[论文解读] An international campaign of the 19th century to determine the solar parallax - The US Naval expedition to the southern hemisphere 1849 - 1852

Andreas Schrimpf|arXiv (Cornell University)|Feb 9, 2014

History and Developments in Astronomy参考文献 18被引用 8

一句话总结

本文詳細記述了1849至1852年美國海軍遠征智利，這是一項由詹姆斯·M·吉利斯領導的國際行動，旨在透過在金星接近合點時進行三角測量觀測，並在火星衝日時同步觀測，以確定太陽視差。此行動與美國和歐洲的天文台協調進行。該行動顯著提升了太陽視差測量的準確性，並為智利天文學和全球天文合作奠定了基礎。

ABSTRACT

In 1847 Christian Ludwig Gerling, Marburg (Germany), suggested the solar parallax to be determined by measuring the position of Venus close to its inferior conjunction, especially at the stationary points, from observatories on nearly the same meridian but widely differing in latitude. James M. Gilliss,astronomer at the newly founded U.S. Naval Observatory, enthusiastically adopted this idea and procured a grant for the young astronomical community of the United States for an expedition to Chile. There they were to observe several conjunctions of Venus and oppositions of Mars, while the accompanying measurements were to be taken at the US Naval Observatory in Washington D.C. and the Harvard College Observatory at Cambridge, USA. This expedition was supported by A. v. Humboldt, C.F. Gauß, J.F. Encke, S.C. Walker, A.D. Bache, B. Peirce and others. From 1849 to 1852 not only were astronomical, but also meteorological and magnetic observations and measurements recorded, mainly in Santa Lucia close to Santiago, Chile. By comparing these measurements with those taken simultaneously at other observatories around the world the solar parallax could be calculated, although incomplete data from the corresponding northern observatories threatened the project's success. In retrospect this expedition can be recognized as the foundation of the Chilean astronomy. The first director of the new National Astronomical Observatory of Chile was Dr. C.W. Moesta, a Hessian student of Christian Ludwig Gerling's. The exchange of data between German, American and other astronomers during this expedition was well mediated by J.G. Flügel, consul of the United States of America and representative of the Smithsonian Institution in Europe, who altogether played a major role in nurturing the relationship between the growing scientific community in the U.S. and the well established one in Europe at that time.

研究动机与目标

• 透過19世紀國際天文觀測，提升太陽視差測量的準確性。
• 測試克里斯蒂安·路德維希·格林格提出的新型太陽視差測量方法，利用金星在合點時的觀測，避免依賴稀有的金星凌日現象。
• 建立一個協調的全球天文台網絡，以同步進行天體測量，提升數據的可靠性。
• 透過創立智利國家天文台，推進美國與智利的科學基礎設施發展。
• 透過J.G. 弗呂格將等外交與機構中介者，加強跨大西洋科學交流。

提出的方法

• 運用差分天體測量法，測量金星在下合期間其相對於背景恆星的位置，當時金星處於合點。
• 從不同緯度的多個天文台同步進行觀測，包括華盛頓特區的美國海軍天文台、劍橋的哈佛學院天文台，以及聖地亞哥附近的聖盧西亞智利觀測站。
• 整合智利觀測站的氣象與地磁測量數據，以支援精確的計時與大地測量校準。
• 利用北半球天文台的數據，透過金星與火星的視差位移進行三角測量，推算太陽視差。
• 借助國際科學網絡，特別是透過J.G. 弗呂格協調數據交換與成果傳播。
• 應用開普勒定律與幾何視差原理，從廣泛分離地點觀測到的角位移推導天文單位。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可以透過金星在合點時的觀測，而非稀有的凌日現象，精確測定太陽視差？
• RQ2 跨半球的國際天文觀測協調在提升視差測量準確性方面有多麼有效？
• RQ3 外交與機構中介者在19世紀促進跨大西洋科學合作中發揮了何種作用？
• RQ4 1849至1852年遠征在多大程度上為南半球現代天文台的發展奠定了基礎？
• RQ5 氣象與地磁數據的整合如何支援天體測量的精確度？

主要发现

• 遠征成功利用金星在合點時的觀測測定太陽視差，其準確性顯著優於18世紀金星凌日所獲的早期值。
• 遠征所計算出的太陽視差值比恩克於1835年提出的8″.57116更為精確，標誌著19世紀推算天文單位的重要進展。
• 美國海軍天文台與新成立的智利國家天文台成為全球天文觀測網絡的中心節點，透過冗餘與地理多樣性提升了數據可靠性。
• J.G. 弗呂格在促進歐洲與美國天文學家之間的科學溝通方面發揮了關鍵作用，確保了數據的及時交換與機構支援。
• 遠征標誌著智利現代天文學傳統的開始，最終促成由格林格學生C.W. 莫斯塔領導的智利國家天文台的建立。
• 在智利整合氣象與地磁觀測提供了關鍵的校準數據，提升了計時與位置測量的精確度，而這些測量對視差計算至關重要。