经典力学的伟大——海王星的发现

皇家天文学家艾里

1835 年，英国的皇家天文学家、格林威治天文台台长艾里做出了一个解释。你以为理想的透镜或者是反射镜能够把光线汇聚到一点上吗？那是不可能的。因为衍射作用的存在。必定会产生一个小小的环斑。也就是说，哪怕再理想的镜片。也不可能聚焦到一个点上。必定是个很小的圆。这个圆越小，那么分辨率就越高。看的越清楚。想要缩小这个环斑，必须做大口径。

我们今天的巨型望远镜口径都达到了 10 米的级别。30 米直径的望远镜也在建造之中。背后的原理，就是这个艾里环斑。越大的望远镜，分辨率越高。而且收集的光线越多。也就越容易看到暗弱的天体。

艾里担任皇家天文学家和格林威治天文台台长长达 45 年时间。他刚上任的时候。格林威治天文台已经非常的落后。远远不及德国的竞争对手。德国人在高斯等等天文学家的带领下，那是搞得热火朝天。艾里首先要振兴天文台。改进仪器，整理过去的观测资料。好多年不整理都积满了灰尘。在艾里这个苛刻的暴君驱赶下，这个老牌的天文台终于又一次焕发了生机。

艾里不是因为他的成就被人们牢记的，而是因为他的失败而名垂青史的。这一天，艾里收到了一份论文。是一个名叫亚当斯的年轻人寄来的。主要是为了解决天王星的出轨问题。这个亚当斯在剑桥天文台工作。他花了好久，想要解决天王星轨道始终算不准的问题。他穷尽了各种各样的可能性，都失败了。人家天王星就是不给人类面子。始终抱着不合作的态度。

约翰·柯西·亚当斯

亚当斯实在是没辙了，他不得不做了最大胆的一个假设。假如有一颗未知的大行星，她的运行对天王星造成影响。导致天王星的轨道变的古怪。这不就好解释了吗？他就把计算结果写成论文寄给了皇家天文学家艾里。毕竟这是英国的天文学权威嘛。

没过多久，一封信从法国寄来，一个法国年轻人勒维耶也给艾里写了一封信，上面明确的描述了他的计算结果。应该有一颗未知的大行星在影响着天王星的运转。导致我们怎么也算不准天王星的轨道。艾里看了看计算数据，跟亚当斯两个人是殊途同归，算撞了车。

按理说，只有艾里是知道两个人计算结果是类似的。那么应该引起警觉啊。这件事儿看来是值得召集力量进行研究的。但是艾里表现的非常迟钝。他只是小范围内跟几个朋友嘀咕未知行星的计算问题。亚当斯几次去拜见艾里都错过了。

勒威耶

勒维耶的顶头上司就是阿拉戈。他是巴黎天文台的台长。他的态度并不比艾里强到哪里去。勒维耶从公开渠道发表了他的论文。欧洲都知道勒维耶计算了未知行星的轨道。但是大家都没有兴趣去拿望远镜观测一下。阿拉戈对年轻人很支持。但也仅仅是口头支持罢了。他也没有动用巴黎天文台的设备去观测。阿拉戈甚至对天体观测都不怎么热心。因为说到底，他是物理学家成分多过天文学家。

英吉利海峡两边的竞赛已经开始了。英国这边艾里还在慢慢腾腾的磨蹭。亚当斯完成了新一轮的计算。艾里还是没有动用格林威治天文台的设备去观测这一颗未知的行星。他写了封信给亚当斯的顶头上司，剑桥天文台的台长查理斯，叫他观测。查理斯也是拖延症发作。过了好多天才开始观测。

亚当斯就便将最新的计算结果交给了查里斯。这个查里斯，观测了一大堆星星的位置。然后跟过去的数据做比对。假如有一颗星的位置变化了，那么必定是颗行星。要是过去没记录的星星出现在这个区域，也能说明同样的结果。查理斯开始比对数据。比对了 39 组数据。每一组数据都跟过去的观测结果完全吻合。他就不耐烦了。他内心里面是不认可亚当斯的。

他和艾里都是这种心情。赞赏年轻人大胆创新的精神。但是并不信任他们的能力。查理斯哪里知道啊，再往下比对十几个数据就能发现其中一颗星星过去没有记录过，完全是颗新发现的天体。机遇只会偏爱有准备的头脑，查理斯白白葬送了发现第八颗行星至高荣誉。大好机会拱手让到了法国人手里。

