“丢失”的行星

在对上帝这位几何学家究竟是按什么规则对太阳系做出如此之安排进行探究的早期，开普勒曾经一度为他所看到的火星和木星之间不成比例的巨大间隙而困惑。他想到在这个巨大的空间带上可能存在未被发现的行星。

牛顿认为该间隙的存在表明，由于木星和土星这两颗巨大行星的引力使太阳系面临崩溃的危险，上帝通过把它们驱逐到太阳系的外围而设法消除了这一危险。兰伯特（Johann Heinrich Lambert，1728－1777）认为木星和土星有可能“夺走”了曾一度占据在该空间带上的行星。英国一位天文爱好者赖特（Thomas Wright，1711－1786）则在一部未曾公开出版的预言书中怀疑在该间隙上曾有过一颗行星，而该行星后来受到彗星的撞击毁掉了。

认为在该间隙上存在或曾存在过一颗“丢失了的行星”的人们，受到18世纪发现的一个数学关系的鼓舞。牛津教授戴维·格里高利（David Gregory，1659－1708）在其1702年的《天文学原理》一书中特别提到，行星轨道半径大致与数字4、7、10、15、52、95成比例。德国的一位大众哲学家克里斯蒂安·沃尔夫在一部书中重新公布了这些数字，这部书正巧被维登堡大学的物理学教授提丢斯（Johann Daniel Titius，1729－1796）注意到了。1766年，提丢斯将著名的法国自然主义者查尔斯·博内的《自然的沉思》翻译成德语出版。在博内的书中，提丢斯插了一段话，只是把格里高利的15换成16，95换成100，从而使得那些数字分别等于4、4＋3、4＋6、4＋12、4＋48和4＋96。没有行星与4＋24对应。博内猜测这空隙属于还没有被发现的火星卫星。

1772年提丢斯译作的第二版被一位年轻的德国天文学家波得（Johann Elert Bode，1747－1826）注意到了，波得不认同该书关于火星卫星的假说，而对书中列出的数字关系深感兴趣，并与书中的说法取得了共鸣：“人们能够相信是造物主留下了这一空白的说法吗？当然不会。”波得开始相信在火星－木星间隙带上存在着一颗未曾发现的行星，该行星距太阳的距离约为4＋24单位。

1781年3月威廉·赫歇耳（Wilhelm Herschel，1738－1822）发现天王星。^[3]天王星的距离正好落在4＋192＝196个单位上。新行星的发现大大激起了寻找“火星－木星间隙”行星的热潮。后来波得取日地距离为1 000单位，这样水星到太阳的距离为397单位，水星与金星之间的间距为293单位，并以此改写了提丢斯定则。

表7.1　提丢斯—波得定则

天王星轨道半径完全符合前述数列。德国天文学家察奇（Franz Xaver von Zach，1754－1832）对此数列完全信服了。1787年他对火星－木星间隙带做了搜索，试图在那里找到一颗行星，结果一无所获。1799年察奇与德国同行们商量希望能组织起来对该问题进行联合探索。1800年9月21日察奇和其他几位天文学家决定组成一支包括24名“天空警察”在内的观测队，每人负责黄道带上的一个区域，搜寻新天体。

西西里岛巴勒莫的皮亚齐（Giuseppe Piazzi，1746－1826）的天文台位于欧洲最南端，他不知道自己已经被选定成为一位“天空警察”。皮亚齐立志编制一份精确的恒星星表，精度要远高于前代同类工作，为此他委托伦敦的著名仪器制造商拉姆斯登设计制造了一架巧妙精致的仪器。

图7.9　皮亚齐肖像

1801年元旦，皮亚齐像往常一样继续为他的星表而工作。他测量了拉卡伊黄道恒星表中编号为87的那颗恒星的位置，并利用这一机会测量了其前的那颗八等星。第二天晚上他再次对那颗八等星做了测量。让他吃惊的是，他发现这颗星好像移动了。在随后的几天里，他对该星的继续观测证明，它确实移动了。因此，它是太阳系的一员，不是恒星。

皮亚齐很快就确定这是一颗新的行星，并把这颗星叫做谷神星（Ceres），以此表示对西西里的保护女神谷神的敬意。德国数学家高斯使用他新发明的“最小二乘法”计算出了这颗新行星的轨道，确定它到太阳的平均距离为2.77天文单位，与提丢斯的2.8和波得的2.731非常接近。

一开始人们认为谷神星就像天王星一样毫无疑问是颗大行星。但威廉·赫歇尔却惊讶地发现，即使用他的高倍望远镜，也很难看到它的行星光斑。他觉得这颗星甚至比我们的月球还要小。^[4]更糟糕的是，到了3月德国天文学家奥伯斯（Heinrich W.M.Olbers，1758－1840）发现了另一个移动着的天体，他把它叫做智神星（Pallas）。赫歇尔对智神星的直径也做了测量，认为它小于111英里。显然，谷神星和智神星没有资格叫做行星。

为了用合适的术语对新发现的这类天体加以描述，赫歇尔提议把它们叫做小行星（asteriod）。为了挽救那个数列，奥伯斯猜测说这两颗小行星是曾经占据在该间隙的那颗大行星的碎片。

那么应该还有别的碎片。果然，1804年德国天文学家卡尔·哈丁（Karl Harding，1765－1834）发现了婚神星（Juno，247千米），1807年奥伯斯又发现了灶神星（Vesta，538千米）。灶神星发现之后很长一段时间里人们没有再找到新的小行星，天文学家们很快就厌倦了这种搜寻。后来德国一位退休邮政局长亨克（Karl Hencke，1793－1866）唤起了人们对搜寻小行星的兴趣。亨克于1830年开始搜寻，默默工作了15年，于1845年发现了第五颗小行星义神星（Astraea，117千米），1847年又发现了第六颗小行星韶神星（Hebe，186千米）。到1891年，总共找到了300多颗小行星。能够发现这么多小行星，主要得益于照相术的应用。

如果小行星真的是一颗行星爆炸所形成的碎片的话，那么（至少在一开始）它们的轨道应该交汇于爆炸处及在太阳的对侧处。但是随着越来越多的小行星被发现，人们认识到实际情况远非如此。事实上现在人们知道，只有很少一部分小行星直径超过250千米，所有小行星的质量加起来也远不及月球，更不要说与行星相比了。