2897三国接力，海洋之星

三国接力，海洋之星(序) 讲一个科学故事，天文学的故事。别以为科学故事就不好听，除了没有美女爱情，这个真实发生的历史故事，辗转反复、惊心动魄，一点不输那些大剧作家们。(一) 出轨的天王星故事从天文星开始。人类自古认为，天上的行星只有五颗，金木水火土，一直被认为是永恒不变的真理。200多年前，一位英国业余天文学家，靠着自己制造的全世界最顶尖的望远镜，发现了太阳系的第七颗行星，被命名为“天王星”。插一个小问题，金木水火土五颗行星，天王星是第七颗，那么第六颗是哪个呢。下面这两段稍有点晦涩，不过建议你还是硬着头皮听听。天文学家很快发现，这颗新行星是个捣蛋鬼，运行轨道和用万有引力定理计算出来的结果，总是有明显的差距。这里有一个方法论的问题，我们是把这个神秘现象完全归诸于神秘，就此不管了呢，换句话说，就是把自然世界的解释方法，分为科学段和神秘段，科学能解释的归科学，解释不了的归神秘；还是用某种偶然发生的现象予以解释，比如假设是大彗星把天王星给撞歪了。科学家是科学家，他们一定要遵循科学的思想、科学的方法，无论如何不会把问题交给未知神明，也不愿意接受零散的不成体系的解释方法。他们一定要找到一个合乎科学、合乎我们已经建立的科学体系的圆满解释。既然万有引力定律已经完满地计算出所有其他行星的轨道，那么，天王星就绝对不应该是例外。换句话说，一定有什么力量，让天王星偏离了它应该在的轨道，那个力量不会是神秘，也不应该是偶然，而是一个确实存在的、只是暂时不为我们所知的东西。那个东西是什么呢，对，你这位朋友说的对，剧透了，是海王星。对于科学家的坚持，对于人类的执着，自然界给了我们最大限度的满足和回报。那就是海王星的伟大发现。我们今天要讲的，就是这个发现的故事。经过横跨三个国家的接力，科学家们创造了人类天文学历史上的一个奇迹。(二) 英国部分第一个主人公，是个英国小伙儿。故事里的人名我记不全，都用代号，就把第一个主人公叫英国小伙儿吧。英国小伙儿从剑桥大学毕业后，对天文学、尤其是天王星的出轨，特别感兴趣。他有一个奇特的想法，天王星总是不停地出轨，一定是有一颗我们尚不知道的行星，在某个地方吸引着天王星。如果我们通过计算，也许能算出那颗神秘行星来。必须强调一下，英国小伙儿的这个想法，是非常伟大的。人类还从来没有算出某个新的星星的经历，这太神奇了。为了计算，英国小伙儿向英国天文学界的老大和老二求助，得到了天王星的历史观测数据。说明一下，老大和老二是我瞎封的代号，他们的真实身份是格林威治天文台和剑桥天文台的台长，虽然并不是真正的英国天文学圈子里的老大和老二，但也都是绝对的大佬。这两位在我们的故事中，都是最重要的配角。英国小伙儿得到天文学资料后，开始了自己的计算。那个计算绝对是巨大、繁琐、累死人的，至于怎么个巨大、繁琐、累死人，咱们就不管了。反正他是算了老几年，头发不知道掉了多少，还有哈雷彗星、高斯算法等等咱们都不懂的乱七八糟东西，最后总算有了个初步的结果，赶紧拿给那个老大看。从这个时候，我们的故事开始了颠簸反复。要说这个英国小伙儿的命，实在是背，那时也没有手机可以提前联系约定，他去伦敦找老大找了三次，都赶上老大出差不在。万般无奈，他把计算结果给老大留下，自己回家继续深入计算去了。(三) 法国部分现在，轮到我们的第二个主人公出场，一个法国小伙儿。这个法国小伙儿，也对天王星出轨特别感兴趣，也判定原因是一个未知的行星，也下定决心一定要把它给算出来。跟英国小伙儿一样，法国小伙儿为计算不知道掉了多少头发。跟英国小伙儿不一样，他公开发表了自己的计算，引起一阵不小的轰动。各国天文学大佬们都知道了，有个法国小伙儿不简单，算出一个新的星星来。这事很快传到英国老大耳朵里，老大看着法国小伙儿的计算结果，眼熟啊，赶紧翻出英国小伙儿的计算结果，乖乖，差不多一样。要知道，一个人猜测和计算的结果，很有可能是错误的，但两个完全陌生的科学家，计算出来的结果几乎一样，这事就有点玄了。