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約翰·柯西·亞當斯

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約翰·柯西·亞當斯
John Couch Adams
FRS
攝於約1870年
出生(1819-06-05)1819年6月5日
大不列顛及愛爾蘭聯合王國 英國英格蘭康瓦爾郡朗塞斯通蘭納斯特（英語：Laneast）
逝世1892年1月21日(1892歲—01—21)（72歲）
大不列顛及愛爾蘭聯合王國 英國英格蘭劍橋郡
獎項史密斯獎 （1843）
科普利獎章 （1848）
皇家天文學會金質獎章 （1866）
科學生涯
研究領域數學、天文學
機構聖安德魯斯大學
劍橋大學
學術指導者約翰·海默（英語：John Hymers）
受影響自艾薩克·牛頓

約翰·柯西·亞當斯（英語：John Couch Adams；1819年6月5日—1892年1月21日）是英國數學家與天文學家。生於康瓦爾郡朗塞斯通鎮附近的蘭納斯特（英語：Laneast）村，逝於劍橋。

亞當斯最為知名的成就便是只通過數學計算的方式預測了海王星的存在與位置。1844年，亞當斯仔細研究了當時的觀測資料，計算了天王星軌道被一顆尚未發現的行星影響的可能性，並推算出了未知行星可能的位置。1845年10月和次年9月，他分別向英國的劍橋天文台和格林尼治天文台共6次提交了他的計算結果，但並未引起重視。1846年9月，法國天文學家勒威耶向柏林天文台提交了他的獨立計算結果，9月23日，德國天文學家伽勒等人在其預言的位置約1度左右，在摩羯座方向找到了一顆8等星，即海王星。消息傳出後，轟動了全世界，也引發了英法兩國對於行星發現者的爭議。

在1998年，史學家重新檢視天文學家艾根（Olin Eggen）遺產中的海王星文件（來自格林威治天文臺的歷史文件，被艾根竊取近卅年，在他逝世之後才得重見天日），有些學者認為文件被偷疾礙科學發展。[1]

此外，亞當斯還研究過月球的軌道，並準確預言了獅子座流星雨在1866年11月的大爆發。亞當斯曾於1851年到1853年、1874年到1876年期間兩次當選英國皇家天文學會主席，1861年擔任劍橋大學天文台台長。1866年亞當斯獲得英國皇家天文學會金質獎章。為紀念他，海王星的一條光環以及第1996號小行星都以他的姓氏命名。劍橋大學設立了亞當斯獎（英語：Adams_Prize），用於表彰在數學領域做出突出貢獻的英國數學家。

早年

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約翰·柯西·亞當斯

約翰·柯西·亞當斯生於英國康沃爾郡朗塞斯通附近的村莊蘭納斯特（英語：Laneast）[2]，是家中七子的老大。他的父親是貧窮的佃農托馬斯·亞當斯（1788－1859年），而他的母親是特比莎·尼爾·格里爾斯（1796－1866年）。他們全家都是虔誠的循道會信徒。七兄弟中，托馬斯成為傳教士，喬治子承父業做了農民，而威廉·格里爾斯·亞當斯（英語：William Grylls Adams）則當上了倫敦國王學院的自然哲學與天文學教授。亞當斯的母親特比莎是農民的女兒，但她從叔叔約翰·柯西（與她的兒子同名）處接受了基礎教育，並繼承了他的一間小圖書館。亞當斯從小就泡在這些天文學書籍中，並因此對天文學產生了濃厚的興趣。[3]

亞當斯幼年時曾進入蘭納斯特村校，在那裏他學習了一些古希臘語與代數學知識。十二歲起，他去了他母親的表兄約翰·柯西·格里爾斯（與她的叔叔與兒子同名）在德文港運營的一家私立學校。他在這家學校學習了一些古典學知識，但數學知識多為自學，他也經常借用德文港技術學院的圖書館閱讀李氏百科全書與塞繆爾·文斯的著作。1835年，他在康沃爾郡的蘭道夫鎮觀測到了哈雷彗星，並於次年開始了他自己的天文學計算、預測與觀察。為了給事業籌措資金，他還有做家教。[3]

1836年，亞當斯的母親繼承了一套位於康沃爾郡的百合里（英語：Badharlick）的房產。在他作為數學家的承諾下，他的父母將他送到了劍橋大學。[3]1839年十月，他以公費生的身份進入劍橋大學聖約翰學院，並在1843年以極優異的成績畢業。[4]

