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作者: 李德范

内容简介:

1,多维度、多视角带你看火星,搭建完整知识网

中西方所有关于火星的史实和传说。从古中国到古代西方,从东方的荧惑星到西方的战神星,完整描述人类如何根据火星的运行来预测吉凶和决定行为。

时间跨度3000年,从玄学到科学,详解人类对火星的认知全过程。从亚里士多德建立宇宙体系到航天器登陆火星实地勘探,看人类如何一步步开启星际巡航之旅。

2,80张手绘详解图+高清照片,直观、立体理解关于火星的一切

地貌特征,运行规律,改造火星,古人研究火星的珍贵记录……不用想象,直接看到关于火星的一切!

作者简介:

李德范,1994年毕业于北京师范大学天文系,现为河南天文馆馆长,主导了20年来河南群众性天文科普活动;2001年起受聘为河南财经政法大学副教授,在该校开设天文学选修课,该选修课已成为学校热门选修课,每年选课学生近2000人。

试读

1572年11月11日,仙后座爆发了一颗极为明亮的超新星,第谷在晚间散步时第一时间观察到它,并认真地做了跟踪研究。这颗超新星被命名为第谷超新星。

1604年10月9日,蛇夫座爆发了一颗相当明亮的超新星,开普勒虽然视力不佳,并没有在第一时间发现它,但他坚持进行十几个月的观测,详细记录下来,并写了一本书——《蛇夫座足部的新星》。这颗超新星就被命名为开普勒超新星。

要知道,人类有史以来以肉眼观察并记录下银河系超新星只有9次,这9次在中国古代文献中均有可靠的记录,它们分别发生在185年、386年、393年、1006年、1054年、1181年、1408年、1572年、1604年。

第谷和开普勒各占一次,而且是1408年以后至今600多年间仅有的两次超新星,也是仅有的两颗用人名命名的超新星,可见两人渊源之深。

巨星交会了,但事情进展并不顺利。开普勒急切想看到第谷的观测资料,而第谷却总是舍不得,两个人经常争吵,又很快和解,因为彼此都有求于对方。

转机很快出现。1601年10月24日,第谷在一场国王赐宴中喝了太多啤酒,碍于面子不愿告退,导致膀胱撑破,很快病危。

第谷只好召来开普勒,把观测资料托付给他,其中最厚重的当然是火星的那一沓。第谷长叹一声说道:“我把火星交托于你,它是够一个人麻烦的了。”

弥留之际,第谷流露出无限的期待,流着泪,反复叮嘱:“不要让我徒劳无功……”

10 开普勒大战玛尔斯

开普勒终于如愿以偿,雄心勃勃地展开了与战神的较量,要把战神俘虏到正确的轨道上。

但他做梦也没有想到,这场战斗竟然持续了8年,而且屡战屡败,毫无收获。开普勒写道:

“我想征服战神玛尔斯,把他俘虏到我的星表中来,我已为他准备了枷锁。但是我忽然感到胜利毫无把握……这个天庭里狡猾的家伙,出乎意料地扯断我给他戴上的枷锁,从星表的囚笼中冲出来,逃往自由的宇宙空间去了。”

研究天体运行听起来很高大上,但开普勒的俸禄难以保证,生活异常艰辛。开普勒在一封信中写道:“我整日饥肠辘辘,就像时刻盯着主人的一条狗。”

其实问题很简单,解决方案也明摆着,只是开普勒走错了方向。

还记得火星冲日吗?地球位于火星和太阳中间,三者差不多呈一条直线,约每780天发生一次。

对于开普勒这样的天文学家来说,当然非常清楚一个非常明显的事实:每一次冲日,火星的亮度并不一样。

如果火星运行到宝瓶座的时候发生冲日——这一般发生在八九月,火星看起来特别亮,仅次于金星。每隔15年到17年会发生这样一次冲日,这叫火星大冲。

如果火星运行到狮子座的时候发生冲日——这一般发生在二三月,火星的亮度就很一般,是大冲时的五分之一,亮度差别相当惊人。

同样是冲日、同样的位置关系,火星亮度为什么会差别这么大呢?

原因很简单,火星到地球的距离不同:在宝瓶座发生冲日时,火星距离地球近;在狮子座发生冲日时,火星距离地球远。

地球到太阳的距离可以看作近似不变,于是容易得出结论:

火星到太阳的距离是明显变化的。

这一点,托勒密很清楚,哥白尼也很清楚,他们采用的解决方案是相同的——偏心圆。

火星围绕太阳运行的轨道是正圆,太阳偏离圆心。在火星围绕太阳运行一周的过程中,它到太阳的距离并不相同,在宝瓶座距离太阳近,在狮子座距离太阳远。这就解释了不同时间发生冲日时的亮度差异:如果冲日发生在宝瓶座,火星就非常亮;如果冲日发生在狮子座,火星就不太亮。

但是还有一个重要问题没解决:火星穿越星空的运动速度并不均匀,当它在宝瓶座运行的时候,速度明显变快;而当它在狮子座运行的时候,速度明显要慢。尤其是在第谷的观测资料里面,记录得特别清楚。

可是,无论是托勒密的地心体系,还是哥白尼的日心体系,都严格遵循这一规则:火星,包括所有其他天体,本身做匀速圆周运动。

这是一种古老的信念,自亚里士多德时代就已流行。亚里士多德在《论天》里这样写道:

恒星和行星沿正圆形轨道运行,天体的匀速圆周运动乃是由于它们外层所附着的以太在运动——因为以太是完美的,所以它们只会做完美的匀速圆周运动。

天体是完美的,它们只能做匀速圆周运动,托勒密、哥白尼、第谷,几乎所有的天文学家都坚信这一点。

他们当然都很清楚,火星在星空里的运行速度明显是不均匀的,但他们相信那只是表象。他们采用各种办法去调和,但总是有误差。

开普勒也坚定不移地在这个信条指导下奋战了8年,一无所获。

有一天,开普勒忽发奇想:行星为什么会绕太阳运动呢?难道不是因为太阳很大,它发出的力吸引了行星?

如果是这样,力的大小肯定和距离有关:距离太阳近,行星受到的作用力就大;距离远,受到的力就小。

很快,开普勒意识到了一个显而易见的问题。

当火星从近日点向远日点运行时,太阳给它的作用力越来越小,这样——

太阳的力就不可能支撑起火星继续沿圆轨道运行,也不可能支撑它的匀速度!

于是开普勒恍然大悟。

冲日发生在宝瓶座,火星距离地球近,亮度大。

冲日发生在狮子座,火星距离地球远,亮度低。

托勒密和哥白尼用偏心圆轨道来解释,即太阳不在火星轨道圆心。

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