老大这次真当回事情了，赶忙开始行动，给老二写信，让他赶紧按照英国小伙儿和法国小伙儿的计算结果，在天上找找，看能不能找到那颗他们预言的新行星。英国小伙儿、英国老大和老二，都是剑桥的毕业生，这是历史多大的眷顾啊，眼看一出最完美的剑桥天文奇迹就要诞生。但是，唉，故事里总是要有但是，但是，事情到了这里，又变得好事多磨，那个英国老二，和一开始的老大一样，也没太把这件事当回事。因为是老大的吩咐，又拖了好多天，才慢吞吞地开始搜索。到这里，我们故事里戏剧性的一幕拉开。老二搜索的某一天，查了几十个数据，觉得肯定没什么可看的了，就把那天剩下的数据，统统扔到了资料堆里，以后也再没检查。等到别人发现了海王星后，人们反过头来看他的工作，才发现如果那天他再坚持一下，多查几个数据，一颗蓝色的美丽星星，就在那儿等着他发现呢。到这里，我们故事的英国部分就结束了。那个美丽的剑桥天文奇迹，就这么被老二活生生地断送。英国人后来怎么痛骂老二，那是后话，咱们先讲故事，看看接下来发生了什么。(四) 德国部分现在的主动权，交到了法国小伙儿手里。可惜啊，我们故事的英国部分结束后，法国部分也完了。为啥呢，法国小伙儿不是已经计算出结果了么，别人在天上按图索骥，找到那个新行星不就完了么。事情没这么简单。英国法国小伙儿算出新行星应该在的方位后，要想确认，需要天文台用望远镜仔细地、系统地搜寻那片星空，这必然要占用很多观测时间。而那个年代，所有国家的天文台都占得很满，大家都按既定计划，观测记录天上天体的运行。那些大牌天文学家们，虽然都觉得法国小伙儿的计算不错，但和英国的老二差不多，不大情愿为这个看上去很有点花哨的点子，真正牺牲自己宝贵的观测资源。法国小伙儿出了点名气，但到处碰壁，无奈只好四处找人托关系，看有没有人愿意帮他在天上找一找。熟人找完找生人，最后找到了一个疏远朋友。就这样，我们的故事进入新的篇章，德国部分。新行星的发现，也终于迎来了突破，找到一个真正愿意在天上找它的人。第三位主人公，是柏林天文台的一个德国小伙儿。多说一句，那个时候德国还没成立，准确说应该是普鲁士小伙儿。他和法国小伙儿其实只有一面之交，但被法国小伙儿的预言深深吸引。更妙的是，德国小伙儿接到法国小伙儿求助信的当天，正赶上柏林天文台台长过生日，所有同事到台长家开party，那天晚上望远镜闲着。德国小伙儿找到台长软磨硬泡，说我不开您party了，去找新行星去。台长磨不过他，说好吧给你一晚上，就一晚上啊。德国小伙儿拔腿就跑，旁边一位天文台的学生听到了他和台长的话，说你带上我吧。俩小伙儿赶到天文台，抓紧时间在法国小伙儿指定的天空区域观测。眼看时间流逝，那个学生临时想起一个新点子，用以前绘制的星图，对比望远镜里的星星位置。这比现场记录下所有星星的位置，当然要快多了。德国小伙儿一听有道理，再一想真绝，最新的一套星图，就在台长办公室抽屉里呢。(五) 伟大的发现拿来星图后，德国小伙儿看望远镜，那个学生在星图上排查，这下搜寻得快多了。——4号位置。——有。——5号位置。——有。——6号位置。——嗯？6号？等等……。哦，6号位置，有。——7号位置。——有。——8号位置……，怎么了？8号位置。——那颗星星不在星图上！俩小伙儿激动得不得了，赶紧赶回台长家汇报。台长一听买糕的，party不开了，你们俩跟我上山。三人一直观测到天亮，新星星的位置和移动幅度，跟法国小伙儿的计算结果完全吻合。毫无疑问，他们发现了法国小伙儿预言的新行星。一个天体力学的神话就此诞生。为什么说是神话呢，人类老早就预言过日食、月食和彗星等，但像法国小伙儿这样，通过间接计算，精密推算出一颗几十亿公里之外、没有任何观测数据的未知大行星的轨道，实是前所未有的壮举。那颗新行星被命名为海王星，那个预言海王星的法国小伙儿，更是就此一夜成名，成为各界名流和普通百姓都竞相一睹尊荣的大明星。消息传来，英国天文学界不干了。发现海王星本来应该是英国人的荣耀，却被老大老二、主要是老二的愚蠢给葬送了。