這一發現曾引起當時人們的無比熱情,它與以往人們用肉眼,或是借助於望遠鏡直接觀測時所發現的新的天體不同,而是全靠科學的智慧和計算的力量找到的,是在筆頭的尖端發現的。它證明了牛頓力學的無比威力和它的最後勝利。

康德、拉普拉斯的天體演化學說

科學的天體演化學說,是從18世紀中期才開始提出的。早在1748年,法國的科學家畢豐(公元1707~1788年)就在他的《自然的曆史》一卡中提出了太陽係起源的假說。他認為,地球和行星是太陽與彗星劇烈碰撞後留下來的碎塊形成的。在那個時代,人們普遍地認為,彗星是質量巨大的固體,它從星際空間闖入太陽係時,並無一定的規律。因此,與太陽發生碰撞是完全可能的。畢豐假設地球的年齡隻有幾萬年。這些艟設,雖然都不符合科學事實,但卻是試圖從自然演化的角度去解釋天體的形成,完全違背了聖經敎義。畢豐的這一假說曾經著名於一時,但由於否定了聖經上創造大地的神話和聖經紀年,他受到了天主教會的迫害。

畢豐的假說過於簡單,真正提出有科學價值的、在當時占統治地位的形而上學宇宙觀上打開第一個缺口的人,則是哲學家康德。他於1755年發表了《自然通史和天體理論》的文章,指出天體形成過程中起主導作用的是引力。原始狀態是一團散布於整個太陽係空間的靜止不動的雲霧狀物質。但在引力的作用下,各個質點便發生碰撞和合並,這團原始的彌漫物質,便開始運動起來。較大較密的質點逐漸將周圍較小較稀的質點吸引過去,形成了集積物。集積物繼續合並,在彌漫物質的中心形成了一個巨大的中心體,這便是原始太陽。另外,在天體形成的過程中,由於小質點落向集積物的斜向碰撞,便形成集積物的自轉和小質點圍繞大物體的圓形運動。中心體形成以後,這種集積和碰撞仍在進行,便形成中心體的自轉和仍留在外部的質點和集積物逐漸集中於中心體的赤道麵,形成了一個扁平的星雲,中心體和星雲沿同一方向旋轉。在星雲內也逐漸形成了物雕積的中心,這就是行星和衛星。

康德的學說在自然科學上具有很重要的革命意義,但在當時學術界的影響並不大。直到1796年拉普拉斯發表《宇宙體係的論述》一書,也獨立地提出了在主要觀點上與康德相類似的―時,才引起大家的注意。

拉普拉斯認為,形成太陽係的星雲是氣態的。原有的空間比今日的太陽係要大好幾倍。這團星雲並始時就成球狀分布,中心密度較大,整個星雲在緩慢地轉動著,並且具有很高的溫度。由於冷卻,星雲便收縮,而收縮便引起轉動速度的增加,離心力也隨之增加。在離心力的作用下,星雲越來越扁。自轉速度繼續加大,當赤道上離中心最遠部分的離心力等於中心部分對它的引力時,那一部分便不再收縮,形成了一個旋轉著的氣體環。分離過程一次又一次地重演,最後中心部分收縮形成了太陽,各個環則形成了原行星。原行星繼續像星雲似地收縮,它所形成的氣體環便形成衛星。由於星雲成剛體旋轉,每個環的外部質點的線速度比內部大。凝聚成行星後,便得到了正向的自轉。拉普拉斯的星雲學說,是第一個從力學原理出發,比較完整嚴密地說明太陽係形成過程的學說。它使人們認識到,宇宙是按客觀規律發展的,像太陽係形成這樣的問題,也是可以用科學方法解決的。

拉普拉斯的星雲說,幾乎圓滿地解釋了當時觀測到的所有太陽係天體的一切現象。例如,行星軌道都近於正圓;軌道幾乎都在同一平麵上;行星公轉方向相同;太陽、行星和衛星自轉方麵都相同;等等。因此,拉普拉斯的天體演化學說,受到了普遍的歡迎,幾乎統治了整個19世紀。