發現海王星

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主條目：海王星的發現
海王星

1821年，天文學家阿列西·布瓦爾發佈了一系列他對天王星軌道的觀測數據表，並基於牛頓運動定律與萬有引力定律對天王星的未來位置做出了預測。[5]然而，隨後的觀測結果與他的預測發生了巨大的偏差，這使布瓦爾認為在天王星周圍存在其他天體造成引力攝動。[6]亞當斯還在大學時就了解到了布瓦爾的發現，並對攝動理論深信不疑。他堅信，利用觀測到的天王星數據以及牛頓的萬有引力定律，終能推導出那顆神秘天體的質量、位置與軌道。1841年7月3日，他指出他打算研究這一問題。[3]

1843年期末考試結束後，亞當斯被選為院士，他在康沃爾郡花費暑假的時間計算六次迭代的第一次。當他回到劍橋繼續研究時，他給在校大學生做家教，將薪水寄回家裏供自己的兄弟上學，他甚至還教了他的床匠認字。[3]

1845年9月中旬時，亞當斯和時任劍橋天文台主任詹姆斯·查理斯（英語：James Challis）就他的研究做過一些交流，但他們交流的具體內容尚有爭議。1845年10月21日，亞當斯放完假從康沃爾郡回來後，曾兩次唐突拜訪格林尼治天文台的皇家天文學家喬治·比德爾·艾里。據說在兩次都撲空後，亞當斯在喬治·艾里的家中留了一些解題的手稿，但這些手稿依舊沒有詳細的計算過程。後者之後曾給亞當斯回信，要他為他留下的手稿內容做出說明。[7]儘管亞當斯似乎不是不重視他自己的研究成果，但他還是沒有給艾里回信。對此有數種說法，包括焦慮與拖延等。[7]

同一時期的1845年10月，於爾班·勒威耶向法國科學院提交了一份關於天王星的研究報告，表明先前的理論無法解釋其運動問題。[2] 在讀完勒威耶的研究報告後，既視感貫穿其思緒有如雷擊，艾里立志要搶在法國人前面為英國發現這顆新天體。[8]艾里對這顆新天體的搜尋從次年7月29日展開[3]，他在8月8日和12日曾兩度直接觀測到海王星；但由於彼時他手頭沒有最新的星圖，他沒能意識到那是一顆行星，終與成功失之交臂，把桂冠拱手讓給了法國人。1846年9月23日，巴黎科學家宣佈他們發現海王星。[2]

英法兩國爆發了激烈的爭論，他們都認為自家的天文學家才是最大的功臣。而後來受到人們普遍認可的結論是，勒威耶和亞當斯同享這份榮譽，他們各自獨立地解開了天王星異動問題，對海王星的發現做出了同等重要的貢獻。[2][3]然而，彼時仍有「英國佬偷走了海王星」這種聲音出現，那時的英國人們也仍舊把過多的功勞放在亞當斯頭上。[7]值得一提的是，亞當斯在1846年11月曾以《論天王星的攝動》為題致信皇家天文學會，信中他公開就勒威耶的功績向其致謝，並承認後者才是最先發現海王星的科學家。[9]

我提及這些日期只是想說明，我得出答案先于勒威耶先生發表研究成果，我在無所鑒的情況下獨立完成了研究。但我無意與勒威耶先生爭奪發現海王星的榮耀。毫無疑問，是勒威耶先生的研究報告最先公佈於世界，並引導伽勒博士最終發現海王星，他的功績不容一絲貶損。

亞當斯也沒有對查理斯和艾里有所抱怨[3]，並承認是他沒能說服天文界相信他的研究成果。[7]

資深天文學家們身兼重擔而工作繁忙，我不應期待他們能對我的研究成果像我自己一樣充滿信心。

工作風格

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亞當斯在聖約翰學院的兼職院士生涯於1852年迎來終結，而彼時的法規不允許他再次被選上。不過，彭布羅克學院在這方面擁有很大的自由，他們在來年聘請了亞當斯，他在這裏度過了一段遠離勞累的生活。儘管他因研究海王星而聲名遠揚，他還是從事了許多與天體引力和地磁場有關的重要工作。他精熟於計算，經常對他前任院士的貢獻做出修正。[2]但同時他也「極度缺乏競爭力，不樂於為了激勵辯論或爭第一而發表不完美的成果，拒絕與他人交流，並且在現實工作中表現得健忘」。[3]有觀點認為，亞當斯是亞斯伯格症候群患者。除了他與查理斯和艾里的交流障礙外，「重複的行為」與「有限的興趣」同樣是亞斯伯格症候群的典型症狀，而這兩種特點卻也在很大程度上幫助亞當斯完成了海王星問題的計算——畢竟天體物理的計算本來就是枯燥、反覆，且計算量巨大的。[10]

