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1700893756 这一退堪称惨败,整整20年没缓过劲来。直到1820年,才有一位叫做波瓦德(Alexis Bouvard)的法国天文学家站出来绝地反击。这20年里天文学家们倒也没闲着,现代数据增加了20年自不用说,手头的历史记录也增添了两项:一项是新发现的弗拉姆斯蒂德在1712-1715年间的观测记录,这项记录很好地填补了弗拉姆斯蒂德1690年的记录与拉莫尼亚1750年的记录之间原本长达60年的数据空白;另一项则是英国天文学家布莱德利(James Bradley)1753年的观测记录。这时天文学家手中的数据早已不再匮乏,不仅不匮乏,反而多到了能噎死人的程度。波瓦德稍加检视,就发现自己面临的局面与30年前菲克斯米尔纳曾经面临过的有着惊人的相似:那就是历史记录与现代数据无论如何也不能匹配。30年前的局面还有木星和土星来解围,30年后的今天还能依靠什么呢?无奈之下,波瓦德只得效仿菲克斯米尔纳的“壮士断腕”。可如今的局面比30年前还要糟糕,连断腕都不够,得断臂——将赫歇耳之前的所有历史记录一笔勾销——才行。就这样,波瓦德靠着“壮士断臂”的悲壮,于1821年计算出了一个新轨道,这个轨道与自赫歇耳以来的新数据勉强吻合。
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1700893758 这样的反击能算是成功吗?恐怕连惨胜都算不上吧?人们还从未在一颗行星的轨道计算上栽过如此多、如此大的跟斗。而且这次付出的代价也实在太大了一点,居然把凝聚了那么多天文学家心血的所有历史记录都丢弃了。即便如此,波瓦德的轨道与某些现代数据的偏差也仍然高达10[角]秒左右,这虽不致命,却也令人疑惑。不过对于自赫歇耳以来的新数据而言,这一轨道毕竟是当时最好的,并且事实上也是唯一一个尚堪使用的轨道,聊胜于无,因此一些天文学家还是勉强接受了它。
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1700893760 光有天文学家的接受是没有用的,关键还得看天王星这位“敌人”是否赏脸。
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1700893762 那么“敌人”的回答是什么呢?
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1700893773 那颗星星不在星图上:寻找太阳系的疆界 〔1〕[角]秒是非常小的角度,等于1度的1/3600,或者圆周(360度)的1/1296000。
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1700893775 〔2〕弗拉姆斯蒂德后来与牛顿闹翻了,此后牛顿利用其至高无上的地位,以种种不甚光彩的手段对弗拉姆斯蒂德进行了打击。
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1700893777 〔3〕在这几年中,天文学家们在人间的日子却过得很不平静,在法国大革命最血腥狂热的1794年,最早计算出天王星圆轨道的萨隆死于断头台。
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1700893783 那颗星星不在星图上:寻找太阳系的疆界 9 众说纷纭
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1700893785 在这个节骨眼上“敌人”倒是很沉得住气,没有立刻表态。但仗打到这个份上,“敌人”的不置可否反倒让天文学家们无所适从,几乎陷入了“窝里斗”。事实上,很多天文学家对波瓦德付出的“断臂”代价耿耿于怀,因为按照波瓦德的轨道,那些被丢弃的历史记录与计算之间的偏差高达几十[角]秒〔1〕。这么大的偏差居然同时出现在这么多彼此独立的观测结果中,难不成留下历史记录的那些天文学家全都在观测天王星的时候喝了酒?这实在是令人难以置信的事情。就连波瓦德本人也不得不承认,造成历史记录与现代数据无法匹配的真正原因有待于后人去发现。
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1700893787 但耿耿于怀也好,难以置信也罢,“敌人”既然没有反对,天文学家们也不便自己拆自己的台,于是有人开始为波瓦德抛弃历史记录的做法寻找可能的解释。其中有一种解释认为天王星曾经被某颗彗星“撞了一下腰”,从而偏离了正常的轨道〔2〕。如果是这样,那么历史记录与现代数据无法匹配就不再是问题了,因为它们描述的分别是碰撞前和碰撞后的轨道,本来就应该彼此不同。由于历史记录一直覆盖到1771年(那是拉莫尼亚的最后一次记录),而现代数据则开始于1781年(那是赫歇耳的第一次观测),因此人们猜测该撞击发生在1771-1781年间。
