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1700893847 幸运的是,历史不仅给了天文学界这样的人物,而且很慷慨地一给就是两位。
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1700893849 〔1〕早在1758年,即天王星尚未被发现的时候,就有天文学家猜测像哈雷彗星这样有机会远离太阳的彗星,有可能受到遥远的未知行星的影响。不过那种猜测在当时并未得到任何具体数据的支持。
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1700893851 〔2〕据艾里后来回忆,他甚至在1834年就曾收到过一位名叫赫西(Thomas Hussey)的英国业余天文学家的类似提议,不过那个提议没有明说未知天体是一颗行星。
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1700893856 那颗星星不在星图上:寻找太阳系的疆界 [:1700893206]
1700893857 那颗星星不在星图上:寻找太阳系的疆界 11 星探出击
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1700893859 就在波瓦德向天王星轨道问题发起唐吉诃德式冲击的前一年,即1819年,一个小男孩降生在了英国康沃尔郡(Conwall)的一个农夫家庭,他被取名为约翰·亚当斯(John Couch Adams)。这个孩子很早就显露出超乎常人的数学计算能力。还在孩提时期,他就自学掌握了大量数学技巧。在16岁那年,他通过复杂的计算相当准确地预言了发生在当地的一次日食,震动了乡邻,也预示着他一生的追求。
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1700893864 英国天文学家 亚当斯(1819-1892)
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1700893866 1839年,亚当斯进入剑桥大学的圣约翰学院深造。两年后的一个夏日,他在一家书店里看到了艾里有关天王星问题的报告。那时候,观测数据与波瓦德轨道的偏差已达到了创纪录的70[角]秒,天王星出轨之谜比以往任何时候都更尖锐。已有18年历史的波瓦德轨道虽已千疮百孔,却仍像幽灵一般浮现在天文学家们的眼前,刺痛着他们。但这一切对于年轻的亚当斯却是一个巨大的机会。对一位16岁就能预言日食的年轻数学高手来说,有什么能比与天王星出轨之谜这样的绝世难题同处一个时代更令人兴奋呢?亚当斯立即就被这一问题深深地吸引住了。
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1700893868 不过,吸引归吸引,年轻的亚当斯还不能马上就投入到这个问题中去。为了替自己今后从事真正的学术研究创造尽可能有利的条件,他必须首先完成剑桥大学的学业,为两年后将要到来的毕业考试做好准备。这些虽不是他的终极兴趣,却对他最长远的学术前途有着至关重要的影响。现实人生往往就是如此,你想做一件事,生活却用这样或那样的事情来牵制你的兴趣。不过处置得宜的话,这种牵制未必会成为羁绊。亚当斯的努力没有白费,1843年,他以最优异的成绩通过了毕业考试,据说他的数学成绩竟比第二名高出一倍以上。几星期后,他又获得了剑桥大学的最高数学奖——史密斯奖,并如愿以偿地成为了圣约翰学院的研究员(fellow)。
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1700893870 1843年的最后几个月,亚当斯的生活甚至比考试前还要繁忙。放在他面前的是三重任务:一是对天王星轨道进行研究,这是他的梦想和兴趣,他终于可以追逐自己的梦想了,但在时间上却必须与其他任务共享;二是要完成圣约翰学院的教学任务,这是生存的需要;三是替剑桥天文台的台长查利斯(James Challis)计算一颗彗星的轨道,这是他与剑桥学术界的正式交流,同时也是一次很好的热身,因为这一计算要求考虑木星对彗星的引力干扰,而天王星出轨之谜的关键也正在于其他行星的引力干扰,两者不无相似之处(当然后者要困难得多)。亚当斯有关彗星的计算发表于1844年初,他的结果与一位法国天文学家的计算吻合得很好,这一点很让他高兴。但他也许做梦也不会想到,自己与那位法国天文学家的命运在未来几年里竟会交织出那么多的故事和风波。
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1700893875 法国天文学家 勒维耶(1811-1877)
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1700893877 那位法国天文学家的名字叫做勒维耶(Urbain Le Verrier),他出生在法国的诺曼底,比亚当斯大8岁。他正是历史带给天文学界的另一位数学高手!
