海王星。科学发现的历史和本质

海王星。科学发现的历史和本质

最重要的科学发现

后赫歇尔发现天王星在世界上的许多天文台中，开始对这颗新行星的运动进行仔细的观察。利用牛顿定律并考虑到当时发现的行星的吸引力，天文学家改进了天王星的轨道，到 XNUMX 世纪上半叶，他们终于确信新行星的明显轨道和结果每年观测的计算量……分歧越来越大。

最精明的科学家们大胆地提出，天王星的运动受到位于它后面的一颗相当大的行星的强烈影响，而这颗行星仍然不为科学所知。

法国的 Urbain Le Verrier 和英国的 John Adams 能够在数学上准确地确定一颗“扰乱”天王星轨道的未知行星的位置和大小。

如果你真的按照年表，那么你应该首先概述一下英国天文学家约翰亚当斯的研究历史。

约翰·库奇·亚当斯（John Couch Adams，1819-1892 年）出生于康沃尔郡利德科特的一个农民家庭。即使在孩提时代，他就表现出与同龄人相比出众的数学能力，1831 年，他的父母将他送到德文波特的一所私立学校学习，该学校以其高水平的教学而闻名。他在那里度过了所有的空闲时间，在力学研究所，在这里他第一次熟悉了科学文献。 1835 年，他自己观察到哈雷彗星，1837 年观察到月食，之后他发表了他的第一篇短文。 1839年秋，他以优异的成绩通过了剑桥大学圣约翰学院的考试，开始了他的学业。

天文学越来越让亚当斯着迷。 1841 年，他结识了 1832 年格林威治天文台台长伊利的出版物，其中概述了布瓦尔对天王星的理论，描述了将“旧”和“新”观测结合起来考虑的困难，以及它与之后的观测结果的差异。 1820. 这决定了亚当斯多年来的科学道路。

同年 1841 年，亚当斯开始将天文学作为普通学生课程学习，特别是月球和行星运动理论。然后，在整个 1842 年，他为剑桥著名的年度数学竞赛做准备，这是数学科学学士学位的官方考试。

比赛结束后，亚当斯获得了学士学位。作为一等奖获得者，他成为学院科学委员会的成员。但天王星的问题最让他担心。到了这个时候，他终于坚定了天王星运动中的不规则是由一颗未知的更遥远的行星引起的观点。

从亚当斯的日记中可以看出，他最终被玛丽·萨默维尔的科普书《物理科学之间的联系》说服了。 1843 年夏初，亚当斯前往利德科特的家中度过暑假，在那里他终于开始研究天王星。今年 XNUMX 月，他已经收到了第一个结果。

他继续进一步研究这个问题。同时，他获得了更精确的数学解。从 1843 年夏天到 1845 年 XNUMX 月，亚当斯总共收到了六种解决方案，他认为每一种都比前一种更准确。

虽然亚当斯在他的科学计划和研究上变得非常坚定和大胆，但在日常生活中，他却非常谦虚和胆小。因此，对于未知星球问题的前五个解决方案，当时还没有看到光明，也没有为任何人所知，随后只搬到了剑桥大学圣约翰学院的档案架上，它们就在那里直到现在一直保持着巨大的价值。只有第六个解决方案，或者更确切地说，只是对结果的总结，这似乎是最完整和最准确的，亚当斯在 1845 年秋天冒险私下向艾里和剑桥天文台台长、天文学教授詹姆斯查利斯展示，他认为他是天文学最伟大的权威或多或少地详细说明了这个决定以及 1846 年收到的最后一个第七个决定，在亚当斯作为英国皇家天文学会会议报告的唯一一篇文章中进行了描述1846 年 XNUMX 月（在实际发现海王星之后）。从这篇文章和文献中非常简短的陈述，我们可以判断亚当斯最初研究的内容。

亚当斯写了一篇简短的笔记，他解释说，困扰整个天文世界近 1845 年的最困难任务的解决方案已经完成。但 Eri 对 Adams 的笔记的反应显然是负面的。他没有在言行上与亚当斯会面。所以，从 1846 年 XNUMX 月到 XNUMX 年 XNUMX 月，亚当斯得到的结果没有实际效果。媒体上没有任何关于他们的消息。

与此同时，法国天文学家勒维耶和亚当斯研究同样的问题，对英国科学家的研究一无所知。

Urbain Jean Joseph Le Verrier - XNUMX 世纪最伟大的法国天文学家之一。可以这么说，在二十世纪下半叶，法国天文年鉴更倾向于出版水星、金星、地球和火星的坐标，即九颗行星中的四颗，是根据理论和具体计算得出的勒维耶的公式！但是海王星的发现使勒维耶在世界范围内享有盛誉。

Urbain Le Verrier (1811-1877) 出生于诺曼底的圣洛镇。父亲是个卑微的雇员。早在上学时，勒维耶就表现出对科学的天赋，1828 年，对儿子抱有雄心壮志的父母将他送到卡埃纳市的大学学习两年，以提高他们的数学知识。勒维耶于 1830 年大学毕业。

