狗年天文學史(1598~2006)

1598:第谷《新天文儀器》首次出版

第谷·布拉赫(Tycho Brahe)是一名丹麥天文學家,他最為人稱道的成就是精密的天文觀測數據。精密的數據來自於同樣精密的儀器,在《新天文儀器》(Astronomiae instauratae mechanica)中,第谷悉數記錄了自己用於觀測的天文儀器,並附上精美圖示:

《新天文儀器》書影

其實這本書第谷前後醞釀了十多年,那是什麼因素促使他選擇在這樣一個時間點完成此書並出版呢?這要回到該書出版的十年前。1588年,鼎立資助第谷天文觀測事業多年的丹麥國王駕崩,新任國王對第谷的所謂天文觀測並不感冒,這使得雙方的關係開始走下坡。到了1597年,忍無可忍的第谷決定出走丹麥,尋找新的贊助人。

第谷的觀星台——天堡(上)與星堡(下),Wikipedia

此時第谷完成了這本《新天文儀器》,既是對自己這些年使用發明的所有儀器的一個整理總結,也能作為向各國王公貴族自我推銷的一份簡歷。

最終第谷選擇了神聖羅馬帝國的魯道夫二世,並來到布拉格。在這裡,他遇見了被後世尊為「天空立法者」的德國天文學家開普勒(Johannes Kepler)。開普勒利用第谷留下的火星觀測數據,總結出著名的行星運動三定律。

1610年的開普勒,Wikipedia


1610:伽利略出版《星際信使》

在之前的文章中(義大利中年數學教授與望遠鏡的故事),我們提到伽利略並不是發明望遠鏡的人,甚至也不是第一位使用望遠鏡觀測天空的人,不過伽利略在使用望遠鏡觀測夜空時做的一系列工作,可謂是開創了先河。在1610年出版的《星際信使》(Sidereus Nuncius)中,伽利略展示了他使用望遠鏡觀察天空時的所見所聞。

首先是月球。伽利略發現月球表面粗糙起伏,與亞里士多德所述格格不入。伽利略還注意到月球表面的明暗界線,這條線在經過月面上的暗區時顯得十分平滑,但經過亮區時則不太規則。因此他推斷暗區是平坦、低洼的區域,而亮區有山脈。

這裡還要稱讚一下伽利略的美術功底,我們甚至可以在這張400年前的月面素描上分辨出澄海和第谷環形山:

《星際信使》提到的另一項重大發現是木星的衛星。最開始的時候(1610年1月7日),伽利略發現木星旁邊有三顆小星星,當時他以為這些只是肉眼看不到的恆星。但接下來連續好幾天觀察到的現象讓伽利略意識到事情並不簡單。

伽利略開始了有目的的觀察,重點落在了三顆小星星(後來又發現了一顆,一共四顆)的動態上。伽利略發現,這些小星星以非常快的速度在運動,有時候會被木星遮擋,有時候又會遮擋木星,而且運動時和木星的距離似乎存在一個有限值。

很明顯,這幾顆星星在圍繞木星運動,伽利略看到的是木衛系統,彷彿是一個微縮版太陽系,給日心學說提供了強有力的支持。


1742:詹姆斯·布拉得雷成為第三任皇家天文學家

1742年,詹姆斯·布拉得雷(James Bradley)接替去世的埃德蒙·哈雷(Edmond Halley),成為第三任皇家天文學家。布拉得雷的一大成就是發現了光行差。

詹姆斯·布拉得雷,Wikipedia

光行差的發現完全是一個「有心栽花花不開,無心插柳柳成蔭」的故事。布拉得雷原本是想觀測周年視差,他選擇了天龍座γ。按照計算,周年視差會使得這顆恆星在每年 12 月 18 日前後到達最南。但實際的觀測結果表明,該恆星到第二年 3 月份才運動到最南,而且比預計值要南 20",然後恆星開始向北運動,9 月份到達最北,南北變化幅度達到 40"。

