Edmond Halley

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凡人无法更近地接近众神

埃德蒙·哈雷是英国天文学家、地球物理学家、数学家、气象学家和物理学家。他是英国第二位皇家天文学家,于1720年继约翰·弗拉姆斯蒂德之后担任该职位。

哈雷在他在Saint Helena建造的天文台中,记录了水星凌日现象。他意识到类似的金星凌日可以用来确定太阳系的大小。他还利用自己的观测成果来扩展当时的星图。他帮助通过观测证明了艾萨克·牛顿的运动定律,并资助了牛顿影响深远的《自然哲学的数学原理》的出版。从他1682年9月的观测出发,他利用运动定律在其1705年出版的《彗星天文学概论》中计算出了哈雷彗星的周期性。当该彗星按预测在1758年回归时,它以他的名字命名,但他没有活着看到这一时刻。

从1698年开始,他进行了航海远征,并对地磁条件进行了观测。1718年,他发现了"恒"星的自行运动。

早年生活

哈雷出生在Middlesex的Haggerston。他的父亲埃德蒙·哈雷Sr.来自Derbyshire家族,是伦敦一位富有的肥皂制造商。童年时,哈雷对数学很感兴趣。他在St Paul's School读书,在那里开始对天文学产生浓厚兴趣,从1673年起在The Queen's College, Oxford深造。在还是本科生时,哈雷就发表了关于太阳系和太阳黑子的论文。

职业生涯

出版和发明

在Oxford大学期间,哈雷被介绍给皇家天文学家约翰·弗拉姆斯蒂德。受弗拉姆斯蒂德编制北天恒星目录项目的启发,哈雷提议为南半球做同样的工作。

1676年,哈雷前往南大西洋岛屿Saint Helena,用一个带有望远镜瞄准器的大六分仪建立了一个天文台,以对南半球的恒星进行编目。在那里,他观测到了水星凌日现象,并意识到类似的金星凌日可以用来确定太阳系的绝对大小。他于1678年5月返回英国。次年,他代表皇家学会前往Danzig Gdańsk帮助解决一场纠纷。因为天文学家Johannes Hevelius没有使用望远镜,他的观测结果受到了罗伯特·胡克的质疑。哈雷与Hevelius一起住在那里,他观测并验证了Hevelius观测结果的质量。1679年,哈雷发表了他在St. Helena的观测成果,名为《南方恒星目录》,其中包括了341颗南天恒星的详细信息。这些对当时星图的补充使他与第谷·布拉赫相比较:例如,弗拉姆斯蒂德称他为"南方的第谷"。哈雷在Oxford获得了硕士学位,并在22岁时被选为皇家学会的研究员。1682年9月,他进行了一系列观测,这颗彗星后来被称为哈雷彗星,他的名字与它相关联是因为他对其轨道的研究以及预测其在1758年的回归,但他没有活着看到这一时刻。

1686年,哈雷发表了他Helena远征结果的第二部分,即一篇关于贸易风和季风的论文和图表。他用来表示风向的符号至今仍然存在于大多数现代天气图中。在这篇文章中,他指出太阳加热是大气运动的原因。他还建立了气压与海拔高度之间的关系。他的图表对新兴的信息可视化领域做出了重要贡献。

哈雷大部分时间用于月球观测,但也对重力问题感兴趣。吸引他注意的一个问题是开普勒行星运动定律的证明。1684年8月,他前往Cambridge与艾萨克·牛顿讨论这个问题,就像四年前约翰·弗拉姆斯蒂德所做的那样,结果发现牛顿已经解决了这个问题,这是在弗拉姆斯蒂德关于Kirch彗星轨道的建议下解决的,但他没有发表该解决方案。哈雷要求查看计算结果,牛顿告诉他找不到了,但承诺会重做并稍后寄来,他最终确实做到了,写了一个名为《论轨道中物体的运动》的短论文。哈雷认识到了这项工作的重要性,返回Cambridge与牛顿协商其出版事宜,牛顿随后将其扩展成《自然哲学的数学原理》,于1687年由哈雷自费出版。哈雷对彗星的第一次计算是基于弗拉姆斯蒂德在1680-1年的观测对Kirch彗星轨道的计算。虽然他准确地计算了1682年彗星的轨道,但他对Kirch彗星轨道的计算不准确。他们指示了575年的周期性,因此出现在531年和1106年,并推测在公元前44年至45年以类似的方式预示了Julius Caesar的死亡。现在已知它的轨道周期约为10,000年。

1691年,哈雷制造了一个潜水钟,这是一种通过从水面送下的加重空气桶来补充大气的装置。在一次演示中,哈雷和五位同伴在泰晤士河潜入60英尺(18米)深,并在那里停留了一个半小时以上。哈雷的潜水钟对于实际的打捞工作用处不大,因为它非常沉重,但他随着时间的推移对其进行了改进,后来将他的水下暴露时间延长到4小时以上。哈雷患上了最早记录的中耳气压损伤病例之一。同年,在皇家学会的一次会议上,哈雷介绍了一个使用液体填充的外壳来阻尼磁化针摆动和晃动的简易工作磁罗盘模型。

哈雷胸像(Royal Observatory, Greenwich)

1691年,哈雷竞聘Oxford的Savilian天文学教授职位。在担任该职位的候选人期间,哈雷面临皇家天文学家约翰·弗拉姆斯蒂德的敌意,他的宗教观点也受到了质疑。他的候选人资格遭到Canterbury大主教约翰·蒂尔森和主教Stillingfleet的反对,该职位最终由得到艾萨克·牛顿支持的大卫·格里高利获得。

