米盧廷·米蘭科維奇(塞爾維亞語:Милутин Миланковић,拉丁化:Milutin Milanković,發音:[milǔtin milǎːnkɔʋitɕ],1879年5月28日—1958年12月12日)是一位塞爾維亞土木工程師、地球物理學家和天文學家。因為冰河時期的研究而聞名;他提出了地球長期氣候變化和地球軌道的周期性變化關係,也就是今日的米蘭科維奇循環。米蘭科維奇提出了地球科學的兩大貢獻。第一個是關於地球日照的學說(Canon of the Earth's Insolation),該學說特別指出了太陽系各行星氣候特徵;第二個貢獻是解釋地球氣候變遷是因為地球和太陽相對位置的變化,這解釋了過去地球冰河時期的發生時間,並可預測地球未來氣候變化。
當時一位橋梁工程學教授Johann Brick是當時維也納頂尖的力學專家,他在米蘭科維奇求學的第五年教導了最重要的科目。在他的教學中,年輕的米蘭科維奇獲得了以後進行科學研究的強大靈感。米盧廷在1902年於土木工程學系畢業後在奧匈帝國服役了一年,於1903年回到維也納繼續他的博士學業。1904年他25歲時他以論文《壓力曲線的理論》(Beitrag zur Theorie der Druck-kurven)獲得博士學位。畢業後他決定在一些大型建設公司工作。
米蘭科維奇使用他在博士論文中建立的一般彈性理論的有效性進行長時間和困難的計算後,他在科學期刊上發表了標題《Contribution to the theory of reinforced-concrete beams》的論文。他在這些研究中提出的解決方案吸引了結構工程師,尤其是設計師的注意,並且很快被收入書籍和建築手冊。米蘭科維奇是第一位不使用當時流行的幾何設計法,以數學方式建模的專家,而他的方式在當時很受歡迎。結果就是他的方式大量使用在位於外西凡尼亞塞貝什(Sebeș)的水力電廠水道,這是他早期生涯中讓人注目的成果。
米蘭科維奇的科學研究以《氣候的數學理論貢獻》(Contribution to the mathematical theory of climate)於1912年4月5日出版於貝爾格勒[1]。他研究的是當時最知名的氣候學家尤利烏斯·馮·漢恩(Julius von Hann)的相關工作成果。米蘭科維奇注意到一個成為他主要研究課題的重要問題。這個問題就是關於冰河期。米蘭科維奇的書《The schedule sun radiation on the earth's surface》於1913年6月5日在貝爾格勒出版[2]。
1914年時米蘭科維奇的科學著作《關於冰河期的天文理論問題》(About the issue of the astronomical theory of ice ages)出版。同年米蘭科維奇回到當時由奧匈帝國統治的出生地和Christine Topuzović結婚。在塞爾維亞的七月危機期間,奧匈帝國對境內塞爾維亞人的壓力更大。這個危機導致了第一次世界大戰的爆發。但在米蘭科維奇結婚後不久,身為塞爾維亞公民的他遭到奧匈帝國當局逮捕,並先後關押在卡爾洛瓦茨和奧西耶克。之後他在妻子、親戚Vasa和維也納大學教授伊曼紐·克如伯(Emanuel Cuber)的幫助下獲釋,條件是必須遠離與塞爾維亞的邊界。奧匈帝國境內的塞爾維亞人政治領袖斯韋托扎爾·普里比切維奇注意到了米蘭科維奇,並安排他逃亡到匈牙利北部。在那里他先被奧匈帝國軍方拘禁在濱湖新錫德爾(Neusiedl am See),後來轉往布達佩斯,並且每天都要向當地派出所報到,而他就在布達佩斯四年直到戰爭結束。
雖然米蘭科維奇被拘禁在布達佩斯,他在當時仍致力於研究後來廣為大眾所知的「米蘭科維奇循環」。戰爭結束後他在1920年出版了他的專書。該書先由塞爾維亞科學與藝術學院出版,之後再由法國巴黎的格西尔-韦拉斯(Gauthier-Villars)以標題《太陽輻射造成的熱現象數學理論》(Théorie mathématique des phénomènes thermiques produits par la radiation solaire)出版。
米蘭科維奇在布達佩斯時遇到了匈牙利科学院圖書館館長科羅曼·馮·西利亞(Koloman von Celia),他對數學有極大的愛好,因此安排米蘭科維奇在匈牙利中央氣象研究所進行研究。他在該地任職的兩年期間發展了關於火星的氣候變遷數學模型,並於1916年出版了《火星氣候研究》(Researching of the climate planet Mars)。當歐洲陷入激戰期間,米蘭科維奇研究火星的氣候,以了解行星上的生物是否會影響氣候。他計算的火星日照量和表面與低層大氣年均溫在數十年後第一個火星探測登陸艇登陸後得到証實。事實上,米蘭科維奇已經建立了地球和其他行星上的氣候模式。
米蘭科維奇在對太陽系天體進行科學研究同時也致力於科學普及,因此他在1925到1928年期間寫了一本科學普及的書《穿越時空-一位天文學家的信》(Through Space and Centuries - Letters of an Astronomer),該書的形式是一位天文學家寫信給一位不知名女孩。在該書中是以時間軸的方式描述,一開始是地球的形成與冷卻(相當於希臘神話中提坦的時代),接著是介紹古文明和文藝復興時代人們的思想,接著就是和他相同的時代思想,以及包含冰河期循環的氣候數學模型。書中他帶著讀者到月球、火星、金星等其他太陽系的行星,以了解天體力學中的複雜問題。這本給社會大眾閱讀的書出版於1928年。
