《数理化通俗演义》第二十四
回千里投书 亿万里外猎新星,百年假说 一夜之间变成真
——海王星的发现

  上回书说到开普勒以毕生精力刚弄清天体运动的规律,便穷途潦倒死于他乡。当时人们已经逐渐发现太阳系有水、金、地、火、木、土六大行星。1781年3月13日,赫歇耳又发现了第七颗行星——天王星。人们将这些行星按照开普勒的轨道一一摆开,倒也运转得服服贴贴。各位读者,前面我们讲过,自从哥白尼1543年出版《天体运行论》,提出“日心说”以来,这新天文学经历了许多苦难。布鲁诺被焚身,伽利略被判刑,开普勒又是这般下场。几代人以血泪汗水和泥终于筑成这座科学假设之大厦,呕心沥血,现在总算摸住了规律。他们的辛苦没有白费,就是我这写书人也在替他们感到无限的欣慰。

  但是,到1821年有个法国人布瓦德,将1781年以来四十年的天王星资料进行了一番细细推算。这一算不得了,这天王星总也进不了开普勒的轨道。他又将1781年以前的观察资料(当时人们是将它错当恒星记录的)再算一遍,又是另一个轨道。事情又过了十年即1830年,有人将天王星的轨道再算一遍,却又是第三种样子。这下,已平静二百来年的天文界又哗然起来,难道是哥白尼的假设、开普勒的“立法”都错了?如果不错,那只有一种解释,就是天王星外还有一颗未发现的新星通过引力在影响它的轨道。但是经过八十年的探索,却杳无踪影。你想,天王星距太阳约28亿公里,绕太阳一周,要用84年,如果它的轨道外再有一颗星,找起来真是大海捞针了。

  19世纪40年代,几乎全世界的天文学家都在为找这个暗藏的调皮鬼而绞尽脑汁。原来在宇宙中,这一颗星会对附近的另一颗星的运行轨道发生影响,这叫摄动。根据开普勒等人在理论上的发现,在当时对已知星计算摄动是不成问题的。现在要反过来,靠这么一点点的摄动就要去推算那颗未知的新星,这里面有许多的未知数,简直无从下手。所以寻找这颗新星既像是要去抱一个金娃娃使人急不可待;又像是要去捉一只虎,叫人想而生畏。一时整个天文界,整个天文体系,都让这颗星搅得心神不安。1846年9月23日,德国柏林天文台的老台长加勒正坐在自己的办公室里,侍者送进来一封信。此信是从法国寄来的,落款是一个陌生的名字:勒维烈。是谁又来向他求教甚么呢?可是当他仔细一读,不觉大吃一惊:

  “尊敬的加勒台长:请你在今天晚上,将望远镜对准摩羯座δ星(中文垒壁阵四)之东约5°的地方,你就会发现一颗新星。它就是你日夜在寻找的那颗末知行星,它小圆面直径约3角秒,运动速度每天后退69角秒。(一周天360度,1度=60角分,l角分=60角秒。)……”

  满头银发的加勒读完信,不禁有点发愣。他心里又惊又喜,是谁这么大的口气,难道他已观察到这颗星?不可能,这个未出名的小人物不会有多么好的观察设备,可是他又怎么敢预言得这么具体?

  好不容易,加勒和助手们熬到天黑,便忙将望远镜对准那个星区。果然发现一个亮点,和信中所说的位置相差不到一度。他眼睛紧贴望远镜,一直看了一个小时,这颗星果然后退了3角秒。“哎呀!”这回加勒台长跳了起来。那个陌生人竟预言得1角秒不差!大海里的针终于捞到,加勒和助手们狂呼着拥抱在一起。几天后他们向全世界宣布;又一颗新行星发现了!它的名字取做:海王星。

  一个月后,加勒匆匆赶到巴黎,按着地址找到一个实验室里,急切地要见那个叫勒维烈的写信人。这里,桌边一位30岁左右的小伙子羞涩地站起说:“如果我没有猜错。你就是从柏林来的加勒先生,我就是给你写信的勒维烈。”加勒这回更加惊诧,万没料到指导他发现海王星的竟是这么一个年轻人。他一下扑上去,和他紧紧地拥抱,然后迫不及待地说:“你太伟大了,太了不起了,请让我参观一下你的仪器,你的设备。”小伙子还是羞涩地笑了笑,从抽屉里取出一大本计算稿纸说:“我是用笔算出来的。”

  “请您介绍一下您的算法。”

  “其实也没有甚么。我研究了一下其他行星与太阳的距离,木星、土星和天王星轨道的半径差不多后一个都是前一值的二倍,假设未知星半径也是天王星的两倍,列出方程。算出的结果和观察当然有误差,经过修正,再算、再修正、再计算,逐步逼近。”

  “算了多长时间?”

  “我也记不清了,大概有好几年。”

  “就这样直算到误差小到一角秒?”

  “嗯,”勒维烈又是羞涩地点了一下头。

  “小伙子,有毅力。这颗星终于让你摘去了。“加勒仔细地审查了这堆稿纸:共33个方程。这位老天文学家流泪了。他冒着寒风在星空下观察了一辈子而不得其果,这个未出芽庐的小伙子却用一支笔将结果精算于帷幄之中。科学的假设,科学的理论一旦建立,竟有如此伟大的神力啊!

  正是:

  大海拉网苦办法, 明人顺藤来摸瓜。 巧用理论去指南, 岂肯盲人骑瞎马。

  发现海王星的消息传开,英国皇家天文台急急忙忙查找自己的资料,这时才发现正好也是一年前的9月里就有个叫亚当斯的青年计算出这颗新星的位置,并将结果转告给台长。但这位皇家台长瞧不起这个23岁的无名小卒,根本没有做认真的观察,以至在这场重要的竞争中,使法国人和德国人捷足先登(不过后来在科学史上倒也承认这海王星是他们两家同时发现的,勒维烈和亚当斯也成了好友。他们后来分别担任了巴黎天文台和剑桥大学天文台的台长)。哥白尼、开普勒的学说终因他们这一伟大的发现而站稳了脚跟。后来恩格斯论及此事时特别感叹地说:“哥白尼的太阳系学说有300年之久一直是一种假说,这个假说有百分之九十九,百分之九十九点九,百分之九十九点九九的可靠性,但毕竟是一种假说,而当勒维烈从这个太阳系学说所提供的数据,不仅推算出一定还存在一个尚未知道的行星,而且还推算出这个行星在太空中的位置的时候,当后来加勒确实发现了这个行星的时候,哥白尼的学说就被证实了。”

  至此,天文学确实进入了一个新阶段。