失踪的行星

对于伦敦西边不远处的小镇巴恩的居民来说，威廉·赫歇尔（Herschel,1738年～1822年）是一个很牛的人物。他白天是小镇乐队的指挥，到了晚上就摇身一变，成为一位神秘的“占星家”。在小镇人的眼里，赫歇尔有点疯狂，他倾尽家产建造了一架硕大无比的望远镜，足足有7.8米之高，粗得像一尊大炮，是小镇的一大景观。

图11-1　赫歇尔的大炮望远镜

每天晚上，他和妹妹俩人就着了魔似的用这尊“大炮”对着天空看，也不知道怎么有这么好看。1781年3月31日晚上，晴朗无云，赫歇尔在“大炮”下痴迷地观测着。突然，他很开心地叫了起来：“卡罗琳，我发现了一颗彗星，请帮我记录：双子座方向，视星等6等，暗绿色，观测时间一周，移动幅度1角秒，初步判断为彗星。”第二天，赫歇尔把他的这个发现通报给了英国天文学会。于是，更多的天文学家和爱好者们把望远镜对准了双子座的这颗“彗星”，过了没多久，在天文学界的群策群力下，人们开始意识到，这根本不是一颗彗星，而是一颗新的行星。接着，它的距离被计算出来：19.2 AU，整个欧洲的天文学界都轰动了，因为太阳系的疆界一下子大了一倍多。这就是天王星，太阳系的第六颗行星，其实它是一颗肉眼可见的行星，虽然很暗，但是以第谷的眼力，是绝对能看见的。伽利略也看见过它（后人在伽利略的手稿中发现他曾经把天王星误当作是木星的卫星），只是由于天王星的公转周期长达84年，因此肉眼很容易把它当作一颗恒星来对待。天王星横空出世后，很快就成为天文界的新宠，大家争相对它进行观测，精密测定它的轨道。在那个时候，牛顿开创的天体力学已经日臻成熟，人们已经能用数学的方法精确地预测天王星的运行轨道了。然而，让天文学家们大吃一惊的是，天王星实际运行轨道与计算出来的轨道总是有偏差。天王星不像其他五个兄弟那般循规蹈矩，它总是“出轨”，人们观测到它的位置总是与计算出来的“应该”在的位置有偏差。有一个叫布瓦尔德的天文学家长期观测天王星，在他的本子上，竟然画出了一个又一个不同的椭圆，把他气得差点儿撕光了记录本。他对一个朋友说：“谁知道是我们粗心呢，还是有一个神秘力量在影响天王星？”几十年过去后，天王星的轨道已经和最初发现时的轨道相差了足足有2角分之多（120角秒）。这种规模的偏差是对天文学家的无情嘲讽，总会有人受不了羞辱而跳出来找到幕后元凶的。

当时人们很困惑，难道万有引力定律在土星外面的宇宙中不成立吗？这不可能，一定有其他原因。人们多数认为，造成这个现象的原因是天王星的外面还有一颗大行星，这颗未知行星的引力导致天王星的运行轨道发生了变化，这种现象在天文学中被称为“摄动”。数学达人们此时有了用武之地，从理论上说，根据现有的观测数据，是可以计算出未知行星的精确位置的，但计算的复杂程度不是一般的高，而且至少需要天王星10年以上的运行数据。在没有计算机的年代，要完成这样的计算，是一个庞大到令人不寒而栗的工程。但人类中总是会有那么几个执着的人，越是困难的挑战就越是能激发他们的斗志。海王星的发现是在天王星发现60多年之后，差不多是两代天文学家了。这个故事相当有看头，我要用很大的篇幅来讲述它。

1846年9月23日，德国柏林天文台台长加勒收到一封陌生人的来信，还是从遥远的法国寄来的，发信人叫做勒维耶（Le Verrier,1811年～1877年）。信中这么写道：尊敬的台长，请在9月23日晚上，将望远镜对准摩羯座δ星之东约5度的地方，你就能找到一颗新的行星，它的圆面直径约3角秒，每天运动69角秒。

加勒大吃一惊，这简直就像是一封上帝寄来的邮件啊！连收到的时间都像是精心设计过。于是加勒和助手们依照这个神启开始了观测，一切都精确得令人难以置信。几天后，加勒向全世界宣布：那颗影响了天王星的未知行星找到了，它被命名为海王星。

