第三章 经典天文学的兴起：17世纪末至19世纪中叶的方位天文学与天体力学
1.哈雷（E.Halley）
哈雷继弗拉姆斯蒂德为格林尼治的第二任御前天文学家。事实上哈雷早已参加这个天文台的工作，而且以他卓越的研究，引起人们对他的才能的钦佩。1676年，哈雷才20岁的时候，便航行到圣赫勒拿岛，在那里建立了一座临时天文台，一年内便做成第一个南天星表，这个星表足以补充赫韦吕斯所完成的及弗拉姆斯蒂德所开始的两个北天星表。这个包含381颗恒星方位的星表刊布于他回国的那一年（1678），这使他在22岁的青年时代便享有了盛名。1679年他去但泽，同赫韦吕斯一起工作，1680年去巴黎同卡西尼一起工作，他和卡西尼一道观测那年的大彗星，这引起他对彗星研究的兴趣。上面说过，直到那个时代，彗星还被人当做一种很神秘的现象，很难使人相信彗星和别的天体一样遵循物理的规律。第谷观测过几颗彗星，他说明彗星不像那时人们所相信的，是地球所吐出的气或者是近距离的流星，而确实是太阳系里的天体。第谷甚至想到彗星可能循一定轨道围绕太阳运行，但是他没有办法去验证这个想法。开普勒仍然相信彗星在太阳系里循直线运动。在伽利略的时代，逍遥学派的人因袭前人的理论，认为彗星的运行并不遵循其他天体所遵循的定律。
卡西尼与赫韦吕斯观测了1662年的彗星之后，指出彗星可能在类似行星的轨道（但是更椭长些）上运行，赫韦吕斯甚至提到抛物线。牛顿最先断然地证明彗星的轨迹最好表示为抛物线的轨道，太阳在这条抛物线的焦点上。只有哈雷才尽全力从事于彗星轨道的计算。他于1705年所刊布的《彗星天文学》（Treatise of Cometary Astronomy）里，写下他计算过的24颗彗星的抛物线的轨道。在这24颗彗星里有一颗出现于1681—1682年的，引导他作出促进天文学发展的一个伟大的发现。
哈雷计算了1682年彗星的抛物线数量，注意到这个数量和他对于开普勒及隆戈蒙塔尼斯于1607年所观测的彗星计算出的轨道线数很相似。于是他再朝前搜索，找到阿皮延（Apian）于1531年所观测过的彗星，他由这颗彗星也得到差不多相同的抛物线数。这三颗彗星有相同的抛物线数，而且出现时间相距同是75年或76年，使哈雷想到这三颗彗星实际是相同的一颗，按周期转回到地球上可见的范围内，他于是大胆预言这颗彗星将于1758年再度转回来。可见该颗彗星的轨道是一个很长的椭圆，而不是抛物线，至于每次转来的周期有少许的差异，哈雷给出了既简单又正确的解释，他说这是由于彗星在其行程中靠近行星所受的摄动作用的结果。
自然哈雷不能活到那样久去验证他自己的预言，这个预言真的被验证了以后，在欧洲引起极大的热情，如上所述，这样便使欧洲学术界一致地接受了牛顿的理论。哈雷彗星真于1758年转回来了。1759年初还可以看见它，经过近日点的日期和预算的日期只差了一个月，想到周期有那样长，这样的相合真算是很好的了。哈雷彗星又于1835年与1910年转回来，下次将于1986年再转回来（图17）。
在天文学的发展上，哈雷还有许多重要的发现。
1716年，他建议观测金星过日面去测定太阳的距离。在这一研究上，哈雷也不能亲身去作观测，因为他那时的最初两次金星过日面在1761年与1769年。经过一个世纪后，这还是测定太阳距离最好的方法。
1718年哈雷又发现了一个重要的现象：恒星的自行。自古以来人们总以为星星固定在天球上，常有人叫做“恒星的天球”。哈雷将他自己在圣‘赫勒拿岛所测定的方位与希帕恰斯和托勒密所作的观测加以比较，他注意到有四颗星（毕宿五、天狼、大角与参宿四）表现出它们的位置有些微的然而确实是真实的移动，唯一可以使人满意的假说便是这些恒星对于天上的坐标真正在移位。对恒星的这种自行的发现，在恒星宇宙的研究上，开辟了广阔的天地。