1852年，他發表了一張全新的月球視差表，這張表較原來的更加精準，取代了約翰·布爾克哈特多年前的研究成果。他還對馬里·達穆瓦索、菲利普·杜爾塞和喬凡尼·布拉納（英語：Giovanni Antonio Amedeo Plana）等科學家的理論做出了一些修正。[2]

亞當斯曾希望他的貢獻能令他當上女王陛下航海曆辦公室（英語：HM Nautical Almanac Office）的主任，但最後另一位科學家羅素·欣德得到了這個職位，因為亞當斯缺乏組織者與管理者的必要能力。[3]

月球運動論——月球恆定加速

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自古以來，月球與恆星相對的平均運動速度一直被認為是恆定的；但哈雷曾在1695年提出，這個值正在慢慢變大。[11]在之後的十八世紀，理查德·鄧索恩（英語：Richard Dunthorne）根據月球經度的差異估算，其值約為10″（角秒每平方世紀）。[12]這一加速度被普遍稱作月球恆定加速。1787年，拉普拉斯曾根據地球軌道異動給出對此現象的解釋。他的研究只考慮了太陽與地球在徑向上的引力作用，卻密切切合歷史上的觀測數據。[13]1820年，在法國科學院的堅持下，達穆索瓦、布拉納和弗朗西斯科·卡利尼重新審視了拉普拉斯的研究成果，計算了二次以及更高次的擾動，卻還是得出了相似的結果：只有徑向引力產生了作用，切線方向上的引力對結果沒有造成影響。漢森在1842年和1847年亦取得了相似的結果。[14]

1853年，亞當斯發表了一份報告[15] ，揭示在拉普拉斯的理論中，切線方向的項會在一次條件下消失，但進入二次後便會回歸且至關重要。小的項會在積分後造成巨大影響，亞當斯得出結論，布拉納高估了月球恆定加速大概1.66″每世紀。[14]

在一開始，勒威耶並不認可他的研究成果。[16]布拉納則承認了亞當斯，因為他在修正他自己的分析結果時得出了相同的結果。然後勒威耶改口，發表了一份他自己的研究成果，其與亞當斯和布拉納的均不一樣。德勞內於1859年計算了四次項並得到了和亞當斯一模一樣的結果，這使得亞當斯進一步公佈了他對五、六、七次項的計算結果。他後來又計算得出，在觀測到的11″中，引力效應只佔5.7″。[14] 許多爭論圍繞收斂級數（英語：Convergent series）與冪級數展開，而在1860年，亞當斯在未使用冪級數的情況下算出了一模一樣的結果。約翰·魯伯克（英語：John Lubbock）爵士亦得出了相同結果，而布拉納終認同了亞當斯的結論。他的觀點最終被接受並廣為發展，這為他在1866年贏得了一枚英國皇家天文學會金質獎章。[2][14][16]而現在我們已經可以知道，這種彼時無法解釋的異動是由潮汐加速引起的。[3]

1858年，亞當斯成為聖安德魯斯大學教授，但很快又回到了劍橋擔任首席天文學與幾何學教授。兩年後，他接手查理斯的劍橋天文台主任之位，這把交椅後陪伴他度過餘生。[2]

獅子座流星雨

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獅子座流星雨

1866年十一月的一場流星雨，把亞當斯的注意力引向獅子座流星雨，而休伯特·牛頓在1864年就已經討論並預測過獅子座流星雨可能出現的位置與時間。休伯特認定，標記流星雨發生位置的升交點經度正在增加，而這吸引了一些歐洲的一流天文學者探究這一現象的原因。[3]

在研究過一組詳細而有力的分析數據過後，亞當斯得出結論，這串屬於太陽系的流星群將在33.25年內橫穿一個拉長的橢圓，並且必定會受到木星、土星和天王星等大質量行星的引力攝動。這些成果於1867年發表。[2]

一些專家認為，這是亞當斯一生中最重要的成就。他預測的獅子座流星雨「確定軌道」與坦普爾-塔特爾彗星高度一致，這引導之後的科學家們發現了彗星與流星間的緊密關係。[3]

生涯晚期

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亞當斯在休伯特·凡·赫克默（英語：Hubert von Herkomer）筆下的肖像

十年後，喬治·希爾描述了一種攻克月球運動問題的方法，其新穎又優雅。亞當斯簡短地發表了他在相同領域一些未公開的研究成果，進一步證實並補充了希爾的結論。[2]

在四十年的時間裏，他一直在計算高斯的地磁場理論中的常數，這些研究同樣計算量巨大，亦沒有在他生前發表。他的弟弟威廉在他身後整理了他的研究成果，並夾在了他所收集的第二期科學期刊中。這種艱深的計算幾乎被視作他的愛好。[2]他計算了歐拉-馬斯刻若尼常數至有效數字236位[3]，並估算伯努利數至62次。[2]

