物理与文化物理与文化物理与文化 (9).pdf

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1、1第谷“折中”的宇宙体系第谷布拉赫（TychoBrahe,1546 1601），丹麦天文学家，以观测精密而著称04开普勒“天空立法者”28第谷的观测精度之高，是他同时代的人望尘莫及的，至今尚未有人能在没有望远镜的条件下进行更为精确的观察第谷肉眼观测所用的六分仪第谷提出一种折中的宇宙结构体系，即所有行星都绕太阳运动，而太阳则率领众行星绕地04开普勒“天空立法者”29球运动实质上，他的体系属于地心说第谷“折中”宇宙体系示意图04开普勒“天空立法者”301577年第谷仔细观测了天空出现的一颗巨大彗星哈雷慧星，更为重要的是，第谷通过精密观测发现，彗星轨道不是正圆哈雷彗星（周期彗星表编号：哈雷彗星（周期

2、彗星表编号：1P/Halley）是每）是每76.1年环绕太阳一周的周期年环绕太阳一周的周期彗星，肉眼可以看到。因英国物理学家爱德蒙彗星，肉眼可以看到。因英国物理学家爱德蒙哈雷（哈雷（1656-1742）首先测）首先测定其轨道数定其轨道数据并成功预言回归时间而得名。据并成功预言回归时间而得名。哈雷彗星是唯一能用裸眼直接从地球看见的短周期彗星，也是人一生中唯哈雷彗星是唯一能用裸眼直接从地球看见的短周期彗星，也是人一生中唯一以裸眼可能看见两次的彗星。哈雷彗星上一次回归是在一以裸眼可能看见两次的彗星。哈雷彗星上一次回归是在1986年，而下一年，而下一31次回归将在次回归将在2061年中。上次通过近日点

3、：年中。上次通过近日点：1986年年2月月9日日,下次通过近日点：下次通过近日点：2061年年7月月28日。日。2018年年10月月21日至日至22日日出前，猎户座流星雨迎来极大日日出前，猎户座流星雨迎来极大。猎户座流星雨是由哈雷彗星造成的，哈雷彗星每。猎户座流星雨是由哈雷彗星造成的，哈雷彗星每76年就会回到太阳系的年就会回到太阳系的核心区，碎片散布在彗星轨道上，从而形成了猎户座流星雨。当你陪着某核心区，碎片散布在彗星轨道上，从而形成了猎户座流星雨。当你陪着某人去看流星人去看流星雨的时候不妨给她解释一下，估计会对你另眼相看！雨的时候不妨给她解释一下，估计会对你另眼相看！埃德蒙埃德蒙哈雷哈雷（E

4、dmond Halley1656年年11月月8日日1742年年1月月14日日）英国英国32埃德蒙埃德蒙哈雷哈雷（Edmond Halley，1656年年11月月8日日1742年年1月月14日日），英国英国天文学家、天文学家、地理学家、数学家、气象学家和物理学家，曾任牛津大学几何地理学家、数学家、气象学家和物理学家，曾任牛津大学几何学教授，第学教授，第二任格林尼治天文台台长。他把牛顿定律应用到彗星运动上，二任格林尼治天文台台长。他把牛顿定律应用到彗星运动上，并正确预言并正确预言了那颗现被称为哈雷的彗星作回归运动的事实，他还发现了天了那颗现被称为哈雷的彗星作回归运动的事实，他还发现了天狼星、南河狼

5、星、南河三和大角这三颗星的自行，以及月球长期加速现象。三和大角这三颗星的自行，以及月球长期加速现象。牛顿在哈雷牛顿在哈雷游说下，开始写自然哲学的数学原理一书，此书的编辑、游说下，开始写自然哲学的数学原理一书，此书的编辑、校对和序言校对和序言撰写，更是由哈雷亲自完成。皇家学会却无法筹集资金，哈雷撰写，更是由哈雷亲自完成。皇家学会却无法筹集资金，哈雷于是自掏腰包。于是自掏腰包。开普勒（JohannesKepler，1571 1630），德国天文学家开普勒非常喜欢数学和天文，并显示出惊人的才华开普勒的一位老师天文学教授麦斯特林是日心说的拥护者私下对亲近的学生04开普勒“天空立法者”33开普勒特林是日

6、心说的拥护者，私下对亲近的学生宣传哥白尼日心说，这对开普勒的宇宙观产生极大的影响2开普勒长期致力于寻找各行星轨道之间的数学关系通过反复计算，开普勒发现，以球的内接和外切正多面体刚好可以给出当时已发现的六大行星轨道半径之间的关系，并且与当时的观测值符合得很好04开普勒“天空立法者”34开普勒提出了六个行星绕太阳运动的几何模型，成为第一个公开支持哥白尼学说的天文学家开普勒给出的行星轨道1600年，开普勒接受第谷的邀请到布拉格天文台工作开普勒牢记第谷临终前的忠告：“一定要尊重观测事实”他开始运用数学方法对第谷遗留的观测资料进行系统的分析和整理，发现用圆周运动来解释火星轨04开普勒“天空立法者”35道

