埃德蒙·哈雷 (Edmond Halley,1656年11月8日—1742年1月14日),出生于英国伦敦,英国天文学家、
地理学家、
数学家、气象学家和
物理学家,曾任
牛津大学几何学教授,第二任
格林尼治天文台台长。他把
牛顿定律应用到
彗星运动上,并正确预言了那颗现被称为哈雷的彗星作回归运动的事实,他还发现了
天狼星、
南河三和大角这三颗星的自行及
月球长期加速现象。
人物生平
埃德蒙·哈雷 (Halley, Edmond)英国天文学家,出生于1656年的
英国,20岁毕业于牛津大学
王后学院。此后,他放弃了获得学位的机会,去圣赫勒纳岛建立了一座临时天文台。在那里,哈雷仔细观测天象,编制了第一个南天星表,弥补了天文学界原来只有北天星表的不足。哈雷的这个南天星表包括了381颗
恒星的方位,它于1678年刊布,当时他才22岁。他把
牛顿定律应用到彗星运动上,并正确预言了那颗现被称为哈雷的彗星作回归运动的事实。
哈雷最广为人知的贡献就是他对一颗彗星的准确预言。1680年,哈雷与
巴黎天文台第一任台长卡西尼合作,观测了当年出现的一颗大彗星。从此他对彗星发生兴趣。哈雷在整理彗星观测记录的过程中,发现1682年出现的一颗彗星的
轨道根数,与1607年
开普勒观测的和1531年阿皮延观测的彗星轨道根数相近,出现的时间间隔都是75或76年。哈雷运用
牛顿万有引力定律反复推算,得出结论认为,这三次出现的彗星,并不是三颗不同的彗星,而是同一颗彗星三次出现。哈雷以此为据,预言这颗
彗星将于1759年再次出现。1759年3月,全世界的
天文台都在等待哈雷预言的这颗彗星。3月13日,这颗明亮的彗星拖着长长的尾巴,出现在星空中。遗憾的是,哈雷已于1742年逝世,未能亲眼看到。1758年这颗彗星被命名为
哈雷彗星,那是在他去世大约16年之后。哈雷的计算,预测这颗彗星将于1835年和1910年回来,结果,这颗彗星都如期而至。
哈雷是个不同凡响的人物。他当过船长、地图绘制员、牛津大学几何学教授、皇家制币厂副厂长、
皇家天文学家,是深海
潜水钟的发明人。他写过有关
磁力、
潮汐和行星运动方面的文章,还天真地写过关于鸦片的效果的文章。他发明了气象图和运算表,发现了恒星的自行,提出了利用
金星凌日的机会测算地球的年龄和地球到太阳的距离的方法,甚至发明了一种把鱼类保鲜到淡季的实用方法。他还发现了月亮运动的长期加速现象,为精密研究地、月系的运动作出了重要贡献。
哈雷作为船长,在航海归来后,绘制了一张显示
大西洋各地磁偏角的地图。磁偏角即指南针指示的北方与实际正北方的夹角,我国宋代科学家沈括首先发现磁偏角现象。哈雷在十四五岁时就对这现象感兴趣了,当时还亲手测量了几次。三十多年后,在经历海上、船上重重艰辛后,这张实用又美观的地图问世了。它是第一张绘有等值线的图。图上每条曲线经过的点,磁偏角的值都是相同的。今天我们常看到的
等高线地形图、有等气压线的天气图,其实都来自哈雷的创意。等值线在当时被称为“哈雷之线(Halleyan Lines)”。
如果有人拿出个难题请教哈雷,哈雷一定会用一切方法去解决它。比如说,一个皇家学会成员约翰·霍顿问道:怎样才能合理而准确地测量出
英格兰和
威尔士的总面积呢,版图是不规则的,直接对着地图,用尺子测量再计算显然太费功夫了。对这个复杂的问题,哈雷用了一种独特的方式轻松搞定了。他找来了当时最精确的地图,贴在一块质地均匀的木板上,然后小心地沿着边界把地图上的英格兰和威尔士切下来,称其重量;再切下一块面积已知的木板(如10cm*10cm),称其重量。两块的重量之比也就是它们的面积之比,所以英格兰和威尔士在地图的面积可以很容易算出。再根据比例尺进行放大,就可知两地区的实际面积了。他得出的结果和用高科技手段测量出的面积惊人吻合。这种方法也可以在某些科学竞赛中找到踪影。
然而,尽管他取得了这么多的成就,但他对人类知识的最大贡献也许只在于他参加了一次科学上的打赌。赌注不大,对方是那个时代的另外两位杰出人物。一位是
罗伯特·胡克,人们记得最清楚的兴许是他描述了细胞;另一位是伟大而又威严的
克里斯托弗·雷恩爵士,他最早其实是一位天文学家,后来还当过建筑师,虽然这一点人们往往不大记得。1683年,哈雷、胡克和雷恩在伦敦吃饭,突然间谈话内容转向天体运动。据认为,行星往往倾向于以一种特殊的卵行线即以椭圆形在轨道上运行。用
理查德·费曼剑桥大学,冒昧拜访该大学的数学教授
艾萨克·牛顿,希望得到他的帮助。1684年8月,哈雷不请自来,登门拜访牛顿。他指望从牛顿那里得到什么帮助,我们只能猜测。但是,多亏一位牛顿的密友--亚伯拉罕·棣莫佛后来写的一篇叙述,我们才有了一篇有关科学界一次最有历史意义的会见的记录:1684年,哈雷博士来剑桥拜访。他们在一起待了一会儿以后,博士问他,要是太阳的引力与行星离太阳距离的平方成反比,他认为行星运行的曲线会是什么样的。这里提到的是一个数学问题,名叫
