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1609年,一個新世界!(2)

[ 來源:科學網 | 作者:本站 | 發布時間:2019-06-28 | 瀏覽:1697次 ]

伽利略:五大新奇天象改變人類宇宙觀

1609年,伽利略45歲,那時他是意大利帕多瓦大學的教授,上半年剛搞定自由落體的研究,正春風得意。

伽利略

這年夏天,伽利略在威尼斯聽說荷蘭一位眼鏡商發明了一種可以將遠處物體“拉近”的神器——望遠鏡。

他很快獲得了制備望遠鏡的資料并親自制作,先后制出了倍率為3、9、20的望遠鏡,最終在1610年3月制出了倍率為30,相當于將觀測物放大900倍的望遠鏡。

伽利略不是望遠鏡的發明者,但他是有意識得把望遠鏡用于天文觀測的第一人,他隨即發現了一系列新的天象。在1609-1610年間,伽利略利用望遠鏡發現了五大新奇天象。

第一他發現了月球表面高低不平、坑坑洼洼。這與地心體系認為的月球表面光滑的說法完全不同。伽利略甚至通過月球上山脈的陰影,計算出了山脈的高度。

伽利略1609年手繪的月相圖

第二他發現了茫茫銀河原來是無數恒星匯聚的結果。

第三他發現了太陽黑子。

有讀者可能有疑惑了,這有什么值得大書特書的,我國古代有關太陽黑子的記載多去了,而且遠比伽利略的時代要早。

的確如此,比如《漢書·五行志》記載,“河平元年(公元前28年)三月己未。日出黃,有黑氣,大如錢,居日中央。”這是太陽黑子的明確記載,要比伽利略的“再發現”早1600多年。

但是伽利略通過望遠鏡發現太陽黑子是在特殊的社會背景下,有著特殊的歷史意義。

還記得前面說的月上世界吧?在地心體系中,月上世界完美無瑕,太陽就處在月上世界,本應該沒什么瑕疵,這下可好,竟然有了黑子。這無異于又一次打了地心說的臉。

第四他發現了木星的4顆衛星。

1610年的1月7日,伽利略在觀測木星時發現了它的衛星,起先是發現3顆,2顆在木星的東側,1顆在木星的西側;第二天他發現3顆星全都到了木星的西側;10日,只有兩顆星在東側……13日和15日木星周圍出現了4顆星,只是排列不同。

經過認真分析,伽利略認為這是木星的4顆衛星在繞其運轉,少于4顆的情況,無非是凌或掩,也即衛星掠過木星表面或被木星遮擋。

為了對其探究進行贊助的美第奇家族表示敬意,伽利略把這4顆衛星命名為美第奇星。不過,后來“名歸原主”,這4顆衛星如今被稱為“伽利略衛星”,它們是迄今發現的67顆木衛中最大的。

木衛系統的發現,解決了之前伽利略躊躇不前的一個障礙,因為之前他無法理解日心體系中月球繞地球的同時兩者又繞太陽作周年運動。

現在,木衛體系完全類似,在以12年的公轉周期繞日運行,那地月系統還有什么不可以。

第五個發現至關重要,對地心說可謂一劍封喉。什么發現呢?原來,伽利略用望遠鏡發現了金星的相位。

什么是金星的相位?

通俗地講,就是說金星像月亮一樣有盈虧。

太不可思議了,怎么回事?你可能還是不明白,這得靠圖才能講清楚,兩個體系做一對比,高下自現。

下面兩張圖,圖a是地心體系,圖b是日心體系。注意兩圖中金星的軌道平面與太陽、地球近似在一個平面。

地心體系

現在我們看圖a,再提醒一下這是地心體系,也就是說金星和太陽均在繞著地球運轉。

那你可能問了,那金星繞中間那個圓心運轉是怎么回事?其實金星繞轉的那個圓軌道叫本輪,至于什么是本輪就不解釋了,否則這篇文章10000字也打不住。

我只說結果:有了這個本輪,就能解釋金星的逆行。

注意行星逆行是一種普遍現象,但并非它們真實的運行狀況,而是說在地球上觀察它們在恒星背景上的一種臨時退行(過一段時間會再順行)狀態。

正因為如此,行星在古希臘語中的意思就是“流浪者”,說明它們行跡詭異。

大家還知道,金星是地內行星,距離太陽較近,它總是出現在黃昏或清晨,在我國古代分別稱之為“長庚”和“啟明”。《詩經·小雅·大東》就說“東有啟明,西有長庚。”遺憾的是,那時不知道它們其實是同一顆星。

為了解決金星總和太陽“相伴”在一起,地心體系想了個辦法,就是圖a中那條直線,什么意思呢,是說金星在繞本輪的同時,和太陽一道等角速度(一年轉一圈)繞地球運行。

日心體系

圖b是日心體系,容易理解。金星公轉軌道半徑小,在內;地球反之在外。

激動人心的時刻到了,請集中精力、屏住呼吸!

這是決定地心、日心兩大體系的關鍵對決。

1609年-1610年初,伽利略通過望遠鏡觀測到了金星的相位。這種情況只能在日心體系下才能成立!

你發現了嗎?

如果你發現了,請跳過此段。如果沒發現,請繼續閱讀。

在圖a的情況下,可以看到金星像新月或殘月的樣子,但無論如何看不到金星近似滿月的情況,因為陽光是從后方射到金星上然后反射到地球的。

但是在圖b中,在金星遠離地球的另一側靠近正對地球處,無論是晨星還是昏星時,均可看到近似滿月的圓面。此外,由于金星距地球較近,金星相位的大小變化也很明顯(似滿月時半徑小,如鉤時半徑大),日心體系與伽利略觀測到的完全符合。

一切OK!

這是伽利略本人智識思維躍升的一小步,卻是人類認識宇宙世界征途上的一大步。

伽利略用他的望遠鏡,讓人類迎來一個嶄新的世界。400年后——2009年,國際天文學聯合會和聯合國教科文組織隆重紀念那一年,將之命名為“國際天文年”。

自伽利略開拓鴻蒙,時光荏苒一晃400多年,如今我們借助更強大的望遠鏡,洞察并理解著宇宙的玄機。讓人類的夢想在月亮之上自由的飛翔吧!


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