科学|想取得伟大的科学突破吗?多留意一下细微的变化吧~
科学工作者在科学研究的过程中、在进行观察和实验时 , 有时会遇到微不足道的小事情 , 如观察对象的细微变化、小概率出现的事件、实验数据的细小误差等 , 它们很容易被忽视 , 但一些人却对这些小事情穷追不舍、开展细致入微的探究 , 从而做出了重要的科学发现 。
由恒星位置的细微变化发现地轴的章动
哥白尼提出日心体系以来 , 开普勒行星运动定律和牛顿万有引力定理的建立 , 使行星的运动得到了较完善的解释 。
根据日心体系 , 应该观测到恒星的周年视差 , 所谓视差指的是观测者在两个不同位置观看同一天体的方向差 , 周年视差是地球绕太阳周年运动产生的 。 然而不少人做了努力 , 都没能发现恒星的周年视差 , 以致有些人对哥白尼的学说持怀疑态度 。
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布拉德雷
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在月球引力作用下岁差和地轴章动示意图
英国天文学家布拉德雷(J. Bradley ,1693—1762)也在努力探测恒星的周年视差 , 他自1721年起利用反射望远镜测量头顶正上方恒星的位置 。
1725年12月 , 布拉德雷花了半个多月跟踪天龙座Y星 , 发现它的位置会发生变化 , 划出了一个椭圆 。
Y星的位移椭圆是不是视差椭圆?他又继续进行了一年多的跟踪观测 , 最终否定了视差椭圆的猜想:Y星移动的方向与视差的移动方向不相吻合;而恒星的位置应在12月份最偏南 , 而观测的结果却是3月份最偏南 。
布拉德雷换了一台更实用的带有象限仪的望远镜进行观测 , 结果发现其他恒星也有类似的现象 。 这是为什么呢?布拉得雷百思不得其解 。
1728年 , 布拉德雷找到了答案 。
一次 , 他在泰晤士河上乘船航行 , 注意到当船转向时 , 船上的风向标也随之转向 , 这并不是风向发生了变化 , 而是风向标的指向不仅取决于风向 , 也取决于船的航行方向 。
布拉德雷把风向标指向和恒星位移现象进行了比较 , 发现两者之间相类似 , 本质上都体现了速度合成效应:把船的航行类比为地球的轨道运动 , 把风向类比为所观测恒星发出的星光的真方向 , 风向标方向是船速和风速合成的速度方向 , 他马上就悟出了 , 观测到的恒星位移现象正是星光传播和地球公转的一种合成效应!
布拉德雷发现了光行差现象 , 光行差是运动着的观测者所看到的天体的视方向与同一时刻静止的观测者所看到的天体的真方向之间的偏差 。 光行差的发现证实了地球的确是在绕太阳运转 , 并使人们在实际观测中消除光行差位移 , 探测到恒星的真实位置 。
但是事情并不就此结束 。
布拉德雷发现 , 在观测结果中消除光行差的影响后 , 恒星的赤纬仍然有细微的位置变化 , 而且赤经为0h和12h附近的恒星 , 较之6h和18h附近的恒星 , 位置的变化更显著 。
他进一步去除岁差(地轴在空间的方向不断发生变化 , 其长期运动称为岁差)的影响 , 但仍然存在着误差 。 他猜想 , 在这种误差的背后或许有某种原因存在 。
布拉德雷从牛顿对岁差的研究中受到很大启发 。
牛顿指出 , 由于太阳和月亮对地球赤道隆起部分的吸引 , 会使地球像陀螺一样摆动旋转 , 这是岁差的形成原因 。
1732年 , 布拉德雷提出 , 恒星之所以有位置的这种上下颤动的变化 , 是因为月亮对地球赤道隆起部分的吸引引起了地球自转轴的摆动 。
布拉德雷为验证自己的假说进行了艰苦的探索 。
由于月球绕地球的公转轨道面有18.6年的周期性变化 , 月球对地球赤道隆起部分的作用力也应有周期性的变化 , 相应地观测到恒星位置的上下颤动也有同样的周期 。
他对恒星位置的变化做了长期的跟踪观测 , 终于看到了恒星在18.6年后又回到原来的位置 , 这证实了在月球的作用力下 , 地球自转轴在空间做以18.6年为周期的微小颤动 , 这种颤动幅度极微小 , 仅为10''!
在1748年 , 布拉德雷公布了他在1727年至1747年间对若干恒星的观测资料进行分析做出的发现 , 包括光行差、岁差和地球自转轴周期性的摆动 , 他把这种摆动称为章动 , 其意为“点头动作” 。 布拉德雷因他的新发现获得了英国皇家学会授予的柯普莱奖 。
从1/8000的小概率事件中发现原子核
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卢瑟福
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α粒子散射实验
1898年 , 英国物理学家卢瑟福(E. Rutherford , 1871—1931)发现了α射线 , 与β射线不同 , α射线是带正电的粒子流 , 这些粒子是氦原子的离子 ,即少掉2个电子的氦原子 。 他向在英国学习的德国青年学生盖革和马斯登提议进行α射线的散射实验 。
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