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数学家传记

杰雷米亚·霍罗克斯Jeremiah Horrocks

出生
1618年 英格兰利物浦托克斯泰斯
逝世
1641年1月3日 英格兰利物浦托克斯泰斯

杰雷米亚·霍罗克斯是一位英国天文学家,他改进了约翰内斯·开普勒的星表并从事月球理论研究。

完整传记

杰雷米亚·霍罗克斯的母亲是Mary Aspinwall,而他的父亲是个农民,记录中 variously 为William Horrocks或James Horrocks。有一些证据表明霍罗克斯的父亲来自博尔顿的Deane区,尽管这远非确定,但我们确实知道他的母亲来自一个著名的Toxteth Park家族。当然,家族中有些成员是钟表匠,据说Mary Aspinwall的一个钟表匠兄弟首先使霍罗克斯对天文学产生了兴趣。我们没有关于家庭规模的确定信息,尽管我们确实知道霍罗克斯有一个名叫Jonas的兄弟。

我们对霍罗克斯的早期教育一无所知,但我们确实知道他于1632年5月11日进入剑桥大学伊曼纽尔学院。如此年轻的年龄,只有十三或十四岁,可能会让我们再次核对他出生的日期。我们应该解释一下,我们是从确知的去世日期以及他去世时22岁的报道推断出他的出生年份的。一些历史学家给出1617年,另一些给出1619年作为他的出生年份。然而,我们不应因为他十三或十四岁进入剑桥而怀疑他的出生日期,因为这在当时是开始大学教育的常见年龄。他进入剑桥时是一名减费生(Sizar),这意味着他没有能力养活自己,并被赋予特定的卑贱职责以补偿学费的减免。

尽管没有霍罗克斯大学教育的记录,我们知道当时所有学生都学习一套固定课程,涵盖古典语言、文学和神学。课程中很小的一部分会涵盖欧几里得Elements克劳狄乌斯·托勒密的天文学。由于霍罗克斯离开剑桥时,因尼古拉·哥白尼约翰内斯·开普勒而对天文学的最新思想有深入的了解,并且具备进一步发展他们思想的数学专业知识,这告诉我们他在自己的时间里学习了数学和天文学。他于1635年离开剑桥,回到Toxteth Park。他没有在剑桥毕业,但这与他的经济状况相符,许多贫穷的学生没有学位就离开大学,因为他们负担不起毕业的费用。

回到兰开夏郡后不久,霍罗克斯 就开始与曼彻斯特附近布劳顿的商人 William Crabtree 进行科学通信。西德尼·查普曼 认为,曼彻斯特的 弗瑞兹·约翰 Worthington 很可能把 霍罗克斯 和 Crabtree 引见给了彼此;Worthington 与 霍罗克斯 同时在剑桥读本科。到 1639 年 6 月 8 日,霍罗克斯 已在普雷斯顿附近的 Much Hoole 村,因为我们有他从那个村子写出的通信副本。他本人这样描述 Much Hoole:-

……一个不起眼的村庄……在利物浦以北约十五英里处。

他很可能去Much Hoole担任助理牧师,并给Stones家的孩子们当家庭教师;若是如此,他就会住在Stones家族的住所Carr House。

1635年,霍罗克斯开始使用菲利普·范·兰斯贝尔热的表格来计算行星位置,并将结果与自己的观测进行比较。他很快发现菲利普·范·兰斯贝尔热的表格存在严重错误,并意识到这些表格基于错误的行星理论。他转向约翰内斯·开普勒于1627年出版的Tabulae Rudolphinae(《鲁道夫星表》)。将理论位置与自己的观测进行比较后,他意识到这些表格是迄今为止最准确的,并且基于正确的行星理论。因此,他接受了约翰内斯·开普勒的行星椭圆轨道理论,并通过直接观测检验了约翰内斯·开普勒的定律。然而,他拒绝了约翰内斯·开普勒关于行星轨道为何是椭圆的理论,该理论基于太阳对行星的交替吸引和排斥。

