[转载]“笔尖上发现的”海王星

“笔尖上发现的”海王星

天文学家在计算天王星的位置时，总是与观测结果不符，远远超出了可能产生的误差范围。有人怀疑万有引力定律，甚至提出要修改牛顿的力学理论。德国著名天文学家弗利德里克·贝塞尔（1784——1846年）提出假设：一颗未知行星在影响着天王星的运动。

如果已知一个天体，要求出它对另一个天体的摄动并不难，但倒过来就不容易了，因为未知天体的一切均为未知数，不可能通过一次性简单的计算就加以确定。所以先在假想一些条件下计算它对天王星的摄动；再将计算结果与天王星的实际运行情况作对照；如果不符合，再修改条件，再计算、核对、修改，直至得出的结果与实际运行吻合为止。这是个计算量相当大的工程。至于到底有没有新的大行星，多数人也没有把握。所以，搜寻新的大行星工作并没有大张旗鼓地开展。

英国的约翰·亚当斯（1819——1892年）和法国的乌尔班·勒威耶（1811——1877年）两位年轻人经过几年努力，各自独立计算出未知行星的轨道与位置。其实，伽利略早在1612年12月28日就观察并描绘了海王星。次年1月27日又再次观测到，但因其位置靠近木星，而误认为是一颗恒星。今天看来，只有怪他的天文望远镜太简陋了。

亚当斯是位穷苦农民的儿子，在剑桥大学攻读数学，1843年毕业。在学生时代就开始研究天王星的运行问题。他沿着贝塞尔的思路，进行了大量计算，并得出许多计算结果。他不断改进计算方法，于1845年26岁时得出了新行星轨道的一个结果最满意。

他写好论文后来到伦敦，求见皇家天文学家乔治·艾里，希望他能帮助确认这颗新行星。但是傲慢自大的艾里根本不把这个年轻人看在眼里，拒绝接见无名小辈。亚当斯只得将自己的论文写成了一篇摘要，托人转交。艾里本来就认为天王星运行反常出在万有引力定律有问题，并非什么新行星的摄动作用。也不相信亚当斯断言宝瓶座中那颗暗淡的9等小星。那篇论文摘要也被随手扔到一边了。此举让他后悔莫及，这是后话。

亚当斯只得又求助于剑桥大学天文台。当时的天文台台长沙利表示愿意试一试，但他办事太不爽快，拖拖拉拉直到1846年7月才开始进行观测。莫名其妙的是，他手头竟然没有该天区完备的星图。更不可思议是居然两次看到了这颗新行星，也未能证认出来，让它从眼皮儿底下溜走了。由于他的漫不经心，后来也是悔之莫及，也是后话。

就在这同时，法国青年天文学家勒维耶也在进行同样的工作。勒维耶和亚当斯一样也是穷学生，为了他读书，父亲甚至卖掉了一间房子。勒维耶在巴黎综合技术学校毕业后，先在盖—吕萨克的实验里当实验员，后来回到母校当天文学教师。他将数学分析运用于太阳系行星运动的研究之中。并有幸结识了法国著名的科学家阿拉戈。

阿拉戈时任巴黎天文台台长，他希望勒维耶研究水星的运动，因为近日点由于其它行星的摄动会产生移动，但是其移动量比根据牛顿理论计算出来的多出40角秒。勒维耶提出，水星近日点进动的反常肯定是因为尚有一颗行星未被人们发现，他将之命名为“火神星”。运用摄动理论，勒维耶算出了“火神星”的轨道与大小，但是至今始终没有观察到这颗假想的行星。今天我们知道，水星近日点进动问题，用牛顿的理论是无法解决的，只有爱因斯坦的广义相对论才能给以解释。

天王星的反常运动也引起了阿拉戈和勒维耶的注意， 1841年起勒维耶也开始对引起天王星摄动的新行星的研究。1846年8月31日，他完成了对新行星轨道和大小的计算，写出了《论使天王星运行失常的行星，它的质量、轨道和现在位置的决定》，其结论与亚当斯基本相同。

勒维耶将论文提交给了科学院，但是巴黎竟然也没有那一天区的详细星图。9月18日他将论文寄给了柏林天文台的天文学家约翰·加勒。并附上了一封信。信中说：“请您把望远镜指向黄经326度处宝瓶座内的黄道的一点上，您就将在离此点约1度的区域内发现一个圆面明显的新行星，它的亮度约为9等……”

