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天体力学一半功劳是牛顿的 后来才催生了微积分和数学物理方法!

时间:2024-04-08 17:27:54

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天体力学一半功劳是牛顿的 后来才催生了微积分和数学物理方法!

天文探索者:17世纪以前,天文学家只能依靠肉眼直接观测天象,目力所及不过六七千颗天体。伽利略发明天文望远镜后,天文观测的视野得到极大扩展。光学技术的发展,使得天文望远镜的口径逐步扩大,观测到的天体从太阳系、银河系一直到广袤的河外星系!

伽利略、牛顿在天文观测丰富成果的基础上建立了近代科学特别是经典物理学的研究范式。牛顿将地球上物体运动与天体运动的力学现象统一起来,建立且验证了牛顿力学三定律和万有引力定律。法国天文学家拉普拉斯在牛顿力学体系基础上正式创立了天文学一个新的分支——天体力学,所以说天体力学一半功劳是牛顿的!

天体力学的意义

天体力学的确立,表明天文学从单纯描述天体的空间位置、运动周期等几何关系,体现在星表和历法中,进入到了探究天体间相互作用的阶段。天文学家从单纯研究天体的运动情况,进入到研究天体运动的动力学原因。牛顿体系建立以后的200年中,天体力学推动了应用数学的进步,催生了微积分和数学物理方法,它们已经是天文学乃至现代科学必不可少的基本分析工具。

这一时期天文观测的主要成就是相继发现了天王星、海王星等星。

天王星:古希腊神话天空之神乌拉诺斯,第一颗人类用望远镜发现的行星,它的存在是F.W.赫歇耳于1781年确证的。天王星距离太阳19.3天文单位,十分遥远,所以无法用肉眼观测。它的公转周期为84年。其赤道半径约为25900千米,体积约等于地球体积的65倍,在八大行星中仅次于木星和土星。它的质量排在木星、土星和海王星之后,位列行星家族第四。与土星类似,天王星除了有27颗卫星外,还有一层很薄的光环。很多人不知道天文单位具体指的是什么,一个天文单位约等于地球到太阳的平均距离,即:1AU=1.496×108km。

海王星:公转轨道半径约为30AU,公转周期为165年。它的直径为49400千米,是地球的3.88倍,体积约为地球的57倍,质量为地球的17倍。海王星有13颗卫星和5条光环。海王星,古罗马神话海神尼普顿,它的发现要归功于牛顿万有引力定律,它是第一个人类通过物理和数学的计算确证的行星。天王星被确证后,人们利用万有引力定律计算的天王星轨道总是与观测到的实际轨道存在偏差。

1845年,英国剑桥大学的J.C.亚当斯经过缜密计算,率先提出这种偏差来自于天王星轨道外的一颗尚未被发现的行星。天王星实际轨道受这个未知行星引力的影响,稍微偏离了理论计算轨道,这种现象称为引力摄动。稍后的1846年,法国天文学家U.L.勒维耶也独立地得出这个结论。当年秋天,德国天文学家J.G.伽勒在勒维耶计算结果预言的方位附近找到了这颗新行星,即海王星。

天文探索者:只要人类还在追寻宇宙奥秘的路上,天文观测就不会止步,人类的视野就会向空间和时间的深处挺进。

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