分布和运动，从而描绘出了第一个银河系结构模式，并由此奠定了恒星天文学的基础。1787年，他又发现了天王星的两颗卫星：天卫四和天卫三，并首次发现了第一个行星状星云。1789年，他又发现了土星的两颗卫星：土卫一和土卫二。1800年，他首次从太阳光谱中发现不可见的红外辐射。1802年，他又发现双星有相互绕转的周期运动。可以说，在18世纪末和19世纪初的天文学史中，乃至在整个近代天文学史上，谁也没有象赫舍尔有这么多的杰出发现。

由于赫舍尔在天文观察中所取得的一系列成就，特别是由于天王星的发现，在天文学中又重新激起了一股新的热流，在这股新热流的激荡之下，天文学又出现了一个新的蓬勃局面。

2.拉普拉斯与高斯的天文学研究

拉普拉斯(1749-1827年）生于法国诺曼的一个农民家庭，在博蒙陆军学校毕业之后，由大数学家达兰贝尔推荐，当了巴黎军事学校的数学教授。在法国大革命时期曾参加过巴黎高等师范学校和工科大学的组织工作。

在赫舍尔发现天王星之前，拉普拉斯即开始致力于天文学研究。不过，他最初的研究主要是在天体起源的力学理论方面。1775年，他对潮汐动力学的研究取得初步成果。此后，他进一步致力于天体起源的理论推导。1796年，他发表了《宇宙体系解说》这一名著，在这一著作中，他提出了一个类似于康德的天体演化学说的"星云假说"。所不同的是，拉普拉斯的"星云假说"比起康德的"星云假说"有更多的力学基础与物理学依据，而他的《宇宙体系解说》比康德的《宇宙发展史概论》产生了更深远的影响。正是由于拉普拉斯的"星云说"，使人们想起了康德的"星云假说"。这样以"星云说"为基础的天体演化学说，自此便以"康德——拉普拉斯学说"而闻名于19世纪初。由于这一学说本身所具有的革命内容，同时也由于法国革命在当时的巨大影响，"康德——拉普拉斯学说"便成为19世纪各种演化学说的先导，成为19世纪科学革命的一面旗帜。

当赫舍尔发现天王星的消息传到法国后，即进一步激起了拉普拉斯对数理天文学的兴趣，特别是激起了他对天体力学的兴趣。于是，他以牛顿、欧拉、达兰贝尔、拉格朗日等人有关行星摄动的力学和数学成果为基础，开始对行星运动的力学和数学问题进行研究。1799年，拉普拉斯发表了《天体力学》这一重要著作。在这一著作中，他进一步发展了行星运动的摄动理论。

天王星的发现，也激起了观测天文学的新的热流。1801年1月1日，意大利天文学家皮亚齐(1746-1826年）在火星与木星之间发现了太阳系的第一颗小行星"谷神星"。这是继天王星发现后，又一轰动科学界的重要新闻。

自此之后，人们才知道，不但有天王星这样的大行星，而且还有像谷神星这样的小行星。这样，人们对于太阳系的认识又前进了一步。

谷神星的发现引起了德国青年数学家高斯的兴趣，当时高斯年仅24岁，但他已在数学上取得了一些引人注目的成就，于是他很快转入天体力学的研究。在研究之初，高斯对皮亚奇的观察资料进行了分析，结果发现，只要用三个基本数据就可以算出谷神星的轨道。1802年，高斯的朋友、德国天文学家奥尔别尔斯在火星与木星之间又发现了一颗小行星"智神星"。高斯也用同样的方法对智神星的轨道进行了计算，其计算结果与观察的结果是一致的。

高斯在天体力学中取得的这些最初的成果给了他很大的鼓舞。但不久以后，人们发现，无论是谷神星，还是智神星，它们的实际运行轨道要比理论计算轨道复杂得多。而使小行星的轨道复杂化的原因，显然是由于大行星的摄动作用引起的。于是高斯由行星轨道的一般理论研究，转入重点研究行星的长期摄动问题。此后高斯经过几年的努力，终于建立了一个按圆锥曲线运动的理论来计算行星摄动的新的数学方法。1809年，高斯出版了论述他的这一新的数学方法的著作《天体按照圆锥曲线运动理论》。这样，继拉普拉斯之后，高斯又把行星摄动理论向前推进了一步。