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那颗星星不在星图上：寻找太阳系的疆界 [:1700893203]
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那颗星星不在星图上：寻找太阳系的疆界 8 轨道拉锯
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小行星带的发现对提丢斯－波德定则无疑又是一个很大的支持，同时也填补了行星轨道分布中唯一的空缺。如果太阳系还存在其他行星，那么寻找的范围应该是在天王星的轨道之外，对应于n＝7的地方。这一轨道的半径为38.8天文单位。不过，无论天文学家们对提丢斯－波德定则的信心如何爆棚，一个再明显不过的事实是：即便提丢斯－波德定则真的是一个普遍规律（事实上它并不是），它也绝不可能告诉我们太阳系到底会有几颗行星。提丢斯－波德定则中的n可以无限增大，太阳系却不可能是漫无边际的。小行星带由于出现在火星和木星之间的空缺上，因此很多人有理由相信在那里能有所发现。但天王星之外是否存在新的行星，则完全是一个未知数，这使得天文学家们寻找新行星的兴趣在经历了天王星和小行星带的发现之后有所降温。
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可惜树欲静而风不止，老天爷看来并不想让天文学家们的日子过得太平静。
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天王星被发现之后，摆在天文学家们面前的一个显而易见的任务就是计算它的轨道。这在当时是很受青睐的工作，这项工作几乎立刻就展开了。如我们在第3章中所说，在短短几个月内，萨隆、莱克塞尔和拉普拉斯就各自计算出了天王星的近似圆轨道，这对于确定天王星的行星地位起了重要作用。两年后，拉普拉斯和他的法国同事梅尚（Pierre Méchain）又率先计算出了天王星的椭圆轨道。
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计算出了轨道，人们就可以预言天王星在每个夜晚的位置。一颗遥远行星在天空中的舞步居然可以用科学家手中的纸和笔来导演，这是牛顿力学最令人心醉的地方，也一直是天文学家们在艰苦计算之余最大的欣慰和享受，那种惬意的感觉，宛如是在劳作之后品尝一坛醇香四溢的美酒。不幸的是，这美酒在天王星这里却变了味。当天文学家们放下手中的纸和笔，将望远镜指向理论预言过的位置，打算像往常一样欣赏一次理论与观测的完美契合时，这位太阳系的新成员却出人意料地缺席了。
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天王星的缺席让天文学家们感到了一丝意外。但他们没有想到的是，这小小的意外竟是他们与天王星之间一场长达数十年的拉锯战的开始。
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天文学家们起先并未对天王星的缺席太过担忧，因为天王星的轨道周期长达84年，而当时积累的观测数据只有区区两年，还不到轨道周期的3％，凭借这么少的数据是很难进行精确计算的。那么怎样才能改善计算的精度呢？显然需要更多的数据。可积累数据需要时间，这却是半点也着急不得的。怎么办呢？波德想出了一个好主意，那就是翻旧账，看看天王星是否在赫歇耳之前就曾经被天文学家们记录过。如果记录过，那么将那些历史记录与自赫歇耳以来的现代数据合并在一起，就可以既提高计算的精度，又避免漫长的等待。这个一举两得的好主意没有让波德失望，如我们在第4章中所说，天王星的确在赫歇耳之前就曾被反复记录过，其中最早的记录是英国天文学家弗拉姆斯蒂德（John Flamsteed）留下的，时间是1690年，比赫歇耳早了91年。
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英国天文学家 弗拉姆斯蒂德（1646-1719）
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在历史记录与现代数据的共同帮助下，奥地利天文学家菲克斯米尔纳（Alexander Fixlmillner）率先对天王星轨道作了重新计算，他的计算包含了1690年弗拉姆斯蒂德的记录、1756年梅耶（Tobias Mayer，德国天文学家）的记录，以及1781年至1783年间赫歇耳和他自己的观测数据。他的计算与观测数据之间的误差只有几［角］秒〔1〕，这在当时是很不错的结果。1786年，菲克斯米尔纳发表了他的结果。在天文学家们与天王星的轨道拉锯战中，菲克斯米尔纳为天文学家们拔得了头筹。
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可惜好景不长，菲克斯米尔纳的计算发表后才过了两年，天王星就扳回了一城——它偏离了菲克斯米尔纳的轨道。心有不甘的菲克斯米尔纳尽了最大的努力试图挽救自己的计算，却沮丧地发现历史记录与最新的观测数据仿佛变成了一付跷跷板的两个端点，一端压下去，另一端就会跷起来。看来鱼和熊掌已无法兼得，菲克斯米尔纳决定舍鱼而取熊掌，他做了一个在他看来最合理的选择，那就是抛弃年代最为久远的弗拉姆斯蒂德的观测记录。做出了这种“壮士断腕”的行动后，菲克斯米尔纳再次计算了天王星的轨道，总算重新将误差控制在了10［角］秒以内。
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但人们对菲克斯米尔纳的选择并不满意，因为被他抛弃的弗拉姆斯蒂德的记录虽然年代久远，观测手段相对简陋，但信誉却丝毫不容低估。弗拉姆斯蒂德是格林威治天文台的奠基者，也是英国第一位皇家天文学家，不仅拥有显赫的头衔，而且素以观测细心著称。他当年曾为牛顿的巨著《自然哲学的数学原理》提供过大量的观测数据〔2〕，他所绘制的星图不仅在当时无与伦比，甚至在一个世纪之后仍被奉为经典。在赫歇耳进行天文观测时，放在他桌上作为参考的正是弗拉姆斯蒂德的星图。因此抛弃弗拉姆斯蒂德的记录于情于理都很不妥当，菲克斯米尔纳的新计算能否算是胜利，实在很难论断。
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如果不抛弃弗拉姆斯蒂德的记录，跷跷板却又摆不平，这该如何是好呢？简单的逻辑告诉我们，在观测与理论出现矛盾时，如果观测没有问题，那问题就应该出在理论上。当时的理论确实有一个致命的弱点，那就是只考虑了太阳的引力，而没有考虑其他行星的影响，这其中尤以木星和土星的影响最不容忽视。1791年，法国天文学家达兰伯利（Jean Baptiste Joseph Delambre）率先考虑了这两颗巨行星对天王星轨道的影响。他的计算很好地拟合了当时已知的所有观测数据，其中包括被菲克斯米尔纳抛弃过的弗拉姆斯蒂德的数据，以及不久前才被发现的拉莫尼亚的早期观测数据。
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法国天文学家 达兰伯利（1749-1822）
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在木星和土星这两位老大哥的坐镇之下，天王星的气焰终于被打压了下去，天文学家们重新夺回了阵地，太阳系也重新恢复了往日的循规蹈矩〔3〕。这一“和谐太阳系”维持了较长的时间，直到1798年英国天文学家霍恩斯比（Thomas Hornsby）视察战场时，胜利的果实还在枝头挂着。可就在人们以为战争已然落幕，刀枪可以入库的时候，天王星这个注定不肯让天文学家们平静过完18世纪的家伙，却将枪口重新探出了大幕！
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法国天文学家 波瓦德（1767-1843）
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自1800年（18世纪的最后一年）起，天王星的轨道开始系统性地偏离达兰伯利的计算。
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沉默了8年的天王星不鸣则已，一鸣惊人，而天文学家们的手中却已无牌可打，只得仓皇退避。
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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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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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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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