在米蘭科維奇提供了這些科學貢獻後,他於1927年被邀請合著兩本重要的書籍。第一本是氣候學手冊(德語:Handbuch der Klimatologie),第二本則是地球物理學手冊(Gutenberg's Handbuch der Geophysik)。第一本書中他寫下了《氣候變遷的氣候學與天文學理論的數學原理》(Mathematische Klimalehre und astronomische Theorie der Klimaschwankungen),於1930年以德文出版,接著在1939年翻譯成俄文出版。該書進一步特別以地球為例發展了行星氣候理論。
米蘭科維奇推導出了一個可以計算冰蓋和地球的太陽日照量變化時,冰蓋狀態變化的公式。他設法建立了一個夏季日照量和積雪邊界高度的數學關係式,從而知道積雪量如何因為夏季日照量的變化而增減。這個結果於1938年以論文《氣候變遷的天文理論新結果》(New results of the astronomical theory of climate change)出版[3]。事實上,現代地質學家可以使用他的研究成果得到一個在過去65萬年中積雪高度變化的圖表。
米蘭科維奇從許多書籍和期刊收集關於他的太陽輻射理論研究相關資料。1939年他開始進行他最重要的工作,編寫包含了他將近三十年研究的書《Canon of Insolation of the Earth and Its Application to the Problem of the Ice Ages》,其中大部分是公式、計算和圖解。但也總結了許多可以解釋氣候變化和11次冰河期的可能解釋原因(米蘭科維奇循環)[5][6][7]。
為了安排和編寫該書,米蘭科維奇花了兩年時間。手稿於納粹德國和其盟友入侵南斯拉夫前四日的1941年4月2日送印,不久後在4月6日納粹德國空軍轟炸貝爾格勒。在轟炸期間印刷廠和所有的書遭到炸毀,除了一本印刷第一日米蘭科維奇帶走的一本已印好的以外。塞爾維亞遭到占領後的1941年5月,兩位德軍軍官開車到米蘭科維奇在貝爾格勒的家,而這兩人是米蘭科維奇朋友Wolfgang Selera的地質學生。因此他決定將僅存的一本書送到他在德國弗赖堡的朋友處。米蘭科維奇在戰前就對軌道上或近軌道的發射物感興趣,因此進行了關於緯度和軌道的數學計算。目前仍不知道米蘭科維奇的論文是否和現代火箭的前身V-2火箭有關聯。他的書後來在塞爾維亞皇家科學院以四開,626頁出版;之後又出版德文版本《Kanon der Erdbestrahlung und seine Anwendung auf das Eiszeitenproblem》;不久該書就引起歐洲和國際相關領域專家的重視。
在納粹德國占領塞爾維亞期間(1941年-1944年),米蘭科維奇避免了公開活動,並開始寫關於他的科學研究之外的相關自傳。他的自傳在戰後以標題《Memories, experiences and knowledge - from 1909 to 1944》於1952年在貝爾格勒出版[8]。
在米蘭科維奇去世後,大多數的科學家開始挑戰他的「教條」,並且不再承認他的研究成果。但在他去世十年後,甚至是他的最重要的成就出版50年後,他的理論重新被考慮。該著作於1969年被以色列科學翻譯計畫翻譯成英文的標題是"Canon of Insolation of the Ice-Age Problem",並由美國商業部和國家科學基金會出版。
「教條」的重生
米蘭科維奇的研究一開始受到承認的速度是很慢地,但之後所有的事實都指出他的理論是正確的。CLIMAP計畫(Climate: Long Range Investigation, Mapping and Production)最終解決並證明了米蘭科維奇循環。在1972年基於深海鑽探岩心,科學家確認了直到70萬年前的氣候變化事件。他們根據岩心分析結果和四年後的結論顯示過去50萬年氣侯曾經因為地球自轉軸的轉軸傾角變化和進動(類似陀螺儀的運動)造成的緩慢運動有關(參見大年 (歲差年))。而米蘭科維奇在1924年就以複雜的計算(只用鉛筆、紙和巧妙的數學公式)完成了這項工作。在NASA所編的"On the Shoulders of Giants",米蘭科維奇被認為是世界上所有科學家中最聰明的十個人之一。因此他的畫像現位於華盛頓特區一個博物館中和艾萨克·牛顿、约翰内斯·开普勒、伽利略·伽利莱、尼古拉·哥白尼並列。
米蘭科維奇晚年做了一些瑣碎的研究,例如計算以混凝土能建造的最高建築物。他的靈感來自舊約聖經,並在1955年以"The Babylonian tower modern techniques"發表[14]。最後米蘭科維奇計算出"Babylonian tower of concrete to the sky"的結果:如果以混凝土建築巴別塔的基礎寬是1.4公里,塔高會達到20.25公里。這個高度是無法超過的,建築物的靜力平衡會在這個棘手的界線上達到極限。
^McCarthy, D. D. & Seidelmann, P. K., TIME From Earth Rotation to Atomic Physics(Weinheim: Wiley-VCH, 2009), Ch. 4, 5, 6, 8, 9, 12.
^Blackburn, B & Holford-Strevens, L, The Oxford Companion to the Year: An exploration of calendar customs and time-reckoning(Oxford University Press, 1999, reprinted with corrections 2003), 688, 692.