一年后，他成功地经受住了理工学院的竞争。三年后以优异的成绩从学校毕业后，勒维耶获得了独立选择工作的机会。他成为了一个政府机构的化学家。

Le Verrier 是偶然接触到天文学的。 1837年，他的天文学知识还很薄弱。但是，科学家的职业生涯，由于他的天赋，结果证明是快速而辉煌的。早在 1839 年，经过两年非常紧张的工作，他向巴黎科学院提交了一份“关于行星轨道的长期扰动（变化）”的报告，该报告很快发表。 1840 年，勒维耶在这个问题上发表了更精确的结果。

在接下来的三年里，他致力于水星运动理论。从 1843 年底到 1845 年夏天，勒维耶对一些短周期彗星进行了非常有趣的研究，并立即发表了成果，这也进入了天体力学的黄金基金。

毫不奇怪，1845年夏天，巴黎天文台台长、当时的法国天文学负责人弗朗索瓦·阿拉戈建议勒维耶承担当时最紧迫的问题，即发现一颗扰乱天王星的未知行星。

Le Verrier 立即着手解决这个问题。他的研究历史相对较短且成功。

1845 年 XNUMX 月，他向科学院作了报告，并立即发表了关于天王星的第一篇文章。他重建了天王星运动的整个理论，考虑到来自已知行星的扰动，重叠和完善了布瓦尔所做的一切。他的作品和演讲本身的性质以彻底、对细节的关注和清晰而著称。

整个 1845 年的冬天和 1846 年的春天，勒维耶集中精力继续他的研究，并于 1 月 XNUMX 日向科学院提交了关于这个问题的第二篇文章。它由两部分组成。在第一部分，勒维耶重新比较了所有现有的天王星观测结果以及他对天王星运动的精确理论的计算。

在第二部分，勒维耶继续提出存在一颗未知行星的假设。首先，他简要而清晰地分析了关于天王星行为不端原因的其他假设，不同意这些假设。

勒维耶随后提出了一个内容与亚当斯所考虑的问题相似的问题：确定一颗未知扰动行星的轨道元素，以及对天王星原始轨道元素的修正，从而最终得到考虑到这颗未知行星的影响，天王星的运动将与观测相符。

在这篇文章中，他给出了这个问题的初步解决方案。整个分析看起来非常扎实，对结果的真实性毫无疑问。在法国，勒维耶的文章受到热烈欢迎，并被视为分析的胜利。

然而，勒维耶首先求助的法国天文学家并不打算组织寻找新行星。他正在紧急寻找机会“将他的工作引入观察实践”。

勒维耶没有求助于可敬的天文学家和天文台主任。他转向年轻的德国天文学家约翰·戈特弗里德·加勒，他是柏林天文台的助理。

18 月 XNUMX 日，勒维耶致信哈雷，他在信中写道：“......定位。我是根据天王星运动理论得出我的结论的……”

哈雷于 23 月 23 日收到了这封信。他的反应是立即和积极的。同一天晚上，他坐在望远镜前——柏林天文台的 XNUMX 厘米折射镜。

加勒开始帮助有一个好主意的达雷斯特。他建议使用星空图，并在观测过程中立即比较观测和记录的天体位置。未知行星不应出现在地图上，因此该行星将是地图上未标记的恒星。

诚然，需要一张详细而准确的星图，否则这种寻找行星的方法只会导致误解。英国和法国的天文学家都没有这部分天空的地图。但她最终去了柏林天文台。这是卡尔·布雷米克（Carl Bremiker，1804-1877 年）绘制的柏林科学院星图地图，于 1845 年底印刷，但尚未分发给其他天文台。

拿着地图，加勒和达雷斯特继续观察。加勒将星星一一命名，d'Arrest 将它们标记在地图上。很快，也就是几乎正好在午夜，加勒命名了一颗大约 8 等的恒星，而 d'Arrest 在地图上没有找到它。它的位置与 Le Verrier 的数据计算得出的位置不同，但只是略有不同。因此，这就是人们寻找已久的星球。从观测开始到 23 年 1846 月 XNUMX 日那个重要的夜晚，仅过了几个小时。

第二天晚上，这一发现得到了证实。一切都符合勒维耶的数据：位置、亮度、自行。

25月8日上午，加勒写信给勒威耶，证实了发现这颗行星的事实：“你指出位置的那颗行星确实存在。在收到你的信的同一天，我发现了一颗恒星XNUMX 等，在柏林科学院出版的星图中没有在优秀的地图 Bremiker 上标明。第二天晚上的观测证实这是所需的行星。”

这些是官方和公认的太阳系第八行星发现的情况。

预测海王星存在的方法吸引了科学家的想象力。海王星的运动开始受到仔细监测，很快发现新恒星的观测轨道和理论轨道之间存在如此显着的差异，这只能用位于海王星之外的另一颗行星的存在来解释！

18 年 1930 月 XNUMX 日，美国洛弗尔天文台的年轻天文学家克莱德·汤博终于在太阳系中发现了一颗名为冥王星的新行星（距离几乎是海王星轨道半径的三倍）。汤博因此证实了著名的理论天文学家珀西瓦尔洛弗尔和威廉皮克林的计算。

确实，正如著名的法国配镜师和天文学家弗朗索瓦·阿拉戈所说，“……精神之眼可以代替强大的望远镜……”

作者：萨明 D.K.

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