哈雷彗星和埃德蒙·哈雷的宏偉預測。

哈雷彗星，攝于1986年，圖片來自于美國宇航局NASA

哈雷彗星的名氣從何而來

英國天文學家、數學家埃德蒙.哈雷于1656年11月8日在倫敦近郊出生。他是第一個計算出彗星軌道的人，以他名字命名的哈雷彗星，至今仍是最知名的彗星之一。同時，他也是艾薩克.牛頓的朋友，并對牛頓萬有引力的發展做出了貢獻，消除了當時的人們認為自己住在一個圍繞太陽運行的行星上的認知，在某種程度上幫助我們建立現代科學基礎。

哈雷彗星近期最後一次在出現在地球的天空上是1986年，當時一個國際宇宙飛船艦隊在太空遇到了它。這顆著名的彗星将會在它周期性的76年太陽繞行旅程再次回歸- 也就是2061年。哈雷彗星之所以出名，是因為它是在地球所能見的天空上最閃耀的一顆彗星。它的軌道長度為76年，和人類壽命相差不大。所以對大多數人來說，看到哈雷彗星是一生一次的機會。

但哈雷彗星之所以出名還有另外一個原因，那就是在埃德蒙·哈雷的時代，人們并不知道彗星像行星一樣圍繞在太陽的軌道上。他們不知道有些彗星，比如哈雷彗星會反複出現。彗星被認為隻經過我們的太陽系一次。

在1704年，埃德蒙·哈雷成為牛津大學的幾何學教授。第二年他出版了《彗星文學概論》，這本書記錄了從1337年到1698年觀測到的24顆彗星的抛物線軌道。也就是在這本書中，哈雷做出了他對哈雷彗星的宏偉預測。

抛物線軌道（Parabolic orbit）指的是偏心率等于1的軌道。這種軌道的軌道速度等于逃逸速度（即第二宇宙速度），故運行在此軌道的航天器會脫離中心天體引力場。如果一個運行在抛物線軌道的物體，其軌道速度繼續增加，運行軌道将變為雙曲線軌道。

托馬斯·默裡1687年左右為埃德蒙·哈雷作的肖像。圖片來自于Wikimedia Commons

哈雷的宏偉預測

在他的書中，哈雷評論了1531年、1607年和1682年的三顆出現過的彗星，他用牛頓萬有引力和行星運動的理論來計算這些彗星的軌道，它們的軌道出現了驚人的相似之處。于是哈雷邁出了一大步，他做出了一個在當時是個相當驚人的預測- 哈雷認為這三顆彗星實際上是同一顆彗星，它會周期性的每76年返回一次。然後他預言彗星會回來，說：

因此，我敢大膽的預言，它會在1758年再次回來。

哈雷沒能活着看到他的預言被證實，在他死後16年，也就是1758年，這顆彗星如期的回歸了，震驚了科學界和公衆。它是第一個被預言成功回歸的彗星，現在稱之為哈雷彗星，以紀念埃德蒙·哈雷。

哈雷彗星:在太空中移動的球狀冰塊，被橢圓形薄霧雲所包圍。

哈雷彗星最近的一次返回地球是在1986年，歐洲探測器喬托号是第一批拍到哈雷彗星星核的艦隊之一。當哈雷彗星離太陽遠去時，它掃過哈雷彗星的彗核。

圖片來自哈雷多色攝像團隊/喬托項目/歐洲航天局/美國NASA宇航局

哈雷，弗蘭斯蒂和水星淩日

17世紀是個令英國科學家為之振奮的年代，科學革命孕育了倫敦皇家學會，那時哈雷還隻是個孩子。英國皇家學會的醫生和自然哲學家是最早接納并采用科學方法的成員之一，他們每周會面一次。第一位天文學家是約翰·弗蘭斯蒂(John Flamsteed)，他被世人記住的部分原因是他在格林威治建立了皇家天文台，這個天文台至今還存在。

