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那颗星星不在星图上:寻找太阳系的疆界 22 火神疑踪
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海王星的发现极大地刺激了天文学家和数学家的兴趣。原本属于观测天文学家专利的新行星,居然可以用纸和笔来发现,这实在太吸引人了。一时间用数学方法寻找新行星成为了时尚。天文学家们兵分两路展开了行动,一路沿袭了向外扩张的历史传统,到海王星轨道之外去寻找惊喜;另一路则独辟蹊径,将目光投向了水星轨道的内侧。这后一路天文学家的领军人物不是别人,正是赫赫有名的勒维耶。在发现海王星的荣誉出人意料地被亚当斯分走一半后,勒维耶决定寻找一个新的猎物——一个自己可以独享的猎物。当时多数天文学家认为在海王星之外发现新行星的机会更大,但勒维耶却认为在距海王星的发现如此之近,从而对海王星轨道的了解还不充分的情况下,用数学手段寻找新行星尚为时过早。因此,虽然他也相信海王星之外存在新的行星,但却首先选择将水星轨道以内作为自己的新战场。
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勒维耶之所以选择水星轨道以内作为新战场,还有一个很重要的原因,那就是水星的轨道也存在着反常。经过长期精密的观测,天文学家们早就发现水星的椭圆轨道在背景星空中存在缓慢的整体转动,这种转动被称为水星的近日点进动。观测表明,水星的这种近日点进动平均每年约为56[角]秒。但另一方面,考虑了由地球自转轴进动造成的表观效应及已知行星的影响后,理论计算给出的进动值却只有每年55.57[角]秒〔1〕,两者相差0.43[角]秒。天文学家们知道水星轨道的这一细微反常已有时日,勒维耶本人早在当年对各大行星做地毯式研究(参阅第13章)时,就曾对水星轨道进行过详尽考察。海王星的发现无疑赋予了这一反常一个全新的意义。在勒维耶看来,这个虽然微小,但确凿无疑的轨道反常,是水星轨道之内存在未知天体的明显证据。
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那颗星星不在星图上:寻找太阳系的疆界 那么这未知天体会是个什么样的天体呢?勒维耶认为有两种可能性:一种是单一行星,另一种则是小行星带。也许是由于水星近日点的反常进动与当年的天王星出轨相比显得更为规则,或者是受当时正在发现中的小行星带的启示,勒维耶比较倾向于后一种可能性,即在水星轨道之内存在一个小行星带。1859年9月,他在一篇文章中正式预言在距太阳0.3天文单位处存在一个未被发现的小行星带。
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正所谓:说曹操,曹操到。勒维耶的预言提出后不久,一位名叫莱沙鲍特(Edmond Lescarbault)的法国医生兼业余天文学家就给他写来了一封信,声称自己曾于1859年3月26日发现过一个穿过太阳表面的天体。这封来信让勒维耶很是兴奋,他立即对这位业余天文学家进行了“家访”。在确信此人值得信赖后,勒维耶依据他所得到的数据对这一天体的参数进行了计算,结果表明其轨道半径为0.147天文单位,质量约为水星质量的百分之六。这个天体很快就被取名为火神星(Vulcan,罗马神话中的火神及希腊神话中的工匠之神,美神维纳斯的丈夫)。1860年初,勒维耶向法国科学院报告了发现火神星的消息。尽管自首次“发现”以来,包括莱沙鲍特本人在内的所有人都不曾再有机会一睹火神星的芳容,但法国科学院基于对勒维耶的无比信任,还是很痛快地将拿破仑设立的法国最高勋章——军团勋章(Légion d’honneur)授予了莱沙鲍特,从而上演了该院历史上最大的乌龙颁奖事件之一。
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虽然火神星的轨道半径远小于勒维耶预言的0.3天文单位,其引力作用也远不足以解释水星近日点的反常进动,但勒维耶一生都对它的存在深信不疑。受他的巨大声望影响,一些天文学家在此后近20年的时间里锲而不舍地找寻着火神星的倩影,其中包括在浩如烟海的文献中搜寻可能存在的历史记录。1876年,在亚当斯担任主席期间,英国皇家天文学会也步法国科学院的后尘,很乌龙地在火神星的存在尚未得到确认的情况下,就将一枚金奖授予了勒维耶,以表彰他为解决水星近日点反常进动问题所做的贡献。
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但这一切的热情都没能感动火神星,这颗神秘的“行星”再也不曾露面过,所有曾被当作火神星的历史记录(主要集中在1819-1837年间)也都被一一判定为是太阳黑子而非天体。1877年9月23日,火神星的最大支持者勒维耶离开了人世,这一天距海王星的发现正好相隔31年,但火神星的命运仍悬而未决。
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火神星之所以能在那么长的时间内杳无踪迹,却仍让那么多的天文学家牵肠挂肚,除了依靠勒维耶的“魅力值”外,一个很重要的原因是它离太阳太近,太容易湮没在太阳的光芒之中,从而即便长时间观测不到,也无法说明它不存在。
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但丑媳妇终究是要见公婆的。1878年7月29日,天文学家们迎来了一个搜寻火神星的绝佳机会:日全食。当太阳的光芒不再夺目时,火神星还如何遁迹?那一天,大批天文学家在可以观测日全食的美国怀俄明州的一个小镇上架起了望远镜,等待火神星之谜的水落石出。
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但出人意料的是,那天的观测没能对火神星的命运作出宣判,却充分证实了心理学的巨大威力。那一天,不相信火神星的天文学家们全都没有观测到火神星,从而更坚信了火神星的子虚乌有〔2〕。但相信火神星的职业天文学家沃森(James Watson)及业余天文学家斯威福特(Lewis Swift)却都声称观测到了火神星,斯威福特甚至声称自己观测到了两个水内天体。虽然这两人宣称的天体位置彼此之间以及与勒维耶的预言之间全都不同(从而无法相互印证),而且很快就有天文学家通过他们记录的天体位置指出他们很可能将已知天体误当成了火神星,但这两位老兄爱火神星没商量,一口咬定自己观测到的就是火神星。
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在那之后又过了十几年,人们在勒维耶有关火神星轨道的计算中发现了错误。不仅如此,进一步的分析表明,火神星的存在与其他内行星——尤其是金星——的运动并不相容。自那以后,火神星的追随者基本上销声匿迹了。
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最终为火神星的疑踪画下完美句号的是物理学家爱因斯坦(Albert Einstein)。1915年,他在刚刚完成的广义相对论的基础上,完美地解释了水星近日点的反常进动,从而彻底铲除了火神星赖以存在的理论土壤〔3〕。
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〔1〕这其中由地球自转轴进动造成的表观效应约为每年50.256[角]秒,由已知行星的引力作用产生的进动约为每年5.314[角]秒。
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〔2〕从理论上讲,在日全食期间没有观测到火神星并不意味着火神星不存在,因为它有可能恰好也和太阳一起被遮盖。不过这种情况发生的概率较小(感兴趣的读者可以估计一下这一概率的大小)。
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〔3〕即便如此,仍有个别天文学家在水星轨道以内寻找新天体。不过这类天体的线度上限已被压缩到了60千米,至多只能是小行星。
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那颗星星不在星图上:寻找太阳系的疆界 23 无中生有
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寻找火神星的天文学家们已全军尽墨,但在海王星以外寻找新行星的天文学家们却还处在忙碌之中,他们的战场完全是另一番景象。
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