小人物“揪”出大行星

据说牛顿受到一个击中他头部的苹果的启发，当他发现万有引力定律时，科学界震惊了。全世界的科学爱好者都很忙。有些人想尽一切办法来证明万有引力定律的合理性，有些人把它用于科学研究，甚至一些不知名的大学生也加入进来...

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“亲爱的埃莉先生，我写这封信有两个目的:首先，我同意你的观点，天王星的实际轨道与重力计算的轨道不一致，因为它受到未知行星重力的影响；其次，基于万有引力定律，通过“逆扰动”的推测，我发现了一颗围绕天王星外的太阳运行的未知行星。我希望你们的站能根据我提供的结果来搜寻这颗未知的星球……”1845年9月的一天，在英国格林威治天文台台长办公室里，当时台长伊莱撕开了一封信。信封上显示的寄信人是剑桥大学天文学教授查里斯。

埃莉主任看了信，发现收信人是“亚当斯”。他看上去很不屑，自言自语道:“这个亚当斯真的不可靠。他甚至没有写下计算过程。为什么我要安排人力去搜寻未知的行星？我给了他天王星观测数据！”

亚当斯是剑桥大学的学生，曾写信给埃莉主任。在公元1841年，他偶然读到了伊莱主任的报告，报告说科学界没有必要怀疑万有引力定律的正确性。现在需要的是找到影响天王星轨迹的行星。亚当斯暗暗下定决心要解决这个难题。公元1843年，他毕业后留在大学教书。通过他的同事查里斯，他要求伊莱主任参考格林威治天文台天王星观测数据。得到这些数据后，亚当斯潜心研究了两年，最终通过“逆摄动”推导出未知行星的轨迹。兴奋之余，他写了一封信，要求查里斯把它交给导演伊莱。

约翰·柯西·亚当斯(网络图)

亚当斯信中提到的“逆扰动”是针对“扰动”的。天文学上的“微扰”是指根据万有引力定律，通过知道大行星的轨道来计算对附近行星的干扰。“逆扰动”是指通过已知大行星遭受的“扰动”来计算未知行星的轨道。当时，世界上很少有科学家能够正确地进行“逆扰动”计算。这就是埃莉导演认为亚当斯不可靠的真正原因。

尽管导演伊莱认为亚当斯只是一个小人物，但出于礼貌，他还是给查里斯写了一封简单的信，希望能见到亚当斯，当面询问一下情况。

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收到回复后，亚当斯做了精心准备，并于10月下旬两次拜访了伊莱主任。不幸的是，伊莱主任正在开会和出差。无奈之下，亚当斯留下了一张纸条，上面有计算结果:未知行星和太阳之间的平均距离是28个天文单位(一个天文单位是地球和太阳之间的平均距离)；1845年10月1日，它在黄河上的位置是323度34分钟(注2)。

天球模拟图，其中东西向曲线为黄静(来源:科普博客)

埃莉主任回到办公室，收到亚当斯的便条后非常生气，因为便条上没有他想要的计算过程。所以他起草了一封信给查理斯，要求亚当斯进行计算。不幸的是，出于各种原因，亚当斯没有回答。这件事被搁置了。幸运的是，埃莉主任没有扔掉纸条，而是把它放进了信封。这张纸条至今仍被保存着，并已成为天文学史上一件珍贵的文物。

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当亚当斯第一次未能拜访埃莉主任时，一个在离英国不远的法国巴黎的鲜为人知的人，刚刚发表了一篇关于未知行星对天王星的“扰动”影响的论文。这个人是巴黎理工学院的教授，他的名字叫李维。在他的论文中，他计算了土星和木星对天王星的“扰动”影响，并明确表示这两颗主要行星都不足以解释天王星的轨道偏离。

约瑟夫·李维肖像(网络地图)

鉴于这篇论文影响不大，李维在1846年6月发表了另一篇论文，他在论文中估计了未知行星的大致位置。命运给了导演伊莱第二次机会在世界上成名。因为他有幸阅读了李维的论文。与亚当斯去年的信有关，埃莉主任认为有必要在天空中寻找这颗未知的星球。考虑到他的视力不好和天文研究的不便，他委托查里斯在剑桥天文台进行秘密观察。查里斯根据亚当斯的结果进行观察，但一无所获，选择了放弃。

