为何哈雷彗星每42年来一次（宏伟猜想彗星之谜）

哈雷彗星与埃德蒙·哈雷的宏伟预言

繁星背景下的哈雷彗星照片，中心明亮光点清晰可见，彗尾光芒微弱。图源：NASA

哈雷彗星究竟是如何一步步走向家喻户晓

英国天文学家及数学家埃德蒙·哈雷于1656年11月8日出生在于伦敦。他是第一个计算出彗星轨道的人，这颗彗星是以他的姓氏哈雷命名，至今仍是所有彗星中最有名的一颗。他还与艾萨克·牛顿是朋友，并为牛顿发展万有引力理论做出了贡献。这有助于建立我们的现代科学时代，其中一部分原因，是由于它帮助确立了我们生活在一个围绕太阳运行的行星上这一认知。

当哈雷彗星上一次于1986年出现在地球的天空中时，它在太空中受到了一个国际航天器舰队的迎接。这颗著名的彗星将在2061年围绕太阳进行76年的旅行时再次返回。它之所以出名，部分原因是它在地球的天空中往往是一颗明亮的彗星。而且它的轨道长度--76年--与人类的寿命相差不大。因此对大多数人来说，一生中可能只有一次能够看到哈雷彗星的机会。但是，导致它知名程度高还有另一个原因。那就是在埃德蒙·哈雷所处的时代，人们并不知道彗星是像行星一样，被太阳约束在轨道上。他们不知道像哈雷彗星这样的彗星也会周期性地返回。那时的人们认为彗星只会经过我们的太阳系一次。 1704年，哈雷成为牛津大学的一名几何学教授。第二年，他出版了《彗星天文学概要》。这本书包含了从1337年到1698年观察到的24颗彗星的抛物线轨道。而正是在这本书中，哈雷做出了他的宏伟预言。

埃德蒙·哈雷肖像，约于1683年由托马斯·穆雷绘制。图源：维基共享资源

哈雷的宏伟预言

在他的书中，哈雷提及了1531年、1607年和1682年出现的三颗彗星。他使用牛顿的万有引力定律和行星运动理论计算出了这些彗星的轨道。它们的轨道呈现着惊人的相似性。哈雷做出了一个惊为天人的预言。他猜测，这三颗彗星实际上是同一颗彗星，每间隔76年的周期便会返回一次。

接着，他便说出了他的预言：“因此我敢大胆预测，它将在1758年再次回归。”

哈雷并没能够亲眼见证他预言的结果。在他逝世后16年，即1758年时，彗星如他预测的那样再一次出现了，震撼了科学界与公众。

为了纪念埃德蒙·哈雷，人们将这颗首次被预测回归的彗星称作哈雷彗星。

在1986年，也就是哈雷彗星上一次回归时，欧洲航天器"Giotto"成为有史以来第一批与彗星相遇并拍摄到彗核的航天器之一。当哈雷彗星飞离太阳时，它掠过了哈雷彗星的核心。图源：哈雷多色相机小组/Giotto项目/欧空局/美国宇航局

哈雷、弗兰斯蒂德和水星凌日

在英国，对于科学家而言17世纪是一个激动人心的时代。哈雷还是个孩子的时候，科学革命催生了伦敦皇家学会。皇家学会的成员，医生和自然哲学家作为首批接纳者，每周都会举行会议。第一位皇家天文学家是约翰·弗兰斯蒂德，他因在格林威治创建皇家天文台而被人们铭记，该天文台至今仍存于世。

1673年，哈雷作为学生进入牛津大学皇后学院后，遇到了弗兰斯蒂德。哈雷有机会在他的天文台拜访了他几次，在此期间，弗兰斯蒂德一直都在鼓励他去探寻天文学。

当时，弗兰斯蒂德的正在着手完成的项目是使用望远镜观测并绘制一份北半球星图。哈雷认为他也可以为南半球星图。

哈雷的南半球探索之路

哈雷的南行之路始于他获得大学学位前的1676年11月。他乘坐东印度公司的船只前往圣赫勒拿岛，世界上最偏远的岛屿之一，也是英国人占领的最南端的领土。他的父亲和国王查尔斯二世为他的这次旅行提供了赞助。

尽管恶劣的天气给哈雷的工作带来了许多困难，但当在1678年1月返航时，他带来了341颗恒星的经纬度记录和许多其他观测数据，包括水星凌日记录。关于这次凌日，他在记录中写道：“这个景象，是迄今为止天文所给予我的最为崇高的回馈。

2016年5月9日，法国的Vegastar Carpentier Liard拍摄的水星凌日图片。在这张图片中，水星是太阳左侧的小黑点。2019年11月11日也曾发生过水星凌日现象。

破解行星运动的密码

哈雷在1678年底出版了他的南半球星图。作为第一部此类型的作品，这份刊物获得了巨大的成功。以前从来没有人试图用望远镜来确定南半球恒星的位置。这份目录是哈雷作为天文学家的光荣首秀。同年，他获得了牛津大学的硕士学位，并成为了皇家学会的会员。

1684年，哈雷第一次在剑桥拜访了艾萨克·牛顿。还拜访了物理学家和生物学家罗伯特·虎克、建筑师克里斯托弗·雷恩和艾萨克·牛顿，而他们正在试图破解行星运动的密码。哈雷是他们之中最年轻的，他加入了这三人的任务，用数学来描述行星围绕太阳运动的方式和原因。他们相互竞争，都想要首先找到答案，使这项工作变得非常具有挑战性。他们的问题是建立一个机械模型，能够使行星围绕太阳运行而不至于脱离轨道或落入恒星。

虎克和哈雷确定，这个问题的答案应当是一个使行星保持在围绕恒星的轨道上随着它与恒星距离的反平方而减少的力，也就是我们今天所知的平方反比定律。

尽管最终是雷恩获得了奖金，胡克和哈雷的思路是正确的，但他们无法创造出一个与观测结果相吻合的理论轨道。

哈雷拜访了牛顿，向他解释了这个概念，同时也解释了他无法证明这个概念。牛顿在哈雷的鼓励下，将哈雷的工作发展成为至今最著名的科学著作之一，《自然哲学的数学原理》，通常被简称为牛顿原理。

英国曼彻斯特约翰·雷诺兹图书馆的《牛顿原理》第三版（1726年）的抄本。图源WikipediaCommons

哈雷成为皇家天文学家

哈雷还因其在气象学方面的工作而闻名。他在1686年绘制了一幅世界地图，发挥了他处理分析大量数据的才能。

该地图标注了海洋上主导的风向，并被认为是世界上出版的第一份气象学图表。

哈雷不断旅行并从事各种项目，例如，他曾经试图将人口死亡率和年龄相联系。这些数据对于计算人寿保险而言是十分重要的。

1720年，哈雷接替了弗兰斯蒂德，成为格林威治的第二位皇家天文学家。

埃德蒙·哈雷1686年绘制的世界地图，标明了信风和季风的方向，被认为是第一张气象学图表。图源普林斯顿教育杂志

摘要：生于1656年11月8日的天文学家埃德蒙·哈雷与以他命名的彗星

BY: EarthSky

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