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1700893789 但是像彗星撞击这样为了特定目的而提出的建立在偶然事件基础上的假设,是科学家们素来不喜欢的。因为人们若是时常用这类假设来解释问题的话,科学就会变成一堆零散假设的杂乱集合,而丧失其系统性。更何况彗星撞击天王星不仅概率实在太小,而且由于彗星的质量与天王星相比简直就是九牛一毛(事实上比九牛一毛还远远不如),即便真的撞上天王星,也万万不可能对后者的轨道产生任何可以察觉的变化。反过来说,倘若真有一个天体可以通过撞击天王星而显著改变其轨道,那么该天体的质量必定极其可观,那样的撞击若果真发生在1771-1781年间,绝对会是一个令人瞩目的天象奇观,又怎可能不留下任何直接的观测记录呢?因此,彗星撞击说从各方面讲都是一个很糟糕的假设。连这样糟糕的假设都被提了出来,天文学家们在天王星问题上的处境之绝望可见一斑。
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1700893791 更糟糕的是,即便在那样的处境下,天王星还是毫不手软地往天文学家们的伤口上撒了一把盐。自1825年起,天王星故伎重演,开始越来越明显地偏离波瓦德的轨道。几年之后,两者的偏差已经达到了令人绝对无法忍受的30[角]秒。
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1700893793 “敌人”那姗姗来迟的回答终于被等到了,可惜却是一个那么残酷的回答。
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1700893795 这时候天文学家们实已一败涂地,而且还败得极其难看,因为天王星早不出手晚不出手,偏偏是在天文学家们“臂”也断了,“血”也流了,还煞费苦心地为自己的断臂找了借口之后才出手。那情形,怎一个“惨”字得了?当然,到了这时候,人们也已经习惯了,失败早已不是新闻,天王星若是乖乖听话了反倒会成为新闻。
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1700893797 屡战屡败之下,天文学家们开始改换思路。
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1700893799 仔细想想,彗星撞击说虽然很失败,却也并非一无是处,起码在思路上,它尝试了用外力的介入来解释天王星的出轨之谜。沿着这样的思路,天文学家们又提出了另外一些假设,比如认为天王星的出轨是由某种星际介质的阻尼作用造成的。这种假设以前曾被用来解释某些彗星的轨道变化,但用它来解释天王星的出轨却面临一个致命的困难,那就是介质的阻尼作用只能阻碍天王星的运动,而绝不可能起到相反的作用。说白了,就是只能让天王星运动得更慢,而绝不可能相反。但不幸的是,天王星的运动却有时比理论计算的慢,有时却比理论计算的快,这样的偏差显然是不可能用介质的阻尼作用来解释的。
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1700893801 还有一种假设则认为天王星出轨是由一颗未知卫星的引力干扰造成的。这种假设也有一个致命的弱点,那就是如果真的存在那样的卫星,它的质量应该远比当时已知的两颗天王星卫星大得多,那么大的卫星为何一直未被发现呢?这是很难说得通的。更何况卫星绕行星运动的周期相对于行星的公转周期来说一般都很短(比如月球绕地球运动的周期只有地球公转周期的1/12,对外行星来说这一比例通常更小),由此造成的行星轨道变化应该是短周期的,可是天王星出轨的方式却呈现长期的变化,这是卫星假设无法解释的,因此卫星假设也很快就脸朝下地躺倒了。
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1700893803 除这些假设外,有些天文学家还提出了另外一种可能性,那就是万有引力定律也许并不是严格的平方反比律,甚至有可能与物质的组成有关。这种可能性虽然很难被排除,但万有引力定律是一个“牵一发动全身”的东西,一旦被修正,所有天体的运动都将受到影响,其中也包括那些一直以来被解释得非常漂亮的其他行星及卫星的运动。要想对万有引力定律动手脚,让它解释天王星的出轨,同时却又不破坏其他行星的运动,无疑是极其困难的——如果不是完全不可能的话。而且单凭天王星的出轨就在天体力学祖师爷牛顿的万有引力定律头上动土,也似乎太小题大做了一点,因此这种假设的支持者寥寥无几。
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1700893805 就这样,从拉普拉斯、梅尚、菲克斯米尔纳、达兰伯利,到波瓦德,一次次的计算全都归于了失败;从彗星撞击说、介质阻尼说、未知卫星说,到引力修正说,一个个的假设全都陷入了困境。天王星出轨之谜的正解究竟在哪里呢?到了19世纪30年代末,天文学家们在盘点自己的“假设仓库”时发现那里只剩下了一张牌。这张牌是唯一一个没有倒下的假设,这个假设已是最后的希望,可这个希望的背后却是一道令人望而生畏的数学难题。
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