哈雷在整理彗星观测记录的过程中,发现1682年出现的一颗彗星的轨道根数,与1607年开普勒观测的和1531年阿皮延观测的彗星轨道根数相近,出现的时间间隔都是75或76年。
从1680年起,他对开普勒的行星运动定律产生了疑问,询问胡克和皇家学会的一些会员时,无人能解答。1684年8月,哈雷带着这个在婚前婚后整整困惑了他四年的问题,前往剑桥找到牛顿。牛顿告诉眼前比自己小14岁的求教者,自己几年前已经知道答案了,只是没有发表而已。哈雷的困惑就此画上了句号,他和牛顿的交往则刚刚开始,科学史上一本划时代的著作也即将诞生。性格怪异的牛顿不愿意发表自己的观察和研究所得,在哈雷游说下,牛顿开始写《自然哲学的数学原理》一书,皇家学会也同意印行。此书的编辑、校对和序言撰写,更是由哈雷亲自完成。万事俱备之时,皇家学会却无法筹集资金,哈雷于是自掏腰包。为了让该书被更多的人接受,哈雷甚至致信当时的国王,作了深入浅出的介绍。1687年出版的这本书,成为牛顿最著名的著作。哈雷也开始用牛顿的万有引力定律来研究彗星。哈雷通过运用牛顿万有引力定律反复推算,得出结论认为,1531年、1607年和1682年这三次出现的彗星,并不是三颗不同的彗星,而是同一颗彗星三次出现。
哈雷在1705年发表了《彗星天文学论说》,宣布1682年曾引起世人极大恐慌的大彗星将于1758年再次出现于天空(后来他估计到木星可能影响到它的运动时,把回归的日期推迟到1759年)。当时哈雷已年过五十,知道在有生之年无缘再见到这颗大彗星了。于是他在书中写道:“如果彗星最终根据我们的预言,大约在1758年再现的时候,公正的后代将不会忘记这首先是由一个英国人发现的……”
1758年初,法国天文台的法国天文学家梅西叶就动手观测了,指望自己能成为第一个证实彗星回归的人。1759年1月21日,他终于找到了这颗彗星。遗憾的是首次观测到彗星回归的光荣并不属于他。1758年圣诞之夜(12月25日)德国德雷斯登附近的一位农民天文爱好者已捷足先登,发现了回归的彗星。
1759年3月,全世界的天文台都在等待哈雷预言的这颗彗星。3月13日,这颗明亮的彗星拖着长长的尾巴,出现在星空中。遗憾的是,哈雷已于1742年逝世,未能亲眼看到。哈雷的计算,预测这颗彗星将于1835年和1910年回来,结果,这颗彗星都如期而至。
哈雷彗星是唯一能用裸眼直接从地球看见的短周期彗星,也是人一生中唯一以裸眼可能看见两次的彗星。其它能以裸眼看见的彗星可能会更壮观和更美丽,但那些都是数千年才会出现一次的彗星。哈雷彗星上一次回归是在1986年,而下一次回归将在2061年中。在1986年回归时,哈雷彗星成为第一颗被宇宙飞船详细观察的彗星,提供了第一手的彗核结构与彗发和彗尾形成机制的资料。
对哈雷彗星的观测和研究不仅证实了周期彗星的存在,也大大促进了彗星天文学的发展。此外,哈雷彗星还像巡回大使一样周期性地检阅太阳系各大行星并经历各种各样的环境,带回丰富的信息,因此,它的每次回归都引起天文学家的极大兴趣。
哈雷彗星每76年回归一次,绝大部分时间深居在太阳系的边陲地区,即使用现代最大的望远镜也难以搜寻到它的身影。地球上的人们只有在它回归时有三四个月的时间能够见到它。一般来说,人的寿命只有70岁左右,因此一个人很少能两次看到哈雷彗星。只有一些“老寿星”才有这种机会,第一次看到它是在咿呀学语的幼年,而第二次看到它就到了步履蹒跚的晚年了。
查尔斯·梅西耶
这里需要说明的是法国天文学家梅西叶虽没有成为第一个证实彗星回归的人,但他并不灰心,而是开始有系统地寻找彗星,年复一年,日复一日地在凌晨和黄昏后进行观测,一生中共发现了21颗彗星,而经他观测过的彗星达到46颗。一次,法国国王路易十五开玩笑地说他是“彗星的侦探”,这虽然是一句戏言,但却是对梅西叶一生寻彗工作的最高褒奖。
中国人对哈雷彗星的记载,最早可上溯到殷商时代。“武王伐纣,东面而迎岁,至汜而水,至共头而坠。彗星出,而授殷人其柄。时有彗星,柄在东方,可以扫西人也!”(《淮南子·兵略训》)据张钰哲推算,这是公元前1057年的哈雷彗星回归的记录。更为确切的哈雷彗星记录是公元前613年(春秋鲁文公十四年)的“秋七月,有星孛入于北斗。”(《春秋左传·鲁文公十四年》)这是世界第一次关于哈雷彗星的确切记录。世界公认的关于哈雷彗星的最早记录出现在《史记·秦始皇本纪》中。秦王政七年(公元前240年),“彗星光出东方,见北方,五月见西,彗星复见西方”这一惊人的发现,比西方最早的彗星记录还要早228年。1985年12月25日,云南天文台成功地拍摄到哈雷彗星光谱照片。哈雷彗星下次过近日点时间为2061年7月28日。