最后，月亮运行的长期加速是哈雷所发现的。这一发现在表面上好像与牛顿的定律发生矛盾，引起了不小的骚动，直到一个世纪以后，拉普拉斯才说明这是一种周期很长的差数，加速阶段以后，将有减速阶段跟着而来。
2.布拉德利（J.Bradley）
格林尼治天文台第三任台长詹姆斯·布拉德利也是一个伟大的天文学家，他做了很多的恒星方位的观测，还取得两个很重要的发现，即光行差和章动。虽然人们运用牛顿和开普勒的定律于日心系上，行星的运动已经得到满意的说明，但是哥白尼的理论还有一个基本的困难没有得到解释。反对哥白尼的人说如果地球围绕着太阳在空中运行，人们便会看见星星在天球上发生一种移动现象，这是地球在空间移动所引起的透视效果。对这种位移（学名叫做“视差”）的研究，引起了18世纪和19世纪上半期许多天文学家的注意。虽然自牛顿以后，经过了150年的努力，才得到视差的测定，这些努力的前进过程中却引出几个重要的发现，其中两个就是布拉德利所得到的。
一个是光行差。1725—1726年问布拉德利对于天龙γ星进行视差测量的时候，找到这颗星对于天球上的坐标真有一种移动，但是这种移动的方向和视差移动的方向并不相合。于是布拉德利观测天空另外的几颗星，去研究这种新的现象，作出结论，说这是恒星所共有的一种效应，其大小随地球在它轨道上运行的方向而发生变化。他对这个奇特的现象作了许多猜测之后，终于找到了正确的解释。他在写给哈雷的一封信里说道：“我终于猜出以上所说的这一切现象是由于光线的运动和地球的公转所合成的。因为我查出，如果光线的传播需要时间的话，一个固定物体的视位置将随眼睛在静止的时候和眼睛运动不在眼和物所连之直线的方向上的时候，而有所不同。而且当眼睛循各方向运动的时候，固定物的视方向也就有所不同。”
可见布拉德利并没有观测到恒星的视差，可是对于哥白尼的理论却发现另外一种重要的证明，同时也证实了罗梅尔所发现的光的速度是有限的（图19）。
光行差的角或称光行差常数，规定为因光行差而使星在一年内所走的视椭圆的半长轴，数值约为20弧秒。这个常数自布拉德利发现以后，已经被人求出。这个常数的重要性在于它不但可以用来校正观测得来的恒星的位置，而且因为它一方面和光的速度，另一方面和地球的公转速度有关，这样就可以作为估计太阳的距离的一种方法。
布拉德利的第二个大发现是地轴的章动，这是追求光行差的观测更进一步的结果。布拉德利将光行差的效应计算入观测的结果以后，发现星的极距仍然有一点细微的变化，天球各处恒星的这种变化的分布规律，使他想到可能是由于月亮的影响使地球的自转轴发生一种颤动的情况。他说：“当我考虑到这些情况和我在观测中所了解的月亮轨道的升交点的情况，我想到月亮对于地球的赤道带突出部分的作用，可能造成这种效应。因为按照牛顿的原理，岁差的现象既然是由于日与月对于那些突出部分的作用而形成的，可是月亮的轨道的位置有时和赤道平面所成之角，比别的时候多十度，所以由月亮的作用而产生的岁差每年的总值，当随年份而有变化……”以前说过月亮轨道的交点线在天球上转过一周需要18年半，即需要一个沙罗周，所以这个周期也该是地轴的章动的周期，这两个周期相同，自然证明布拉德利的假说是正确的。
布拉德利研究了超过一个整周期（1727—1747）的章动椭圆，于1747年发布了他观测的结果。布拉德利能够定出仅有10弧秒的幅度的变差，足以说明自第谷以后，恒星方位测量上的进步。布拉德利晚年尽全力编制一个庞大的星表，记载他在最后12年所作的6万多个观测。他死后多年，他的星表才分作两卷，在1798年和1805年出版。1818年德国天文学家贝塞尔根据布拉德利的观测，发布了一个有3000颗星的星表，这个星表对于近代研究恒星自行有非常高的价值。
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