《天体力学》主要内容是什么

《天体力学》

作者简介

皮埃尔·西蒙·拉普拉斯（1749～1827），法国数学家、天文学家，天体力学的奠基人之一、天体演化学的创立者之一、分析概率论的创始人、应用数学领域的先驱。拉普拉斯出生于法国诺曼底的博蒙，他在青少年时期就显示出卓越的数学才能。18岁时他离开家去巴黎，决定从事数学方面的工作。拉普拉斯寄去一篇力学方面的论文给达朗贝尔。1795年，拉普拉斯任巴黎综合工科学校教授，后在高等师范学校任教授。1816年，他被选为法兰西学院院士，1817年任该院院长。

拉普拉斯

拉普拉斯一生著述颇多，发表的关于天文学、数学和物理学方面的论文达270多篇，专著合计有4000多页，其中最具代表性的是《天体力学》、《宇宙体系论》和《概率分析理论》。他用数学方法证明了行星的轨道大小只有周期性变化（即著名的“拉普拉斯定理”），并因研究太阳系稳定性的动力学问题而被誉为“法国的牛顿”和“天体力学之父”。

内容精要

《天体力学》一书共分为5卷16册。第一卷（2册）和第二卷（3册）于1799年出版，主要论述了理论力学原理、天体力学的基本问题、吸引理论、均匀流体自转时的平衡形状、潮汐和大气潮理论；岁差和章动、月球天平动、土星环运动等方面的内容。第三卷（2册）于1802年出版，内容涉及一阶二阶摄动公式、各大行星（水星到天王星）的球坐标的分析公式以及有关问题，月球运动方程的积分方法和各种主要摄动项。第四卷（3册）于1805年出版，主要讨论了木星的4个卫星的运动、周期彗星运动、天文大气折射、重力测量、介质阻尼等方面的问题。第五卷（6册）于1825年出版，本卷为其他各卷的补充和历史追述，主要讲述了地球的自转和形状、球体的吸引和排斥、弹性流体的平衡和运动规律、覆盖在行星上流体的涨落、天体绕自己重心的运动、行星和彗星的运动、卫星的运动等方面的内容。

影响和评价

《天体力学》堪称拉普拉斯的经典杰作，由于这部巨著的出版，拉普拉斯被誉为“法国的牛顿”。

本书集中了自牛顿以来的天体力学的全部成果，第一次系统地提出了“天体力学”这个学科的理论和方法，因而成为天体力学的奠基之作。

拉普拉斯不但提出了“天体力学”的概念，同时也系统地对其加以整理。天体力学后来的发展同数学、力学、地学、星际航行学以及天文学的其他分支学科都有关联。

原著选读

在所有这些变化当中，我们发现了这一系统中天体的平均运动和平均距离的不变性，这似乎是大自然从开始就安排好了的，并持续到永远。正是这同一原则美妙地支配着地球，使个体得以保留，使物种赖以永存。根据所有行星及卫星都在彼此稍许倾斜的平面上沿同一方向运动这一事实可以得出，它们的轨道必定始终接近圆形，彼此很少倾斜。因此，黄赤交角的变化总是局限在狭小的范围之内，绝不会给地球带来一个永无止期的春天。我们已经证明，通过不断把月球朝向地球的那个半球拉向地心，地球引力转变为月球的自转以及月球公转的长期变化，并使月球的另一半球永远不为我们所见。最后，我们论证了，木星前三颗卫星的运动由于相互间的吸引作用，存在着如下的明显关系：从木星中心看去，第一颗卫星的平均经度减去第二颗卫星平均经度的3倍，再加上第三颗卫星平均经度的2倍，永远严格等于2个直角，因而它们不可能同时被掩食。现在仍需特别加以考虑的问题是：行星和彗星围绕太阳，月亮围绕地球以及卫星围绕其主行星运动的摄动。这便是本书第二部分的课题，这一课题的研究对于改进天文历表特别有用……

唯有把分析方法应用于宇宙体系的时候，我们才能领悟到这种神奇方法的无比威力，没有这种方法，我们就不可能发现这种效果如此复杂，而原因又如此简单的机理。数学家现在已把整个行星系统连同其相继变化包罗进自己的公式中去，在想象中回顾行星系在极其遥远的年代里所经历的种种状态，并且预言随着时间的流逝观测者今后还能看到什么。借助于木星的迅速运转，他在木星的卫星系中看到，那种周期本是几百万年的雄伟奇观，得以在短短几个世纪中重复，这便造成了一些与行星系类似的奇特天象，天文学家早已怀疑行星系中存在这些天象，但因它们不是太复杂就是太缓慢，一直无法精确确定其规律。由于极为广泛的应用，引力理论现在已经成为获取新发现的一种手段，其可靠程度比起观测本身毫不逊色。引力理论使数学家知道了天体运动中的几种新的变差，使他能够预报1759年彗星的回归，这里彗星的运转由于木星和土星的引力而变化多端。依靠这一手段，他如同开采一座富矿一样，从观测中推导出大量重要而精密的结果，如果没有分析方法的帮助。这些宝藏将永远深藏而不为人们所见。这些结果包括：太阳、行星和卫星质量的相对值，这是由这些天体的公转以及其周期与长期变差的发展确定的；光速和木星的椭率，这是由木卫食给出的，精度要比直接观测高得多；天王星与土星的自转与扁率，这是通过考虑围绕这两颗行星的不同天体分别位于同一平面内这一事实得出的；太阳和月亮的视差以及地球的形状，这是根据月亮的某些变差推得的，正如我们今后将要看到的，月亮以其自身的运动向当代天文学家提示了地球椭球体微小的椭率，而地球的开头之为圆球，也是早期观测者从月食推知的。最后，由于分析方法与观测的幸运结合，月亮这个在夜间照耀着地球的忠实伴侣也成了航海者最可靠的向导。当他们因计算错误而长时间陷入危险境地时，可以指望得到月亮的保护。月离理论和月球历表的完善使航海者能够利用这颗重要天体精确测定自己的位置，这一成就乃是数学家和天文学家过去50年辛勤劳动的硕果，它兼备了一项发现所能具有的一切价值：课题和重要性与实用性，它的各种应用，以及要克服的困难的分量。就这样，因广泛应用而渗透进自然科学和技术的这个最抽象的理论，已经成为欢乐舒适取之不尽的源泉，即使对于那些完全不通晓这种理论的本质的人，也是如此。

——节选自《天体力学》