与此同时，李维发表了第三篇论文，该论文不仅预测了未知行星的质量、亮度和更精确的位置，还强烈呼吁天文学家据此找到它。不幸的是，没有人注意到。情急之下，李维想起了一位德国天文台助理加勒见过几次面(注4)。所以他给加勒写了一封信。这封信直截了当地说，太阳系第八大行星将于近期在黄河325度区被发现。你应该密切注意观察等等。

9月23日晚，收到这封信的加勒亲自用天文望远镜进行了观察，而助手德拉斯特则在一旁查看地图。“有一颗亮度为8等的恒星，位于黄河的325度90分支处，距离太阳约21个天文单位。”大约两个小时后，加勒在望远镜下说道。“那颗星不在地图上！”德拉斯特喊道。所以加勒让他的助手亲自观察和检查地图。在接下来的两个晚上，他们继续观察并确认了前一天的观察结果。加勒在报告中详细记录了观察过程，并向李维发送了一份报告副本。

加勒肖像(网络图)

李维很喜欢这封信，他立即复制了这封信并发送给了一些天文学家，包括导演伊莱。在信中，他给新发现的巨大行星海王星命名。

收到这封信的伊莱主任感到震惊，并立即深感遗憾。他翻出亚当斯留下的便条，并与李维的报告进行了比较。他发现亚当斯的计算结果与实际位置几乎一致。

李维和亚当斯计算的海王星轨道比较(网络图)

"我错过了先发现海王星的机会！"失望之下，伊莱主任将一份通知和相关接收记录的副本送到了法国科学院。后来，法国科学院回信问道，既然你是第一个发现它的，你为什么不把它作为论文发表或者把信息公之于众？后来，海王星的发现在英国和法国引起了反响。国际舆论最终迫使李维接受亚当斯为海王星的共同发现者。

作为题外话，海王星的发现是科学界在应用万有引力定律方面最辉煌的胜利。经过不懈的努力，为这场胜利做出贡献的两个小人物最终成长为世界闻名的人物:亚当斯于1851年当选为皇家天文学会主席，1861年当选为剑桥天文台台长；李维在1868年和1876年获得了皇家天文学会金质奖章。它的名字刻在埃菲尔铁塔上，受到全世界的赞美。

太阳系八大行星(网络图)

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[评论]

注1:英国天文学家约翰·柯西·亚当斯(1819.6.1892.1.21)是圣安德鲁斯大学和剑桥大学的教授。精通数学和天体力学。与此同时，卢耶用数学方法计算了当时尚未发现的海王星的位置，并研究了地球磁场和狮子座流星群的轨道。

注2:黄经，太阳或天球的经度。正如地理学家用经度和纬度来标记地球的位置一样，天文学家用黄经和纬度来标记天球的位置。在天文学和其他领域，天球是一个假想的旋转球体，理论上有无限的半径，并与地球同心。

注3:奥本·尚·约瑟夫·勒维耶(1811.3.11877.9.23)，数学家和天文学家。由于海王星轨道的计算，柏林天文台的德国天文学家加勒观测到了海王星。海王星的一个环以李维的名字命名。

注4:加勒(1812.6.9 ~ 1910)，德国天文学家。他于1830年进入柏林大学学习天文学。他于1845年获得博士学位。他是柏林天文台的主任和罗礼贤大学的天文学教授。主要的成就是海王星首次在地面被观测到，并被证明是一颗新行星。

注5:恒星的亮度，即星等，被人们分为6个等级。每差1，亮度差为2.512倍。恒星当量越小，恒星就越亮。比6颗恒星暗的恒星，如7和8，需要天文望远镜才能看到。太阳是一颗-26.7的恒星。

[参考]

1.年军的论文《海王星的发现》。

2.论文“海王星的发现”，作者王嵎生。

3.科学史上的著名公案——谁是海王星的真正发现者，方，飞碟探索(2009.01)。