哈雷彗星與埃德蒙·哈雷的宏偉預言

繁星背景下的哈雷彗星照片，中心明亮光點清晰可見，彗尾光芒微弱。圖源：NASA

哈雷彗星究竟是如何一步步走向家喻戶曉

英國天文學家及數學家埃德蒙·哈雷于1656年11月8日出生在于倫敦。他是第一個計算出彗星軌道的人，這顆彗星是以他的姓氏哈雷命名，至今仍是所有彗星中最有名的一顆。他還與艾薩克·牛頓是朋友，并為牛頓發展萬有引力理論做出了貢獻。這有助于建立我們的現代科學時代，其中一部分原因，是由于它幫助确立了我們生活在一個圍繞太陽運行的行星上這一認知。

當哈雷彗星上一次于1986年出現在地球的天空中時，它在太空中受到了一個國際航天器艦隊的迎接。這顆著名的彗星将在2061年圍繞太陽進行76年的旅行時再次返回。它之所以出名，部分原因是它在地球的天空中往往是一顆明亮的彗星。而且它的軌道長度--76年--與人類的壽命相差不大。因此對大多數人來說，一生中可能隻有一次能夠看到哈雷彗星的機會。但是，導緻它知名程度高還有另一個原因。那就是在埃德蒙·哈雷所處的時代，人們并不知道彗星是像行星一樣，被太陽約束在軌道上。他們不知道像哈雷彗星這樣的彗星也會周期性地返回。那時的人們認為彗星隻會經過我們的太陽系一次。 1704年，哈雷成為牛津大學的一名幾何學教授。第二年，他出版了《彗星天文學概要》。這本書包含了從1337年到1698年觀察到的24顆彗星的抛物線軌道。而正是在這本書中，哈雷做出了他的宏偉預言。

埃德蒙·哈雷肖像，約于1683年由托馬斯·穆雷繪制。圖源：維基共享資源

哈雷的宏偉預言

在他的書中，哈雷提及了1531年、1607年和1682年出現的三顆彗星。他使用牛頓的萬有引力定律和行星運動理論計算出了這些彗星的軌道。它們的軌道呈現着驚人的相似性。哈雷做出了一個驚為天人的預言。他猜測，這三顆彗星實際上是同一顆彗星，每間隔76年的周期便會返回一次。

接着，他便說出了他的預言：“因此我敢大膽預測，它将在1758年再次回歸。”

哈雷并沒能夠親眼見證他預言的結果。在他逝世後16年，即1758年時，彗星如他預測的那樣再一次出現了，震撼了科學界與公衆。

為了紀念埃德蒙·哈雷，人們将這顆首次被預測回歸的彗星稱作哈雷彗星。

在1986年，也就是哈雷彗星上一次回歸時，歐洲航天器"Giotto"成為有史以來第一批與彗星相遇并拍攝到彗核的航天器之一。當哈雷彗星飛離太陽時，它掠過了哈雷彗星的核心。圖源：哈雷多色相機小組/Giotto項目/歐空局/美國宇航局

哈雷、弗蘭斯蒂德和水星淩日

在英國，對于科學家而言17世紀是一個激動人心的時代。哈雷還是個孩子的時候，科學革命催生了倫敦皇家學會。皇家學會的成員，醫生和自然哲學家作為首批接納者，每周都會舉行會議。第一位皇家天文學家是約翰·弗蘭斯蒂德，他因在格林威治創建皇家天文台而被人們銘記，該天文台至今仍存于世。

1673年，哈雷作為學生進入牛津大學皇後學院後，遇到了弗蘭斯蒂德。哈雷有機會在他的天文台拜訪了他幾次，在此期間，弗蘭斯蒂德一直都在鼓勵他去探尋天文學。

當時，弗蘭斯蒂德的正在着手完成的項目是使用望遠鏡觀測并繪制一份北半球星圖。哈雷認為他也可以為南半球星圖。

哈雷的南半球探索之路

哈雷的南行之路始于他獲得大學學位前的1676年11月。他乘坐東印度公司的船隻前往聖赫勒拿島，世界上最偏遠的島嶼之一，也是英國人占領的最南端的領土。他的父親和國王查爾斯二世為他的這次旅行提供了贊助。

盡管惡劣的天氣給哈雷的工作帶來了許多困難，但當在1678年1月返航時，他帶來了341顆恒星的經緯度記錄和許多其他觀測數據，包括水星淩日記錄。關于這次淩日，他在記錄中寫道：“這個景象，是迄今為止天文所給予我的最為崇高的回饋。

2016年5月9日，法國的Vegastar Carpentier Liard拍攝的水星淩日圖片。在這張圖片中，水星是太陽左側的小黑點。2019年11月11日也曾發生過水星淩日現象。

破解行星運動的密碼

哈雷在1678年底出版了他的南半球星圖。作為第一部此類型的作品，這份刊物獲得了巨大的成功。以前從來沒有人試圖用望遠鏡來确定南半球恒星的位置。這份目錄是哈雷作為天文學家的光榮首秀。同年，他獲得了牛津大學的碩士學位，并成為了皇家學會的會員。

1684年，哈雷第一次在劍橋拜訪了艾薩克·牛頓。還拜訪了物理學家和生物學家羅伯特·虎克、建築師克裡斯托弗·雷恩和艾薩克·牛頓，而他們正在試圖破解行星運動的密碼。哈雷是他們之中最年輕的，他加入了這三人的任務，用數學來描述行星圍繞太陽運動的方式和原因。他們相互競争，都想要首先找到答案，使這項工作變得非常具有挑戰性。他們的問題是建立一個機械模型，能夠使行星圍繞太陽運行而不至于脫離軌道或落入恒星。

虎克和哈雷确定，這個問題的答案應當是一個使行星保持在圍繞恒星的軌道上随着它與恒星距離的反平方而減少的力，也就是我們今天所知的平方反比定律。

盡管最終是雷恩獲得了獎金，胡克和哈雷的思路是正确的，但他們無法創造出一個與觀測結果相吻合的理論軌道。

哈雷拜訪了牛頓，向他解釋了這個概念，同時也解釋了他無法證明這個概念。牛頓在哈雷的鼓勵下，将哈雷的工作發展成為至今最著名的科學著作之一，《自然哲學的數學原理》，通常被簡稱為牛頓原理。

英國曼徹斯特約翰·雷諾茲圖書館的《牛頓原理》第三版（1726年）的抄本。圖源WikipediaCommons

哈雷成為皇家天文學家

哈雷還因其在氣象學方面的工作而聞名。他在1686年繪制了一幅世界地圖，發揮了他處理分析大量數據的才能。

該地圖标注了海洋上主導的風向，并被認為是世界上出版的第一份氣象學圖表。

哈雷不斷旅行并從事各種項目，例如，他曾經試圖将人口死亡率和年齡相聯系。這些數據對于計算人壽保險而言是十分重要的。

1720年，哈雷接替了弗蘭斯蒂德，成為格林威治的第二位皇家天文學家。

埃德蒙·哈雷1686年繪制的世界地圖，标明了信風和季風的方向，被認為是第一張氣象學圖表。圖源普林斯頓教育雜志

摘要：生于1656年11月8日的天文學家埃德蒙·哈雷與以他命名的彗星

BY: EarthSky

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