牛頓的巔峰時刻人類歷史上首次通過「筆尖」發現的天體

時間 2022-03-09 11:20:03

1樓:李論科學

如果我們想發現一顆天體,最簡單的辦法就是通過望遠鏡觀察,看到了那就是存在,看不到那就是沒有!事實上這是早期天文學家發現外天體最主要的方法,但是牛頓萬有引力和開普勒三大定律的提出就為我們提供了另外一種理論**的方法,今天我們就說下人類歷史上首次通過「筆尖」發現的行星。

2023年,威廉·赫歇爾偶然發現了天王星,它與太陽的距離是土星與太陽距離的2倍。這不僅讓當時人們心目中太陽系的直徑增加了1倍,還給了人們一個檢驗牛頓萬有引力定律這一輝煌成果的機會。在牛頓之前,積累了幾百年的對已知五大行星的觀測資料,都與開普勒提出的三大行星運動定律相符:

所有行星都沿橢圓形軌道繞太陽運動,太陽的位置是橢圓的兩個焦點之一;

一顆行星與太陽之間的連線,在相等的時間間隔之內掃過的區域面積也相等;

·行星繞太陽運轉(公轉)的週期的平方,以及其公轉軌道的半長軸的立方,二者的比值是恆定的。

這三條定律的內容,都可以從牛頓後來提出的萬有引力定律中推匯出來的。所以假如誰能觀察到某顆行星的運動狀況與牛頓定律(可視同於開普勒定律)不符,那就說明我們對引力的理解可能還不到位。天王星的發現,讓我們有了一個全新的絕佳物件,去再次檢驗牛頓的定律是不是神聖不容置疑的。

根據對天王星的觀測,我們很容易推算出它與太陽的距離、它的橢圓軌道的具體引數,以及它的公轉週期。所有對它的觀測結果,幾乎又一次證實著開普勒定律,然而有一個例外:在持續觀察它二三十年之後,天文學家發現它在軌道上移動的速度比預期的要快一點點,也就是說,它與太陽的連線在特定時間內掃過的面積略大於理論數值;而接下去的二十年裡,它又恢復了與**值相符的速度,一直嚴格地遵守開普勒的定律。

於是,許多人開始只是懷疑這是早期的觀測資料不準確導致的,但檢查資料之後又沒有發現什麼錯誤。但是,到了19世紀30年代和40年代,天王星又「不正常」了,它的移動開始變慢,其與太陽的連線掃過的面積比理論值略小。這一事實不可避免地向大家昭示:

天王星的運動方式一定出了問題。

天王星的實際運動,與開普勒第二定律的歧異尤其明顯,其在軌道移動速度既可能比理論值快,也可能比理論值慢。這就是說,它與太陽的連線在單位時間內掃過的面積先是比**的大,然後符合**,然後又變得不如**,總之在不斷挑戰著我們已有的認識。不少專家開始猜測,是不是在離太陽足夠遠的地方,開普勒和牛頓的理論發現就不再適用了。

也有少量的理論家在思考另一種可能的情況:既然可以在比土星更遠的地方發現天王星這樣質量很大的行星,那麼憑什麼不能在天王星之外還存在著其他的、尚未被我們發現的大行星呢?由於天王星運動很慢,繞太陽執行一週需要84年之久,那麼,如果在比它更遠的地方還有別的大行星,其移動速度必然比天王星更慢。

正如地球經常從火星旁邊「超車」那樣,只要假設太陽系記憶體在「第八顆大行星」,則天王星也會有從它旁邊「超車」的時候。如果這顆未知的大行星也是像木星、土星、天王星這樣的大質量巨行星,它的引力作用難道不會影響正在「超車」的天王星,略微改變其執行速度嗎?

