万有引力的建立过程及其启示(2)

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万有引力定律揭开了天体运动的神秘面纱，其在天文学上和宇宙航行计算方面有着广泛的应用，它为实际的天文观测提供了一套计算方法。可以只凭少量观测资料，就可以算出长周期运行天体的运动轨道[1]。

科学史上哈雷彗星、海王星、冥王星等一系列行星的发现，便是因为应用了万有引力定律而取得的重大成果。利用万有引力公式、开普勒第三定律等，我们还能够计算太阳、地球等无法直接测量的天体的质量。可以这样说万有引力定律的发现，为我们进行天文研究以及发现新的天体发挥着至关重要的作用。

2 万有引力定律的建立过程

毫无疑问，牛顿是万有引力定律理论的直接创立者。然而，历史上任何一项重大的发现和理论突破都不能单纯归功于一人，它是一代人甚至是几代人努力的结晶。其实，早在牛顿之前就有不少科学家为发现万有引力定律做出了很多贡献，如第谷、开普勒、伽利略等。正如牛顿所说，他是站在巨人的肩膀上的。

2.1 第谷的观测源[自*751^`论/文'网·www.751com.cn/

丹麦的天文学家第谷,正处于哥白尼的日心说挑战托勒密的地心说的时代。他认为,要创立一个满意的星体运行理论,就必须精确掌握星体的运行位置。因此,首当其冲的应当解决对星体运行位置的描述,建立起经过多年搜集的高度精确的星体位置图表。第谷为此付出了毕生的心血。

第谷的想法得到了丹麦国王的支持，国王帮助他在哥本哈根海峡的一个小岛上建立了

一个完善的天文台—乌伦堡天文台,而且还帮助他改进了仪器设备。他增大了观测仪器的尺寸并安装在坚固的基础上,对仪器进行了精密刻度,从而提高了仪器的精密度﹑稳定性和长期反复观测读数的可靠性。第谷还对大气的折射效应进行了一定的修正, 使他对各个行星位置的观测误差下降到0.067度以下,在望远镜没有发明的年代里,这真可谓是达到了肉眼观察的极限。他不仅把千百年来的行星位置图表中的错误纠正过来,而且自己亲身编制了777个形体的位置图表。他编制的星体位置图表至今仍有一定的使用价值，因此第谷被后人誉为“星学之王”,并把天上的一颗恒星命名为 “第谷星”[2]。

第谷的天文观测对万有引力定律的建立的影响是显而易见的，也正是第谷的天文观测所获得的高精度的观测数据，给开普勒提供了数据上的支持。使得开普勒行星运动的三大定律得以问世，接下来我们来探讨开普勒为万有引力定律的发现所做的工作。

2.2开普勒的工作

在当时,最重要、最精密的天文观测工作,都是由丹麦天文学家第谷·布拉郝进行的。后因一系列原因, 开普勒于1599年接受第谷邀请到布拉格做他的助手。当第谷逝世后, 开普勒继承了第谷的资料和他在布拉格的位置,开始了他的关于行星轨道研究的重要工作。此前第谷探究出的宝贵资料,为开普勒发现行星运动三大定律提供了一定的基础。

在1609年，开普勒提出了行星运动第一﹑二两个定律,即轨道定律和面积定律。开普勒首先根据第谷的观测资料着重于对火星运动做彻底的研究,开始先按正圆轨道编制火星的运行表,然而火星“不听指挥”，总是越轨。开普勒对这段时间的工作曾这样写道：“我要征服马尔斯（Mars,即火星，得名于希腊神话）把它掳进我的表格，我已经为它备好了枷锁。但是，我终于感到胜利是毫无指望的。战争仍旧激烈地进行着！天上那个诡异多端的敌人，出乎意料地扯断了我用方程式制成的锁链，从表格监牢里冲了出去。在一次又一次战斗中，我那由物理因子编成的部队倍受创伤，而它挣脱了束缚，逃之夭夭。”后来开普勒发现，他的计算结果与第谷的观测数据之间大约有8ˊ的差异。于是他坚信第谷的观测，放弃了行星匀速运动的古老观念，并且考虑到行星绕太阳的轨道运行速率是不均匀的。从而得到了第一个重大发现：从太阳到行星的连线在相等的时间内扫过的面积相等，即行星运动第二定律。