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天才观测家第谷

(2013-08-25 18:11:46)
标签:

科普

第谷

物理

          第四章  观天象   第谷二十年记录数据

              寻规律   学生辨真伪天空立法

对于题目,作小诗为解:

 

          亲建天文台,自制众仪器,

      第谷观测精确,谁人堪与比?

      笔记交给学生,嘱其尊重事实,数据理头绪。

          好个开普勒,无愧恩师意。

 

      用数学,细分析,找规律。

      八分误差,椭圆轨道更合理。

      面积速度不变,周期长轴相关,三规律缜密。

      天空立法规,却问缘何理?

 

被后人誉为天才观测家的第谷,其显著的科学成就,是他20多年精确的天象观测记录。在没有望远镜的情况下,仅凭肉眼观测的误差,公认的小于2弧分。

正是基于对第谷的信任,他的学生开普勒才以数据为准,最终发现了天体运行规律,亦称开普勒三定律。

第谷为什么能够做出精确的观测?为什么第谷慧眼识得开普勒,招其为自己的学生?开普勒如何发现开普勒三定律?定律解决了什么问题?还存在什么问题?

                        http://s16/mw690/d627c2d7tx6C8kN4qHZ7f&690
                                       第谷  丹麦天文学家  1546-1601

一、           天才的观测家第谷

第谷14岁时根据预报参加观测日食的活动,这使他对天文学产生了极大的

兴趣,他上大学就报考了天文系,走上天文观察的人生道路。他30岁时,已经从事天文研究,小有成就。他发现过彗星,发现过新星,编制过精密的星表。

尤其是他的特殊的经历:由于第谷家人的功劳,丹麦国王出资巨款,批准第谷在哥本哈根附近的汶岛建立天文台。这使得他如鱼得水,他拥有当时最先进的天文台和观测仪器。他严格训练培养了一批高水平的助手,在汶岛天文台20年的高精度的天文观测积累了大量行星运动的观测资料取得了一系列重要成果帮助人们正确认识天文现象。

第谷堪称是望远镜发明前观测天文学的登峰造极者,被誉为“星学之王”。他那双像老鹰般的锐眼,他从事科学观测的耐心,他对数据测量的严谨,凡

不确定,有疑问的数据绝不放过,以前有记载的几乎每一个重要的天文数据,他都审慎地重新测定,其认真细致在科学史上亦属罕见。

    他连续跟踪观测了大约1000 行星在天空中的位置变化,其观测精度几乎达到了望远镜出现之前肉眼许可的极限。

   

但是第谷精密测量,一直也没有观测到恒星的周年视差现象。我们知道这可

能有两个原因,一是这个数据太小,条件限制看不到,二是地球根本没有动,没有周年视差。第谷坚决不相信地动说,但是他精心测量的数据,却为地动说提供了证据。

 

二、           第谷为什么能够做出精确的观测?

第谷一生的奋斗目标就是提高观测的精确性,及时对已有仪器不断地改进。

当年他兴建天文台时,他在这个机会中大显才能。他亲自设计天文台,并参与兴建。他亲自设计主持制造当时最先进的天文学仪器,仪器也很快到位。他建立的是当时最先进的天文台,他设计主持制造的是当时最先进的观测仪器。并且他还研究大气折射对数据的影响,以矫正观测数据。

第谷的工作一丝不苟,他采取连续跟踪观察某颗行星的运动轨迹,并作详细记录的方法。先进仪器,最佳工作环境,无人能比的耐心,重新审测他用到的以往的观测数据,第谷观察的准确性比前人提高了几十倍。当时测量行星角位置的误差是10弧分,第谷做到小于2弧分。

 

第谷的行星角位置的测量误差小于2弧分,表示他重复测量值重合很好,偏离小于2弧分。2弧分是多少呢?弧分是度量角度的,也称角分。量角度时,不致引起混淆,也称分。一个圆的圆周角是360度,一度是60弧分。你可以想象2弧分有多大?

 

需要指出的是,自从伽利略制作出望远镜观察天体,其直观、方便的优越性、完全替代了第谷的所有仪器。 第谷的精密观测数据,经过他的学生开普勒的整理,发挥了更大的作用。

 

 三、第谷为什么选择开普勒作为其学生和助手?

 

开普勒比第谷小25岁。开普勒于159625岁时出版了一本书《宇宙的奥秘》,提出太阳系行星运动轨道的几何模型。(后来被证明这个模型是错误的)。第谷看到这本书,虽然不赞成开普勒的观点,但是却欣赏他的数学才能,诚挚邀请开普勒到自己身边工作。第谷也认识到自己虽然有大量精确可靠的资料,但理论思维,数学演绎归纳,不是自己的强项。1600年,开普勒做了第谷的助手,朝夕相处,结成了忘年交1601年第谷去世,临终前将自己一生的观测资料交给开普勒,嘱托整理发表,并且一定要尊重观察事实。

            http://s1/mw690/d627c2d7tx6C8t3hqHS10&690

                         位于捷克布拉格的第谷和开普勒纪念像 (转载)

有自知之明,能够认清自己的长处和短处,还能知人善任,清楚别人的长处,第谷选对了助手。开普勒不但完成了第谷的遗愿,“一生没有虚度”,出版了当时最精确的恒星星表,更大的成就是在第谷精确数据的基础上,发现了宇宙天体运动的法规:开普勒三定律。

 

开普勒的书《宇宙的奥秘》提出的宇宙模型是错误的,但是这个关于宇宙的思考,为他后来发现开普勒三定律,却有很大的帮助。

开普勒三定律,不但以众多事实证实了日心说的正确,而且定律能够预言更遥远天体的运动。


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