宇宙探索简史进入科学时代

文/ 闻新 龚京民

牛顿的《自然哲学的数学原理》是人类科学史乃至整个人类文明史上的不朽巨作，它标志着经典力学体系的建立，还标志着人类社会从此进入了牛顿时代。科学史通常认为，从哥白尼时代就开始呼唤的近代科学革命，终于在牛顿这里得到了实现。

人类最早发现的变星（1667）

意大利天文学家赫米尼亚诺·蒙塔纳里发现了“大陵五（Algol）”的亮度变化，直到一个多世纪后，它的亮度变化周期才被人们认识。

“大陵五”也就是英仙座β，俗称为“恶魔之星”，是英仙座中一颗明亮的聚星，也是人类最早发现的变星之一。为了纪念赫米尼亚诺·蒙塔纳里的贡献，月球正面西南高地上一座古老的大撞击坑被命名为“蒙塔纳里环形山”。

人类最早发现光速是有限的（1676 年）

光速一直被认为是无限的，并且是瞬间到达的。早期的物理学家，如培根、开普勒和笛卡儿等,都认为光速是无限的。但伽利略认为光速是有限的，1638 年他让两个人提着灯笼各爬到相距约一公里的山上,让第一个人点亮灯笼,并开始计时；对面山上的另一个看见亮光时也点亮自己的灯笼,然后直到第一个人看见对面的灯笼点亮后,停止计时。这是历史上非常著名的测量光速的“掩灯方案”，但由于光速实在太快了,所以实验没有成功。

1676 年,丹麦天文学家奥勒·罗默利用木卫一的视运动,首次测量了光速，证明了光是以有限速度传播。他当时测量的光速为225 000 万公里/秒，而真实的光速为299792 公里/秒。为什么他测量的光速会误差这么大？奥勒·罗默在求解光速时，利用了地球轨道半径,而当时人类只知道地球轨道半径的近似值,所以他解算出来的光速与真实光速相差甚远。

牛顿发明反射式望远镜（1668 年）

1668 年牛顿发明了反射式望远镜。反射式望远镜是迄今为止应用最广泛的望远镜之一，牛顿反射式望远镜的设计理念使得今天制造大型望远镜成为现实。目前，人们为了纪念牛顿的发明，将简单反射式望远镜统统称为“牛顿主义者”。

人类利用望远镜发现的第一颗彗星（1680 年）

德国天文学家戈特弗里德·基尔希（Gottfried Kirch）发现一颗耀眼的彗星，后来被命名为“C/1680 V1 彗星”，也称1680 年大彗星，或称为Kirch 彗星。1680 年大彗星的彗尾横跨半个天空，它是人类首次用望远镜发现的彗星。根据资料记载分析，这颗彗星也是17 世纪最明亮的彗星之一，所以即使白天也可以观测到它的踪迹。除了它的亮度之外，因为被牛顿用来测试和验证开普勒定律，所以人们也称这颗彗星为“牛顿彗星”。

《自然哲学的数学原理》的出版（1687 年）

牛顿发现万有引力之后的20 年，科学家们似乎觉得“在距离的平方反比的力的作用下，物体的运动轨迹将呈现椭圆形”，但没有谁可以证明这一结论。哈雷认为牛顿能够证明这个问题，于是他拜访了牛顿，结果发现牛顿已经解决了这个问题。在哈雷的鼓励下，牛顿对这些研究成果进行了系统的整理，并于1687 年出版了《自然哲学的数学原理》。

《自然哲学的数学原理》分为三卷，第一卷表述了牛顿三定律，第二卷论述了在阻力作用下的物体运动，第三卷讨论了宇宙体系。其中，牛顿的三大运动定律和万有引力定律是全书的核心内容。

第一个发现恒星运动的人（1718 年）

埃德蒙·哈雷将当下恒星位置与1850 年前希帕克斯绘制的恒星位置相比较，发现恒星并非像希腊人认为的那样永恒不动，恒星之间是有相对运动的。具体而言，三颗明亮的恒星，天狼星、南河三（小犬座α）和大角星，它们已经改变了位置。于是，他提出星表不仅应该记录恒星的位置和亮度，还应该记录恒星的运动速度和方向，有了这些信息，人们就可以反推恒星曾经的位置。

第一个发现“光行差”的人（1725 年）

英国天文学家詹姆斯·布拉德雷发现了“光行差”现象，并于1728年宣布了这一发现。“光行差”是指运动的观测者观察到光的方向，与同一时间同一地点静止的观测者观察到的方向有偏差的现象，这种错觉类似于从一辆行驶的汽车上看，垂直落下的雨水似乎以一个角度落下。

在天文观测中，“光行差”现象尤为常见。因为地球在运动，所以在地球上观察天体的位置时，总是存在“光行差”，其大小与观测者的速度和天体方向与观测者运动方向之间的夹角有关，并且是不断变化的。