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天体运行论

作者: 哥白尼

第三十章 水星运动的最近观测


 

上述分析这一行星运动的方法是古人遗留给我们的。但是他们得益于尼罗河流域晴朗的天空。(据说)那里没有维斯杜那河赋于我们的浓雾。我们居住在条件较差的区域,大自然吝而不与该项裨益。此地空气不甚宁静,加以天球倾角很大,这使我们更少看见水星,甚至在它与太阳的距角为最大时情况也如此(192)。水星在白羊宫和双鱼宫升起时,以及在另一端,即在室女宫及天秤宫沉没时,我们都看不见。进而言之,即使在晨昏时刻,它也不会在巨蟹宫或双子宫的任何一处露面。除非太阳已进入狮子宫,它从来不会在夜晚出现。由此可知,我们在研究这颗行星的运行时,往往困惑难解并耗费大量劳力。

因此我从在纽伦堡(193)精细观测的位置中,借用其中的三个。第一个为瑞几蒙塔纳斯的学生贝恩哈德·瓦耳脱(BernhardWalther)所测定。时间为公元1491年9月9日午夜后5个均匀小时。他用环形星盘(194)指向毕宿五观测。他看见水星在室女宫内131/2°[=1631/2°](195)、北纬1°50′处。当时该行星开始晨没,而在这以前若干日内它在清晨出现的次数逐渐减少(196)。从基督纪元开始以来,共有1491埃及年258日121/2-分(197)。太阳自身的平位置=149°48′。但从春分点算起为在室女宫内26°47′[=176°47′](198)。于是水星的距角≌131/4°[176°47′-163°50′=13°17′]。

第二个位置是约翰·熊奈尔(Johann SchÖner)(199)于公元1504年1月9日(200)午夜后61/2小时测定的,那时天蝎座内10°正在纽伦堡上空的中天位置。他看见行星是在摩羯宫内31/3°和北纬0°45′处。可以算出从春分点量起的太阳平位置=摩羯宫1/2(201)27°7′[=297°7′],而清晨时水星在西面23°47′处。

第三次观测也是约翰[·熊奈尔]于同一年即1504年3月18日(202)进行的。他测出水星是在白羊宫内26°55′(203)、北纬约3°处,当时巨蟹宫里25°正在过纽伦堡的中天·他的浑仪于午后71/2小时指向同一颗星,即毕宿五。那时太阳相对于春分点的平位置=白羊宫内5°39′,而水星于黄昏离太阳的距角=21°17′[≌26°55′-5°39′]。

从第一至第二位置的测定历时12埃及年125日3日-分45日-秒(204)。在此时期内太阳的简单行度=120°14′1/2(205),而水星的视差近点角=316°1′(206)。第二段时期有69日31日-分45日-秒(207),太阳的平均简单行度=68°32′(208),而水星的平均视差近点角=216°。

我希望根据这三次观测来分析目前水星的运动。我认为应当承认,在这些观测中从托勒密到现在测定的各圆周的大小仍然正确。这是因为并未发现早期研究者对其他行星在这方面走入歧途。如果除这些观测外我还求得偏心圆拱点的位置,则对这颗行星的视运动不再缺少什么东西了。我已经假定高拱点的位置=2111/2°,即在天蝎宫内181/2°(209)。我无法使它变得小一些而不影响观测。于是可得在第一次测定时偏心圆的近点角,我指的是太阳平位置与远地点的距离,=298°15(210);在第二次,=58°29′(211);而在第三次,=127°1′(212)

现在按前面的模型作图,不同之点是取角ACE=61°45′[=360°-298°15′]=在第一次观测时平太阳线在远地点西面的距离。令由此而出现的一切都与假设相符。当取AC=10,000p时,已知IC[Ⅴ,29]=7361/2。在三角形ECI中,还已知角ECI(213)[=180°-(ACE=61°45′)=118°15′]。于是可知角CEI=3°35′,并在取EC=10,000p时,边IE=10,369p,以及IF=2111/2p[Ⅴ,29]。

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于是在三角形EFI中也是这样,已知两边的比值[IE:IF=10,369p2111/2p]。按图,角BIF=1231/2°=2×ACE[=61°45′]。CIF=[BIF=1231/2°的]补角=561/2°。因此整个EIF[(CIF+EIC=56°30′+(EIC=ACE-CEI=61°45′-3°35′=58°10′)]=114°40′。由此可知IEF=1°5′,而边EF=10,371p。于是角CEF=21/2°[=CEI-IEF=3°35′-1°5′]。

然而,为了确定进退运动可使以F为心的圆与远地点或近地点的距离增加多少,画一个小圆,它由直径LM和NR在圆心O四等分。取角POL(214)=2×ACE[=61°45′]=1231/2°。由P点作PS垂直于LM。于是,按已知比值,OP(或与之相等的LO)∶OS=10,000p5519p=190∶150(215)。当AC=10,000p时,这些数目相加成为LS=295p,即为行星距中心F更远的限度。把295p3573p=最短距离[Ⅴ,27]相加。其和=3868p=现在的数值。

以此为半径,绕中心F画圆HG。连结EG,并延长EF成直线EFH。已求得角CEF=21/2°。由观测得GEC=131/4°=[瓦耳脱观测到的]在清晨行星与平太阳的距离。于是整个FEG [=GEC+ CEF=13°15′+ 2°30′]=153/4°。但在三角形EFG中,EF∶FG=10,371p3868p,而角E已知[=15°45′]。我们由此还可知角EGF=49°8′。于是剩下的外角[GFH=EGF+GEF=49°8′+15°45′]=64°53′。从整个圆减去这个数量,余量=295°7′=真视差近点角。把此角与角CEF[=2°30′]相加,其和=平均和均匀[视差近点角]=297°37′,此即我们所求。对此加上316°1′[=第一次与第二次观测之间的视差近点角],于是可得第二次观测的均匀视差近点角=253°38′[=297°37′+316°1′=613°38′-360°]。我还将证明这是正确的并与观测相符。

