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"": "1. 對天體力學介紹
簡述
天體力學以數學為主要研究手段,至於天體的形狀,主要是根據流體或 彈性體在內部引力和自轉離心力作用下的平衡形狀及其變化規律。天體內部和天體相互之間的萬有引力是決定天體運動和形狀的主要因素,天體力學目前仍以萬有引力定律為基礎。雖然已發現萬有引力定律與某些觀測事實發生矛盾(如水星近日點進動問題),而用愛因斯坦的廣義相對論卻能對這些事實作出更好的解釋,但對天體力學的絕大多數課題來說,相對論效應並不明顯。因此,在天體力學中隻是對於某些特殊問題才需要應用廣義相對論和其他引力理論。
起始階段
遠在公元前一、二千年,中國和其他文明古國就開始用太陽、月亮和大行星等天體的視運動來確定年、月和季節,為農業服務。隨著觀測精度的不斷提高,觀測資料的不斷積累,人們開始研究這些天體的真運動,從而預報它們未來的位置和天象,更好地為農業、航海事業等服務。
古代的巴比倫雖然沒有力學的理論來推論天體的位置,但已經分辨得出太陽、月亮和行星不斷重複的運行模式。她們將過去紀錄的天體位置製成表格,當重複的現象再出現時,就能據以校準並預測行星未來的運動。在中國,皇室的天文學家也觀測天象,紀錄行星和客星(可能是彗星和新星)的位置。雖然這些紀錄沒有被用來預測行星的運動,但這些紀錄對現代天文學顯然是非常有用的。希臘的哲學家曾寫下了許多的行星運動與預測,並且提出了許多機製來解釋行星的運動。她們的想法主要都是以地球為中心,行星則做著均勻的圓周運動。古希臘的亞裡斯塔克斯(西元前310-230年)曾提出太陽是宇宙中心的模型,並且試圖測量地求和太陽的距離。
曆史上出現過各種太陽、月球和大行星運動的假說,但直到1543年哥白尼提出日心體係後,才有反映太陽係的真運動的模型。而開普勒根據第穀多年的行星觀測資料,於1609~1619年間先後提出了著名的行星運動三大定律;開普勒定律深刻地描述了行星運動,至今仍有重要作用。他還提出著名的開普勒方程,對行星軌道要柔下了定義。從此可以預報行星(以及月球)更準確的位置,形成理論天文學,這是天體力學的前身。到這時為止,人們對天體(指太陽、月球和大行星)的真運動僅處於描述階段,未能深究行星運動的力學原因。
中世紀末期,達·芬奇提出了不少力學概念,人們開始認識到力的作用。伽利略在力學方麵作出了巨大的貢獻,使動力學初具雛形,為牛頓三定律的發現奠定了基礎。牛頓根據前人在力學、數學和天文學方麵的成就,以及他自己二十多年的反複研究,在1687年出版的《自然哲學的數學原理》中提出了萬有引力定律。他在書中還提出了著名的牛頓三大運動定律,把人們帶進了動力學範疇。對天體的運動和形狀的研究從此進入新的曆史階段,天體力學正式誕生。雖然牛頓未提出這個名稱,仍用理論天文學表示這個領域,但牛頓實際上是天體力學的創始人。
發展過程
天體力學誕生以來的近三百年曆史中,按研究對象和基本研究方法的發展過程,大致可劃分為三個時期:
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奠基時期
自天體力學創立到十九世紀後期,是天體力學的奠基過程。天體力學在這個過程中逐步形成了自己的學科體係,稱為經典天體力學。它的研究對象主要是大行星和月球,研究方法主要是經典分 析方法,也就是攝動理論。天體力學的奠基者同時也是近代數學和力學的奠基者。牛頓和萊布尼茨共同創立的微積分學,成為天體力學的數學基礎。
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期時展發
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