天文史上的今天 | 海王星：笔尖上发现的行星

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1846年9月23日，海王星被发现。

1989年夏天，旅行者2号拍摄的海王星

来源：NASA

在冥王星被降级之后，海王星就成了太阳系最遥远的大行星。迄今只有1989年美国宇航局的旅行者2号探测器曾经抵达这里，在飞掠期间进行了匆匆一瞥。我们关于这颗行星，还有太多东西不清楚，不了解。

但提到海王星，在我脑海中第一个跳出来的就是：这是历史上第一颗由数学家发现的行星，时间是在公元1846年9月23日。

究竟是怎么回事？

当年伽利略的手稿

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软件模拟伽利略观测的当天晚上的星空，可以看到海王星的确就出现在木星附近，观测木星时会看到海王星

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使用肉眼是无法看到海王星的，它太暗了。海王星的视星等几乎从来不会高于7.7等星，而肉眼能看到6.5等星那已经是极限了。因此，海王星的发现有一个技术上的前提，那就是天文望远镜的发明。望远镜技术的出现大致是在十七世纪初，最近几年有天文学史专家考据后认为，最早把望远镜指向天空，并发现了木星四颗卫星的意大利著名天文学家伽利略可能是海王星真正的发现者，在他手绘的木星卫星草图中，描绘了一部分背景星的位置，其中有一颗刚好是海王星。也有科学史研究认为在1795年和1830年还有至少两次，海王星出现在了当时天文学家的观测记录中。

但是以上这些研究中，这些先驱者们没有一人意识到这个小小的亮点是一颗行星。但不管如何，这些早期研究对于确定海王星的轨道是有价值的资料。按照海王星的亮度，即便是在早期的天文望远镜中，它也是相当明亮的目标，因此这些早期观测的记录是完全有可能的。

研究显示，伽利略在1612年12月28日夜晚的手绘星图中记录下了海王星，随后又在1613年1月27日的记录中记录下了这个小小的亮点。当然，两次记录中，伽利略都误以为这是一颗恒星。

时任法国巴黎天文台台长布瓦尔

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不过，根据2009年澳大利亚墨尔本大学的一项研究认为，或许当时伽利略的确有意识到这颗“恒星”不寻常，因为在其中一份手稿记录中，伽利略在手绘的星图中将代表海王星的这个小点用了不同的墨水来画，似乎显示他当时可能已经察觉这颗“星星”不太寻常。但除此之外，并没有文字或者其他记录对此进行佐证。而后来的几次疑似观测记录中，同样没有人察觉，这颗一颗全新的行星。

1781年，英国天文学家威廉·赫歇尔发现了天王星，这是近代以来人类首次发现一颗全新的行星。1821年，时任法国巴黎天文台台长布瓦尔（Alexis Bouvard）发布了他们对天王星轨道的测算结果，并根据牛顿力学推算了天王星未来在天空中的位置。然而问题很快出现了：后续的观测显示，天王星的运行和理论计算的结果存在明显的差异，这一结果引起了布瓦尔的警觉，在排除了计算误差后，他开始设想，这种偏差是否是源自一颗未知天体对天王星所施加了引力作用。

英国剑桥大学的数学家乔治·亚当斯

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英国数学家约翰·亚当斯（John Adams）听到这个消息时，还是剑桥大学数学系的一个学生，他坚信存在着这样一个未知的天体，并立即开始着手开展计算工作，亚当斯相信，只需要根据现有的关于天王星轨道的计算数据，通过牛顿引力理论，他一定可以反向推算出这个未知天体的质量，位置以及轨道。

按道理讲，这样的推算对于现代天文学来说并不会十分困难，超级计算机可以瞬间完成难以想象的海量运算。但是在当时，基本上还在依赖徒手计算，因此这是一项十分枯燥艰巨的工作。亚当斯首先对这个未知天体的位置和质量进行一些假定，随后按照这个未知计算其对天王星可能产生的引力效应，随后与天王星轨道的实际观测数据进行对比，测算两者的误差，并重新修正自己的假设条件，再次进行计算，不断逼进最终结果。

乔治·艾里，错失良机

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目前一般认为，到1845年秋天的时候，亚当斯已经基本完成了自己的计算，得到了这个未知天体的相关信息。但是可惜的是，当时的英国天文学界显然并未引起足够的重视，这项工作被搁置了。亚当斯曾经寻求伦敦的格林威治天文台帮助进行搜寻，但是当时的台长乔治·艾里（George Airy）忽略了亚当斯的请求。有时候，重大发现的时机就是在这样的不经意间被错过的。

科学界似乎有一个规律，那就是如果你在进行某项研究，几乎可以确定的是，世界上的某处，一定有另一个人正在进行着跟你类似的研究，并且，你们将会几乎同时得到结果。微积分的发明如此，进化论的提出，也是类似。

亚当斯的竞争对手，法国数学家勒维耶

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就在亚当斯开展相关计算的几乎同时，在英吉利海峡对岸，一位法国数学家也在奋力进行着自己的计算。这就是法国青年数学家勒威耶（Le Verrier），在1846年，他提交了自己的计算结果，将这颗未知天体在夜空中的位置框定在一度的误差范围内。

很快，勒威耶计算得到海王星位置的消息就传到了英格兰，此时的乔治·艾里立即意识到这个计算结果与之前被自己忽略的亚当斯的计算结果之间的相似性。这次终于引起了他的重视，并立即着手秘密进行搜寻。

反过来，此时的勒威耶还并不知晓英国人已经开始了秘密的搜寻。1846年的8月31日，勒威耶给出了进一步的计算结果，这次除了位置之外，还计算出了这颗天体的质量和轨道参数。

德国柏林天文台台长伽勒

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发现海王星的柏林天文台景观

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但很可惜的是，法国科学界和英国人一样，并未有引起足够重视。绝望的勒威耶不得已之下，决定将自己的计算结果以邮件方式寄给了德国的柏林天文台台长伽勒（Johann Galle），9月23日伽勒收到了勒威耶的信件，和法国人和英国人不同的是，伽勒对此给予了足够的重视，他按照信中给出的坐标，当天晚上就安排了观测，并几乎立即看到了海王星，与勒威耶的计算结果误差不到1度，惊人的成就！

在经过另外两晚的观测之后，伽勒确认了这颗天体的位置和运动。他立即着手给勒维耶回信，在信的开头，伽勒兴奋地写道：“勒维耶先生，你计算得到的那个天体，它真的存在。”

海王星的发现，是数学与现代天体物理学的胜利，两位发现者没有朝天空看过一眼，他们在笔尖上发现了一颗新的行星。

编者按：

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