英国天文学家布拉德雷的成就贡献:发现光行差和地轴章动
英国天文学家布拉德雷出生于1693年,青年时代即以数学才能赢得了牛顿和哈雷的友谊,并于1718年入选英国皇家学会。 在天文学上,他的主要志趣是测量恒星的视差位移——简称“视差”。
地球绕着太阳运行,与遥远的恒星相比,较近的恒星在天穹上的位置就应该有所移动。 这是因为人们随着地球运行时,是从不断变化着的角度来观看这些恒星的。 事实上天文学家却从未观测到这样的视差。 哥白尼认为恒星实在太遥远了,以至于视差小得无法测量。
从1725年起,布拉德雷就坚持不懈地进行观测,他发现恒星在一年之中确实呈现出极小的位移,其数值约为40″,移动径迹则是一个很小的椭圆。 但是,这种位移的数值和变化规律与按地球运动预言的恒星视差位移并不相符。 直到1728年,布拉德雷才明白了其中的道理。
原来,运动中的观测者看到的某一天体的方向,与观测者静止时所见同一天体的方向存在着微小的差异,这就是“光行差”现象。 这可以用行人打着伞在雨中前行来类比。 行人若将雨伞垂直地撑在头上,他就会走进前面正在下落的雨点中;但若将雨伞稍稍往前进方向倾斜,他就能免遭雨淋。 人走得愈快,雨伞就必须往前倾斜得愈厉害。 地球在运动,地球上的观测者亦随之运动。 若将地球比作那位雨中的“行人”,把恒星射来的光比作“雨点”,把观测者的望远镜比作“雨伞”,那么望远镜就必须朝地球前进的方向略微倾斜,才能使星光笔直地落入镜筒。
布拉德雷发现光行差的历史功绩在于:首先,它明确地证实地球在绕太阳公转,从而进一步支持了哥白尼的日心地动学说;其次,光行差的大小取决于地球运动的速度与光速之比,从而进一步支持了丹麦天文学家罗默于1676年确定光速有限的结论;最后,天文学家在扣除光行差之后,就便于探测数值更加微小的视差位移了——这在一个多世纪后才获得成功。
1728年,布拉德雷又发现,他观测所得的恒星同北天极的角距离,扣除岁差和光行差之后仍有细微的变化。 他推测这可能是月球的影响使地球的自转轴发生了颤动。 布拉德雷称它为地轴“章动”。 地轴的章动周期约为19年,这正是月球轨道同地球轨道的交点在天球上绕行一周所需的时间,即一个沙罗周期。 布拉德雷进行了20年的观测研究,终于在1747年底宣布了这一发现。 1749年,法国数学家达朗贝尔通过严格的理论分析,证明章动确实是由月球对地球赤道隆起部分的引力作用造成的。
1742年,哈雷亡故,布拉德雷受命为第三任英国皇家天文学家。 据说他断然拒绝了增加薪俸,因为倘若皇家天文学家的职位太有利可图,那么真正的天文学家就很难获得任命了——俸禄太丰厚的职位将会被善于钻营之徒所窃据。 1762年,布拉德雷逝世,享年69岁。