太阳系发现史：土星光环、天王星及金星观测

2023-08-25 理论教育版权反馈

【摘要】：1655年，荷兰天文学家克里斯蒂安·惠更斯首次发现了土星的光环及其卫星——土卫六。在十八世纪，天文望远镜进一步发展，英国天文学家威廉·赫歇尔对此做出了最大贡献。在赫歇尔发现天王星之后，天文学家再次对太阳系产生了兴趣。不过，有一位天文学家成功地找到了一颗新行星。在1874年和1882年，天文学家观测到了金星从太阳前面经过。

人类自古以来就对天空十分着迷。最早的人类文明认为，月亮和太阳以及它们的升起和落下是由众神控制的。那时的人们看见天空中有五颗行星在运动，认为它们是在向大地传达某种信息。

哈拉帕（印度河流域的古文明）人、玛雅人和古代中国人利用天文学来测算时间，并试图预测未来，这就是占星术的起源。古巴比伦人和古埃及人都用月相来设计日历。其中，古巴比伦人以七天为一个单位划分时间，称之为星期。一个星期里的每一天都用太阳、月亮和另外五个已知行星的名字来命名。

公元前八世纪，希腊人开始为星座命名、记录它们的位置并研究它们在一年内的移动规律。亚历山大大帝（Alexander the Great）在公元前343年见到了亚里士多德（Aristotle），并学习了天文学。他在四处征战的同时，也把从希腊学来的知识传播到了世界各地。

在黑暗的中世纪，罗马帝国时代积累的许多知识都失传了，但中东的伊斯兰天文学家保留了他们从希腊学到的知识，并把它们发扬光大。

十六世纪，尼古拉·哥白尼（Nicolaus Copernicus）宣布，他的观测表明，是地球绕着太阳转动，而不是太阳绕着地球转动，他因此被指责为异端。1539年，领导德国新教改革的马丁·路德（Martin Luther）得知日心说后，称哥白尼为“傻瓜”。哥白尼写的书在当时争议很大，直到他死后才得以出版。

伽利略·伽利雷（Galileo Galilei）是太阳系日心说模型的另一位先驱。据说在1608年，汉斯·利伯谢（Hans Lippershey）首先发明了望远镜。于是伽利略用望远镜研究木星，并发现了它的四大卫星——后来被称为“伽利略卫星”。这是人类首次发现太阳系中有不围绕太阳运转的天体。

现在大家都知道，地球当然是围绕着太阳公转的，但是当伽利略出版了一本书支持哥白尼的理论时，他也被天主教会扣上了异端的罪名，遭到审判。他被迫公开道歉，并撤回了他的理论。不过，事实证明他是对的。许多年后，梵蒂冈对此做出了正式道歉。

十七世纪初，约翰内斯·开普勒（Johannes Kepler）提出了一种理论，可以正确解释太阳系行星的运动方式。他的理论基础源于天文学家第谷·布拉赫（Tycho Brahe，于1601年去世）的大量观测结果。第谷和开普勒分别在1572年和1604年看到了一种特殊天象，他们认为这是银河系中有新的恒星形成时的现象。其实恰恰相反，他们看到的天象是一颗恒星的爆炸性死亡，因此它短时间内急剧增亮，使得原本肉眼不可见的星变得可以轻易看到，就好像一颗新的恒星诞生了一样。因此，这种天象被称为“超新星”。

1655年，荷兰天文学家克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）首次发现了土星的光环及其卫星——土卫六。1664年，罗伯特·胡克（Robert Hooke）发现了木星上的大红斑。

据传记作家威廉·斯托克利（William Stukeley）说，在1665年至1666年间的某个时间，艾萨克·牛顿（Isaac Newton）独自坐在一棵苹果树下，想出了万有引力的概念。大约20年来，他一直把万有引力理论藏在心里，直到埃德蒙·哈雷（Edmond Halley）到剑桥拜访他并询问有关地球绕太阳公转的问题。1682年，哈雷计算出了一颗彗星的运动轨迹——它就是大名鼎鼎的“哈雷彗星”。