19世紀50年代以前太陽係研究的狀況

由於早期的望遠鏡成像太模糊,不能分辨天體表麵上的細節,所以,在17和18世紀中,天文學家隻注意天體的運動,而很少談到它們的物理狀態。自從18世紀末反射望遠鏡和消色差望遠鏡製成以後,才開始研究天體的物理狀況。

人們首先關心的是月亮。早在1785年,德國人施羅特爾(公元1745?1816年)就開始描繪月麵圖,但可靠性較差。他曾經想象月球上是一個可以住人的世界。直到1837年,馬德雷爾(公元1794~1874年)發表了《月亮:一般的和比較的月麵學》一書以後,才開始將月球世界的物理第一次表示出來。他認為月球是一個無水、無空氣、無生命的世界。他繪製了一幅巨大的月麵圖,比前人所描繪的要完善得麥。德國的天文學家施密特(公元1825~1884年),在1879年刊印了25幅大的月麵圖,其中記載了32856個環形山。1866年,施密特宣布了一個驚人的消息,月麵上的一個名叫林奈的直徑達9千米的環形山不見了,隻留下一個不到1.6千米長的坑穴。這說明月球表麵仍然不斷在變化著。但後來始終沒有再發現過類似的現象。也很少有人相信它是事實。赫歇耳首先發現火星上有極斑,認識到它是與地球上兩極的冰冠相類似的現象,馬德雷爾則對火星的自轉周期枝作了精密的測量。1862和1864年,當火星重又回到與地球最接近的機會時,人們曾發現火星具有與地球上相類似的季節變化。英國人普羅克托(公元1837~1888年),還繪製了一幅較清晰的火星圖,他把圖上明亮微紅的區域稱為陸地,暗藍的區域稱作寬闊的海洋。

早在17世紀以前,人們就已觀測到,有一條與木星的赤道相平行的並且是變化著的環帶。大家都認為它是木星上的雲彩。自從拉普拉斯提出星雲說以後,人們以為木星還處於沒有完全冷卻的階段,這個變化著的環帶,正是木星內部固有熱源的表現。甚至還以為木星自己也能輻射出一點微弱的光。直到天體物理學誕生以後,人們才認識到這種現點雜誤的。

在望遠鏡裏觀測到的土星光環,是一幅十分壯麗的神秘天象。光環的形狀在不斷變化,使人們確信它是一個很薄的圓環。直到1851年,美國哈佛大學天文台台長喬治-邦德(公元1825~1865年)還以為它是一個連續的固體圓環。但這種看法與開普勒定律相矛盾。實際上,早在17世紀時,卡西尼就已發現光環之間有空隙。而1850年前後,還觀測到在明亮的光環內,還有一圈較微弱的光環。這些都說明它不可能是一塊統一的圓盤。1859年,,英國物理學家馬克斯威爾(公元1831~1879年),就根據力學原理,證明了土星的光環不可能是固體的,而是無數小質點像小衛星那樣,各自獨立地環繞土星運動。光環各部亮度的差異,就可以用各區域質點多寡來解釋。這一結論為以後的觀測艦實。

當哈雷彗星按照哈雷的預言回來以後,曾引起人們研究彗星的巨大熱情,並成為天文學的一個重要部分。德國天文學家奧爾貝斯(公元1758~1840年)就發明了一個計算彗星軌道的簡單方法,改進了以前的繁複計算工作。他還發現了在哈雷以後以他的名字命名的第二顆長周期彗星。但是,他對於彗星研究更為重要的貢獻,是首先將彗星的物理研究,介紹進天文學的範圍。他創立了科學的彗尾理論,指出彗尾由微小質點所組成,被一種帶有電性的“驅力”把它們拋到與太陽相反的方向去。另一位法國天文學家恩克(公元1791~1865年)計算了1818年出現的1顆暗彗星的軌道,發現它的周期隻有3.5年。並證實了曆史上有敗觀測記錄與它相合,於是,恩克預言這顆彗星將再度於1822年回來,屆期果然出現了。恩克的發現,更進一步地說明了,彗星中存在著一個短周期的新族。