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埃德蒙多·哈雷

(英國天文學家)

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埃德蒙·哈雷 (Edmond Halley,1656年11月8日—1742年1月14日),出生於英國倫敦,英國天文學家、地理學家數學家、氣象學家和物理學家,曾任牛津大學幾何學教授,第二任格林尼治天文台台長。他把牛頓定律應用到彗星運動上,並正確預言了那顆現被稱為哈雷的彗星作迴歸運動的事實,他還發現了天狼星、南河三和大角這三顆星的自行及月球長期加速現象。
中文名
埃德蒙·哈雷
外文名
Edmond Halley
國    籍
英國
出生日期
1656年11月8日(丙申年)
逝世日期
1742年1月14日
畢業院校
牛津大學王后學院
職    業
天文學家
主要成就
成功預言了哈雷彗星的迴歸
發現了月球的長期加速現象
出生地
英國倫敦
信    仰
無神論者
代表作品
《彗星天文學論説》

埃德蒙多·哈雷人物生平

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埃德蒙·哈雷 (Halley, Edmond)英國天文學家,出生於1656年的英國,20歲畢業於牛津大學王后學院。此後,他放棄了獲得學位的機會,去聖赫勒納島建立了一座臨時天文台。在那裏,哈雷仔細觀測天象,編制了第一個南天星表,彌補了天文學界原來只有北天星表的不足。哈雷的這個南天星表包括了381顆恆星的方位,它於1678年刊佈,當時他才22歲。他把牛頓定律應用到彗星運動上,並正確預言了那顆現被稱為哈雷的彗星作迴歸運動的事實。
1687年的哈雷畫像。 1687年的哈雷畫像。
哈雷最廣為人知的貢獻就是他對一顆彗星的準確預言。1680年,哈雷與巴黎天文台第一任台長卡西尼合作,觀測了當年出現的一顆大彗星。從此他對彗星發生興趣。哈雷在整理彗星觀測記錄的過程中,發現1682年出現的一顆彗星的軌道根數,與1607年開普勒觀測的和1531年阿皮延觀測的彗星軌道根數相近,出現的時間間隔都是75或76年。哈雷運用牛頓萬有引力定律反覆推算,得出結論認為,這三次出現的彗星,並不是三顆不同的彗星,而是同一顆彗星三次出現。哈雷以此為據,預言這顆彗星將於1759年再次出現。1759年3月,全世界的天文台都在等待哈雷預言的這顆彗星。3月13日,這顆明亮的彗星拖着長長的尾巴,出現在星空中。遺憾的是,哈雷已於1742年逝世,未能親眼看到。1758年這顆彗星被命名為哈雷彗星,那是在他去世大約16年之後。哈雷的計算,預測這顆彗星將於1835年和1910年回來,結果,這顆彗星都如期而至。
哈雷繪製的磁偏角地圖 哈雷繪製的磁偏角地圖
哈雷是個不同凡響的人物。他當過船長、地圖繪製員、牛津大學幾何學教授、皇家制幣廠副廠長、皇家天文學家,是深海潛水鐘的發明人。他寫過有關磁力、潮汐和行星運動方面的權威文章,還天真地寫過關於鴉片的效果的文章。他發明了氣象圖和運算表,發現了恆星的自行,提出了利用金星凌日的機會測算地球的年齡和地球到太陽的距離的方法,甚至發明了一種把魚類保鮮到淡季的實用方法。他還發現了月亮運動的長期加速現象,為精密研究地、月系的運動作出了重要貢獻。