藍色代表海王星軌道,綠色代表天王星軌道,木星和土星分別是青色和橙色。

如今知道,事實正是如此。先來看天王星,它距離太陽約28億千米,軌道雖然也是橢圓形,但與正圓形極為接近。當距離太陽較近的行星們在一圈圈繞著太陽運動時,天王星只是在遙遠的地方慢悠悠地移動。

在天王星被發現之前,土星因為相對於背景恆星的移動速度很慢,得到了「天空中的老者」這一別稱,然而天王星每公轉一圈所用的時間相當於土星公轉三圈。

只要假想在天王星軌道之外還有一顆更遠也更慢的大行星,而天王星正在軌道上逐漸與它接近並最終「超車」,就會意識到:牛頓的萬有引力定律非但不會被我們觀測到的「異常」給駁倒,反而還能很好地解釋為什麼會出現這種「異常」。正是由於與這顆未知的大行星過於接近,二者間的引力作用增強,天王星的運動速度才會發生變化。

天王星在「追趕」未知大行星時,受到後者的牽引,速度必然提升,彷彿是偏離了開普勒定律的**!

在天王星逐漸追近位於外圈的未知大行星時,它與後者之間的萬有引力會持續地對它施加一點加速作用,但是這個作用力的方向與它在軌道上前進的方向並不相同,加之它們離地球過於遙遠,這種效果在地球上的觀測者看來不易察覺。在地球上看來,測定行星相對於背景恆星的位置偏移是比較容易的,但測定它的徑向速度變化(即與我們的距離的變化)比較困難,所以在這個階段,我們就逐漸感覺不到未知大行星對天王星施加的影響了,天王星的運動看起來又開始嚴格遵守開普勒第二定律中的理想情況。

當然,天王星最終會完成「超車」,跑到領先於未知大行星的位置,此時後者會通過萬有引力給天王星「拖後腿」,這種負向的加速度會略微減慢天王星的公轉,因此天王星在這個階段的實際位置會比開普勒定律的**值落後一點點。

我們必須記住,開普勒的行星運動定律只是牛頓的引力定律在特定情況下的表現。這個特定情況就是:假設只有一顆質量很大的、靜止不動的星球,以及繞著它運轉的一顆質量小得多的星球。

一旦加入其他的星球(正如太陽系裡不止一顆大行星),開普勒定律就不是絕對精確的了,而只能作為對行星運動的一種近似推算工具。

天王星被發現之前,哈雷已經在解釋長周期彗星的軌道時考慮過其他行星的作用,由此對開普勒定律的推算結果做了修正;天王星的運動狀況與理論推算不完全相符的問題,看來也在呼喚這種修正。當時已知的大行星、小行星的影響,不足以解釋天王星的觀測資料,只有假設存在一顆更遠的大行星才能提供解決問題的希望。

烏爾班·勒維耶(urbain le verrier)也認同這種看法,在2023年,他用幾個月的時間,出色地完成了相關演算,推測出了這顆未知大行星的軌道和位置。當年8月31日,他把這顆未知之星的質量資料、軌道引數、當前位置等資訊提交給了法國科學院。

這標誌著萬有引力定律首次被用於尋找一顆尚不為人所知的星球。9月23日,勒維耶的預報被以信件的方式轉達到了柏林天文臺。當晚,德國人加雷(johann galle)和德阿萊斯特(heinrichd'arrest)就根據信件內容開始了實際搜尋,結果在距離勒維耶預報的位置不到1°的地方發現了一顆並不在星圖上的暗星,這就是海王星。

這也是人類首次以「紙筆在先,眼睛在後」的方式發現新的天體!

但天王星、海王星的發現並沒有讓太陽系的解密之旅告終,而隨後發生的事件則讓牛頓的引力理論蒙上了一層揮之不去的陰影。

2樓:顧輕舟老師

其實這只是指人們利用牛頓引力給我們提供的機會而發現了天王星。

3樓:你又是哪塊瓜皮

牛頓發現了萬有引力,然後人們利用這個發現了天王星。

4樓:匿名使用者

牛頓對人類科學的貢獻真的是非常巨大的。我們只能用望遠鏡觀測到的天體,他用自己的智慧和筆尖就能計算出來,這種**的能力只有天才才有吧。

5樓:飛贊向

牛頓在萬有引力中推匯出來了各種星體的存在,這樣的發現雖然說很費力,但是它為人類探索宇宙做出了重要的貢獻。

6樓:小肥仔學長

這都是你通過前人的鋪墊,我們後人才能發現這些東西

通過對天體執行軌道的數學計算在筆尖上發現海王星的科學家是誰

7樓:檸檬醬啵啵

這句話是恩格斯說的.當初發現天王星後,人們發現天王星的實際軌道和按照理論計算的總是不符合.所以人們懷疑在天王星的軌道外有一顆未知的大行星存在,它的引力干擾了天王星的執行.

