XLIV：寻找X行星丨启程

知识点I：日心说——从5到6

人类很早就知道天上有5颗行星，几千年来这个数字一直没有变化，直到1543年哥白尼的《天体运行论》出版——日心说中地球降级为行星，因而太阳系行星数量从5变成了6。对此，开普勒还提出多面体行星轨道模型加以解释：6个行星占据着6条圆形轨道，他把轨道看作是6个同心球面的圆周，同时认为球面之间肯定有什么东西进行支撑。开普勒想到了正多面体，因为有且刚好有正四面体、正六面体、正八面体、正十二面体和正二十面体这5种正多面体。虽然很精巧，但是根本经不起推敲，因为这种正圆、正多面体支撑起来的模型无法正确反映真实情况。最后，了不起的开普勒还是通过数学方法找到了行星运动的规律，被后人称之为“天空立法者”。

哥白尼的日心说

开普勒的宇宙模型

知识点II：天王星的发现——从6到7

出生在德国汉诺威一个音乐之家的威廉·赫歇尔同样精通音乐，据说创作有大概三十部左右的作品。19随后他移居到英国，找到一份琴师的好工作，收入不错。后来，因为要研究和声于是学习数学，因为学习数学于是接触到光学，因为接触光学于是痴迷天文。1778年，威廉·赫歇尔在自家小作坊里制作了一台口径6.2英寸的反射望远镜，它的性能竟然全面超越当时享誉全球的格林尼治天文台的望远镜。1781年3月13日晚上10点多，威廉·赫歇尔照例进行巡天，突然在金牛角和双子脚之间的区域中发现一个6等左右的星点，是一个星图上没有的点。他替换目镜将望远镜的放大倍率调至932倍，看清了那个天体的圆面。他宣布自己发现了一颗新的彗星。随后英国皇家天文学会马斯克林率先猜测它可能是个新的行星，几个月后，瑞典的莱克赛尔、法国的萨隆以及拉普拉斯都彼此独立地从数学上证明这个新的天体轨道比土星远1倍。赫歇尔算出其直径为地球的4倍多，至此，天王星被发现。

赫歇尔无心插柳发现了天王星

知识点III：提丢斯-波得定则

1766年，德国人戴维·提丢斯（Johann Daniel Titius）在翻译瑞士博物学家伯涅特一本著作时提到了一串数列0，3，6，12，24，48，96，192，……﹐如果将每个数加上4﹐再除以10﹐就可以近似地得到以天文单位表示的各个行星同太阳的平均距离。当时提丢斯没有做出任何解释。1772年，德国天文学家波得（Johann Elert Bode）做了进一步研究，归纳出一个通式，即太阳系大行星到太阳的距离（或轨道半长径）a符合：a= 0.4 + 0.3×2n-2(天文单位) ，并将这一发现写入自己的著作。9年后，天王星被发现，轨道半长径与提丢斯-波得定则的误差只有2%。这个经验公式名声大噪。不过大家也很快发现了问题，在火星和木星之间n=3的位置没有行星。

 

知识点IV：谷神星的发现——新的天体类别

1801年元旦夜晚，意大利西西里岛上的神父朱塞普·皮亚齐（GiuseppePiazzi）突然从望远镜里发现了一颗非常暗弱的星星，一开始他认为这是一颗彗星，但经过简单测算后发现它的位置刚好位于那个2.8AU的地方。不幸的是，他病倒了，病愈后再想找却踪迹不见。几个月后，数学家高斯挺身而出。据说他改进了计算方法，用了一个多小时就计算出了这个暂时丢失的行星的轨道根数。1801年12月31日夜德国天文爱好者奥伯斯终于在指定区域中找到了这颗行星。这就是1号小行星谷神星。但是天文学家很快就发现谷神星太小了，直径只有950千米，远远比不了几个大行星。随后的几年中，在2.8天文单位附近小行星犹如雨后春笋般地出现。现在我们管这片区域叫小行星带。

谷神星

知识点V：海王星的发现——从7到8

当天文学家把90多年前天王星的历史记录翻出来再计算的时候就发现，与当今的观测数据并不符合。1791年，法国天文学家达兰伯利率先想到了木星和土星的影响。根据他的计算，天王星轨道的偏差得到了一定的修正。然而随着观测记录越来越多，天文学家掌握的轨道又变得不准了，偏差达到了几十角秒。天文学家摆出过许许多多假设，如彗星撞偏说、卫星影响说，甚至一度怀疑牛顿万有引力的准确性。最后，只剩一条可能——在轨道半长径38.8天文单位的地方，可能有个未知行星。

1841年，当时在剑桥大学圣约翰学院深造的亚当斯决定研究天王星的轨道问题。他对天王星轨道进行了初步分析，确信过去计算的轨道已经完全没用，必须接受未知行星的假设。随后，他以半长径为38.8天文单位椭圆轨道进行计算，1845年9月，亚当斯终于得出了第一次结果。然而因为种种原因并与向格林威治天文台建立有效沟通。

法国人勒维耶也是一个数学天才。1840年以来，勒维耶对太阳系天体运动做了近乎地毯式的研究。在修正了过去的一些错误后，他也采用提丢斯-波得定则，把新行星的轨道半径定位38.8天文单位。他先假定圆轨道，并分割成40个区段，注意考察新行星在选定时刻任一区段内对天王星的影响。他花了大半年的时间预言了1847年1月1日所在的位置，与亚当斯的非常接近。勒维耶公开发表了自己的计算。

亚当斯与勒维耶谁先发现海王星？

格林威治天文台台长艾里请剑桥大学天文台查理斯寻找，后者失之交臂。1846年9月勒维耶给柏林天文台台长助理伽勒写了一封信。伽勒向台长恩克争取到一个晚上观测机会，当晚，他与助手达雷斯特在距离勒维耶预言的位置相差不到1°的位置找到一个未在星图上标注的8等略带圆面的星体，大小比勒维耶预言的小了20%。该X行星后来被命名为海王星。