哈雷作為船長,在航海歸來後,繪製了一張顯示大西洋各地磁偏角的地圖。磁偏角即指南針指示的北方與實際正北方的夾角,我國宋代科學家沈括首先發現磁偏角現象。哈雷在十四五歲時就對這現象感興趣了,當時還親手測量了幾次。三十多年後,在經歷海上、船上重重艱辛後,這張實用又美觀的地圖問世了。它是第一張繪有等值線的圖。圖上每條曲線經過的點,磁偏角的值都是相同的。今天我們常看到的等高線地形圖、有等氣壓線的天氣圖,其實都來自哈雷的創意。等值線在當時被稱為“哈雷之線(Halleyan Lines)”。 [1] 
如果有人拿出個難題請教哈雷,哈雷一定會用一切方法去解決它。比如説,一個皇家學會成員約翰·霍頓問道:怎樣才能合理而準確地測量出英格蘭威爾士的總面積呢?版圖是不規則的,直接對着地圖,用尺子測量再計算顯然太費功夫了。對這個複雜的問題,哈雷用了一種獨特的方式輕鬆搞定了。他找來了當時最精確的地圖,貼在一塊質地均勻的木板上,然後小心地沿着邊界把地圖上的英格蘭和威爾士切下來,稱其重量;再切下一塊麪積已知的木板(如10cm*10cm),稱其重量。兩塊的重量之比也就是它們的面積之比,所以英格蘭和威爾士在地圖的面積可以很容易算出。再根據比例尺進行放大,就可知兩地區的實際面積了。他得出的結果和現在用高科技手段測量出的面積驚人吻合。這種方法也可以在某些科學競賽中找到蹤影。
然而,儘管他取得了這麼多的成就,但他對人類知識的最大貢獻也許只在於他參加了一次科學上的打賭。賭注不大,對方是那個時代的另外兩位傑出人物。一位是羅伯特·胡克,人們現在記得最清楚的興許是他描述了細胞;另一位是偉大而又威嚴的克里斯托弗·雷恩爵士,他最早其實是一位天文學家,後來還當過建築師,雖然這一點人們現在往往不大記得。1683年,哈雷、胡克和雷恩在倫敦吃飯,突然間談話內容轉向天體運動。據認為,行星往往傾向於以一種特殊的卵行線即以橢圓形在軌道上運行。用理查德·費曼的話來説,"一條特殊而精確的曲線"。但不知道什麼原因。雷恩慷慨地提出,要是他們中間誰能找到個答案,他願意發給他價值40先令(相當於兩個星期的工資)的獎品。胡克以好大喜功聞名,儘管有的見解不一定是他自己的。他聲稱他已經解決了這個問題,但現在不願意告訴大家,他的理由有趣而巧妙,説是這麼做會使別人失去自己找出答案的機會。因此,他要"把答案保密一段時間,別人因此會知道怎麼珍視它"。沒有跡象表明,他後來有沒有再想過這件事。可是,哈雷着了迷,一定要找到這個答案,還於次年前往劍橋大學,冒昧拜訪該大學的數學教授艾薩克·牛頓,希望得到他的幫助。1684年8月,哈雷不請自來,登門拜訪牛頓。他指望從牛頓那裏得到什麼幫助,我們只能猜測。但是,多虧一位牛頓的密友--亞伯拉罕·棣莫佛後來寫的一篇敍述,我們才有了一篇有關科學界一次最有歷史意義的會見的記錄:1684年,哈雷博士來劍橋拜訪。他們在一起待了一會兒以後,博士問他,要是太陽的引力與行星離太陽距離的平方成反比,他認為行星運行的曲線會是什麼樣的。這裏提到的是一個數學問題,名叫平方反比律。哈雷堅信,這是解釋問題的關鍵,雖然他對其中的奧妙沒有把握。艾薩克·牛頓馬上回答説,會是一個橢圓。博士又高興又驚訝,問他是怎麼知道的。"哎呀,"他説,"我已經計算過。"接着,哈雷博士馬上要他的計算材料。艾薩克爵士在材料堆裏翻了一會兒,但是找不着。這是很令人吃驚的--猶如有人説他已經找到了治癒癌症的方法,但又記不清處方放在哪裏了。在哈雷的敦促之下,牛頓答應再算一遍,便拿出了一張紙。他按諾言做了,但做得要多得多。有兩年時間,他閉門不出,精心思考,塗塗畫畫,最後拿出了他的傑作:《自然哲學的數學原理》。並且,哈雷自費為牛頓出版了這本書。
也就是説,因為哈雷,才會誕生科學史上最偉大的著作——《自然哲學的數學原理》。