7、，与第谷的观测值总有8分的偏差不能消除第谷与开普勒“一经认识这是我们使用的假说上的错误，便应竭尽全力去发现天体运动的真正规律，这8分是不允许忽略的，它使我走上改革整个天文学的道路”第谷从不第谷从不相信哥白尼体系，当他去世时，把毕生相信哥白尼体系，当他去世时，把毕生的天文观的天文观测资料传给了他的学生，德国天文学家测资料传给了他的学生，德国天文学家开普勒开普勒（Johannes Kepler）。与第谷不与第谷不同的是，开普勒坚定地相信哥白尼的日同的是，开普勒坚定地相信哥白尼的日心说，但心说，但他不能解释为什么行星的圆周轨道与第他不能解释为什么行星的圆周轨道与第谷的天文谷的天文观测结果不同。他相信

8、老师的观测，更观测结果不同。他相信老师的观测，更我曾测量过天空，我曾测量过天空，而现在测量幽冥而现在测量幽冥Johannes Kepler(1571-1630)倾向于从倾向于从理论上思考问题。理论上思考问题。最终，他最终，他放弃了自己七十余次“圆上加圆”的方放弃了自己七十余次“圆上加圆”的方法构造的法构造的火星轨道曲线，放弃了匀速圆周运动这火星轨道曲线，放弃了匀速圆周运动这个一向为个一向为人们所钟爱的古老信念，建立了行星运人们所钟爱的古老信念，建立了行星运动三定律。动三定律。而现在测量幽冥而现在测量幽冥，灵魂飞向天国，灵魂飞向天国，肉体安息土中。肉体安息土中。墓志铭，自撰墓志铭，自撰开普勒迈出

9、了关键的一步：火星轨道是椭圆而不是圆接着，他又把这一认识推广到所有的行星，得到了以自己名字命名的两条定律04开普勒“天空立法者”37六大行星及其椭圆轨道开普勒第二定律示意图开普勒第三定律开普勒猜测行星运动的快慢，可能与行星轨道的半径有某种关系行星TR水星0.2410.387金星04开普勒“天空立法者”38金星0.6150.723地球1.0001.000火星1.8811.524木星11.8625.203土星29.4579.539开普勒坚信宇宙是和谐的，得到了第三定律行星T2R3水星0.0580.058金星0 3780 37804开普勒“天空立法者”39金星0.3780.378地球1.0001.0

10、00火星3.543.54木星140.7140.7土星867.7867.7开普勒第三定律3开普勒行开普勒行星运动三定律星运动三定律：1.行星沿椭行星沿椭圆轨道绕太阳运动，太阳位于椭圆的一个圆轨道绕太阳运动，太阳位于椭圆的一个焦点上。焦点上。2.对 任一个行对 任一个行星说，它的矢径在相等的时间内扫过星说，它的矢径在相等的时间内扫过相等的面积。相等的面积。3.行星绕太行星绕太阳运动轨道长半轴阳运动轨道长半轴 R 的立方与周期的立方与周期T 的的平方成正比平方成正比。32312221rrTT 年年年）年）（木星周期木星周期地球地球地球地球木星木星木星木星1212.5)(33TrrT 开普勒三定律系统

11、地总结了行星运行规律，是第谷和开普勒合作的成果，是精确的科学观测与严密的数学推算相结合的典范开普勒三定律的发现对推动天文学和力学的发展起了非常关键的作用可以说，从开普勒开始，天文学才真正成为了一门精确科学04开普勒“天空立法者”41开普勒已经认识到他的定律强烈地暗示了太阳对行星有一种吸引力，这个力随距离之增大而减弱这是什么样的力呢？开普勒还想不出来，但开普勒的理论为牛顿经典力学的建立提供了重要基础开普勒的惊人成就，是证实下面这条真理的一个特别美妙的例子，这条真理是：知识不能单从经验得出，而只能从理智的发明同观察到的事实两者的比较中得出04开普勒“天空立法者”42得出 爱因斯坦05伽利略与天文望

12、远镜伽利略（Galileo Galilei,1564-1642）科学之父科学之父在1609 1610年间，伽利略通过观测发现了一系列前所未知的天文现象 月亮表面粗糙不平，它本身并不发光，而是反射太阳光；从月亮表面山脉的影子测出了它们的高度 银河是由大量星星组成的05伽利略与天文望远镜支持了支持了哥哥支持了支持了哥哥所有的天所有的天体是相似的，地球并非独特的。体是相似的，地球并非独特的。亚里士多德亚里士多德的的“55晶球模型晶球模型”是错误的是错误的。44 观察到了金星的周相变化，表明金星是围绕太阳运转的 发现木星的4颗卫星 发现了太阳黑子及其在太阳表面有规律的运动，判断出太阳自转的周期约为27

13、天 用望远镜在天空的任何方向看到了比肉眼看时多得多的星星哥哥白尼的日心说白尼的日心说哥哥白尼的日心说白尼的日心说亚里士多德亚里士多德的的55晶球模型晶球模型是错误的是错误的。宇宙中可宇宙中可能存在其他的行星系统能存在其他的行星系统。宇宙是无限的宇宙是无限的2009国际天文年是由国际天文学国际天文年是由国际天文学联合会联合会(IAU)和联合国教科文组织和联合国教科文组织(UNESCO)共同发起，主题“探共同发起，主题“探索我们的索我们的宇宙”。宇宙”。为纪念伽利略为纪念伽利略05伽利略与天文望远镜45首次用望首次用望远镜进行天文观测远镜进行天文观测400年，年，希望通过白天的天空和夜晚希望通过白天的天空和夜晚的星空，帮助人们重的星空，帮助人们重新认识他们新认识他们在宇宙中在宇宙中的位置，从而激发个人的位置，从而激发个人的探索发的探索发现精神。现精神。