Эрнест Уильям Браун, FRS (29 ноября 1866 – 22 июля 1938) был английским математиком и астрономом , который провел большую часть своей карьеры, работая в Соединенных Штатах , и стал натурализованным американским гражданином в 1923 году. [1] [2]
Делом его жизни было изучение движения Луны ( лунная теория ) и составление чрезвычайно точных лунных таблиц. Он также изучал движение планет и рассчитал орбиты троянских астероидов .
Браун родился в Халле , Англия , второй из четырёх детей Уильяма и Эммы Браун (урожденной Мартин). Его отец изначально был фермером, а позже стал торговцем лесом. Его мать и младший брат умерли от скарлатины в 1870 году, когда Брауну не было и четырех лет. Затем за ним и двумя его сестрами присматривала тетя-девица, пока пять лет спустя его отец не женился повторно. [1] [3]
Браун получил образование в школе Тоттеридж-Парк в Хартфордшире (ныне часть школы Дорсет-Хаус ) и в колледже Халл и Ист-Райдинг. После окончания школы он поступил в Крайстс-колледж в Кембридже , который окончил с отличием и стал шестым Рэнглером по математике в 1887 году. [4] [5] Он продолжил обучение в аспирантуре в Кембридже и работал под руководством Джорджа Ховарда. Дарвин . Летом 1888 года Дарвин предложил ему изучить работы Джорджа Уильяма Хилла по теории Луны . Как оказалось, эта идея направления исследований должна была оказать серьезное влияние на оставшуюся часть жизни Брауна.
Браун стал членом Крайстс-колледжа в 1889 году и в том же году был избран членом Королевского астрономического общества . Он получил степень магистра в 1891 году, а затем покинул Кембридж, чтобы устроиться преподавателем математики в Хаверфорд-колледж , штат Пенсильвания . Там он быстро поднялся до должности профессора математики в 1893 году. Однако большую часть лет он продолжал возвращаться в Кембридж летом, часто останавливаясь у своего старого наставника Дарвина. [6]
В Хаверфорде Браун продолжил свои исследования теории Луны и сделал тщательный обзор работ более ранних исследователей, таких как Хилл, де Понтекулан , Делоне и Хансен . Его мастерство в этой области было продемонстрировано публикацией его первой большой работы « Вводный трактат по теории Луны » [7] в 1896 году, когда Брауну было еще меньше 30 лет. В следующем году он был избран членом Королевского общества . [6]
По мере продвижения работы Браун постепенно разработал план создания совершенно новой теории Луны. В конечном итоге это было опубликовано в виде серии статей в «Мемуарах Королевского астрономического общества» между 1897 и 1908 годами. В 1907 году он был назначен профессором математики в Йельском университете , с которым он заключил соглашение о финансировании масштабной задачи по расчету подробных таблиц. движения Луны, основанный на его лунной теории. Спустя 12 лет и стоимостью более 34 000 долларов в 1919 году был опубликован выдающийся труд Брауна « Таблицы движения Луны» .
Целью Брауна было создание точных эфемерид Луны, основанных исключительно на теории гравитации. Для «основной проблемы» системы Земля-Луна-Солнце он рассчитал члены по долготе и широте с точностью до 0,001 угловой секунды . Он также включил возмущения, вызванные другими планетами (в основном Юпитером и Венерой ), а также объяснил более сложную проблему несферической природы Земли и Луны.
Наблюдения показали, что таблицы Брауна действительно превосходили таблицы Хансена, которые использовались с 1857 года, но все еще наблюдались большие необъяснимые колебания средней долготы Луны, порядка 10 угловых секунд. Чтобы устранить это, насколько это возможно, был введен «большой эмпирический термин» величиной 10,71 угловой секунды и периодом 257 лет. Учитывая точность расчетов Брауна, необходимость введения этой произвольной поправки, должно быть, стала для него большим разочарованием.
Более двух столетий назад Эдмонд Галлей обнаружил, что движение Луны постепенно ускоряется. Это «вековое ускорение» не могло быть объяснено только теорией гравитации, и Саймон Ньюкомб предположил, что на самом деле оно произошло из-за постепенного замедления скорости вращения Земли из-за трения, создаваемого приливами и приливами . Следствием этого было то, что не Луна ускорялась, а время (измеряемое с точки зрения увеличения продолжительности дня на Земле), казалось , замедлялось.