埃德蒙多·哈雷與牛頓交往

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不過,很快哈雷自己就遇到了煩惱。從1680年起,他對開普勒的行星運動定律產生了疑問,詢問胡克和皇家學會的一些會員時,無人能解答。1684年8月,哈雷帶着這個在婚前婚後整整困惑了他四年的問題,前往劍橋找到牛頓。牛頓告訴眼前比自己小14歲的求教者,自己幾年前已經知道答案了,只是沒有發表而已。哈雷的困惑就此畫上了句號,他和牛頓的交往則剛剛開始,科學史上一本劃時代的著作也即將誕生。性格怪異的牛頓不願意發表自己的觀察和研究所得,在哈雷遊説下,牛頓開始寫《自然哲學的數學原理》一書,皇家學會也同意印行。此書的編輯、校對和序言撰寫,更是由哈雷親自完成。萬事俱備之時,皇家學會卻無法籌集資金,哈雷於是自掏腰包。為了讓該書被更多的人接受,哈雷甚至致信當時的國王,作了深入淺出的介紹。1687年出版的這本書,成為牛頓最著名的著作。哈雷也開始用牛頓的萬有引力定律來研究彗星。 [2] 
1691年牛津大學的校園裏有些不太平靜。英國皇家學會會員哈雷,正一心謀求牛津大學薩維爾天文學講席教授職位,這遭到坎特伯雷大主教的反對。在同年上任的大主教眼裏,這個著名的無神論者,斷然不能獲此職位。35歲的哈雷已是頗負盛名的天文學家,9年前他曾觀察到夜空中一顆像掃帚一樣的星星,拖着長長的尾巴。但大主教來頭更大,他早已獲得國王瑪麗二世的信任。面對來自“離國王最近的人”的壓力,牛津大學的職位最終給了牛頓支持的一位數學家。哈雷的願望落空了。當他在15年前毅然離開時,這個毛頭小夥子沒料到,重返母校竟變得如此之難。

埃德蒙多·哈雷個人年表

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(1)哈雷生逢以新思想為基礎的科學革命時代,1673年進牛津大學王后學院;
(2)1676年到南大西洋的聖赫勒納島測定南天恆星的方位,完成了載有341顆恆星精確位置的南天星表,記錄到一次水星凌日,還作過大量的鐘擺觀測(南半球鐘擺旋轉的方向與北半球相反)。同年,建立了南半球第一個天文台 [3] 
(3)1678年哈雷被選為皇家學會成員,並榮獲牛津大學碩士學位 [1] 
(4)1684年,他到劍橋向牛頓請教行星運動的力學解釋,在哈雷研究取得進展的鼓舞下,牛頓擴大了他對天體力學的研究;
(5)哈雷具有處理和歸算大量數據的才能,1686年,他公佈了世界上第一部載有海洋盛行風分佈的氣象圖;
(6)1693年,發佈了佈雷斯勞城的人口死亡率表,首次探討了死亡率和年齡的關係;
(7)1701年,他根據航海羅盤記錄,出版了大西洋和太平洋的地磁圖,1704年,他晉升為牛津大學幾何學教授;
(8)1705年,哈雷出版了《彗星天文學論説》,書中闡述了1337-1698年出現的24顆彗星的運行軌道,他指出,出現在1531、1607和1682年的三顆彗星可能是同一顆彗星的三次迴歸,並預言它將於1758年重新出現,這個預言被證實了,這顆彗星也得到了名字-哈雷彗星
(9)1716年他設計了觀測金星凌日的新方法,希望通過這種觀測能精確測定太陽視差並由此推算出日地距離;
哈雷之墓。 哈雷之墓。
(10)1718年,哈雷發表了認明恆星有空間運動的資料。1720年繼任為第二任格林尼治天文台台長。 [1] 

埃德蒙多·哈雷哈雷的成就

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埃德蒙多·哈雷哈雷彗星

哈雷彗星紀念郵票,哈雷的形象被藝術再現 哈雷彗星紀念郵票,哈雷的形象被藝術再現
哈雷最廣為人知的貢獻就是他對一顆彗星的準確預言。哈雷在整理彗星觀測記錄的過程中,發現1682年出現的一顆彗星的軌道根數,與1607年開普勒觀測的和1531年阿皮延觀測的彗星軌道根數相近,出現的時間間隔都是75或76年。哈雷的計算,預測這顆彗星將於1835年和1910年回來,結果,這顆彗星都如期而至。這顆彗星就是今天幾乎人人皆知的“哈雷彗星”。彗星的神秘性隨之被打破。 [1] 

埃德蒙多·哈雷其它

此外,哈雷發現了恆星的自行,這又是一個重大發現。哈雷還提出利用金星凌日的機會,去測定日、地距離,為當時精確測定地球與太陽的距離提供了很好的方法。他還發現了月亮運動的長期加速現象,為精密研究地、月系的運動作了重要貢獻。

