书城自然宇宙演进
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第32章 宇宙的探索(5)

欧洲航天技术战略由欧洲太空局负责制定,包括欧洲太空局、各成员国航天局和工业界的航天技术战略。2003年6月,欧洲太空局第三次修订了航天技术战略,其实施路径是:由欧洲太空局工业政策委员会对其技术总体计划、各成员国的技术计划以及欧盟的技术计划协调后,形成欧洲航天技术总体计划。

6.3天文史上重要人物

6.3.1国外天文史上的重要人物

(1)托勒密托勒密是古希腊杰出的天文学家、地理学家和光学家,在天文学上做了很多开创性的工作,对天文学的发展做出了重大贡献。

托勒密一生著作甚多,其中《天文学大成》主要论述了他所创立的地心说,认为地球是宇宙的中心,且静止不动,日、月、行星和恒星均围绕地球运动。他是世界上第一个系统研究日月星辰的构成和运动方式并有所成就的科学家。此书被尊为天文学的标准著作,直到16世纪哥白尼的日心说发表,地心说才被推翻。他的另一重要著作《地理学指南》主要论述地球的形状、大小、经纬度的测定,以及地图的投影方法,是古希腊有关数理地理知识的总结。书中附有27幅世界地图和26幅区域图,后人称之为托勒密地图。他制造了供测量经纬度用的类似中国浑天仪的仪器和角距仪;通过系统的天文观测,编有包括1028颗恒星的位置表,测算出月球到地球的平均距离为29.5倍于地球直径,这个数值在古代是相当精确的。他对几何学也有研究,著有《光学》等。

托勒密的天文学著作经阿拉伯学者之手为欧洲所知之后,又在欧洲保持了长时间的影响力,至少延续到16世纪。在讨论托勒密的历史功绩及影响时,虽然有一些观点很容易使人误入歧途,但他在天文发展史上的贡献是毋庸置疑的。

(2)哥白尼

哥白尼是波兰著名天文学家,日心说的创立者,现代天文学的创始人。

哥白尼1473年出生于波兰。40岁时哥白尼提出了日心说,并经过长年的观察和计算完成了他的伟大著作《天球运行论》。直到哥白尼临近古稀之年才终于决定将这本书出版。《天球运行论》的第一卷是全书的精髓,先后论述了“宇宙是球形”“大地也是球形的”“天体的运动是均匀永恒之圆运动或复合运动”。

哥白尼的“日心说”沉重地打击了教会的宇宙观,这是唯物主义和唯心主义斗争的伟大胜利。它使天文学从宗教神学的束缚下解放出来,自然科学从此获得了新生,这在近代科学的发展上具有划时代的意义。哥白尼是欧洲文艺复兴时期的一位巨人,他用毕生的精力去研究天文学,为后世留下了宝贵的遗产。

(3)伽利略

伽利略是意大利物理学家、天文学家和哲学家、近代实验科学的先驱者,被称为“近代科学之父”。其成就包括改进望远镜并将之运用在天文观测中,支持哥白尼的日心说等。

1609年,伽利略自制了天文望远镜(后被称为伽利略望远镜),并用来观测天体。他发现了月球表面的凹凸不平,并亲手绘制了第一幅月面图。1610年1月7日,伽利略发现了木星的四颗卫星,为哥白尼学说找到了确凿的证据,标志着哥白尼学说开始走向胜利。借助望远镜,伽利略还先后发现了土星光环、太阳黑子、太阳的自转、金星和水星的盈亏现象、月球的周日和周月天平动以及银河是由无数恒星组成的等。这些发现开辟了天文学的新时代。

伽利略著有《星际使者》《关于太阳黑子的书信》《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》《关于两门新科学的谈话和数学证明》和《试验者》等。

为了纪念伽利略的功绩,人们把木卫一、木卫二、木卫三和木卫四命名为伽利略卫星。人们争相传颂:“哥伦布发现了新大陆,伽利略发现了新宇宙。”史蒂芬·霍金曾说:“自然科学的诞生要归功于伽利略,他在这方面的功劳大概无人能及。”

(4)开普勒

开普勒是德国著名的天体物理学家、数学家、哲学家。他首先把力学的概念引进天文学,他还是现代光学的奠基人,制作了著名的开普勒望远镜。他发现了行星运动三大定律,为哥白尼创立的“太阳中心说”提供了最为有力的证据。他被后世誉为“天空的立法者”。

