哈雷彗星和愛德蒙·哈雷的宏偉預言
哈雷彗星，拍攝於1986年，圖片來源於NASA
哈雷彗星是如何出名的
1656年11月8日，英國天文學家和數學家埃德蒙•哈雷在倫敦附近出生。他是彗星軌道計算的先驅，至今仍是最著名的彗星之一，就是以他的名字命名的哈雷彗星。他也是艾薩克·牛頓的好友，為牛頓的萬有引力理論的發展做出了貢獻。這個理論幫助我們建立了現代科學，部分原因是它解釋了為什麼我們生活在一顆環繞太陽運行的行星上。
哈雷彗星上一次出現在地球上空是在1986年，當時一群國際航天器在太空中與它相遇。這顆著名的彗星將會經歷76年的環繞太陽之旅後，於2061年再次回歸。它之所以如此出名，部分原因是因為它是地球天空中一顆較為明亮的彗星。而且它的公轉周期——76年——和人類的壽命相差無幾。因此，對於大多數人來說，一生只有一次機會能夠看到哈雷彗星。
但它還因為另外一個原因而出名。就是在埃德蒙·哈雷所處的年代，人們並不知道彗星如同行星一樣被太陽束縛在軌道上。他們不知道有些彗星，比如哈雷彗星，會一次又一次地回歸。彗星被認為只經過我們的太陽系一次。
1704年，哈雷成為牛津大學的幾何學教授。次年，他出版了《彗星天文學綱要》。這本書包含了從1337年到1698年中觀測到的24顆彗星的拋物線軌道。
並且就在這本書中哈雷做出了他的宏偉預測。
《埃德蒙·哈雷肖像》，約1687年，托馬斯·莫裏創作。圖片來自維基百科。
哈雷的宏偉預測
在他的書裏，哈雷記錄了出現在1531年，1607年和1682年的三顆彗星。他利用了艾薩克·牛頓的萬有引力和行星運動理論來計算這些彗星的軌道。而這些軌道驚人的相似。然後哈雷更進一步，做了一個在當時令人震驚的預測。他認為，這三顆彗星實際上是同一顆彗星，並且每隔76年周期性地回歸。
他接著預測這顆彗星將會回歸，並說道：
“因此我敢大膽地預言，它將會在1758年再次出現。”
哈雷生前並沒有看到他的預言被證實。直到他過世16年後——也就是1758年——彗星如期而至，震驚了科學界和公眾。
這是歷史上第一個被預測會回歸的彗星，為了紀念埃德蒙·哈雷，如今把它稱為哈雷彗星。
在哈雷彗星最近的一次回歸——也就是1986年——歐洲航天器Giotto稱為歷史上第一個邂逅並拍攝到彗核的航天器。當哈雷彗星離開太陽時，它拍攝到了哈雷彗星的核心。圖片由哈雷多色相機團隊/Giotto項目/歐洲航天局/美國宇航局拍攝。
哈雷，佛萊姆斯蒂德和水星淩日
17世紀對於英國的科學家來說，是個令人興奮的時代。當哈雷還是個孩子時，倫敦的皇家科學院誕生了科學革命。物理學家和自然學者，作為科學方法的首批接受者，每周聚會。首位皇家天文學家是約翰.佛萊姆斯蒂德，他被人們熟知的部分原因是因為創立了格林威治皇家觀測獎，該獎至今仍存在。
1673年哈雷進入牛津大學皇後學院，他遇到了佛雷姆斯蒂德，哈雷有時會去他的觀測點去拜訪他，在此過程中佛雷姆斯蒂德鼓勵哈雷追尋天文學。
當時，佛雷姆斯蒂德的項目是利用望遠鏡編繪北半球星空目錄，哈雷人為自己可以對南半球的星星完成同樣的工作。
哈雷的南半球探險之旅
哈雷的南半球探險始於1676年的11月，還在他獲得大學學位之前。他乘坐東印度公司的一艘船前往聖.海倫娜島，那是世界上最偏遠的島嶼之一，也是英國占有的最南部的領土。他的父親及查爾斯 二世國王資助了這次旅行。
盡管壞天氣使得他的工作非常艱苦，但是在1678年他返回家鄉時，還是341顆星星的經緯記錄以及許多其他的天文觀測記錄，包括一次水星淩日記錄。在這次淩日觀測記錄中，他寫道：觀測到這一幕，是迄今為止最為神聖的天文學回饋。
這是一張2016年5月9日水星淩日的圖片，圖片來源於法國的Vegastar Carpentier Liard雜志社。在圖片中位於太陽左側的一個小黑點，就是水星。2019年11月也曾有水星淩日現象。
破解行星運行密碼
1678年底，哈雷出版了他的南半球星空手冊，作為第一部此類型的作品，該手冊獲得巨大的成功。在此之前，從沒有人通過望遠鏡來確定星星的位置。該手冊是哈雷作為天文學家的首次閃亮登場。同一年，他獲得了牛津大學碩士學位，並當選為皇家科學院成員。
1684年哈雷第一次拜訪了艾薩克.牛頓。一組皇家科學院成員試圖破解行星運行密碼，他們包括物理和生物學家虎克，建築學家克裏斯托弗.雷恩和艾薩克.牛頓，哈雷作為最年輕的一員加入他們，嘗試用數學方式解答行星是如何並為何繞太陽運動。他們彼此競爭，看誰第一個找出答案，這刺激了大家的積極性。他們的問題是如何找到一個機械模型，可以使得行星環繞太陽運行，既不會逃離軌道，也不會落入太陽之中。
虎克和哈雷確定這個問題的答案，應該是一個保持行星在軌道上繞日運行的向心力，該力隨著行星於太陽距離的平方反比減小，現在我們稱之為平方反比定律。