亞當斯崇拜牛頓至極，他的許多著作與論文都能看到牛頓的影子。[2]1872年，第五任樸茨茅夫伯爵艾薩克·牛頓·瓦洛普，將他私人收藏的牛頓手稿捐贈給劍橋大學；1888年，亞當斯與喬治·斯托克斯整理了這些原稿並製作了目錄。[17][18]

1881年，英國王室想要聘請他做皇家天文學家，但他還是選擇了留在劍橋繼續教書與研究。1884年，他以英國代表的身份出席了國際子午線會議（英語：International Meridian Conference），同年他亦出席了蒙特利爾和費城的英國與美國協會會議。[2]

榮譽

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家庭與去世

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一場久病過後，亞當斯在1892年1月21日逝於劍橋，他被埋葬在他家附近的聖吉爾斯公墓，現升天教區公墓（英語：Parish of the Ascension Burial Ground）。[20]1863年他與都柏林的艾莉莎·布魯斯女士（1827－1919年）結婚，這位女士後與亞當斯合葬。[2]他去世時留有財產32,434英鎊，約等於2003年的260萬英鎊。[3][21]

參考文獻

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  1. ^ Kollerstrom, N. Eggen takes the papers. The British Case for Co-prediction. University College London. 2001 [2007-08-23]. （原始內容存檔於2005-02-06）. 
  2. ^ 2.00 2.01 2.02 2.03 2.04 2.05 2.06 2.07 2.08 2.09 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 2.16 2.17 2.18  Chisholm, Hugh (編). Adams, John Couch. Encyclopædia Britannica 1 (第11版). London: Cambridge University Press: 177–178. 1911. 
  3. ^ 3.00 3.01 3.02 3.03 3.04 3.05 3.06 3.07 3.08 3.09 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 Hutchins, Roger. Adams, John Couch (1819–1892). 《牛津國家人物傳記大辭典》 線上版. 牛津大學出版社. 2004. doi:10.1093/ref:odnb/123.  需要訂閱或英國公共圖書館會員資格
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  6. ^ [Anon.] (2001) "Bouvard, Alexis", Encyclopædia Britannica, Deluxe CDROM edition
  7. ^ 7.0 7.1 7.2 7.3 Sheehan, W.; Kollerstrom, Nicholas; Waff, Craig B. The Case of the Pilfered Planet – Did the British steal Neptune?. Scientific American. December 2004, 291 (6): 92–9. PMID 15597985. doi:10.1038/scientificamerican1204-92. 
  8. ^ Smart, W. M. John Couch Adams and the discovery of Neptune. Nature. 1946, 158 (4019): 829–830. Bibcode:1946Natur.158..648S. S2CID 4074284. doi:10.1038/158648a0. 
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  10. ^ Sheehan, W.; Thurber, S. John Couch Adams's Asperger syndrome and the British non-discovery of Neptune. Notes and Records of the Royal Society. 2007, 61 (3): 285–299. S2CID 146702903. doi:10.1098/rsnr.2007.0187. 
  11. ^ Halley, Edmond. Some Account of the Ancient State of the City of Palmyra, with remarks on the Inscriptions found there. Philos. Trans. R. Soc. 1695, 218: 160–175. JSTOR 102291. S2CID 186214936. doi:10.1098/rstl.1695.0023 可免費查閱.  Also Philos. Trans. R. Soc. (Abridgements) vol.4 (1694–1702) pp. 60 at 65: Halley concluded his 1695 article on middle-eastern antiquities by writing: "And if any curious traveller ... would please to observe, with due care, the phases of the moon's eclipses at Bagdat, Aleppo and Alexandria, thereby to determine their longitudes, they could not do the science of astronomy a greater service: for in and near these places were made all the observations by which the mean motions of the sun and moon are limited: and I could then pronounce in what proportion the moon's motion does accelerate; which that it does, I think I can demonstrate." But it was left to Richard Dunthorne actually to make the first quantitative assessment of the Moon's apparent acceleration.
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    -- also given in Philosophical Transactions (abridgements) (1809), vol.9 (for 1744–49), pp. 669–675 as "On the Acceleration of the Moon, by the Rev. Richard Dunthorne".
  13. ^ Roy, A. E. Orbital Motion. London: CRC Press. 2005: 313 [2021-03-06]. ISBN 0-7503-1015-4. （原始內容存檔於2021-04-18）. 
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  20. ^ Goldie, Mark (2009) Churchill College Cambridge: The Guide. Churchill College. pp. 62–63. ISBN 0956391710.
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外部連結

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