为纪念开普勒在天文学上的卓著功绩,上述的行星运动三大定律被称为“开普勒定律”。开普勒定律在天文学上有十分重要的意义:首先,开普勒定律在科学思想上表现出无比勇敢的创造精神。人们之前对天体遵循完美的均匀圆周运动这一观念,从未有过怀疑,开普勒却毅然否定了它,这是个非常大胆的想法。其次,开普勒定律彻底摧毁了托勒密的本轮系,把哥白尼体系从本轮系的桎梏下解放出来,为它带来充分的证据。第三,开普勒定律使人们对行星运动的认识更加明晰。

开普勒所处的年代正值欧洲从封建主义社会向资本主义社会转变的时期。在科学与神权的斗争中,开普勒坚定地站在了科学的一边,用自己孱弱的身体、艰苦的劳动和伟大的发现来挑战封建传统观念,推动了唯物主义世界观的发展,使人类科学向前跨进了一大步。马克思高度评价了开普勒的品格,称他是自己所喜爱的英雄。

(5)牛顿

牛顿是英国伟大的数学家、物理学家、天文学家。他在数学和物理学上的伟大成就毋庸置疑,就天文学而言,他发现了万有引力定律和经典力学,这对天文学的发展有着重大意义。

万有引力的发现是17世纪自然科学最伟大的成果之一。它把地面上物体运动的规律和天体运动的规律统一了起来。它第一次揭示了自然界中的一种基本相互作用规律,在人类认识自然的历史上树立了一座里程碑。1846年海王星的发现完美地证实了万有引力定律的正确性,海王星因此也被誉为“笔尖下发现的行星”。

虽然随着物理学的发展,经典力学的局限性暴露出来,但不可否认的是,它简洁完美地解决了宏观低速物体的运动,且对于一般的天体运动也做出了正确的描述。

牛顿是个十分谦虚的人,从不自傲自大。曾经有人问牛顿:“你获得成功的秘诀是什么?”牛顿回答说:“假如我有一点微小成就的话,没有其他秘诀,唯有勤奋而已。”这种谦虚的品质值得每一个科学工作者学习。

(6)哈勃

美国天文学家哈勃是研究现代宇宙理论最著名的人物之一,是河外天文学的奠基人。他发现了银河系外星系存在及宇宙在不断膨胀,是银河系外天文学的奠基人和提供宇宙膨胀实例证据的第一人。

哈勃对20世纪天文学做出了许多贡献,被尊为一代宗师。其最重要的贡献有两个:一是确认星系是与银河系相当的恒星系统,开创了星系天文学,建立了大尺度宇宙的新概念;二是发现了星系的红移-距离关系,促使现代宇宙学的诞生。

1929年,他通过对已测得距离的20多个星系的统计分析,更进一步发现星系退行的速率与星系距离的比值是一个常数,两者间存在着线性关系。这一关系后被称为哈勃定律。这个速率被称为哈勃常数,也就是星系的速度同距离的比值。

这一结论意义深远,因为一直以来天文学家都认为宇宙是静止的。若认为红移是星系视向运动的多普勒效应造成的,则红移-距离关系表明,距离越远的星系正以越来越快的速度远离我们。运用广义相对论,人们通常把哈勃定律解释为宇宙膨胀的必然结果。哈勃定律的发现有力地推动了现代宇宙学的发展。

6.6.1.7爱丁顿

英国天文学家、物理学家、数学家,是第一个用英语宣讲相对论的科学家,自然界密实物体的发光强度极限被命名为“爱丁顿极限”。

1905年爱丁顿到格林威治天文台工作,分析小行星爱神星的视差,他发现了一种基于背景两颗星星的位移进行统计的方法,因此于1907年获得史密斯奖。爱丁顿还从理论上研究恒星内部的结构,提出恒星由向内的重力和向外的光辐射压力维持平衡,内部是高温的离子化状态的气体,相当于理想气体。经过他的数学模型计算,他解释了造父变星的变化周期理论。

爱丁顿一生写了大量科学专著及通俗读物,对天文知识是普及做出重要贡献。他的一些著作相当流行,其中《膨胀中的宇宙》一版再版。正是由于爱丁顿的介绍,爱国斯坦的广义相对论才传播到了讲英语的国家之中。