埃德蒙多·哈雷綽號

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哈雷有許多有意思的綽號。當年他出色地繪製了南天星圖,於是當時的英國皇家天文學家弗拉姆斯蒂德(John Flamsteed)便叫他“南天第谷(Our Southern Tycho)”。第谷是丹麥天文學家,他用肉眼精確測量了北天777顆恆星的位置,併發掘出了後來成為“星空立法者”的開普勒。Flamsteed也以觀測精確著稱,第谷自然成為他心中至高的偶像。22歲的哈雷竟被性格嚴肅刻板的Flamsteed毫不吝嗇地譽為“南天第谷”,其天文才華可見一斑。
可是,幾十年後,哈雷從Flamsteed那裏得來了另一個性質完全不一樣的綽號“雷黴兒(Raymer)”。這是怎麼回事呢?
説起來,Flamsteed和第谷確實有很多共同點。第谷發掘了開普勒,而在某種意義上,Flamsteed發掘了哈雷。格林尼治天文台剛準備建設那會兒,Flamsteed作為被制定的天文台第一任台長,找到牛津大學去選助手。當時正在上大二的哈雷在同齡人中脱穎而出,從此逐漸成為公眾的焦點。
John Flamsteed John Flamsteed
天文台建設得很順利,一切看起來相當不錯。可是隨着時間推移,Flamsteed發現他和哈雷的性格根本合不到一塊兒。哈雷活潑好動,説起話來輕快幽默,不着邊際的想法多得是,(比如説,為什麼星星有無數顆,夜晚還是黑的?)甚至有時會搞無傷大雅的惡作劇。這種個性在大部分人看來,當然是極具吸引力的,加上哈雷才華橫溢,在公眾影響力方面幾乎是把Flamsteed秒殺了。Flamsteed一是嫉妒,二是作為一個認真嚴肅的學者,他絕對不能容忍哈雷這樣大大咧咧鋒芒畢露地做學問,於是有段時間他大肆誹謗,傳了很多哈雷的醜聞。
從此這兩個昔日誌同道合的人變成了針尖對麥芒的冤家,互相打着筆墨官司,誰也不讓誰。其實哈雷是個大方的人,口才又好,幾乎成了皇家學會的“專業調解員”。胡克和海維留(Hevelius)之爭、牛頓和胡克之爭、牛頓和萊布尼茨之爭,都是有了哈雷的勸説才稍顯平息(儘管後兩者最終還是釀成悲劇)。但哈雷容忍不了Flamsteed,在他眼裏Flamsteed簡直是個嫉妒心極強、吃飽了撐的欺負後輩,脾氣又怪異的傢伙。
而Flamsteed則認為哈雷浮誇自負,沒真本事,只靠發揮想像力、拉關係,就在皇家學會里混。更重要的是,哈雷貌似對神不敬。其實哈雷不過是試圖用科學道理解釋《聖經》裏的一些奇異事件,比如大洪水。
與此同時,Flamsteed仍以第谷自況,他覺得自己的境遇和第谷簡直有異曲同工之妙。第谷也有個針尖對麥芒型的冤家,叫Raymers。但Flamsteed可不敢自誇説自己就是第二代第谷啊,他只好説他的冤家哈雷是第二代Raymers,簡稱Raymer,似乎這樣一來也就間接證明了自己和第谷有緣。
可是Flamsteed能和第谷比嗎?顯然不能。第谷發掘開普勒的故事被傳為佳話;而Flamsteed被他發掘的哈雷最後卻鬧成這副樣子,叫人搖頭嘆息,情何以堪哪。
不過不管怎樣,“南天第谷”和“雷黴兒”這兩個綽號都挺來之不易的,濃縮了兩個人之間的戲劇性的傳奇。
現在,人們(尤其在西方)談到哈雷,習慣性地不直呼其名,而是叫他“彗星男(The Comet Man)”。當然,在其他書中,我們可以看到,哈雷還是“潮汐王子(Prince of Tides)”,“地球物理學之父(Father of Geophysics)”等等。
還有哪個科學家能享有如此多的綽號呢?

埃德蒙多·哈雷評價

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除此之外,哈雷曾涉獵數學、地球物理、考古學等,但一顆彗星的光芒,似乎已完全籠罩了他身後漫長的歲月。很少有人知道,1693年哈雷發表的一篇關於死亡年齡分析的文章,為英國政府出售壽險時確定合理的價格,提供了堅實基礎。 [1]  據説,這是有關社會統計學的開創性工作,甚至對後來的人壽保險業影響不小。
參考資料