1692年,哈雷提出了一个中空地球的概念,由一个厚约500英里(800公里)的壳组成,两个同心的内层球壳和一个最内层的核心。他认为大气将这些球壳分开,每个球壳都有自己的磁极,每个球体以不同的速度旋转。哈雷提出这个方案来解释异常的罗盘读数。他设想每个内部区域都有大气并发光,可能有人居住,并推测逃逸气体导致了极光。他建议说:"极光射线是由受到地磁场影响的粒子产生的,光线平行于地球磁场。"

1693年,哈雷发表了一篇关于人寿年金的文章,该文章基于Caspar Neumann能够提供的Breslau统计数据对死亡年龄进行了分析。这篇文章使英国政府能够根据购买者的年龄以适当的价格出售人寿年金。哈雷的工作对精算科学的发展产生了深远影响。Breslau生命表的构建(基于约翰·格劳特的较原始的工作)现在被视为人口统计学历史上的一个重要事件。

皇家学会在1694年批评哈雷,因为他暗示Noah's flood的故事可能是一场彗星撞击的记载。这个理论独立地由现代研究人员建议为Tollmann bolide hypothesis 1992,但通常被地质学家拒绝。

探险年代

1698年,哈雷被赋予Paramour号的指挥权,这是一艘52英尺(16米)的帆船,这样他可以进行南大西洋的调查研究,了解影响罗盘变化的规律。1698年8月19日,他接管了这艘船,1698年11月,开始了英国海军舰船进行的第一次纯粹科学航海。不幸的是,关于哈雷指挥舰船能力的问题引发了兵变问题。哈雷在1699年7月将船返回英国以对指挥官进行处理。结果是对他的属下进行了温和的训斥,这让哈雷感到不满,他认为法庭过于宽松。之后,哈雷获得了皇家海军上尉的临时任命,于1699年8月24日重新启用Paramour号,并于1699年9月再次出航,进行了关于地磁条件的广泛观测。他在第二次大西洋航程中完成了这项任务,该航程持续到1700年9月6日,范围从北纬52度延伸到南纬52度。结果发表在1701年的《罗盘变化总图》中。这是第一个这样的出版图表,也是第一个出现等磁偏角线或哈雷线的图表。这类线的使用启发了后来的想法,例如Alexander von Humboldt在他的地图中使用的等温线。

哈雷1701年的地图,显示大西洋中等磁偏角的等磁偏角线。

据称由约翰·洛克或哈雷撰写的Awnsham和约翰·Churchill的航海和旅行集合的前言(1704年),对这些远征进行了高度评价,将其视为欧洲知识(包括"道德"和科学)扩展的一部分,同时也不忽视天文学。

学术生涯

1703年11月,哈雷被任命为Oxford大学Savilian几何学教授,他的神学敌人约翰·蒂尔森和主教Stillingfleet已经去世,并在1710年获得了名誉法学博士学位。1705年,运用历史天文学方法,他发表了《彗星天文学概论》,其中阐述了他的信念,即1456年、1531年、1607年和1682年的彗星目击是同一颗彗星,他预测该彗星将在1758年回归。哈雷没有活着看到彗星的回归,但当它确实回归时,这颗彗星普遍被称为哈雷彗星。

到1706年,哈雷已经学会了阿拉伯语,并完成了由Edward Bernard开始的Apollonius《圆锥曲线论》第五至七卷的翻译,这些副本发现于Leiden和Oxford的Bodleian Library。他还从原始希腊文完成了前四卷的新译本,该译本由已故的大卫·格里高利开始。他在1710年发表了这些及其对第八卷的重建,这是第一部完整的拉丁文版本。

Westminster Abbey南回廊石板

1716年,哈雷建议通过金星凌日的时间来进行地球与太阳之间距离的高精度测量。这样做,他遵循了James Gregory在《光学推进》中描述的方法,其中也描述了Gregorian望远镜的设计。考虑到Gregorian设计是哈雷时代天文学中使用的主要望远镜设计,可以合理地假设哈雷拥有并阅读过这本书。哈雷没有承认Gregory在这个问题上的优先权是不光彩的。1718年,他通过比较他的天体测量数据与Ptolemy《Almagest》中给出的数据,发现了"恒"星的自行运动。大角星和天狼星是两个明显有所移动的,后者在1800年间向南移动了约30角分(约月球直径)。

1720年,哈雷与他的朋友古董收藏家William Stukeley一起参加了第一次科学测定Stonehenge年代的尝试。假设该纪念碑是用磁罗盘建造的,Stukeley和哈雷试图计算感知偏差,从现有的磁纪录中引入修正,并建议了三个日期:公元前460年、公元220年和公元920年,最早的日期被接受。这些日期错了数千年,但科学方法可以用来测定古代纪念碑年代的想法在当时是革命性的。

哈雷的墓

1720年,哈雷继约翰·弗拉姆斯蒂德之后担任皇家天文学家,这个职位他一直担任到去世。哈雷于1742年去世,享年85岁。他被埋葬在Lee的旧St Margaret's教堂墓地,后来该教堂被重建,位于Blackheath的Lee Terrace。他与皇家天文学家约翰·庞德埋在同一个地下室里;皇家天文学家Nathaniel Bliss的无标记墓地在附近。当原来的Lee教堂被拆除并重建时,他的原始墓碑被海军部转移——今天可以在Royal Observatory, Greenwich的Camera Obscura南墙上看到。他有标记的墓可以在Lee Terrace的St Margaret's Church看到。

个人生活

哈雷在1682年与Mary Tooke结婚,并在Islington定居。这对夫妇有三个孩子。

以埃德蒙·哈雷命名

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