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趣味性和科学性俱佳的天文入门读物
星星离我们有多远
作者 卞一林
演播 米安
精彩继续
卡西尼
测定火星视差
开普勒第三定律
实际上就是说
只要知道了行星绕太阳公转一圈需要多少年
便可以算出它距离太阳有多少个天文单位
从此才第一次有了按比例精确绘出太阳系中所有行星的轨道形状
还有它们的相对距离的可能
而且呀
如果能测出太阳系中任何两个行星之间的距离
便立刻可以推算出太阳系里面其他成员彼此之间的距离了
这样就可以根据行星离地球的远近来推算出太阳的距离
而不必再像阿里斯塔克或者温德林那样直接观测太阳了
现在
终于到了介绍测定天体距离的时候必不可少的一个重要概念是差的关键时刻
事实上
我们这本小册子所说的
就是人们在探索各种天体的视差的过程中
怎样不断的从胜利走向新的胜利
那么视差是什么意思呢
比如
你伸出一个手指
放在眼睛前面三十厘米的地方
先闭上右眼
只用左眼去看它
再闭上左眼
只用右眼去看它
那么你会发现
手指相对于远方的景物的位置其实有了变化
这就是因为左眼跟右眼是分别从不同的角度去看这个手指的
从不同的角度去看同一个物体而产生的视线的方向上的这种差异
就称为视差
就好像我们封面的示意图那样
嗯 显然
手指放的越近
分别用左眼
右眼观看的时候
这种方向上的差异就会越大
手指放的越远
分别用左眼
右眼去观看的时候
方向上的差异就会越小
所以
一个物体的距离越近
视差就会越大
距离越远呢
视差就会越小
the前面谈到的拉卡伊和拉朗德测定月球距离的方法
实际上便是测定月球的视差
倘若我们不是在柏林和好望角测量
而是恰好从地球的两侧遥遥相背的两点进行观测
那么这时的基线长度便等于地球的直径
而这时得到的视差角度的一半
便称为地心视差
就好像我们示意图下面的那幅图那样
魔的月球的地心视差是五十七分二点六秒
就是稍微小于一度
这个角度呢
就相当于从一点五米的地方去看一枚一块钱的硬币的张角
差不多相等
但是
太阳和其他行星的视差就要小得多了
早在公元前两世纪
托勒梅便用三角学的方法根据视差确定过月球和地球的距离
其结果与伊巴谷得出的数值大致相相符
但是
又过了一千五百年
才有人第一次用视差的方法测量了比月球更远的天体的距离
那是法国历史上的路易十四的时代
科学 文学
艺术都颇为繁荣
例如闻名于世的巴黎天文台就是一六七一年建成的
主持建造巴黎天文台
并领导这座天文台长达四十年之久的让
多米尼克
卡西尼是路易十四从意大利引进的杰出人才
对天文学贡献良多
卡西尼一家四代
对法国天文学的影响深远
一七一二年
上述第一代卡西尼与世长辞
他的第二个儿子雅克
卡西尼继任巴黎天文台的领导人
雅克
卡西尼去世后
巴黎天文台又有雅克的次子塞萨尔
弗朗索亚
卡西尼执长
一七七一年
巴黎天文台正式设立台长一职
塞萨尔继为台长
一七八四年
塞萨尔逝世
巴黎天文台台长一职又由他的独子雅克
多米尼克
卡西尼继任
一六七二年
让多米尼克
卡西尼测出了火星的视差
当时他在巴黎观测这颗行星在群星之间的位置
而与此同时呢
他又安排了另外一位天文学家里奇到位于南美洲的法属圭亚那的卡宴城去进行同样的观测
所有的恒星相对于火星而言
都遥远的仿佛是完全固定在天穹上
所以卡西尼将他自己的测量结果与里奇的那些测量综合起来
就得到火星的地心色差为二十五秒
并由此推算出太阳的地心色差为九点五秒
这是有史以来第一次比较接近实际情况的测量结果
与此相应的
日地距离则为一万三千八百万千米
这虽然比地球与太阳的真实距离还是少了百分之七
但是同阿里斯塔克
波西东尼斯
甚至温德林的推算相比
卡西尼的结果已经是巨大的飞跃了
李奇在一六六六年入选法兰西科学院
他在卡宴城除了观测火星
还有一项功绩
即发现了百的节律在卡宴城要比在巴黎要慢
一只在巴黎走得很准的摆钟
到了卡宴就会在一天之内慢上两分半钟
里奇认为
这是由于卡宴城的重力比较弱
所以可以推测它离地心比较远
因为卡宴城位于赤道附近的海平面上
所以里奇实际上论证了地球的确是一个扁球体
赤道处的海平面要比两极处距离地心稍微远一点
这项成就就使它在一六七三年回到巴黎的时候
赢得了热烈的欢呼和喝彩
据说啊
这种令人兴奋的场面引起了他的上司卡西尼的嫉妒
由于李奇还是一个军事工程师
卡西尼便将他之前到了地方上去修筑城防设施
李奇默默无闻的度过了自己的余生
一六九六年在巴黎去世
卡西尼领导筹建的巴黎天文台拥有当时世界上第一流的天文观测仪器
那时候法国的著名巨作家莫里埃曾用大的骇人这一字眼来形容卡西尼的望远镜
卡西尼本人无疑是一位卓越的天文观测家
他发现了土星的四颗卫星
还发现了土星光环里面的缝隙
后来就称为卡西尼环缝
他绘制了一副巨大的月面图
其质量之高
在一个多世纪内没有人能够超过它
它还测定了火星的自转周期
研究了墓位的运行
可惜啊
他在理论上却保守的令人吃惊
他是最后一位不接受哥白尼理论的著名天文学家
他也反对开普勒的行星运动定律
卡西尼认为
行星绕太阳公转的轨道不是椭圆的
而是所谓的卡西尼卵形线
在数学上
这是一种四次曲线
是到两个定点的距离之积为常数的动点轨迹
他还拒不接受牛顿的万有引力理论
这种保守倾向对十八世纪法国天文学的发展甚为不利
因此
对卡西尼的评价历来分歧很大
比较公允的看法大概是
他是一位成绩卓著的杰出观测者
虽然他在理论上落后于现代
但并不妨碍他置身于十七世纪最重要的天文学家之列
在结束这一节之前
再用按比例图解的方式来概括一下怎样由行星的视差来推算太阳的距离
观测一颗行星在天空中的位置变化
便可以用天文方法确定它的椭圆轨道的形状和大小
以及它绕太阳公转一周所花费的时间
根据开普勒行星运动的第三定律
便可以算出它与太阳的平均距离是多少天文单位
嗯 然后呢
我们画一张图
就好像我们的封面示意图的第三幅
其中s代表太阳
e代表地球
p呢代表行星
地球轨道虽说是一个椭圆
但它与正圆非常的接近
图上就将它画成了半径一厘米的圆
请记住
ES的距离在图中只有一厘米
实际上却是一个天文单位
行星p离我们十近十远
当它特别靠近我们的时候
就可以像月球那样
用三角测量法直接测出它的视差了
于是
我们既知道了PE是多少千米
又可以从图上量出p一是多少厘米
实际上也就是多少个天文单位
那么每个天文单位等于多少千米也就一清二楚了
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