《人類科學技術史-285》對太陽系的深入研究

對太陽系的深入研究

大型反射式天文望遠鏡和消色差折射望遠鏡的發展大大幫助了天文學家對太陽系的深入觀測，他們最關心的天體之一便是月亮。1839年，比爾(1790-1850年，德國）和馬德勒爾(1794-1874年，德國）根據觀測資料重新繪制了月面圖，他們正確地推測出月亮是一個無水、無空氣、無生命的天體。

從1830年到1840年，比爾和馬德勒爾對火星作了10年觀測，他們在此基礎上繪成了火星全圖，并在圖上標有經緯度線。1868年，普羅克托(1837-1888年，英國）根據新的觀測結果重新繪制了火星圖，他把圖上微紅的區域定義為陸地，把廣闊的暗藍色部分定義為海洋。1876年，弗拉馬利翁(1842-1925年，法國）描繪了十分詳盡的火星圖。后來，人們才注意到火星上有季節的變化，因為火星上那些斑痕的形狀和色澤在不同季節里有明顯的變化。人們還注意到火星和地球一樣也存在極冠，極冠隨季節消長。火星與地球的相似引起了天文學家的極大興趣。

海王星的發現是19世紀行星研究的重要成就。早在17世紀天王星就被多次觀測過，布瓦爾(1763-1843年，法國）根據這些觀測數據，在1821年編出天王星運行表。但他的表與1821年以后和1781年以前的觀測值不相符，到1848年與觀測值在黃經度上偏差達2′之多。有人認為可能在天王星之外還有一個未曾發現的行星，它有時擾亂了天王星的正常運行。英國青年數學家亞當斯(1819-1892年）經過5年計算，在1845年計算出了這顆行星的軌道，他希望格林威治天文臺幫助尋找這顆星，但沒有得到響應。幾乎同時勒維烈(1811-1877年，法國）也在研究天王星的反常運動。1846年他計算出這顆未知行星的軌道參數，同時將結果通知柏林天文臺的加勒(1812-1910年，德國）。加勒當晚就用望遠鏡在勒維烈預告的位置附近找到了這顆行星，海王星就這樣被發現了。

海王星是天文學史上首次由理論計算預測到的天體，它是攝動理論的偉大勝利。勒維烈受此鼓勵決定重新計算太陽系各大行星的運動軌道，并編制新的星歷表。但是這一工作并不完美，其中最重要的誤差是水星近日點在每世紀里比牛頓理論推算的結果多前進了38″，勒維烈以為在水星軌道內必然還有一顆未知的行星，但是后來始終未能找到它，直到本世紀初廣義相對論提出后，水星近日點的反常運動才得到合理的解釋。

太陽系中，彗星也是引人注意的現象。由于18世紀對彗星軌道的成功計算，使得這方面的研究工作十分活躍。1818年，恩克(1791-1865年，德國）計算了一顆當年發現的彗星軌道，軌道周期是3年零106天，他還認為這顆星與1786、1795、1805年觀測到的彗星是同一顆星。這顆彗星就定名為恩克彗星。此后，恩克彗星總是如預計一樣如期而至，成為哈雷彗星之后第二顆按預測回歸的例子。1828年，當恩克彗星接近太陽時，慧頭逐漸變小，人們于是猜測它是否在宇宙中失去了一些物質。這一現象直到本世紀中期才得到合理的解釋。

1826年，比拉(1782-1856年，奧地利）發現了一顆彗星，后來定名比拉彗星。桑提尼(1784-1877年）在計算時考慮了地球、木星和土星的引力引起的攝動，從而得出比拉彗星在1832年11月27日經過近日點，他的計算與實際的誤差僅有12小時。1846年1月13日，人們發現這顆彗星突然分裂成二顆星，每一顆都有核和發，逐漸分離開來。1852年，當它們回歸時彼此已相距240萬公里，但到1865年比拉彗星卻失去下落。1872年11月27日的夜晚，當地球恰好通過比拉彗星軌道時，卻下落了一夜的流星雨，有大約16萬顆流星劃破了夜空，它們似乎來自同一個點。流星雨在1885年還下過兩場，此后不復見到。天文學家們證明，這是比拉彗星所分開成的碎片，在軌道上繼續繞太陽轉動，其中一部分碎片為地球吸收進入大氣層形成的壯觀景象。

直到18世紀末，人們對太陽還不大了解。銀河系理論的創始人W.赫歇爾甚至說太陽上有植物和居民存在，太陽光是由太陽的外層大氣發出來的，黑子是大氣的孔隙等等，這些錯誤延續到19世紀中葉。這以后，天文學家加強了對太陽黑子的觀測和研究，其中德國一位藥劑師施瓦布(1789-1875年）每天堅持統計黑子的數目，自1826年起持續了10多年。他終于發現，黑子出現的頻數以10-11年為一變化周期。到1861年，他積累的資料已經超過二個周期，這才引起人們的注意。天文學家卡倫頓(1826-1875年，英國）自1853年起也開始系統觀測太陽黑子，他發現以日面上不同緯度統計的黑子為基準判斷出的太陽自轉周期并不一致，他認為這說明太陽不象一個轉動著的固體球，太陽的表面似乎更象流體。卡倫頓還發現黑子的位置也存在周期性變化；開始時黑子的平均緯度約35°，數目也少，結束時，平均緯度是5°。這些發現為德國天文學家證實。

同一時期，人們也觀測了地磁場的變化。1851年，拉蒙特(1805-1879年，英國）發現地磁場不僅在一天里作周期性的變化，而且還存在以10年為一個周期的變化。這兩種平行發生的現象，使人們認識到太陽黑子對地磁場存在影響，當然他們一時還不能理解這種關系的本質是什么。

日食觀測也是研究太陽的手段之一。18世紀，人們已發現在黑暗日輪周圍有明亮的環和赤色的火焰。在1848年7月8日的日全食觀測中，人們著重研究了這一現象，他們把火焰叫日珥，把亮環叫日冕。1851年，人們拍下了日冕的第一張照片，從此開創了用照相術研究日全食的方法。研究結果表明，這些光輝是由太陽高層大氣對日光的漫射和高溫氣體的運動造成的。

19世紀里關于太陽的研究雖然只取得了一些初步結果，但卻為日后關于太陽結構的研究鋪平了道路。