1673年，哈雷在牛津大學女王學院就讀後遇到了弗蘭斯蒂，哈雷有幾次機會到他的天文台去拜訪他，在此期間弗蘭斯蒂鼓勵他繼續探究天文學。

在當時，弗蘭斯蒂的計劃是用他的望遠鏡把北方的恒星精确的編為目錄。哈雷也想這麼做，隻是他的目标是南半球的恒星。

哈雷的南半球考察

他的南下之旅始于1676年11月，當時他甚至還沒有獲得大學學位。他從東印度公司搭乘一艘船前往聖赫勒拿島，該島是英屬國家裡最南端的領地，也是世界上最偏遠的島嶼之一。他的父親和查理二世國王資助了這次旅程。

盡管惡劣的天氣使得哈雷的工作困難重重，但當他1678年11月返程時，他帶回來了341顆星星的經緯度記錄以及許多其他的觀測資料，包含一次水星淩日。關于這次淩日，他寫道：

“這景象…是天文學迄今為止最崇高的景象。“

水星淩日是一種天文現象，平均每100年發生約13次，時間在5月或11月初。當水星運行到太陽和地球之間時，如果三者能連成直線，便會發生“水星淩日”現象，其道理和日食類似。和日食不同的是，水星比月亮離地球遠，其直徑僅為太陽的一百九十萬分之一。所以，“水星淩日”發生時,水星擋住太陽的面積非常小，不足以使太陽亮度減弱。我們用肉眼是看不到“水星淩日”的，隻能通過望遠鏡進行投影觀測。觀測時，我們會發現一個黑色小圓點橫向穿過太陽圓面，這黑色小圓點就是水星的投影。

這是2016年5月9日，經過法國的維加斯特·卡彭迪埃·利亞德的水星淩日。在這張圖片中，水星是太陽左邊的小黑點。水星淩日也再次在2019年11月11日出現。

行星運動的破譯

1678年底，哈雷出版了他的《南方恒星目錄》，該作品作為同類作品的第一部創作獲得了巨大的成功。以前從來沒有人試圖用望遠鏡确定南方恒星的位置。此目錄是哈雷作為天文學家的首次輝煌亮相。同年，他獲得牛津大學文學碩士學位，并當選為英國皇家學會會員。

1684年，哈雷第一次去劍橋看望艾薩克·牛頓的時候，英國皇家學會的一組成員，包括物理學和生物學家羅伯特·胡克、建築師克裡斯托弗·雷恩和艾薩克·牛頓，正試圖破解行星運動的密碼。哈雷是加入這三人組中最年輕的一員，他們的任務是用數學來描述行星圍繞太陽運行的方式和原因。他們在與彼此的競争中試圖成為第一個找到解決方案的人，這是非常激勵人心的。他們的問題是要找到一個力學模型，使行星繞太陽運行，而不脫離軌道或落入恒星。

胡克和哈雷認為要解決這個問題，就需要有一種力量，使行星在圍繞恒星的軌道上運行，并随着行星與恒星距離的平方反比而減小，這就是我們今天所知的平方反比定律。

胡克和哈雷的研究方向是正确的，盡管雷恩提供了獎金，但他們未能創造出理論上存在、與觀測結果相符的軌道。

哈雷拜訪了牛頓并且向他解釋了這個概念，還解釋了他無法證實這軌道的存在。在哈雷的鼓勵之下，牛頓将哈雷的工作成果發展成至今最著名的科學著作之一《自然哲學的數學原理》，通常簡稱為牛頓原理。

第三版牛頓《自然哲學的數學原理》，1726年位于英國曼徹斯特的約翰·雷諾茲圖書館。圖片來自維基共享。

哈雷成為皇家天文學家

哈雷同時也因為他在氣象學方面的研究聞名。他的才能是賦予宏大的數據意義，1686年，他繪制了一幅世界地圖。這張地圖上顯示了海洋上最重要的風流，被認為是第一份出版的氣象圖。

哈雷持續旅行并且從事更多其他項目，例如試圖将人口死亡率和年齡做出關聯，這些數據成為精算師計算人壽保險重要的數據。

在1720年，哈雷繼任弗蘭斯蒂，成為格林威治的第二個皇家天文學家。

埃德蒙·哈雷1686年繪制的世界地圖描繪了信風和季風的方向，被認為是第一個氣象地圖。圖片來自于princeton.edu

總結：哈雷彗星就是以生于1656年11月8日的天文學家- 埃德蒙·哈雷的名字命名的。

BY:EarthSky

FY: Rachel Chen

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