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火星对应于n=2,rn=1.6(观测值为1.5);
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木星对应于n=4,rn=5.2(观测值为5.2);
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土星对应于n=5,rn=10.0(观测值为9.5)。
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德国天文学家 提丢斯(1729-1796)
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这个经验法则除了对火星和土星有5%~7%的偏差外,对其他几个行星都很准确〔1〕。提丢斯将这一结果加注在了自己1766年翻译的瑞士博物学家波涅特(Charles Bonnet)的著作《自然的沉思》中,但在加注时未曾标明自己的名字〔2〕。
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提丢斯匿名加注的这些结果起初并未引起人们注意。但6年后的1772年,德国天文学家波德,即我们在第3章中提到的那位后来在天王星的命名竞赛中胜出的波德,在为自己的热门著作《星空知识指南》准备新版时,注意到了提丢斯加注在《自然的沉思》中的经验法则。他立刻被这一法则所吸引,将之添加到了自己的著作中。但很不应该的是,波德在添加这些内容时完全没有提及波涅特或提丢斯的名字。不提提丢斯倒也罢了,因为提丢斯在加注那些内容时是匿名的,可是连波涅特的名字也不提,波德在这件事情上是有显著的剽窃之嫌的。
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波德的《星空知识指南》在当时受到热烈欢迎,加上波德本人此后几年的积极宣传,在客观上大力传播了提丢斯的经验法则,使波德这位不太光彩的“热心人”成了这一传播的最大受益者,这个经验法则很快就被张冠李戴成了“波德定则”。9年之后,天王星的发现给了波德定则一个极大的支持,天王星的轨道半径与波德定则有着极好的吻合,误差只有2%(请读者自行查验)。这一点使得许多原本认为波德定则纯系巧合的天文学家深受震动,也使波德定则成为后来几十年间天文学家们寻找新行星的重要向导。随着波德定则重要性的提升,历史的真相也开始得到了显现。1784年,在“借用”提丢斯的结果整整12年之后,波德终于承认了提丢斯的贡献。但那时生米早已煮成熟饭,波德的名字与提丢斯的定则已变得难舍难分,后世的天文学家们往往折中地将这一定则称为提丢斯-波德定则。
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德国天文学家波德
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现在让我们回到寻找新行星的宏伟大业上来。细心的读者或许已经从前面列举的行星轨道数据中看出了一个问题,那就是火星和木星这两个相邻行星的轨道在提丢斯-波德定则中分别对应于n=2和n=4,中间在距太阳2.8天文单位的地方缺了一个n=3。大自然怎么会在火星和木星之间留下如此显著的一个空缺呢?这个问题提丢斯在提出他的定则时就注意到了。这个奇怪的空缺似乎是在虚席以待一颗尚未露面的新行星,但当时天王星尚未被发现,太阳系六大行星的观念还根深蒂固,提丢斯未敢在太岁头上动土,于是他猜测那里可能存在一颗火星或木星的卫星〔3〕。这个猜测很大胆,但也很荒唐,且不说如此远离行星的“卫星”能否稳定地存在,即便真有那样的卫星,又如何能用来填补属于行星轨道的空缺呢?这不成了“指鹿为马”吗?更何况卫星的轨道是以行星为中心的,它与太阳的平均距离与相应的行星与太阳的平均距离相差无几,从数值上讲也根本不可能对应于n=3的空缺。波德对这个空缺也很着迷,不过他在这点上比提丢斯略胜一筹,在“借用”提丢斯的结果时,他果断地将提丢斯那破绽百出的卫星猜测改成了行星猜测。
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那颗星星不在星图上:寻找太阳系的疆界 显然,如果提丢斯-波德定则可以信赖,那么寻找新行星的首选战场就应该是火星与木星之间距太阳2.8天文单位的这一神秘空缺。相对于遥远的外行星,这一空缺距离地球可算是近在咫尺,观测起来也相对容易许多。于是天文学家们纷纷将目光汇聚到了那里。
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在那里,他们将会发现什么呢?
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〔1〕当然,这里采用的是现代的表述方式,提丢斯本人的表述是这样的:“将太阳到土星的距离分成100份,那么水星与太阳被4个这样的部分所分隔;金星被4+3=7个这样的部分所分隔;地球被4+6=10;火星被4+12=16;……所分隔。”
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〔2〕直到1772年再版后,提丢斯才用一个字母“T”(他的姓氏首字母)标明自己所注的内容。而到了1783年,不知是否是出于对波德“借用”其成果的不满,他又过分慷慨地将自己发现的这一经验规律归功给了德国哲学家沃夫(Christian von Wolff),其实沃夫只是曾经列出过行星轨道半径的相对大小,并未提出或暗示过任何经验规律。
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〔3〕提丢斯虽然未敢在太岁头上动土,不过比提丢斯更大胆的人也是有的。事实上,早在16世纪末,开普勒就曾猜测过火星与木星之间存在着行星(他还猜测水星与金星之间也存在行星)。在提丢斯之前大约5年,德国哲学家兰伯特(Johann Heinrich Lambert)也曾猜测过火星与木星之间有行星。
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那颗星星不在星图上:寻找太阳系的疆界 6 失而复得
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