9月23日，加勒收到了勒维耶的论文和信，当天晚上就将望远镜对准了勒维耶所说的天区，仔细地记下了他所观察到的每一颗星，与不久前刚得到的一张详细星图进行比较，发现在勒维耶所说的位置仅仅52角秒的地方有一颗是星图上所没有的。为了慎重起见，第二天晚上他又仔细地进行了观察，发现它果然移动了70角秒，与勒维耶所预言的每天移动69角秒相符合。他心中涌起一阵狂喜：新行星终于找到了！

加勒的发现也得益于又一位年轻人、他的学生达赫斯特。此前不久，达赫斯特刚刚完成了勒维耶预测天区的最新星图。海王星被发现了，与勒威耶预测的位置相距不到1°，与亚当斯预测的位置相差10°。9月25日，加勒给勒维耶复信说：“先生，你给我们指出所在位置的那颗新行星是确实存在的。”

消息传到英国，皇家天文台台长艾里大为震惊，他马上从资料堆里找出了亚当斯的论文摘要，才知道亚当斯早就给出了同样准确的预言，而自己却错过了发现的荣誉。好在是，他马上发表了亚当斯一年前的这份论文摘要，使科学界得以知道事情的真相。和他一样震惊而惭愧的还有那个“马大哈”天文学家、剑桥大学天文台台长沙利。

海王星不是天文学家通过观测偶然发现的，而是数学家“笔尖上的发现”，是计算出来的。因此比天王星的发现更富有戏剧色彩，更加激动人心，因而也引起了很大的轰动。如何命名问题被提了出来，英法两国为发现权发生争论。阿拉戈坚决提议将“新行星”命名为“勒维耶星”。勒维耶本人很明智，主张沿袭神话命名行星的传统，用海洋之神尼普顿（古希腊海神波塞冬）命名。并且得到了广泛的认同，中文译为海王星。勒威耶和亚当斯被公认为海王星的共同发现者。

1847年，勒威耶被授予科普莱奖章，并当选为英国皇家学会会员。第二年，他在伦敦会见了亚当斯。两个不同国度的年轻天文学家从此结为好友，相互支持，各自在天文学上都作出了杰出的贡献。勒威耶于1854——1870年和1873——1877年两度出任巴黎天文台台长。他还研究太阳系的稳定问题、行星理论，编制行星星历表等。亚当斯于 1851——1853年和1874——1876年两次被选为英国皇家天文学会会长，1861年起任剑桥大学天文台台长。此后研究月球运动、地磁场、狮子座流星雨等，成就卓著。

后来的观察显示，亚当斯和勒威耶计算出的轨道与海王星真实的轨道还有相当大的偏差。如果对它的搜寻早几年或晚几年进行，将无法在他们预测的位置附近找到它。

海王星是一个浅蓝色的行星，赤道半径24600千米（一说24766千米），极半径24280千米；质量 1.0247×10（26次方）千克。体积和质量分别相当于地球的57倍和17.2倍，在大行星中分别居第四、三位。平均密度1.76克/立方厘米。自转周期15小时48分。

海王星距太阳 4,504,000,000 千米 (30.06 天文单位)，轨道偏心率e=0.008，仅次于金星，轨道接近正圆形。公转周期164·79年，自从被发现后已经过去了162年，还没有走完一圈呢。

1989年8月24日，“旅行者2号”造访海王星，最近距离4827千米，向地球发回2万多张照片以及大量科学数据。发现了它的6颗新卫星，如今它至少有14颗卫星。其中老卫星海卫一直径35OO千米，稍大于月球，是唯一的与主行星自转方向相反的逆行卫星；而且和地球、木卫一是太阳系中仅存活火山的三个天体。上面有3座冰火山，曾喷出过冰冻的甲烷或氮冰微粒，喷射高度有时达32千米。海卫一上可能存在液氮海洋和冰湖，到处都有断层、高山、峡谷和冰川，这表明可能发生过疑似的地震。它有一层由氮气组成的稀薄大气层，极冠被冻结的氮形成一个耀眼的白色世界。

还发现海王星有5道狭窄暗淡的光环，有的环还残缺不全。

海王星有磁场，磁极轴与其自转轴倾角为50°，磁层含氢、氮、氦离子，也有类似地球的极光。大气层浓厚，含氢、甲烷、氨等。“旅行者2号”观测其表面有亮斑和暗斑，其中大暗斑呈鹅卵形，直径1.28万千米，每10小时逆时针方向旋转一周，是巨大的高压气旋。然而，1994年哈勃望远镜对海王星的观察时，发现大暗斑竟然消失了！几个月后哈勃天文望远镜在海王星的北半球发现了一个新的黑斑。这表明海王星的大气层变化频繁，可能是因为云层顶部和底部温差变化所引起的。其上方50千米处发现有卷云。