一臉困惑的布拉得雷又對更多恆星進行持續觀測,發現這種運動模式是普遍存在的,而且與恆星的黃緯相關。

恆星越接近黃道,運動軌跡越扁,Wikipedia

後來布拉得雷意識到,這種現象並不是我們一直要尋找的周年視差,而是一種不曾預料到的新現象——光行差。光行差的現象有點像我們在雨中打傘時需要根據自己的行走速度和方向及時改變撐傘的角度。

光行差的存在意味著兩件事:第一,地球在運動;第二:光速有限。


1682/1910:哈雷彗星回歸

自望遠鏡登上人類歷史舞台以來,哈雷彗星在狗年回歸了兩次,一次在1682年,一次在1910年。

1682年,時年26歲的哈雷就曾跟蹤觀測了這顆後來被冠以自己名字的彗星,只是當時哈雷尚未意識到彗星會再度回歸。二十多年後,當哈雷運用牛頓力學分析了1337年至1698年間出現過的彗星,發現了1531年、1607年和1682年的彗星有非常相似的軌道要素,這才意識到原來自己可能看到了一顆會再度回歸的彗星。

哈雷在論文里提到自己曾經觀測過這顆在1682年回歸的彗星

228年後的1910年,哈雷彗星再度歸來。計算顯示彗星的彗尾將會掃過地球,更要命的是當時對彗星的光譜分析顯示彗尾中含有劇毒的氰。有天文學家擔心彗尾的氣體會因此滲入地球,導致全球生物滅絕。

不過很快就有其他天文學家出來闢謠,解釋哈雷彗星的彗尾「比真空還要空」,不會有任何影響。然而恐慌情緒早已散布開來,民眾大量購入防毒面具,市面上甚至出現了能抵禦彗星傷害的所謂「彗星藥丸」。


1958:NASA正式成立

1958年7月29日,時任美國總統艾森豪威爾簽署了《美國國家航空暨太空法案》,宣告美國國家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration, NASA)成立,當年10月1日,NASA正式開始運營。NASA是美國聯邦政府的一個獨立機構,負責制定、實施美國的民用太空計劃、與開展航空科學暨空間科學的研究。

今年恰逢NASA成立60周年,上圖便是官方發布的60周年紀念logo。紅藍兩線組成數字「6」,表示NASA已經走過了六個十年。紅色線末端的火箭圖樣代表了NASA正在研發的深空運輸系統,包括SLS火箭(Space Launch System)以及獵戶座飛船(Orion crew vehicle)。

SLS火箭發射效果圖,NASA


1970:阿波羅13號任務

阿波羅13號(Apollo 13)是阿波羅計劃中的第三次載人登月任務,於1970年4月11日由土星五號發射升空。發射後兩天,在飛船前往月球的路上,距離地球32萬千米時,服務艙的氧氣罐發生爆炸,飛船嚴重毀損,失去大量氧氣和電力。

燃料電池和氧氣罐上整塊面板都被炸飛,NASA

經典的「Houston, we have a problem.」便是出自此時此刻。實際上,當時宇航員說的是「Okay, Houston, weve had a problem here.」,後來又有一句「Houston, weve had a problem.」

登月計劃被迫中止,三位宇航員不得不使用飛船的登月艙作為救生艇。三位宇航員在太空中面臨維生系統損壞所導致的種種危機,但最後都化險為夷,成功返回地球。

阿波羅13號在1970年4月17日安全返回地球,NASA

阿波羅13號被稱為一次「成功的失敗」,該事件後來被改編為同名電影,於1995年上映。

阿波羅13號海報,Wikipedia


1970:月球17號任務

月球17號是蘇聯第三代月球探測器。飛船於1970年11月15日搭載質子號火箭發射升空,它最主要的任務就是將月球車1號送上月球表面。至於月球車1號,是蘇聯第一次,也是世界範圍內第一次成功發射並成功運行的遙控月球車。

月球車1號模型,Petar Milo?evi?