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我们取角ACE=58°29′,作为在第二次观测时偏心圆的近点角。于是,又一次出现这种情况,在三角形CEI中两边已知:当取EC=10,000p时,IC=736p[以前和今后为7361/2p]还已知角ECI,即[ACE=58°29′的]补角=121°31′。因此,用同一单位,第三边EI=10,404p,而角CEI=3°28′。与此相似,在三角形EIF中,角EIF(216)=118°3′,而当IE=10,404p时,边IF=2111/2p。因此,在同样单位中第三边EF=10,505p,而角IEF=61′。于是余量FEC[=CEI-IEF=3°28′-1°1′]=2°27′=偏心圆的行差。把此量与平均视差行度相加,其和=真[视差行度]值=256°5′[=2°27′+253°38′]。

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现在我们在引起进退运动的小本轮上取弧LP或角LOP=2×ACE[=58°29′]=116°58′(217)。于是,再次如此,在直角三角形OPS中因已知两边的比值为OP∶OS=10,000p4535p,故在取OP或LO=190p时,OS=86p(218)。整个LOS的长度[=LO+OS=190p+86p=276p。把此量与最短距离=3573p[V,27]相加,其和=3849p。以此为半径,绕中心F作圆HG,使视差的远地点为H点。令行星与H点的距离为向西延伸103°55′的弧HG。此为一次完整运转与经过改正的视差行度[=平均行度+相加行差=真行度]=256°5′[+103°55′=360°]之差额。因此EFG,即[HFG=103°55′的补角=76°5′。于是再次在三角形EFG中两边已知:FG=3849p,此时取EF=10,505p。于是角FEG=21°19′。将此量与CEF[=2°27′]相加,则得整个CEG=23°46′=大圆中心C与行星G之间的距离此距离与观测到的距角[=23°47′]也仅略有差异。

如果取角ACE=127°1′或其补角BCE=52°59′,则可第三次进一步证实这种吻合。我们又有一个两边已知的三角形〔ECI〕:当取EC=10,000p时,CI=7361/2p。这些边夹出的角ECI(219)=52°59′。由此可知角CEI=3°31′,并在取EC=10,000p时,边IE=9575p。按图,已知角EIF=49°28′,而夹出它的两边也已知,即当EI=9575p时,FI=2111/2p。于是〔在三角形EIF中〕用该单位表示时剩余的边〔EF〕=9440p,而角EIF=59′。从整个IEC[=3°31′]减去此量,则余数=FEC(220)=2°32′。这是偏心圆近点角的相减行差。我曾经把第二时段的[平均视差近点角]216°与[第二次观测时的均匀视差近点角]253°38′相加,定出平均视差近点角为[216°+253°38′=469°38′-360°=]109°38′。把它与上面求得的数量[2°32′]相加,则可得真[视差近点角的]值=112°10′[=2°32′+109°38′]。

现在在小本轮上取角LOP=2×ECI[=52°59′]=105°58′。此处也是如此,根据PO∶OS比值,可得OS=52p,于是整个LOS=242p[=LO+OS=190p+52p]。把此数[242p]与最短距离=3573p相加,即得[距离的]改正值=3815p。以此为半径,绕中心F作圆,圆上的视差高拱点为H,H在延长的直线EFH上。取真视差近点角为弧HG=112°10′,并连结GF。于是补角GFE=67°50′。夹出此角的边已知,在取EF=9440p时,GF=3815p。由此可定出角FEG=23°50′。从此量中减去行差CEF[=2°32′],则余量CEG=21°18′=昏星[G]与大圆中心[C]之间的距离。这与由观测求得的距离[=21°17′]几乎相同。

因此,这三个位置与观测相符这一事实,无疑地证实了我的假设,即偏心圆高拱点目前位于恒星天球上2111/2°处,并验证了由此产生的推论是正确的,即在第一位置的均匀视差近点角=297°37′,在第二位置=253°38′,而在第三位置=109°38′。这些都是我们所求的结果。

在托勒密·费拉德法斯21年埃及历1月19日破晓,在那次古代观测时,(按托勒密的意见)偏心圆高拱点的位置=在恒星天球上183°20′处,同时平均视差近点角=211°47′[V,29]。在最近的一次与那次古代的观测之间的时段=1768埃及年200日33日-分(221)。在此期间偏心圆高拱点在恒星天球上移动了28°10′[=211°30′-183°20′],而除5570整圈外视差行度=257°51′[+211°47′=469°38′;469°38′+360°=第三次观测的109°38′]。在20年中大约有63个周期(222),所以在[20×88=]1760年内共有[88×63=]5544周期。在其余的8年200日中有26个周期[20∶81/263∶26]。由此可知,在1768年(223)200日(224)33日-分中除5570[=5544+26]圈外还有257°51′的余量。这是第一次古代观测与我们的观测所定出的位置之差。这个差值也与我的表[在V,1末尾]所列数字相符。如果我们把这一时段与偏心圆远地点的移动量28°10′相比,则在均匀的条件下,可知在63年[17681/2y÷281/6 =63y]中偏心圆远地点的行度=1°(225)




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