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1700893879 与完成彗星轨道的计算几乎同时,亚当斯也完成了对天王星轨道的初步分析。他首先仔细检查了波瓦德的计算,发现并纠正了一些错误,但这些小打小闹并不足以挽救波瓦德的轨道。在确信波瓦德轨道已经无可救药之后,亚当斯正式采纳了新行星假设。那颗神秘的新行星究竟在哪里呢?亚当斯开始了用纸和笔寻找答案的艰难历程。作为计算的起点,他假定新行星在提丢斯-波德定则所预言的距太阳38.8天文单位的椭圆轨道上运动。他的初步评估得到了令人振奋的结果:新行星对天王星的影响看来的确可以解释天王星的出轨之谜。但为了得到可靠的结果,亚当斯需要更多的数据,于是他向自己刚刚帮助计算过彗星轨道的查利斯求援。
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1700893884 英国天文学家 查利斯(1803-1882)
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1700893886 查利斯在我们后面的故事中也是一位重要人物,他当时很够意思,立即就写信向艾里索要数据。艾里我们已在上章中提到过,他是当时格林威治天文台的台长,在英国天文学界算得上是重量级的人物。之前,他也曾担任过剑桥天文台的台长,因而是查利斯的前任。如我们在上章中所说,艾里很关心天王星出轨之谜,手头也有最新的观测数据,但他对新行星假设并不看好。艾里工作一丝不苟,但为人古板,缺乏想象力。在他管束下的格林威治天文台台规森严、条框众多。这一切对后来故事的发展有着不可忽视的影响。亚当斯通过查利斯向艾里索要数据,也许是他与艾里之间第一次打交道。这次交道虽然间接,但却非常顺利,艾里立刻就寄来了数据。可惜这也是接下来两年半的关键时间里亚当斯与艾里之间唯一一次顺利的交道。
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1700893888 拿到了数据,亚当斯立刻就投入到了更精密的计算之中。不过,学院的教学任务与彗星计算还是从他那里夺走了一部分时间。1844年秋天,查利斯又让亚当斯帮他计算一颗彗星的轨道——那是一颗新发现的彗星。那时亚当斯对此类计算早已轻车熟路,秋叶尚未落尽,他的计算结果就出来了。但出人意料的是,亚当斯如此麻利的计算竟然还是慢了一步,一个已不再陌生的法国名字抢在了他的前面:勒维耶。
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1700893890 但亚当斯此刻已无暇品味自己与这位法国同行在研究课题上二度撞车的深刻寓意了,他的精力越来越多地投入到了推测未知行星轨道的计算之中。如我们在上章所说,这是一项极其复杂的计算。如果说扎克和他那些试图围捕小行星的朋友是天空警察,那么亚当斯就应该算是星探,当然不是寻找演艺明星的星探,而是星空侦探,他要做的是通过“罪犯”在“犯罪现场”,即天王星轨道留下的蛛丝马迹,来推断其行踪。
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1700893892 亚当斯从1780年到1840这60年的现代观测数据(其中很多是艾里提供的)中以每三年为一个间隔整理出了21组数据。他分别计算了这21组数据与波瓦德轨道的偏差,并与新行星产生的影响进行比较及拟合。由于新行星的轨道参数中除用提丢斯-波德定则确定的半长径外,其余全都是未知的,他需要通过不断调整参数来寻求最佳的拟合效果。在计算中他还采用了高斯计算谷神星轨道时所用的误差控制方法。考虑到当时的计算主要依靠手算〔1〕,这实在是一件令人望而生畏的工作。亚当斯以惊人的专注和毅力进行着计算——这也是他一贯的风格。他的兄弟乔治(George Adams)曾有一段时间陪伴他熬夜,帮他验证一些计算结果。在乔治撰写的回忆中,他提到有很多次当他实在熬不下去时,想让亚当斯去睡觉(那样他自己也可以休息),亚当斯总是说:再等一会儿。而那“一会儿”却总是无穷无尽般的漫长。在亚当斯沉醉于计算的那些日子里,他几乎神游物外,甚至在与乔治一起散步时都需要后者提醒他避开障碍物。经过这样没日没夜的努力,当下一个秋天来临时,1845年9月,亚当斯的计算终于有了结果。
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1700893894 〔1〕当然,对数表等数学表格对部分计算可以起到辅助作用。
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