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第11章 天文发现(6)

勒维烈想:“布瓦尔的计算应该不会错的,牛顿的万有引力定律也绝不可能有问题。莫非在天王星之外还有一个未发现的行星?因其距离遥远,对于土星没有显著的影响,而对于较近的天王星,有时可以扰乱其运行的轨道。”

勒维烈逐渐坚定了这个想法,开始了新的计算。

与此同时,英国剑桥大学数学系学生约·亚当斯,从格林威治天文台台长艾利的《最近天文学》一书中,得知天王星轨道之“谜”,他综合当时天文学家对天王星轨道计算的情况,认为一定有一颗尚未发现的行星存在,新行星的引力影响了天王星轨道,绝不是万有引力定律和观测资料的错误。

亚当斯从艾利那里借来了全部观测资料,干劲十足,信心百倍地开始了计算工作。

经过反复地计算,于1845年10月,亚当斯完成了计算,他把计算结果呈交给格林威治天文台台长艾利,希望借助于大望远镜找到这颗行星。

但可惜的是,思想保守的艾利只说了一句:“年轻的大学生,太富于幻想了。”就把亚当斯的研究成果放进办公桌了。

1846年6月,法国的勒维烈发表了他的研究成果,其中一篇论文引起了天文界的广泛重海王星与天王星是一对“孪生兄弟”视,论文题目是《论使天王星运行失常的行星,它的质量、轨道和现在位置的确定》。

当艾利看到这篇论文后,马上想起了亚当斯的计算,忙从办公桌里找出来,两份资料核对后,发现勒维烈的预算位置和亚当斯的预算位置,居然惊人的一致。

惊异万分的艾利,马上把情况通知了剑桥大学的天文学者,剑桥大学的大型望远镜开始在天空搜寻这颗新行星。从7月29日到9月4日,围绕亚当斯和勒维烈的提示方向进行探寻,结果却一直没有发现。

9月23日,德国柏林天文台的加勒收到了勒维烈的一封来信,信中详细介绍了新行星的位置。

当天晚上,加勒通过望远镜在勒维烈预告新行星出现的位置只差52′的地方,找到了这颗新行星,由于在大望远镜中这颗行星呈现淡蓝的颜色,不免让人想到蔚蓝色的大海,于是人们就用罗马神话中的海神尼普顿的名字命名它,译成中文就是“海王星”。

这颗新行星是由理论计算预测的,这在天文学史上还是第一次。巴黎天文台台长阿拉贡说:“天文学家有时偶而碰见一个动点,在望远镜里发现一颗行星,可是勒维烈先生发现的这颗新的天体,却不是在天上瞥见的,他在他的笔尖下便看见这颗行星了。”

因此,也有人把海王星的发现称为是“笔尖下的新发现”。

今天,大家认为,海王星是由法国的勒维烈和英国的约·亚当斯共同发现的。

海王星的发现,是摄动理论一个最有名的成就,它反映了牛顿力学在更大的宇宙尺度上,也是正确的。

冥王星的发现

由于天王星的计算轨道和观测结果不合,英国的约·亚当斯和法国的勒维烈计算出有另外一个行星的存在而影响了天王星的运行轨道,这个被计算出来的行星,就是海王星,因此海王星也常被人称为是“笔尖下的新发现”。

发现海王星之后,许多人就猜测海王星的轨道外面可能还会有行星。不少人仿效勒维烈和亚当斯的方法,想从天王星和海王星的轨道摄动去推算海王星外的未知行星。其中最有名的就是美国天文学家洛韦尔在1915年根据天王星和海王星两个行星运动上未能解释的残余摄动,计算出海王星之外肯定有这样一颗大行星存在。

但是由于天王星和海王星的残余摄动很微小,不能像发现海王星那样去计算它的准确位置,只可以大略地指出它在天空中大致的区域。洛韦尔经计算后大致指出了这一区域。

天文学家根据洛韦尔的计算去寻找这个行星一直没有成功,许多人便放弃了这个想法,认为海王星外再没有其他行星了。

由于观测多年而没有发现海王星之外的这颗行星,许多天文学家便舍弃了这一研究。剩下的为数不多的天文学家仍在坚持寻觅这颗星。

美国洛韦尔天文台的天文学家汤波就是坚信这一行星存在的天文学家之一。汤波生于1906年,自幼喜欢阅读有关天文的书籍。每当夜空繁星闪闪,汤波总是一看就是两三个小时,并下决心要破译天上的秘密。