老二作为一个职业科学家、帝国天文学界的大佬，犯下这么大的低级愚蠢错误，就算没有身败名裂，也是永垂不朽了。消息传回欧洲大陆，法国人也不干了。什么，有个英国小伙儿抢在我们法国小伙儿前面，先发现的海王星？这不是胡扯么。因为海王星的发现权，英国天文学界和法国天文学界，打了很长一段时间嘴仗，民众为此费的唾沫快赶上萨德了。好在这是一个科学故事，最终得到了科学的解决。英国小伙儿的发现，后来得到了法国人的承认。最终留在历史上的，是英国人和法国人分别计算出了海王星，由德国人予以证实。(终) 人类的英雄那两位发现海王星的德国小伙儿，都把他们的名字，刻在了人类天文学历史上。而那位英国小伙儿和法国小伙儿，更成为人类英雄，之后各自成为英国和法国的天文学老大，彼此保持了一辈子的交情。英国小伙儿后来当上了剑桥天文台台长，法国小伙儿的名字则和法国最优秀的科学家们一起，被永久刻在了埃菲尔铁塔上。------- 这是分界线，故事还没完 --------前面的故事讲得太文艺，有些具体场景是作者想象的。但跟牛顿假苹果、伽利略假比萨不一样，整个故事的人物和情节，全部是可以查证的历史史实。下面换个角度，规规矩矩重讲一遍。 (序) 出轨的天王星人类自古认为，天上的行星只有五颗，加上地球，太阳系六个行星，一直被认为是永恒不变的真理。1781年3月13日，一座英国小镇的一位业余天文学家赫歇耳，凭借他亲手制造的当时全世界最顶尖的观测设备，以及常人难以企及的细心和热忱，在周密而系统的巡天观测中，发现了一颗新的星星。经由欧洲最杰出的天文学家观察、最伟大的数学家计算，在围绕太阳系外侧近圆形轨道上运行的这个巨大天体，是一颗新的行星，被命名为“天王星”。但天文学家很快发现，新行星是个调皮家伙，它的运行轨道，总是不符合万有引力定律，让天文学家们束手无策。科学家们无论如何不会将其归咎于未知神明，即便是彗星碰撞这样的偶然的、零散的解释也不愿接受，也不相信万有引力定律本身出了问题。他们一定要找到一个合乎理性、合乎我们业已建立的科学体系的圆满解释。而最终，自然界也最大限度地满足和回报了人类长达65年的执着。那就是海王星的伟大发现。(一) 哈雷彗星开的头1835年哈雷彗星每76年的回归，比预期晚了一天，天文学家盯住细小偏差，假设哈雷彗星的晚点，有可能是受一颗天王星轨道之外新行星的引力干扰所致。这颗未知行星，有可能也是致使天王星屡屡出轨的幕后元凶。新行星的判定只能通过纯粹数学计算来实现，这是人类天文史上从未有过的事。计算要求既有丰富的天体力学知识，又有高超的计算能力，应对繁重计算还要有过人的毅力、耐心和细致。(二) 第一次计算：英国人主人公出场。1843年，24岁的英国天文学家亚当斯从剑桥大学毕业，开始计算新行星。他向剑桥天文台台长查利斯和格林威治天文台台长艾里求助，得到了历史观测数据。亚当斯以惊人的专注和毅力，进行这件令人望而生畏的计算工作。1845年9月，计算终于有了结果，天王星的历史纪录与观测数据第一次吻合。亚当斯没有望远镜，求助查利斯进行实际观测确认，但查利斯只写了封给艾里的推荐信。历史阴差阳错，亚当斯三次到格林威治天文台的拜访和后来与艾里的通信，竟然都失之交臂。他失去耐心返回剑桥进一步改进计算，把寻求观测支持的事搁到了一旁。(三) 第二次计算：法国人第二位主人公出场。1846年5月，35岁的法国天文学家勒维耶，对太阳系天体运动做了近乎地毯式的研究后，通过繁复的计算、对比和排除，也预言了新行星。他的计算结果与亚当斯的相当接近，英吉利海峡两边两位数学高手的智慧之剑，不约而同地指向了同一个天区。与亚当斯不同，勒维耶公开发表了他的计算，引起一定关注。与亚当斯相同，之后他也把寻求观测支持的事搁到一边，投入到新一轮精密计算中。(四) 不可思议的失误：英国人如此复杂的两个孤立计算，结果却殊途同归，可信度远高于一个。这让艾里很震惊，他终于采取了行动。亚当斯、剑桥天文台前任台长艾里和现任台长查利斯都是剑桥毕业生，让剑桥天文台成为新行星的发现地，无疑是一出最完美的“剑桥天文故事”。