平方反比律自然哲学的数学原理》。并且,哈雷自费为牛顿出版了这本书。
也就是说,因为哈雷,才会诞生科学史上最伟大的著作——《
自然哲学的数学原理》。
与牛顿交往
不过,很快哈雷自己就遇到了烦恼。从1680年起,他对开普勒的
行星运动定律产生了疑问,询问胡克和皇家学会的一些会员时,无人能解答。1684年8月,哈雷带着这个在婚前婚后整整困惑了他四年的问题,前往
剑桥找到牛顿。牛顿告诉眼前比自己小14岁的求教者,自己几年前已经知道答案了,只是没有发表而已。哈雷的困惑就此画上了句号,他和牛顿的交往则刚刚开始,科学史上一本划时代的著作也即将诞生。性格怪异的牛顿不愿意发表自己的观察和研究所得,在哈雷游说下,牛顿开始写《
自然哲学的数学原理》一书,皇家学会也同意印行。此书的编辑、校对和序言撰写,更是由哈雷亲自完成。万事俱备之时,皇家学会却无法筹集资金,哈雷于是自掏腰包。为了让该书被更多的人接受,哈雷甚至致信当时的国王,作了深入浅出的介绍。1687年出版的这本书,成为牛顿最著名的著作。哈雷也开始用牛顿的
万有引力定律来研究彗星。
1691年牛津大学的校园里有些不太平静。
英国皇家学会会员哈雷,正一心谋求牛津大学萨维尔天文学讲席教授职位,这遭到坎特伯雷大主教的反对。在同年上任的大主教眼里,这个著名的无神论者,断然不能获此职位。35岁的哈雷已是颇负盛名的天文学家,9年前他曾观察到夜空中一颗像扫帚一样的星星,拖着长长的尾巴。但大主教来头更大,他早已获得国王玛丽二世的信任。面对来自“离国王最近的人”的压力,牛津大学的职位最终给了牛顿支持的一位数学家。哈雷的愿望落空了。当他在15年前毅然离开时,这个毛头小伙子没料到,重返母校竟变得如此之难。
个人年表
(1)哈雷生逢以新思想为基础的
科学革命时代,1673年进
牛津大学王后学院;
(2)1676年到南大西洋的圣赫勒纳岛测定南天恒星的方位,完成了载有341颗恒星精确位置的南天星表,记录到一次
水星凌日,还作过大量的钟摆观测(南半球钟摆旋转的方向与北半球相反)。同年,建立了南半球第一个天文台。
(3)1678年哈雷被选为皇家学会成员,并荣获牛津大学硕士学位;
(4)1684年,他到剑桥向牛顿请教行星运动的力学解释,在哈雷研究取得进展的鼓舞下,牛顿扩大了他对天体力学的研究;
(5)哈雷具有处理和归算大量数据的才能,1686年,他公布了世界上第一部载有海洋盛行风分布的气象图;
(6)1693年,发布了布雷斯劳城的人口死亡率表,首次探讨了死亡率和年龄的关系;
(7)1701年,他根据航海罗盘记录,出版了大西洋和太平洋的地磁图,1704年,他晋升为牛津大学几何学教授;
(8)1705年,哈雷出版了《彗星天文学论说》,书中阐述了1337-1698年出现的24颗彗星的运行轨道,他指出,出现在1531、1607和1682年的三颗彗星可能是同一颗彗星的三次回归,并预言它将于1758年重新出现,这个预言被证实了,这颗彗星也得到了名字-
哈雷彗星;
(9)1716年他设计了观测
金星凌日的新方法,希望通过这种观测能精确测定太阳视差并由此推算出日地距离;
(10)1718年,哈雷发表了认明恒星有空间运动的资料。1720年继任为第二任
格林尼治天文台台长。
哈雷的成就
哈雷彗星
哈雷最广为人知的贡献就是他对一颗彗星的准确预言。哈雷在整理彗星观测记录的过程中,发现1682年出现的一颗彗星的轨道根数,与1607年开普勒观测的和1531年阿皮延观测的彗星轨道根数相近,出现的时间间隔都是75或76年。哈雷的计算,预测这颗彗星将于1835年和1910年回来,结果,这颗彗星都如期而至。这颗彗星就是几乎人人皆知的“哈雷彗星”。彗星的神秘性随之被打破。
其它
此外,哈雷发现了恒星的自行,这又是一个重大发现。哈雷还提出利用金星凌日的机会,去测定日、地距离,为当时精确测定地球与太阳的距离提供了很好的方法。他还发现了月亮运动的长期加速现象,为精密研究地、月系的运动作了重要贡献。
绰号
哈雷有许多有意思的
绰号。当年他出色地绘制了南天星图,于是当时的英国皇家天文学家弗拉姆斯蒂德(John Flamsteed)便叫他“南天第谷(Our Southern Tycho)”。第谷是丹麦
天文学家,他用肉眼精确测量了北天777颗恒星的位置,并发掘出了后来成为“星空立法者”的开普勒。Flamsteed也以观测精确著称,第谷自然成为他心中至高的偶像。22岁的哈雷竟被性格严肃刻板的Flamsteed毫不吝啬地誉为“南天第谷”,其天文才华可见一斑。
可是,几十年后,哈雷从Flamsteed那里得来了另一个性质完全不一样的绰号“雷霉儿(Raymer)”。这是怎么回事呢?
