弗里德里希·威廉·贝塞尔于1784年7月22日出生在威斯特伐利亚的明登,家境普通。他的父亲是一名公务员,无力供他接受大学教育。14岁时,他在不来梅的一家商行当学徒。然而,他的数学天赋很快便得到了认可。
1804年,他利用1607年的观测数据独立计算了哈雷彗星的轨道。这一成果令天文学家海因里希·威廉·奥伯斯(1758-1840)印象深刻,后者鼓励他投身科学事业。贝塞尔随后以自学方式钻研天文学与数学,并于1810年(年仅26岁)被任命为柯尼斯堡天文台台长。
贝塞尔最伟大的成就是首次成功测量了一颗恒星的视差。1838年,经过多年细致观测,他测定天鹅座61星的视差为0.314角秒,对应距离为10.4光年(现代值为11.4光年)。
这一测量结果确凿地证明了恒星是遥远的太阳,而非亚里士多德哲学所认为的天球上的发光点。贝塞尔使用了一台经他改良、精度达到前所未有的夫琅禾费测日仪。
贝塞尔在天文学的多个领域做出了基础性贡献:
| 田野 | 贡献 | 年 | 影响 |
|---|---|---|---|
| 天体测量学 | 首次恒星视差测量(天鹅座61号星) | 1838 | 现代天体测量学的基础与恒星距离的证明 |
| 天体力学 | 彗星轨道的精确计算 | 1804-1810 | 彗星轨迹预测方法的改进 |
| 大地测量学 | 普鲁士地区地球曲率的精确测量 | 19世纪30年代 | 对现代制图学的重要贡献 |
| 统计 | 最小二乘法的发展 | 1810年代 | 天文学中减少观测误差的革命性应用 |
| 双星 | 发现天狼星和南河三的自行运动 | 1844 | 预测不可见伴星(白矮星) |
在数学中,贝塞尔研究了如今以他命名的微分方程的解。
\( x^2 \frac{d^2y}{dx^2} + x \frac{dy}{dx} + (x^2 - n^2)y = 0 \)
贝塞尔函数,记作 \( J_n(x) \),出现在许多涉及柱对称性的物理问题中,例如:
在柯尼斯堡,贝塞尔将一座小型天文台转变为领先的研究中心。他的创新包括:
他培养了几代天文学家,其中包括弗里德里希·威廉·阿格兰德(1799-1875),后者后来成为恒星天文学的先驱。
1844年,贝塞尔注意到天狼星和南河三的自行运动存在不规则现象。他推断存在不可见的伴星,这些伴星直到他去世后才被观测到(天狼星B于1862年,南河三B于1896年)。这些伴星被证实是白矮星——一种当时尚不为人知的恒星类型。
这一发现预示了对双星系统的研究,并为现代恒星天体物理学开辟了道路。
贝塞尔在生前及去世后都获得了对其贡献的认可。
| 年 | 事件 | 背景 |
|---|---|---|
| 1784 | 出生于威斯特法伦的明登 | 家庭普通,父亲是一名公务员 |
| 1799 | 在不来梅开始商业学徒培训 | 他的数学天赋被发现 |
| 1804 | 计算哈雷彗星轨道 | 海因里希·奥伯斯首次注意到的工作 |
| 1810 | 被任命为柯尼斯堡天文台台长 | 年仅26岁,没有大学学历 |
| 1838 | 测量天鹅座61的视差 | 首次精确测定恒星距离 |
| 1844 | 发现天狼星和南河三的不可见伴星 | 白矮星在观测前的预测 |
| 1846 | 死于柯尼斯堡 | 来自癌症 |
贝塞尔的工作对多个领域产生了深远影响:
| 领域 | 贡献 | 当前遗留系统 |
|---|---|---|
| 天体测量学 | 恒星视差的精确测量 | 盖亚(欧空局)等太空任务的基础 |
| 数学 | 贝塞尔函数 | 用于量子物理、电磁学、声学 |
| 天体物理学 | 白矮星的预测 | 恒星演化的理解 |
| 大地测量学 | 地球的精确测量 | 现代大地测量学的基础 |
几位科学家在贝塞尔去世后向他表达了敬意: