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英法千年『海王星』天文争夺战

上次提到当年英法两国为了争夺海外殖民地,先后盖起天文台,目的都是为了绘制更精确的航海图,好让自己的舰队能在海上发威。七年战争(1756 1763)大英帝国大获全胜,法国在巴黎和约中被迫割让整个加拿大给英国,并撤出印度,英国摇身一晃,成了海外殖民地的霸主。然而福祸相倚,英国把战争的开销转嫁在北美殖民州身上,引起了当地居民的不满。就在七年战争之后13 年,北美十三州就爆发独立战争。法国出人出钱,硬是要让英国痛失一个重要的殖民地。只是高昂的战争费用却让法国政府差点破产,狗急跳墙,胖路易把脑筋转到享有不必缴税的贵族与僧侣头上,不料擦枪走火,爆发了大革命!

法国大革命爆发后,英国收容了一堆贵族,更成了法国最死硬的敌人。拿破仑为了扳倒英国这个宿敌,搞出史上极恶的大陆封锁令,想要对英国进行全面性的经济封锁,结果为了惩罚偷偷跟英国眉来眼去的俄罗斯,拿破仑霸气挥军俄国,却遭到毁灭性的打击。拿破仑虽然一度退位被放逐到厄尔巴岛,却又奇迹式地溜回巴黎,展开百日天下,最终还是饮恨滑铁卢,败在惠灵顿指挥的英荷普联军之下。

英国跟法国一路从陆地打到海上,后来居然打到天上去了!这是怎么回事哩?请听我慢慢道来:

自从1781 年天王星被发现后,第一个计算天王星轨道的是芬兰(当时是瑞典王国的一部份)出身的天文学家莱克塞尔(AndersJohan Lexell),他是大数学家欧拉(LeonhardEuler)的关门弟子。莱克塞尔发现天王星的轨道与牛顿重力理论计算的结果有所出入,当时他猜想似乎天王星是受到太阳系其它更远方不知名星体的影响。不过当时行星之间的重力效应还无法很精确地被掌握,所以他无法更进一步去探究。

由于计算天王星的轨道,开启了后续一连串找寻新行星的过程。

天体力学在号称「法兰西的牛顿」的拉普拉斯(Pierre-Simonmarquis de Laplace)手中逐渐臻于完备,四十年后,曾担任拉普拉斯助手的法国天文学家布瓦(AlexisBouvard)将天王星轨道的计算结果做成完整的表,加以出版。可是天王星被观测到的位置与布瓦的计算结果依然不一致。当时布瓦不得不猜想误差可能来自于天王星受后方某个未被人类发现的新星球吸引的效应。他在来年成为巴黎天文台的台长,一直到1843 年他以高龄七十五岁为止,但是他没有展开搜索新行星的计划。

他的继任者阿拉戈(DominiqueFran?ois Jean Arago)倒是对这个问题深感兴趣,所以在1845 年他鼓励当时法国最能算的勒维耶(UrbainJean Joseph Le Verrier)去研究这个问题。勒维耶手脚奇快,十一月就提交一篇论文到法兰西科学院,到了来年的六月一日,他提出第一次对「新行星」位置的预测。

勒维耶万万没想到的是,就在一水之隔的英国,有一个他素未谋面的年青科学家也正在研究同一个问题,他就是亚当斯(JohnCouch Adams)。早在1843 年他在剑桥就开始思考如何从天王星轨道的异常,来反推「未知新行星」的质量与轨道。记录显示当时的剑桥天文台台长查尔斯(JamesChallis)曾向皇家天文学家兼格林威治天文台台长艾里(GeorgeBiddell Airy)爵士索取天王星的观测数据,就是应亚当斯的要求。

问题是亚当斯是个害羞、不善交际、而在工作上却是个吹毛求疵的完美主义者,所以他在什么时候算到哪个地步,全都没公开,这个习惯后来让整桩事件成了一宗「罗生门」。查尔斯对寻找新行星似乎不太热衷,他的看法是这是件吃力却未必有收获的苦差事。 而亚当斯与艾里爵士之间的信件也显示亚当斯并没有详述他的计算,艾里爵士想来也是一头雾水。虽然亚当斯曾在1845 10 21 日拜访艾里爵士,主人不在家,亚当斯只留下一份与天王星轨道相关的手稿就走了。由于手稿写得语焉不详,艾里爵士曾经写信给亚当斯请他解释清楚他的计算,然而亚当斯却一直没有回信。这种奇怪的举动也许让艾里爵士对整件事有所保留吧。更何况,身为格林威治天文台台长,他也是忙得不可开交,记录显示当时他在处理天文台员工涉入一起乱伦谋杀案,同时迎接他第七个小孩的诞生呢!

亚当斯(JohnCouch Adams, 1819-1892

虽说公私繁忙,艾里爵士在1846 6 23 日得知勒维耶的第一个预测后,马上想起亚当斯的工作,六天后他在格林威治天文台的Board of Visitors 的会议上提到这件事情。

话说Board of Visitors 是什么呢?算是格林威治天文台的一个监督单位,成立于1710 年,第一任主席是谁呢?就是跟第一任皇家天文学家佛兰斯蒂德(JohnFlamsteed)有深仇大恨的牛顿,因为他是当时的皇家学会主席!不过到了艾里爵士的时候,Boardof Visitors 比较像是格林威治的一个咨询单位。7 9 日艾里爵士正式要求查尔斯寻找新行星。而查尔斯在 7 29 日终于开始做这件他眼中的苦差事。幸运之神正在朝他猛眨眼,可惜他不解风情,大好机会就这么随风而逝……。

巴黎天文台由于缺乏适当的仪器无法配合,所以勒维耶改进他的计算后,在 8 31 日提出第二次的预测,便将结果寄去给柏林天文台的天文学家伽勒(JohannGottfried Galle),勒维耶的信 9 17 日从巴黎发出,伽勒在六天后收到,当夜凌晨伽勒跟他的学生德亚瑞(HeinrichLouis dArrest)就找到新行星了!位置就在勒维耶预测的位置一度以内!伽勒马上回信给勒维耶告诉他:「在你算出来的位置上真的有一颗行星!」(theplanet whose place you have really exists)。大喜过望的勒维耶马上写信给各大天文台,并建议新行星取名为「海王星(Neptune)」,以希腊神话的海神波塞顿(Poseidon)手上的三叉戟 ? 为象征符号。十月五日他正式向法兰西科学院宣布这项成就,举国为之欢腾。

观察到海王星的新伯林天文台New Berlin Observatory

而听到这个消息的查尔斯这时才发现,自己在 8 8 日与 12 日已经看到「新行星」,却将它视为一般恒星,只能扼腕长叹。当时艾里爵士正在欧洲度假,等他10 11 日回到英国才发现自己已经身陷风暴,一场争夺新行星的笔战已经开打了。

在他人还在欧洲的时候,赫歇尔(JohnHerschel,天王星发现者William Herschel 的儿子,本身也是杰出的天文学家,同是也是格林威治天文台的Board of Visitors 的成员)在期刊Athenaeum 注销一篇文章,不仅提到柏林天文台发现新行星的消息,还提到亚当斯的计算以及查尔斯的搜寻。文中暗示勒维耶与亚当斯的工作是平行的。所以当艾里爵士向勒维耶恭贺时,却收到勒维耶怒气冲冲的回信,他表示自己对亚当斯的工作一无所悉,而且他质疑为何亚当斯为何从来不曾发表任何相关的著作。

 其实不止是赫歇尔,连查尔斯与格林威治天文台的格莱舍(JamesGlaisher)也都对外投书陈述类似的内容。这让法兰西的学界相当不开心,甚至连「英国佬要偷咱们的新行星」这种话都出来了。当时英法的报纸还出现讽刺画,一场寻找新行星的科学壮举变成两个世仇的口诛笔伐,称之为「海王争霸战」毫不为过。

查尔斯在10 15 日在期刊Athenaeum 投书,他承认在亚当斯给他的预测范围内(亚当斯给的范围有二十度之多)他的确在 8 4 日与 12 日都看到了新胜博发行星,但他疏于比较星表,没有在当时了解到,看到的是行星而非恒星。所以他认为英国还是第一个「发现」新行星的国家,所以有资格为新行星命名,他还建议把新行星命名为Oceanus

其实早在10 5日法兰西科学院开会时,巴黎天文台台长阿拉戈甚至主张把行星命名为「LeVerrier」!而当事人勒维耶虽然之前建议采用 Neptune,似乎也心中窃喜,想来变为一颗星是难以推辞的殊荣吧。再加上原先真正的发现者伽勒主张的Janus(罗马的双面门神,因为「新行星」守在太阳系的门口),一共有四个名字了!最后在巴黎的经度局(Bureaudes Longitudes)决定采用Neptune,而英国皇家学会也把该年度的Copley 奖章颁给勒维耶, 完全没提到 Adams。看来英国佬认输了。