一个月后，当加勒站到那个寄信人勒维耶面前时，又大大地吃了一惊——居然是一个30岁出头的年轻人，还带着羞涩腼腆的笑容。加勒冲上去给了他一个拥抱，吓了小伙一大跳。当加勒问他是如何发现海王星时，勒维耶拿出了厚厚一叠稿纸，说：“喏，就是这样啊，我用纸笔计算了好多年。”加勒在看完小伙子的计算稿后不禁大为叹服，一共是33个联立方程组。要把这堆方程组解出来，确实需要超高的智慧，极大的耐心和坚强的毅力。加勒几乎用了一辈子在望远镜中寻找海王星，但一直未果，没想到这个年轻人仅仅用纸笔就战胜了自己的设备和经验，以万有引力定律为核心的天体力学真是威力无穷。海王星的发现再次证明了万有引力定律的正确性。但故事到这里并没有结束。

在英国，皇家天文学会的会长艾里在得知了加勒的发现过程后，悔得肠子都青了，傲慢让他把海王星的发现权拱手让给了法国人。原来，早在一年前，有一个26岁的青年人叫亚当斯，带着他的论文求见了艾里，但是傲慢的艾里没把这个毛头小伙子放在眼里，敷衍了他，论文没怎么仔细看就束之高阁了。现在，艾里想起了这篇论文，马上又把它翻了出来，一看之下真是懊悔不已。原来亚当斯的计算结果与勒维耶几乎一模一样，却在他的眼皮底下被搁置了一年多，哎，这怎么说好呢？不过，勒维耶和加勒倒是非常谦虚，在得知了亚当斯的论文后，他们主动要求把海王星的发现权让给亚当斯，而亚当斯也谦让。最终，天文学界一致决定，让他们仨共享海王星的发现权，皆大欢喜。

海王星距离地球约30AU，公转周期165年，从发现到现在（2016年）刚刚转了一圈多一点点。太阳系的疆域又扩大了一倍。

此时的人类已经认识到，小小的太阳系的尺度与遥远的恒星世界比起来，根本不值一提。在太阳系中，我们还可以用千米或者AU来表示距离，但是，如果用这个单位来表示恒星到我们的距离，那就显得太小了。比如说，离地球最近的恒星半人马座α星，它离我们有多远呢？通过已知的日地距离和测得的半人马座α的周年视差，很容易计算出它离我们的距离是40,681,141,032,097千米或者是271,937AU，这个数字实在是太庞大了，而这还只是离我们最近的恒星。于是，天文学家找到了另外一个更好的单位——光年，也就是光在一年中走过的距离。这个数字是9,460,730,472,581千米（九万四千六百零七亿千米），或者等于61,037AU。用这个单位，那么半人马座α离我们就只有4.3光年了。

4.3光年又是一种什么样的概念呢？让我来帮助你理解一下，我们坐飞机从北京飞到上海，大约需要2小时，飞行时速约1000千米。如果坐这架民航客机飞去半人马座α星，需要多久呢？计算结果是46亿多年，这数字大得有点超过一般人对数量的理解能力了。我再换个说法，人类目前为止发射到宇宙中最快的飞行器之一，是1977年发射的旅行者1号太空探测器（十年前发射的新地平线号目前的速度已经超过了旅行者1号），经过了几次引力助推后，它现在的飞行速度大约是30千米／秒，这个速度是子弹飞行速度的30倍。如果用它从上海飞到北京，只需要不到1分钟，即便飞去月球，也只需要3.5小时。就是这么快的一个飞行器，要飞到半人马座α星，也需要4.3万年。注意，这还仅仅是离我们最近的一颗恒星，如果你在理解了这个距离的遥远程度后大吃一惊的话，那么十九世纪中叶的那些天文学家们，在首次意识到恒星离我们有多遥远时，其吃惊的程度只会比你更大。那时候的人们，还只能用马车或者火车要跑多久来帮助理解，你想想是不是会更吃不消那些庞大无比的天文数字呢？天文学家比普通人更吃惊的是：他们明白那些能测出视差的恒星，只不过是离我们最近的一些恒星，真正遥远的恒星离我们有多远，是一件想想都会让脑子腾云驾雾的事情。人类意识到几千年以来，我们当作整个宇宙的太阳系只不过是宇宙中一粒小小的微尘，外面的世界很大很大。要真正认识宇宙，人类只不过刚刚起步而已。