1726年，牛顿一生最重要的著作——《自然哲学的数学原理》（Principia Mathematica）出版了最终版。我们至今还在使用牛顿运动定律来描述物体之间的引力作用。

在十八世纪，天文望远镜进一步发展，英国天文学家威廉·赫歇尔（William Herschel）对此做出了最大贡献。在他的一生中，他建造了约400架天文望远镜。1781年，他用其中一架望远镜发现了天王星。1789年，赫歇尔建成了他最大的一架天文望远镜，它的焦距约为12米，口径约为1.2米。他用这架望远镜发现了土星的两个卫星，并为使用更大的天文望远镜观测更深远的宇宙打下了基础。

在赫歇尔发现天王星（数百年来首次发现的新行星）之后，天文学家再次对太阳系产生了兴趣。他们开始在火星和木星之间搜寻新的行星，结果却只发现了一些小而暗弱的天体，它们并不是行星——比如1801年发现的谷神星（Ceres）。

继谷神星之后，人们又发现了智神星（Pallas）、婚神星（Juno）和灶神星（Vesta）。这是最早被发现的几颗小行星，今天，我们把这一区域叫作“小行星带”。不过，有一位天文学家成功地找到了一颗新行星。1846年，约翰·格弗里恩·伽勒（Johann Gottfried Galle）根据奥本·勒维耶（Urbain Le Verrier）和约翰·柯西·亚当斯（John Couch Adams）的精确计算，发现了海王星。

随着各种业余和专业的天文学俱乐部在全世界兴起，俱乐部成员们开始在世界各地旅行，追逐各种天象——比如日食。在1874年和1882年，天文学家观测到了金星从太阳前面经过。

二十世纪初，亨丽爱塔·勒维特（Henrietta Leavitt）研究发现，有一些恒星比其他恒星距离地球远得多，即使它们在天空中看起来一样亮。这就是恒星分类学的起点。

二十世纪二十年代，埃德温·哈勃（Edwin Hubble）开始发现遥远的星系，其中一些甚至距离我们1亿光年之遥。他还研究了这些星系的运动，留下了第一批实测数据，表明宇宙正在膨胀。

二十世纪三十年代，科学家发明了射电望远镜，人类开始探索电磁波谱，观察可见光以外的其他波段上宇宙的样子。

1967年，乔瑟琳·贝尔·博内尔（Jocelyn Bell Burnell）发现了第一颗脉冲星，这是一种奇怪的恒星，它飞速自转，发射出高能辐射束，只有当辐射束指向地球时，才能被我们看到。因此，这种恒星看起来像是在发出脉冲，因此得名“脉冲星”。

同时，美国与苏联之间的登月竞赛开始了。50多年前的1969年，人类终于第一次登上了月球。

1995年，人类开始系统地搜寻地外文明。因为某些特定频率的无线电是不会自然产生的，所以人们通过监听这些频率的无线电，希望能发现地外文明的踪迹。

自从第一个人抬头仰望星空、好奇天上到底有什么以来，我们已经走了很长一段路。但是关于宇宙，我们还有很多东西需要学习。100年前，我们还不知道其他星系的存在，那么在未来100年内，谁知道我们又会发现什么呢？二十世纪二十年代，有些天文学家还会把其他星系认作是星云——聚集在一起将会形成恒星的尘埃云。而现在，我们已知宇宙中至少还有1000亿个星系。

直到1991年，人类才发现系外行星——即我们太阳系之外的行星。而截至2019年2月，确认发现的系外行星已经有3976颗。其中一些系外行星可能还有系外卫星——科学家们已经发表了第一个系外卫星存在的证据。

时至今日，公民科学家也能取得许多发现。通过各种各样的科研数据网站，任何人都可以为天文学研究做出贡献，比如对星系进行分类，或者寻找从彗星落到地球上的尘埃。

如果你想名留天文学史，不妨试试参与公民科学项目。如果你参与某个项目，并且有了新发现，你的名字就会被写进科学论文。2016年，一对公民科学家发现了一个全新的星系，这个星系现在以他们的名字命名。还等什么呢？现在就开始仰望星空吧！

太阳系发现史：土星光环、天王星及金星观测

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