霍罗克斯随后提出,行星有一种朝太阳坠落的倾向。他写道:-

太阳的转化使行星偏离这条直线,把它的运动塑造成圆周,但行星先前想沿直线运动的愿望妨碍了太阳的完全征服,并迫使它进入椭圆形状。

他不满足于没有证据的理论,便用圆锥摆作类比来支持它。他指出,如果把摆锤拉向一侧再释放,它就会沿椭圆路径运动,而且长轴会沿旋转方向转动,正如月球轨道的拱点那样。他还正确地断言,彗星和月球都沿椭圆轨道运行。此时,凭借更深的理解,霍罗克斯着手改进约翰内斯·开普勒的表格。约翰内斯·开普勒曾预言1631年会发生一次金星凌日,1761年还会发生一次。约翰内斯·开普勒已于1630年去世,但即使他活着,也看不到1631年的凌日,因为凌日期间太阳在地平线以下,欧洲看不到。霍罗克斯在修正约翰内斯·开普勒的表格后意识到,1639年11月24日会发生一次金星凌日,而且从英格兰可以看到。他写信给朋友Crabtree,两人都计划观测这次凌日。霍罗克斯买了一架简易望远镜,把它架设起来,将太阳的像投射到一个直径六英寸的分度圆上。

霍罗克斯在Venus in Sole Visa中写道(见[8]):-

我在24日从日出到九点,以及从十点稍前到正午,还有下午一点,都仔细地进行了观察,期间因极其重要的事务而被叫走,对于这些装饰性的追求,我不能失礼地忽视。但在整个这段时间里,我在太阳中除了一个小的普通黑点外什么也没看到……这显然与金星无关。下午三点十五分过后,当我再次有空继续我的工作时,云层仿佛由于神圣的干预而完全消散,我再次被邀请去执行重复观察的愉快任务。然后我看到了一幅最令人愉快的景象,我热切愿望的目标,一个大小异常且形状完美的圆形黑点,它已经完全居中于太阳圆面的左侧,因此太阳和金星的边缘精确重合,形成了一个接触角。毫不怀疑这确实是该行星的阴影,我立即专心致志地观察它。

霍罗克斯能够从他的观察中做出一些推论,这些推论大大改进了数据。他给出了金星视直径的极好数值,远优于之前发现的任何数值。他还能够为金星的轨道提供大大改进的数据,找到了轨道半径、偏心率和黄道倾角的更好数值。尽管他只能在同一个地点进行三次凌日观察,霍罗克斯仍能够计算出地球到太阳的距离,远比之前发现的任何数值都更准确。他的[8]数值:-

……至少15000个地球半直径。

给出大约60000000英里(正确值是93000000)。

我们收到的霍罗克斯最后一封写于Much Hoole的信是在1640年4月20日。此后不久,他回到Toxteth,在那里写下了我们上面引用的Venus in Sole Visa。尽管他最著名的是1639年对金星凌日的观测,但霍罗克斯最重要的工作是他的月球理论。他意识到月球轨道受到太阳的扰动(记住,他是在艾萨克·牛顿提出万有引力理论之前工作的),并能够给出一个比当时任何可用理论都好得多的月球理论。事实上,霍罗克斯的月球理论被使用了大约100年,这是一项非凡的成就。在[16]中有详细描述,Wilson在其中追溯了霍罗克斯理论在约翰内斯·开普勒关于月球运动的工作中的起源,以及如何通过进一步的数据,特别是关于月食持续时间的关键数据,进行转换和校准。最终理论包括通过可变偏心率和振荡拱线来解释取决于月球距角和近点角的差。

我们对霍罗克斯在22岁去世所知的一切,就是Crabtree在一捆霍罗克斯的信件上写下的内容:-

霍罗克斯在1638年、1639年、1640年直到他去世那天给我的信,他于1月3日[1641年]早晨非常突然地去世;前一天他还安排要来找我。就这样,上帝终结了一切世俗事务。唉,我失去了我亲爱的霍罗克斯。Hinc illae lachrimae [因此泪水落下]。无法弥补的损失。

Applebaum在[1]中写道:-

霍罗克斯的论文在他家人手中只停留了很短时间。其中一部分在英国内战期间被毁,一部分被一个兄弟[Jonas]带到爱尔兰,此后就再也没人见过,还有一部分在1666年的大火中被毁。剩下的部分落到了一个古物研究者手中,他还设法从Crabtree家族那里得到了霍罗克斯的信件。从17世纪50年代末直到最终出版,霍罗克斯的手稿广为流传。最先付印的是他关于凌日的论著《Venus in Sole Visa》(太阳中的金星),由Hevelius于1662年出版。新成立的皇家学会承担了其余大部分内容的出版责任,于1672-73年以《Opera posthuma》(遗著)为名出版。

参考文献

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