艾里两次写信，但正赶上查利斯度假，后者返回后又拖了10天，才正式展开搜索行动。1846年8月的一天，查利斯对比了三十九组数据后，觉得不会有什么收获，提前终止了当天工作。这个查利斯一生最大的遗憾，彻底葬送了艾里的剑桥天文梦，只要多对比十组数据，他就会发现一颗蓝色的8等星。(五) 完成计算：英国和法国人1846年8月底，勒维耶完成了新一轮计算，整个计算用的稿纸量超过10000页。他按正常公开的学术渠道发表了计算，并得到了媒体的宣传。勒维耶开始尽其所能劝说天文学家展开搜索，但各天文台虽表示极大兴趣和高度赞许，由于搜寻工作的难度和制度死板，都未进行实际观测操作。比勒维耶只晚了几天，亚当斯也完成了新计算，却仍继续一再碰壁的私下交流。人背运喝凉水都塞牙，亚当斯的信件，正赶上艾里出远门，等他赶到英国科学进步协会，天文方面的会议已结束。亚当斯只能郁闷地再次埋首于第三轮轨道计算。海王星的英国和法国部分，到此结束，该德国人出场了。(六) 发现海王星：德国人第三位主人公，是柏林天文台的天文学家伽勒。沮丧的勒维耶找到伽勒帮忙，两人关系疏远，但伽勒被勒维耶的名声和预言深深吸引。更妙的是求助信的抵达时间，1846年9月23日正赶上伽勒同事们在台长恩克家庆祝台长的55岁生日，当天望远镜空闲。伽勒软磨硬泡下，恩克终于答应一个晚上的观测时间。拿到尚方宝剑的伽勒拔腿就走，柏林天文台学生达雷斯特碰巧听到他与恩克的话，请求参加。眼看时间流逝，达雷斯特提议新方法，用之前绘制的星图，对比观测中的天体位置。柏林天文台恰好刚编过一份详尽星图，此刻就在恩克抽屉里。伽勒一个个报出望远镜中看到的天体位置，达雷斯特在星图上一一寻找排除，半个小时后，当伽勒报到一颗视星等为8等、与勒维耶预言位置相差不到1°的暗淡天体时，达雷斯特喊了起来：那颗星星不在星图上！激动不已的伽勒和达雷斯特赶回恩克家，恩克立即中断生日派对，三人一直观测到黎明。新天体的位置和移动的幅度与勒维耶的计算完全吻合，毫无疑问，他们发现了勒维耶预言的新行星。一个天体力学的神话就此缔造。(七) 皆大欢喜：英法德海王星的发现在科学界引起极大轰动，被视为天体力学最辉煌成就。勒维耶一夜之间名动天下，达到荣耀顶点。与海王星的失之交臂，在英国天文学界引起极大震动。亚当斯的消息，又激怒了整个法国天文界和民众，他们认为是英国方面蓄意捏造事实抢夺荣誉。轩然大波严重破坏了英国天文学界的和谐，也极大地伤害了法国人民的感情。无论学术地位还是实际作用，艾里在整个英国版的故事中都处于中枢地位。他后来解释，失误在自始至终未对亚当斯工作足够重视。而查利斯的疏失对于一位职业天文学家堪称丑闻，更别说身兼天文台台长，比对观测数据如此草率，连英国同行都嗤之以鼻。后来有评论者尖刻嘲讽：查利斯是不朽的——因为他的失败。唯一保持低调的当事人是亚当斯本人，他虽然很沮丧，但毕竟没有循正式途径发表自己的计算。亚当斯没有参与优先权之争，并最早在直接观测数据之上完成海王星轨道计算，得到了英国同行的普遍嘉许。令人欣慰的是，这场轩然大波短短几个月后就在学术界平息。小赫歇耳、艾里和英国皇家学会显示出非比寻常的泱泱气度，亚当斯的论文也让法国学术界最终承认了他的才华，很多人认为他的数学方法比勒维耶更优美。1847年6月，亚当斯和勒维耶在一次会议上首度相遇，开始了终生友谊。(终) 最外一颗大行星：太阳系2006年8月24日，第26届国际天文联合会正式将冥王星划为矮行星，结束了“九大行星”的历史，海王星成为太阳系最晚发现、最外侧的一颗大行星。旅行者2号1989年8月25日拍摄的海王星，多美丽啊。未来有一天，外星人造访太阳系时，第一个大站就是这颗蔚蓝色的海洋之心，他们看到的将是：附：这个故事出自《寻找太阳系的疆界》，原文很长，链接：http://www.changhai.org/articles/science/astronomy/outer_planets/index.php，作者卢昌海，一位年轻的留洋海外学者。