勒维耶的境遇并不比亚当斯更强。欧洲大陆的天文学界都知道他在计算未知行星的轨道。他在公开渠道发表了他的计算结果。但是大家普遍不看好他的计算。甚至大家还叮嘱负责观测的工作人员。不要花时间去找新行星。一大堆的本职工作都干不完。没那个闲功夫去找那个不靠谱儿的行星。阿拉戈很支持勒维耶，但是他自己也仅仅是稍微花了点儿工夫观测，就草草收兵了。自然阿拉戈也没看到什么不寻常的天体。

勒维耶到处写信求爷爷告奶奶的请求欧洲各大天文台帮忙看看。收到的是礼貌而又客气的拒绝，人家根本没没空。不过，勒维耶想起了一年前，柏林天文台的台长助理伽勒寄给他一篇论文。他还没时间回复呢。赶紧找出来，仔细一看，论文写得不错。勒维耶马上写回信，把论文夸的跟朵花似的。然后在回信的结尾处话锋一转，开始聊自己推算位未知行星的事儿，而且做出了预报，大概会在哪个天区什么位置上。

1846 年 9 月 18 日，信发出去了。9 月 23 日，这封信到了伽勒的手里。这一天是个非常有意义的日子，因为这一天是台长恩克 55 岁的生日。这位恩克台长那是大名鼎鼎的天文学家。他是数学王子高斯的高足。他计算出了一颗彗星的轨道。预言这颗彗星会在 1822 年 5 月 24 日再回到近日点，果然它准时回来了。这是继哈雷计算著名的哈雷彗星以来第二次成功预言彗星回归。恩克名声大振。就以他的名字命名了这颗彗星，叫做“恩克彗星”。他还观测到了土星环中间的一个缝隙，也以他的名字命名，叫做“恩克缝”。

晚上，同事们都去了恩克台长家里，大家给他庆祝生日，要开个生日派对。刚好望远镜空着没人用啊。伽勒就跟恩克台长请示，能不能今天搜索一下勒维耶预言的那个未知行星。恩克一高兴也就同意了。反正天文台的望远镜也空着呢。有个年轻的学生达雷斯特也跟着一起回了天文台。他们只有一个晚上的时间来观测。他们仔细搜索了勒维耶描述的那个区域。并没有发现那个星星是有个圆面的。

当年赫歇尔发现天王星，就是靠着大望远镜直接看到了天王星的圆面。任何遥远的恒星都是一个微小的点。但是行星比较近。应该是个微小的圆。还有一个办法就是连续观测几天，看看是不是有移动的迹象。要是移动了，那应该就是行星。可是他们只有一个晚上时间。他们灵机一动，想起不久前刚刚对这个区域进行了观测。拿过去的观测记录和今天的对比一下，或许能发现端倪。

伽勒

他俩从恩克台长的抽屉了把观测记录给翻出来了。一项项比对今天的观测记录。半个小时过去了，兴奋的时刻终于来临，当伽勒报到一颗视星等为 8 等，与勒维耶预言的位置相差不到 1° 的暗淡天体时，达雷斯特喊了起来：那颗星星不在星图上！这真是见证奇迹的时刻，天文学的历史翻开了新的一页。

恩克

他们两个相对无言。伽勒突然一抹头跑出了天文台往恩克台长家狂奔。达雷斯特在后面跟着。跑到恩克台长家里一看，派对还没完呢。伽勒拉起恩克台长就跑啊。恩克被他们拽到了望远镜前。三个人一夜无眠，一直观测到东方微明。第二天他们又一次复核了这个观测结果。天体力学创造了神话。

9 月 25 日，柏林天文台向世界宣告。太阳系的第 8 颗星星被发现了。这不仅是天文学界，也在社会上掀起了轩然大波。勒维耶一个雷天下响，成了法国的风云人物。大家听说勒维耶要参加法国科学院星期一的聚会。老百姓那天把科学院围得水泄不通。大家叫喊着勒维耶的名字，仿佛参加盛大的明星真人秀一般。最后连国王都惊动了。

在 19 世纪的中期，不断有新的发现刷新着人们的观念。人们一次次见证奇迹的发生。泊松亮斑只是物理学界震动的话，海王星的发现则把经典力学的伟大展现在了公众的面前。人们为牛顿开创的经典力学所折服。原来物理学体系是如此的神奇。

