1. 天鐘派的艱辛起源：伽利略的木星天鐘法
十六世紀(jì)初，伽利略發(fā)現(xiàn)了木星的最大的四顆衛(wèi)星，也就是今天的“伽利略衛(wèi)星”。多年以來，伽利略一直研究木星衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)四顆衛(wèi)星圍繞木星轉(zhuǎn)動時，會經(jīng)常定期發(fā)生衛(wèi)星食，有時衛(wèi)星會從木星前面經(jīng)過，有時候則會跑到木星后面。于是，伽利略想到：這不就可以拿來作為天鐘么！
這樣，只需找個標(biāo)準(zhǔn)地區(qū)，算出在當(dāng)?shù)赜^測到未來木星衛(wèi)星食的每一次發(fā)生時間，那么在航海中的船員只需看看同樣的衛(wèi)星食在自己這里幾點發(fā)生，算出時間差，就可以計算出經(jīng)度了。太棒了！
但是，這個方法出現(xiàn)兩大難點：
第一，木星太小了，我們看不清。
伽利略用望遠(yuǎn)鏡觀測到木星衛(wèi)星時，非常激動地跑到羅馬，給大家看“你看我發(fā)現(xiàn)了衛(wèi)星群”，但是，很多人即使親眼看了都不信。其中固然有教會對伽利略新思想的打壓，但很大一部分原因是，伽利略的望遠(yuǎn)鏡成像非常糟糕。跟我們現(xiàn)在在科普書里看到的絢麗插圖不一樣，衛(wèi)星群在里面僅僅是暗淡的光點，而且他用的是折射望遠(yuǎn)鏡，由于不同顏色光折射率不一樣，有時候鏡片邊緣會出現(xiàn)光圈，總之這東西看上去很不可信。要等大半個世紀(jì)后牛頓發(fā)明反射望遠(yuǎn)鏡才會好不少。
能看到下面這種效果的望遠(yuǎn)鏡，就算是不錯的了：
第二，木星太遠(yuǎn)了，我們對不準(zhǔn)。
木星衛(wèi)星群必須放大很大倍數(shù)才能出現(xiàn)在望遠(yuǎn)鏡里，要求鏡筒嚴(yán)格對準(zhǔn)才行。但是，在海員航海過程中，船只一直顛簸，稍微偏一點就對不上木星了。基本沒法完成正常觀測。
這個招數(shù)在船上肯定是用不了了，那在不顛簸的陸地上，由專業(yè)的天文學(xué)家進(jìn)行觀測，是不是就可以測量好當(dāng)?shù)亟?jīng)度吶？
答案是：在陸地上就好多了，但是面臨另一大問題，木星衛(wèi)星食的時間表不好算。
伽利略對木星衛(wèi)星軌道運(yùn)算基本憑經(jīng)驗，那時候剛有開普勒的行星三定律，還沒出生的牛頓還沒有發(fā)現(xiàn)萬有引力定律，也沒和萊布尼茨發(fā)明用來計算天體軌道最基本的工具微積分。所以，要計算未來衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)位置，基本靠蒙。
看過《三體》的同學(xué)都知道，三體問題是混沌無解的，只能通過微積分不斷逼近。伽利略面臨的衛(wèi)星食問題，是包括太陽、木星和四大衛(wèi)星的六體問題。太不好算，真正后來對木星衛(wèi)星群的六體問題給出一個不錯的解的是拉格朗日，他靠著這篇論文獲得了法國科學(xué)院的征文大獎。
看不清、對不準(zhǔn)、算不明，伽利略的木星天鐘法最終失敗。
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