对洛韦尔在1915年计算出的海王星之外必存在一颗行星,汤波坚信它的存在。当许多天文学家舍弃这一观测时,汤波锲而不舍,他用各种办法、各种仪器来寻觅这颗行星的存在。

功夫不负有心人。当汤波沿着整个黄道带作系统地拍照时,在1930年1月21****惊喜地发现了这颗寻觅很久的行星。汤波反复对照他在1月23日和1月29日的照片底片,证实这颗行星的确存在。

太阳系的第九大行星,终于被汤波发现了。那么给它取一个什么名字呢?洛韦尔天文台台长斯利弗尔正为此发愁,来自各方面的建议使他六神无主。送到斯利弗尔办公桌上的各种提名有宙斯(希腊神话中的主神)、普罗米修斯、阿特拉斯(双肩举天巨神)、赫拉(天后)、雅典娜(智慧女神)、奥丁(胜利之神)……他一一过目后,认为没有一个能使他满意。

不久,这件为新行星取名的事便传到了欧洲大陆。3月14日,英国牛津大学图书馆职员马丹先生在吃早餐时,把报纸上的有关这颗新行星正待命名的报道读给孙女和外孙女听。11岁的外孙女凡纳提娅一边喝牛奶,一边听外祖父的讲述。

她对这件事十分感兴趣,用完早餐后,她跑到外祖父的书房里找出一本讲述罗马神话的故事书。她坐在外祖父身边翻看起来,翻着翻着脱口而出:“普路托”(Pluto,中文译名为冥王)。

马丹听后心中一动,顾不得用完早餐,匆忙给天文系教授特纳写了信,说:“我的小外孙女想出了一个好名字普路托——冥王星。在那颗新发现的行星上一定暗无天日,冥王正是暗无天日的阴曹地府的主宰者……”天文学家特纳看完信后欣喜万分,便立即给洛韦尔天文台台长斯利弗尔发了加急电报,转告了小姑娘凡纳提娅的提议。

冥王星是太阳系九大行星中被了解得最少的一颗行星斯利弗尔看了电报,觉得这一名字十分贴切。罗马神话中的冥王普路托统治的冥府不仅阴森寒冷,而且生活也孤独寂寞,这与远离太阳59亿千米,到处是黑暗和寒冷的冥王星世界十分相似。而普路托的英文Pluto的第一二个字母,正好是洛韦尔天文台的创始人,也就是算出冥王星的天文学家洛韦尔的英文姓名Percical Lowell的缩写,也很有纪念意义。大家公认,这是一个好名字。

对冥王星的命名,大家没有任何异议,但冥王星究竟是不是算出来的?天文学界对此争议很大。

有人认为冥王星的发现与海王星一样,也是先计算出来,然后发现的,于是有人也把冥王星称为是“笔尖下发现的第二颗星”。

但更多的人不同意这个说法。除了冥王星实际轨道与预测计算的结果有差距外,亮度也比预测的暗得多,看不出视圆面。它的质量太小,按冥王星的质量去计算,它对天王星和海王星的轨道不会引起足够大的摄动。因此,有人认为,冥王星的发现和海王星不一样,不能看作是计算的功劳,而是偶然的巧合。

不论怎样,发现冥王星是我们值得高兴的事。

除九大行星之外,在太阳系中是否还有第十个同类行星?经过探索,至今尚无结果。也有人认为太阳系中还一定存在第十颗行星,未知的世界需要未来的科学家去探索。

木星大红斑的发现

太阳系中的第五颗大行星木星,是9兄弟中最魁梧的巨人。木星的赤道半径达71400千米,是地球的11.2倍。按体积讲,木星是地球的1316倍。如果把地球比作一颗小小的绿豆,木星就相当于一个中等大小的西瓜。木星的质量为1.9×1027千克,相当于地球的318倍。即使把其他8个“弟兄”加在一起,也只是它“体重”的40%。

木星真是庞大无比,如果在它赤道上绕行一周,行程将达45万千米,比我们到月球的距离(38万千米)还远得多呢。人造地球卫星绕地球一圈的时间不过1个多小时(100来分钟),倘若以这个速度(8.8千米/秒)绕木星,则将需14小时以上。