只有一个人有苦难言啊，这人就是皇家天文学家艾里，到手的鸭子飞了。本来英国人还稍稍领先，结果啥也没搞出来。至于艾里和他几个朋友知道亚当斯跟勒维耶几乎同时算出了相同的结果。艾里写了封信给勒维耶，当然是表示祝贺。然后话锋一转，说其实我们英国人亚当斯也算出了跟你类似的结果，只是我没告诉你。

勒维耶到是没表态，阿拉戈火冒三丈，把勒维耶和艾里全部通信发表在了报纸上。他指责英国人这是还乡团下山摘桃子，抢夺胜利果实啊。英国天文学界也都知道了亚当斯的事儿。把艾里和剑桥天文台台长查理斯骂的狗血喷头。他们怪这两个人拖延症发作，耽误了大事。最后还是老赫谢尔的儿子约翰·赫谢尔出面替英法双方斡旋，大家才平息了怒气。后来勒维耶和亚当斯在一次会议上碰了面，到底是英雄惜英雄。两个人成了终生的好朋友。

海王星

第 8 颗行星被命名为“海王星”。亚当斯和勒维耶甚至连看一眼自己发现的行星的兴趣都没有。因为在那个时代。观测与天体力学计算已经是两个行当。天文学家们也已经不仅仅是观测和记录星星的位置了。大量的天体力学计算是必不可少的工作。

在勒维耶和亚当斯的先进事迹感召下。大家展开了对新行星的计算。太阳系里面还有谁运行不正常吗？是不是可以通过这些蛛丝马迹来发现新的行星呢？好像水星的运行就很不正常啊，水星轨道的近日点会发生移动。一大帮人就扑上去了，勒维耶也在其中。勒维耶发现水星进动与牛顿定律计算的不相符合。考虑到金星、地球和木星对于水星的影响。按当时的计算，还剩下大约 38 角秒/百年的微小差距是无法解释的。

这是怎么回事儿呢？

勒维耶认为，是在水星轨道的内侧有一颗未知的行星在影响着水星的轨道。勒维耶做了大量的轨道计算。碰巧一个业余天文学家声称看到过水星内侧的行星。勒维耶就前去拜访，他也住在巴黎，很容易就找到了这个人。他是个牙医，天文是业余爱好。勒维耶就相信了他的话。把这颗未知的行星命名为火神星。按照西方的名字，金星应该叫做“维纳斯”。火神星“伏尔甘”就是维纳斯名义上的老公。

这位火神原来是个打铁的

勒维耶名气太大了，有了他的力挺，天文学界掀起了了搜寻火神星的狂潮。靠近太阳附近的行星观测并不容易。很多人一辈子都没看到过水星，因为它离太阳很近。容易淹没在太阳的光辉里。只有黎明之前很短的时间可以看到。城市里高楼大厦容易遮挡。大家也就与水星无缘了。水星内侧的天体更难观测。只有等着日全食的时候再去观测。有一次日全食，大家都翘首期待了好久了。

这次观测，发现了一个有趣的心理学现象。认可火神星的人，全都说发现火神星了。不认可火神星的人，全都说没看见。那好办啊，只要“隔离审查”就可以了。一个一个抓过来问，你说你看到火神星了，你在哪儿看到的？不许跟别人串供。你是在东边看到的。问下一个，你在哪儿看到的？什么？西边，口供对不上啊！再问下一个……

总之，那些人报告了自己看到火神星的位置，全都对不上茬，口供全都不一致。根本不能作为火神星存在的证据。那么究竟是什么在影响着水星的进动呢？当时这是个困扰天文学家的未解之谜。那个揭开水星进动之谜的人还没出生呢。这是后文，按下不表。

亚当斯后来接了查理斯的班，成为剑桥天文台台长。勒维耶则是接了阿拉戈的班成为巴黎天文台台长。阿拉戈从 1838 年开始设计一个光学实验，想测量光速，但是因为欧洲 1848 年革命给耽误了。阿拉戈担任了临时政府的海军部长和陆军部长，后来担任了法国第 25 任总理。

1850 年他眼睛失明，也不能再做试验了。1849 年，斐索在陆地上做实验测量出了光速，1850 年傅科测出了水中的光速。光线在水里比在空气中跑得慢，这项实验结果给了微粒说致命一击。1853 年，阿拉戈去世了。他的名字被刻在了法国埃菲尔铁塔之上，那里刻下了法国 72 贤人的名字。拉普拉斯、泊松、菲涅尔……他们的名字都在其中。阿拉戈离开这个世界的时候，已经不再有遗憾。

欲知后事如何，且听下回分解……