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高文芳


讓我們做實驗吧!


伽利略可以說是第一位實驗物理學家,是人類脫離「口水」爭執的論辯模式,開啟嚴謹實證科學的始祖,因此有人說人類嚴謹的實證物理歷史,大約只有400年左右。


17世紀初是伽利略啟動古典物理史的年代,正值明末清初,因此有朋友笑稱我們高中生在讀的物理,多半都是明末清初的古典物理,有點像在讀古時候的文言文。但是伽利略劃時代的創舉,讓人類開始迎向一個完全不一樣的宇宙觀。


伽利略的宇宙  




伽利略之前,地⼼說是天⽂學的主流,還被教廷當成圭臬,不相信的⼈還會受到嚴懲。當時的⼈不曉得哪來的信⼼,不但深信所有天體都繞著地球轉,還認為所有天體都和⽬視的⼀樣,都是完美、圓滑的球體。 


1609年伽利略把⾃製的望遠鏡指向夜空,不但讓⼈類的視野變得更深遠,1610  年,伽利略利⽤望遠鏡的觀測結果,有了驚天動地的⼆個⼤發現,第⼀個⽯破天驚的發現是:⽉球像地球⼀樣有⾼⼭有深⾕,根本不是完美的球體。這個發現讓當時的學者⾄感震撼:他們對完美宇宙的信仰⾯臨嚴重的挑戰。


年輕的伽利略,常受到喜好藝⽂活動的貴族邀宴,展⽰⾃製的天⽂望遠鏡。當這些貴族親眼⽬睹坑坑疤疤的⽉球時,臉上滿滿的疑惑、無法置信,甚⾄有⼈質疑伽利略是變魔術,也有⼈說他是滿嘴胡說八道的江湖術⼠。可⾒當時地⼼說與完美宇宙的信仰,真的深植⼈⼼。


發現伽利略衛星


伽利略另⼀個⼤發現:⽊星有四顆衛星繞著⽊星轉,這些衛星根本不是繞著地球轉,地⼼說因此⾯臨很⼤的挑戰,這四顆衛星也因此被稱為 「伽利略衛星」 。伽利略在星際信使(Sidereus Nuncius)⼀書中,把⾸次被⼈類發現的四顆衛星命名為麥第奇星,感謝四位麥第奇(Medici)家族的兄弟。羅⾺的麥第奇家族兄弟很欣賞伽利略,更在財務上慷慨、長期資助,是伽利略後續研究上非常重要的貴⼈。


不僅如此,伽利略還發現⾦星也有像⽉球⼀樣的盈虧朔望現象,顯⽰⾦星繞著太陽轉。伽利略也發現太陽不但有⿊⼦,也在⾃轉。


原來太陽不是小不點


另外⼀件現在的⼈很難想像的是,當時的學者都認為太陽比地球⼩很多。第⾕已經有相當精確、詳細的天象觀測資料,但是只有天體在天球上的相對⾓度和內、外⾏星的粗略資訊,沒有距離的精確資訊。


托勒密估計地球和太陽的距離,比現在測量的精確值⼩了約 200 倍。因此⼩不點的太陽繞著⼤阿哥地球轉,被認為是天公地道,很少有⼈質疑。


隨後科學家利⽤視差法和克⼘勒⾏星定律對⾏星距離的測量,確定太陽和⽊星都比地球⼤很多,加上後續長時間持續累積的⼤量觀測資料,在科學家不畏教廷禁令的努⼒下,紅極⼀時的地⼼說只能黯然退場。


伽利略望遠鏡簡易DIY 



想要實際體驗伽利略展示伽利略望遠鏡,可以試試簡易版的望遠鏡DIY 


伽利略當年自製的望遠鏡,規格有好幾種其中一種是物鏡口徑3.7公分、焦距98公分的平凸透鏡,而目鏡口徑是2.2公分、焦距5公分的平凹透鏡,成像是正立的影像。


規格完全一樣的鏡片不容易低價取得,不過目鏡可以用google VR 設計而量產,口徑2.5公分、焦距4.5公分的雙凸透鏡取代。


物鏡可以在一般眼鏡行,訂製口徑4公分、相當於焦距100公分、樣式為凹凸透鏡的遠視100度鏡片取代,其市售價格大約在100~300 元左右。


物鏡筒可以用長度約95公分、直徑4.2公分的南亞塑膠管,目鏡筒則可利用直徑2.5公分的南亞塑膠管取代。


不過個人為了降低望遠鏡DIY成本的簡易替代設計,由於目鏡是雙凸透鏡、物鏡是凹凸透鏡,雖然有伽利略望遠鏡的外貌,其實是克卜勒設計的望遠鏡。


 



圖片版權聲明:圖片都是ChatGPT 模擬NASA或依作者說明生成的圖片。



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