说起来,Flamsteed和第谷确实有很多共同点。第谷发掘了开普勒,而在某种意义上,Flamsteed发掘了哈雷。格林尼治天文台刚准备建设那会儿,Flamsteed作为被制定的天文台第一任台长,找到牛津大学去选助手。当时正在上大二的哈雷在同龄人中脱颖而出,从此逐渐成为公众的焦点。
天文台建设得很顺利,一切看起来相当不错。可是随着时间推移,Flamsteed发现他和哈雷的性格根本合不到一块儿。哈雷活泼好动,说起话来轻快幽默,不着边际的想法多得是,(比如说,为什么星星有无数颗,夜晚还是黑的?)甚至有时会搞无伤大雅的恶作剧。这种个性在大部分人看来,当然是极具吸引力的,加上哈雷才华横溢,在公众影响力方面几乎是把Flamsteed秒杀了。Flamsteed一是嫉妒,二是作为一个认真严肃的学者,他绝对不能容忍哈雷这样大大咧咧锋芒毕露地做学问,于是有段时间他大肆诽谤,传了很多哈雷的丑闻。
从此这两个昔日志同道合的人变成了
针尖对麦芒的冤家,互相打着笔墨官司,谁也不让谁。其实哈雷是个大方的人,口才又好,几乎成了皇家学会的“专业调解员”。胡克和海维留(Hevelius)之争、
牛顿和胡克之争、牛顿和莱布尼茨之争,都是有了哈雷的劝说才稍显平息(尽管后两者最终还是酿成悲剧)。但哈雷容忍不了Flamsteed,在他眼里Flamsteed简直是个吃饱了撑的欺负后辈,脾气又怪异的家伙。
而Flamsteed则认为哈雷浮夸自负,没真本事,只靠发挥想像力、拉关系,就在皇家学会里混。更重要的是,哈雷貌似对神不敬。其实哈雷不过是试图用科学道理解释《
圣经》里的一些奇异事件,比如大洪水。
与此同时,Flamsteed仍以第谷自况,他觉得自己的境遇和第谷简直有异曲同工之妙。第谷也有个针尖对麦芒型的冤家,叫Raymers。但Flamsteed可不敢自夸说自己就是第二代第谷啊,他只好说他的冤家哈雷是第二代Raymers,简称Raymer,似乎这样一来也就间接证明了自己和第谷有缘。
可是Flamsteed能和第谷比吗?显然不能。第谷发掘开普勒的故事被传为佳话;而Flamsteed被他发掘的哈雷最后却闹成这副样子,叫人摇头叹息,情何以堪哪。
不过不管怎样,“南天第谷”和“雷霉儿”这两个绰号都挺来之不易的,浓缩了两个人之间的戏剧性的传奇。
人们(尤其在西方)谈到哈雷,习惯性地不直呼其名,而是叫他“彗星男(The Comet Man)”。当然,在其他书中,我们可以看到,哈雷还是“潮汐王子(Prince of Tides)”,“地球物理学之父(Father of Geophysics)”等等。
还有哪个科学家能享有如此多的绰号呢?
评价
除此之外,哈雷曾涉猎数学、地球物理、考古学等,但一颗彗星的光芒,似乎已完全笼罩了他身后漫长的岁月。很少有人知道,1693年哈雷发表的一篇关于死亡年龄分析的文章,为英国政府出售寿险时确定合理的价格,提供了坚实基础。据说,这是有关社会统计学的开创性工作,甚至对后来的人寿保险业影响不小。