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  • 1 # 叄體光鼠家族

    哈雷彗星的發現,天王星和海王星的發現和地球質量的測得都證實了萬有引力定律,但我個人覺地球質量的測得,同時也是牛頓萬有引力常數G的測定和海王星的發現意義是稍微大一點的。

    先說一下這個萬有引力常數G,萬有引力公式F=Gm1m2/r^2,即兩個物體的引力等於萬有引力常數乘以兩個物體的質量相乘除以他們距離的平方。利用萬有引力定律已經能算出各行星運動的軌道和各行星之間的質量比值,但各行星的質量是多少,就得測出萬有引力常數G。但當時這個常數G是多少,牛頓當時也不知道,因為質量輕的物體引力實在太小了,而像地球這種天體以當時的條件又很難測出它的質量。不過牛頓當時已經給出一個思路,就是選一座孤零零的山,利用一個鉛垂線垂直於地面,在靠近這座山時發生的偏角就可以算出地球與大山的質量比值,再算出大山的質量,地球的質量和萬有引力常數就可以算出來。但是測量一座山的質量談何容易,這需要大量的觀測資料,可以說是一件勞民傷財的工作,而山的密度也不是均衡的,所以算出來的資料準確性也不高。但是意義重大還是有人去做,如1774英國馬斯基林領導的謝赫倫山測量,算出來的資料跟我們現在的資料誤差還是達到20%以上。這個數值最後在1798年被歷史上最古怪的科學怪人亨利卡文迪許搞定,而且他是憑一個人的力量完成的,當然他可不是也去找座山測量。卡文迪許做的這個實驗叫扭稱實驗,也被後人稱為卡文迪許實驗,透過這個實驗卡文迪許測得的引力常數G=6.754×10^-11(N·m^2/kg^2),地球質量約60萬億億噸,我們現在測得的資料是6.67259×10^-11(N·m^2/kg^2),地球質量為59.76萬億億噸,誤差已經非常小了,這離牛頓1687年《自然哲學的數學原理》的發表正式提出萬有引力定律已經過去了一個世紀。萬有引力常數G的測定證明了萬有引力定律,也完善了萬有引力定律。

    第二海王星的發現,不同於天王星的發現,海王星的發現完全是計算出來的。1781年3月31日,英國天文學家威廉赫歇爾發現了天王星後,大家都把目光對準了這顆新發現的行星。經過後期的觀測,發現天王星的運動軌跡與計算出的軌跡老是存在偏差,於是大家就在猜測是不是天王星外圍還有一顆未被發現的行星在影響著天王星,這種影響天文學稱之為攝動。這時候數學達人就有了用武之地了,在沒有計算機的年代裡,這種計算量是一個龐大的工程。法國一個叫勒維耶的數學家透過自己的計算得出海王星的軌道和所在的天區,同時他把計算結果寄給德國天文臺臺長伽勒,並讓伽勒在1846年9月23日晚上對他給的天區進行觀測終於發現了海王星。而在伽勒發現海王星的一年前英國一個叫亞當斯的年輕天文學家也透過計算得出了海王星的軌道,只是他把自己的論文提交給當時的英國皇家格林威治天文臺臺長艾裡時被忽視了,但國際上還是把海王星的發現權給了他們三人。海王星的發現進一步證明了萬有引力定律。

    這裡說個題外話,早在1612年,伽利略就透過望眼鏡觀測到了海王星,只是伽利略誤以為那是木星的衛星。

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