於是人們先計算了這顆行星應該在的位置,然後去那裡尋找,果然發現了這顆行星.所以叫它「筆尖上發現的行星」.海王星的發現者是勒威耶、伽勒和亞當斯三人.

牛頓在科學方面的偉大成就

8樓:張

天文學上的成就:牛頓從對天體運動規律的多年研究分析,發現了萬有引力定律。這個定律可以這樣表述:

任何兩個質點之間存在著相互吸引力,其大小和他們的質量的乘積成正比,和他們之間的距離成反比,其方向沿兩個質點的連續方向。牛頓為萬有引力定律找到了正確的數學表示式,並指出它具有普遍的意義。宇宙間一切天體運動的力,以及孕周間一切物體,不管他是巨集觀的,微觀的,有生命的,無生命的等等,都服從萬有引力定律。

光學上的成就:牛頓用稜鏡進行試驗,把白光分解為紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫其中顏色的光帶,而且又通過倒置稜鏡,再把上述光帶重新組合成白光,從而正確的論證日光是由有色光組成的,解釋了虹的現象,為現代光譜學奠定了基礎。2023年,牛頓發明了反射望遠鏡,從而消除了當時折射望遠鏡中普遍存在的色散現象。

牛頓創立了光的「微粒說」,這個學說認為光是有發光體射出的微粒組成,這些微粒以高速度做直線運動,只有在媒質發生變更時速度才會變化。

數學上的成就:牛頓創立二項式定理,並和德國的萊布尼茨幾乎同時而獨立的完成了微積分學。

力學上的成就:牛頓提出了「力」、「質量」和「動量」的明確定義,並把它們與伽利略所提出的「加速度」聯絡起來

9樓:樹葉兒的幻想

力學三大定律

微積分奠基人

萬有引力定律等等

晚年的牛頓把天體的第一推動力訴諸於上帝,提出「神的第一推動力」命題,致力於對神的研究。這說明

10樓:匿名使用者

中國科學院主辦,中國科學技術協會協辦《科學智慧火花》權威釋出劃時代科學發現:

偉大的牛頓提出的原始推動力是人類掌控宇宙鑰匙 :物理學家牛頓發現萬有引力定律和系列物理定律讓後人望塵,幾乎認為牛頓就是上帝派到人間來帶領人類走出黑暗的人。不過牛頓所有的這些科學發現和牛頓關於原始推動力的科學思想比較簡直是九牛一毛.

實際上,人們容易直觀的認識到物質運動(以及熱運動)總是自然的趨向於靜止,靜止的自然規律就是物體沒有外力作用是不能夠自己運動起來,熱量只能夠自發從高溫流向低溫,其中的自然規律就是熱力學第二定律,在發現能量守恆定律後,我們都知道物體沒有外力作用要從靜止狀態開始自己運動起來那就違背能量守恆了。

為什麼宇宙必須存在原始推動力?牛頓看到的是宇宙的物質能夠運動的事實,那麼物質能夠運動的現象中必須有相應的自然規律作用,那就是原始推動力,只有偉大的牛頓的科學思想才能想出原始推動力。換句話說如果沒有原始推動力這個自然規律,那麼宇宙的物質就不可以自己運動,因為物質只有靜止的自然規律那來自己運動的可能。

牛頓提出宇宙原始推動力的自然哲學才是劃時代的物理科學,實際上我們發現和揭示原始推動力後也絲毫沒有違背能量守恆。沒有揭示原始推動力這個自然規律。人類只有面臨環境汙染、二氧化碳排放、能源枯竭、氣候變暖的窮途末路。

原始推動力是人類掌控宇宙鑰匙,運用原始推動力開創能源解放新產業後那就是遍地**。

尼古拉特斯拉和牛頓是人類歷史上最偉大的科學家

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