Браун посвятил много исследований этой проблеме и предложил решать ее путем наблюдений, используя затмения Луны для более точного отображения пути Луны. Он также рассуждал, что, если расхождения были вызваны изменениями вращения Земли, это означало, что наблюдения за другими объектами окажут такое же влияние. Частично это было подтверждено наблюдениями за транзитами Меркурия , но Брауна поначалу это не убедило. Однако в конце концов он пришел к выводу, что Ньюкомб был прав, и что скорость вращения Земли не только замедляется, но также наблюдаются случайные, непредсказуемые колебания, и опубликовал эти выводы в статье в 1926 году. [4] [6] [8] Более поздние работы показали, что это правда, и теперь астрономы проводят различие между Универсальным временем , которое основано на вращении Земли, и Земным временем (ранее эфемеридным временем ), которое является единой мерой течения времени (см. также ΔT ).
Браун был активным членом Американского математического общества и был его президентом с 1915 по 1916 год. [9]
Он сохранял свою профессорскую должность в Йельском университете до выхода на пенсию в 1932 году. Помимо продолжения работы над Луной, он также работал над движением планет вокруг Солнца . В 1933 году он опубликовал книгу « Планетарная теория» , написанную в соавторстве с Кларенсом Шуком, которая содержала подробное изложение резонанса на планетарных орбитах и рассматривала частный случай троянских астероидов . В 1937 году он был награжден медалью Уотсона Национальной академии наук США .
Одним из аспирантов Брауна был Уоллес Джон Эккерт , который стал преподавателем в Колумбийском университете, пока защитил докторскую диссертацию. Эккерт ускорил бы темпы астрономических вычислений, автоматизировав их с помощью цифровых компьютеров. [10]
Браун никогда не был женат и большую часть своей взрослой жизни прожил со своей незамужней младшей сестрой Милдред, которая вела для него дом. Она взяла на себя задачу оградить его от «забот и беспокойств» и сумела «совершенно испортить его». [1] В юности он был заядлым гребцом и альпинистом. Он был способным пианистом и продолжал играть за несколько лет до своей смерти. Он по-прежнему любил музыку и какое-то время был главой Общества ораториев Нью-Хейвена. Браун также играл в шахматы на высоком уровне и любил детективы.
Он любил путешествовать и часто пересекал Атлантику между Соединенными Штатами и Великобританией. Вместе с несколькими коллегами-профессионалами он также с энтузиазмом участвовал в расширенном визите Британской ассоциации в Южную Африку и другие части южной и восточной Африки в период с июля по октябрь 1905 года .
Его распорядок дня был необычным и описывался следующим образом: [1]
Он имел обыкновение рано ложиться спать и поэтому просыпался между тремя и пятью часами утра. Подкрепившись крепким кофе из термоса, он принялся за работу, не вставая с постели, выкуривая множество сигарет. Таким образом, его серьезная научная работа была закончена еще до того, как он встал к завтраку в девять часов.
Заядлый курильщик, Браун большую часть жизни страдал от заболеваний бронхов. Большую часть шести лет выхода на пенсию он страдал от плохого здоровья и умер в Нью-Хейвене, штат Коннектикут, в 1938 году. Его сестра Милдред умерла за несколько лет до него, и его единственной выжившей близкой семьей была его овдовевшая старшая сестра. , Элла Йорк, эмигрировавшая с мужем в Новую Зеландию в 1890-х годах. [1]
Таблицы Брауна были приняты почти всеми национальными эфемеридами в 1923 году для расчетов положения Луны и продолжали использоваться с некоторыми изменениями до 1983 года. С появлением цифровых компьютеров оригинальные тригонометрические выражения Брауна, приведенные во введении к его Таблицы 1919 года (и на основе которых они были составлены) стали использоваться для прямых вычислений вместо самих таблиц. Это также привело к некоторому повышению точности, поскольку в таблицах были отражены некоторые незначительные приближения в компромиссе между точностью и объемом труда, необходимого для вычислений в те времена, когда расчеты проводились вручную. [13]
К середине 20-го века разница между универсальным и эфемеридным временем была признана и оценена, а неприятные эмпирические термины были удалены. [13] Затем в теорию Брауна были внесены дальнейшие корректировки, возникшие в результате улучшения наблюдательных значений фундаментальных астрономических констант, используемых в теории, а также в результате переработки оригинальных аналитических разложений Брауна для получения более точных версий коэффициентов, используемых в теории. [14]
В конце концов, в 1984 году работа Брауна была заменена результатами, полученными на основе более современных данных наблюдений (включая данные лунной лазерной локации ) и совершенно новых вычислительных методов расчета эфемерид Луны. [15]