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科普第谷物理 |
对于题目,作小诗为解:
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?
一、
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多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。
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1596年25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。
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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