木星的质量巨大,表面的引力也相应比地球的引力要大得多。同样100千克的物质,搬到木星上就会重达264千克。所以倘若有“木星人”存在的话,那么他们大约都是动作迟缓的“慢性子”,因为一举手一抬足,都要比在地球上吃力得多。

木星巨大质量所产生的引力,也为空间探测带来一系列新问题。我们知道,登月的宇航员要离开月球返回是比较容易的,因为月球质量小,逃脱月球引力的速度(也称脱离速度、逃逸速度、第二宇宙速度等),只需大于2.4千米/秒即可。但若只有这个速度,到木星上则会有去无回了,因为要摆脱它引力的速度需达59.5千米/秒以上。这个速度可使人们在1分钟内从南京到上海来回6次。

用望远镜观测木星,很容易发现它的视面并不圆。实际上它的扁率为0.0648,或者说,那两极的半径比赤道半径约短4600多千米。要在其中塞进两个水星,才与正圆差不多。

木星的转动也比类地行星快得多,按其自转周期(9小时50分30秒)及赤道半径不难算出,木星赤道上的自转线速度为12.66千米/秒,这个速度比出膛的步枪子弹快15倍,几乎与它绕太阳公转的速度(13.06千米/秒)相等了。

木星在天空中异常明亮,冲日时可达2.4等,是除金星外第二亮星(火星大冲时可达-2.9等,但一般情况下略比木星逊色)。木星是外行星,所以,除了在上合前后几十天内不易见到外,几乎常年都可见到这个灿烂的亮星。

1609年底,伽利略制造了世界上第一台天文望远镜,他首先指向的天体是月球,接着就移向了木星。1610年初,伽利略发现了木星周围有4个小星——这是人类第一次知道其他行星的卫星,同时也成为哥白尼日心学说的第一个观测证据。

伽利略后300多年来,木星一直是用望远镜观测的最好目标。用普通的天文望远镜,可以很容易把木星的圆面显示出来。1665年乔·卡西尼发现,在木星表面的南半球上有一块红色的卵形圆斑,这是有关“大红斑”的第一次记录。

木星上的大红斑,很像地球上的大洋洲。这里所说的“像”,仅仅是指外形和相对位置、相对大小,此外,二者再也没有什么共同之处了。例如,大红斑的大小虽时有改变,但至少有10000×20000千米,最大时可达14000×48000千米。这么大的范围,即使把4个类地行星一古脑儿放进去,也绰绰有余。

大红斑是木星上最显著的特征。从1878年开始,有关大红斑的记录历年不断。它长期存在,但其大小和颜色却时有明显的变化。例如在1879~1881年的几年中,它显得特别殷红绚丽,后来渐渐“褪色”,到1927~1937年间又重新“浓妆艳抹”起来,1951年时则呈现为淡淡的玫瑰色。1973~1974年“先驱者10号”驶近它时,大红斑很醒目,但随后的六七年间又变得暗淡起来……

大红斑是什么呢?早先人们揣测它是木星固体表面上烧红了的“熔岩湖”,后来才逐渐明白它是一种气体运动,因为除了它的大小、形状、颜色有缓慢的变化外,它还在沿着与赤道平行的方向在慢慢移动着。现在大多数人倾向于这是一个超级的特大风暴似的气旋运动。从空间探测器摄得的近距照片中看来,大红斑中还有复杂的细节结构。整个旋涡在作逆时针方向旋转,大约每6天转一圈。令人迷惑不解的是,木星大气的平均温度约为-140℃,这样低的温度下,不少物质都冻得厉害,分子运动应当是很缓慢的,何以能维持这样大的气旋,并历经几百年而不衰?这真是一个难解之谜。

在大望远镜内,可以见到木星表面上还有许多平行于赤道的明暗带纹(明亮的白色或淡黄色的区域称“带”,红褐色的暗区称“纹”)。木星的带纹结构很复杂,虽然它们一直在慢慢变化,但始终不会消失。这是木星的又一个表面特征。

木星的大气层厚约1400千米,其成分与太阳差不多,其中氢占82%,氦占17%,还有1%则是甲烷、氨等其他成分,其密度不算大,大约只是地球大气密度的1/5左右,但因为它太厚,又有众多的带纹、云雾,所以从外面也无法窥见下面的状况。

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