嘿嘿,妙就妙在隔了两年亚当斯还是得了Copley 奖章,理由呢?海王星!而原本表示勒维耶是新行星发现者无可置疑的艾里爵士,也改口在11 月皇家天文学会上公然将勒维耶与亚当斯两人的成就相提并论。英国人果然不容易低头认输呀。

 

Urbain Le Verrier 1811-1877

 

Johann Gottfried Galle 1812-1910

这场争霸战后最大的输家首推查尔斯,英国大众指责他蹒顸无能,把大好机会白白让给法国人。而艾里爵士也是满脸全豆花,被批评是目光短浅,官僚心态,(话说发现新行星的确不是格林威治天文台的业务)。年轻的亚当斯对这两位长者以及勒维耶倒是都不曾口出恶言。而经过这场海王争霸战之后,他的声名鹊起成为家喻户晓的名人。算是这场纷争的赢家。而勒维耶与伽勒原本开心地成就一桩大事,半路却杀出程咬金,硬生生要抢去半个功劳,真是无妄之灾。伽勒为人谦逊,总是将新行星的头衔推给勒维耶,后来他得享高寿九十八,想来是他好人有好报吧!

八年之后亚当斯又掀起另一场英法之争。之前在阿文开讲第一集曾提过,当年为了解释月球的长期加速,拉普拉斯曾有过重力传播速率是有限的想法。但是在1786 年他发现月球绕地轨道的离心率会因摄动而改变,进而使月球的切线速度增加。他的计算解释了整体的效应,似乎解决了这个难题。然而,亚当斯在1854 年重新检查拉普拉斯的计算,竟然发现其中有误:拉普拉斯以地球轨道离心率的变化为基础的说法只能够解释约一半的月球加速。这发现引起英法天文学家持续数年的尖锐争议,像勒维耶马上反对亚当斯的做法。可是最终包括德劳奈(Charles-Eugène Delaunay)等专家最后都接受了亚当斯的结论。

那么另一半的月球加速是怎么回事?后来德劳奈与费雷尔(WilliamFerrel)各自独立提出解答。原来地球自转由于潮汐作用而逐渐趋缓,而月球的运行速度的历史纪录是以地球自转一周的日为单位来记录,所以造成所谓的「月球加速」。亚当斯因为这项成就获颁皇家天文学会金质奖章,而两年后勒维耶也得到同一个奖章,而颁奖人呢?呵呵!正是时任皇家天文学会主席的亚当斯!真是有缘,不是吗?

地球自转由于潮汐作用而逐渐趋缓,而月球的运行速度的历史纪录是以地球自转一周的日为单位来记录,所以造成所谓的「月球加速」。

勒维耶后来尝试以水星进动的异常为理由主张有一颗更靠近太阳的行星,连名字都取好了叫Vulcan 星!(星舰迷航记的编剧八成是学天文的!) 水星进动异常后来被广义相对论漂亮地解释了。所谓 Vulcan 星自然成了明日黄花。勒维耶在 1854 年接替阿拉戈成为巴黎天文台台长,但是他人缘奇差,1870 年台长一职改由德劳奈接手,但是两年后德劳奈不幸在一场船难中罹难,所以他又回锅当上台长,直到1877 年过世为止。他真是个幸运儿!

这场海王争霸战似乎就此收场,然而在1998 年在智利有一位天文学家艾根(OlinJeuck Eggen)过世后,在他的遗物中居然出现失踪的「海王星档案」。这些档案据信是艾根任职格林威治天文台时顺手牵羊、据为己有。经研究后,英国记者科勒斯特姆(NicholasKollerstrom)宣称当年亚当斯的计算,根本不足以让查尔斯找到新行星。是耶?非耶?尚待澄清。

科勒斯特姆由于否认纳粹大屠杀,在英国早已声名狼藉,所以也许需要有人做更持平的研究。讽刺的是后人发现,不但赫歇尔(JohnHerschel)早在1830 年就看到海王星,甚至连伽利略在1612 年的记录都可以找到海王星的踪迹!只是无人识得这颗八星等的黯淡小星,居然是咱们太阳系的手足。1989年,美国太空总署发射的旅行家二号飞越海王星,我们才第一次近距离看到这颗外观是蓝色的美丽星球,相较于世间无谓的喧嚣争吵,海王星要美丽许多,您说是吗?

旅行家二号,第一艘造访天王星跟海王星的太空飞行器。

旅行家二号所拍摄到的海王星照片。

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