月球車1號的質量約為756千克,高1.35米,長2.2米,寬1.6米。月球車1號一直在雨海地區工作至1971年10月4日,總行程超過10千米。


1970:東方紅一號

東方紅一號是我國於1970年4月24日在酒泉衛星發射中心發射升空的第一顆人造衛星,同時也是東方紅人造衛星系列的首顆衛星。東方紅一號的發射成功標誌著中華人民共和國成為世界上繼蘇聯、美國、法國和日本之後第五個能夠獨立發射人造衛星的國家。

東方紅一號,Wikipedia

東方紅1號衛星重173 千克,由長征一號運載火箭送入近地點441千米、遠地點2368千米、傾角68.44度的橢圓軌道。

圖源 澎湃新聞

東方紅一號衛星的主要任務是進行衛星技術試驗、探測電離層和大氣層密度。除了裝有試驗儀器外,東方紅一號還可以以20.009兆赫的頻率發射《東方紅》音樂。


1982:太空梭正式投入運營(STS-5)

NASA的哥倫比亞號太空梭自1981年4月12日首次試飛以來,在一年多的時間內一共進行了4次試飛,到1982年11月時,準備進行第五次,也是第一次正式執行任務(即STS-5任務)。

執行STS-5任務的哥倫比亞號太空梭,NASA

這次任務被視為太空梭正式投入運營的節點,這一次太空梭「背」上了兩顆準備投放入軌的通信衛星。

投放入軌的衛星,NASA

哥倫比亞號太空梭於1982年11月11日在美國佛羅里達州肯尼迪航天中心發射升空,任務持續了5天,太空梭於11月16日在愛德華茲空軍基地著陸。

太空梭著陸,NASA


1994:舒梅克-列維9號彗星撞擊木星

舒梅克-列維9號彗星是是由美國天文學家尤金和卡羅琳·舒梅克夫婦(Eugene and Carolyn Shoemaker)及天文愛好者戴維·列維(David H. Levy)三人於1993年3月24日在美國加州帕洛瑪天文台共同發現。

舒梅克夫婦,USGS

戴維·列維,NASA

隨後人們很快發現這顆彗星與眾不同,它不繞太陽公轉,而是繞著木星!科學家推測它原是一顆繞日公轉的短周期彗星,後來被木星的引力俘獲。軌道計算顯示彗星曾於1992年7月7日與木星最近,距離小於木星的洛希極限,科學家相信這是使得彗星分裂的原因。

進一步的計算表明彗星將於1994年再度靠近木星,這次與木星核心的最近距離僅為4.5萬千米,甚至小於木星半徑,這意味著彗星將會與木星相撞。

彗星碎片撞擊木星動態圖(左側亮點),這是木星在紅外波段下的圖像,右側亮點為木衛一, NASA

最終,舒梅克-列維9號彗星的21顆碎片從1994年7月16日開始先後撞上木星,撞擊一直持續到7月22日。

紫外波段下的木星,彗星撞擊後的痕迹清晰可見,NASA


2006:冥王星不再屬於「行星」

2006年8月24日,捷克布拉格,第26屆國際天文學聯合會上的三行文字使得「九大行星」這一稱謂作古,這三行文字如下:

  1. 該天體的軌道必須圍繞太陽運轉;
  2. 該天體必須有足夠的質量通過自身引力成為球形;
  3. 該天體必須清理軌道附近的其他天體。

美國天文學家湯博(關於湯博的一些小故事,可戳木葉下忍拯救忍者村,美國學生捕獲冥王星︱紀念湯博誕辰112周年)在1930年發現的冥王星不符合第三個條件,被逐出了行星之列,並歸入一個新分類——矮行星。

圖源 Pinterest

不過從另一個角度看,冥王星算是「鳳尾變雞頭」:2008年6月11日,國際天文學聯合會在挪威奧斯陸宣布將海王星以外的矮行星統稱為「類冥天體」(Plutoid)。

圖源 imgur


彩(guǎng)蛋(gào)

掃描上面這個二維碼,

  • 回復「阿波羅」,你可以自行判斷當年宇航員說的究竟是「Houston, we have a problem」還是「Houston, weve had a problem」
  • 回復「東方紅」,可以聽到外國無線電愛好者在東方紅一號衛星運行期間錄下的衛星廣播的《東方紅》音樂片段

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