在太阳系某个不为人知的角落里,是否隐藏着一颗神秘的星球“X”行星?这是一个老话题。
水星、金星、火星、木星和土星很早就已经出现在人类观星史中,直到1781年,英国天文学家威廉·赫歇尔(William Herschel)爵士发现了一颗新的行星天王星。天王星最初被认为是一颗彗星,最后被证明是一颗新行星,赫歇尔因此闻名。
数学的胜利
当天文学家计算天王星的轨道时,他们发现,天王星在太阳系中的位置同一套数字完美匹配,也就是提丢斯-波得定则。不过,当天文学家继续观测天王星的运行轨道时,发现它偏离了预测轨道!科学家的观测数据不断增加,而天王星越来越可疑,是什么导致它的轨道总是诡异地偏离预计数字呢?是什么导致现代的观测数据(从1781年赫歇尔第一次观测开始)和历史观测数据的差异?科学家考察各种可能,有的提出彗星撞击说,有的称受到未知卫星的引力干扰,然而这些假说都有明显的漏洞。最好的解释是有一个摄动体存在。也就是说,有一颗未知的行星存在,一颗“X”行星。
一般说来,天文学家得先找到这个“X”,通过观测确定它的轨道,然后再确定它对天王星的轨道的影响,看看它能不能解释天王星“算不准”的问题。但是,就当时的观测条件来说,发现新行星并非易事。
那么,是否还有另外的办法?是否可以通过对天王星的轨道偏离数据来反推“X”?这无疑对天文学家提出了更高的数学要求。两位同为数学家和天文学家的人接受了这一挑战,他们分别是英国的约翰·亚当斯(John Adams)和法国的奥本·勒维耶(Urbain LeVerrier)。两人都接受了行星假说,开始对天王星的轨道进行分析。
最终,两位数学高手得出了各自的结果,都指向同一片区域——当时摩羯座的所在位置。这也是天文学界第一次在没有任何观测数据的情况下,用数学对行星轨道进行推演。但是那里是否有一颗新的行星?这还需要实际的观测进行确认。
1846年,在预测的位置附近,通过与手工绘制的星图比对,天文学家发现并命名了新行星——“海王星”。海王星的发现带给大家计算的惊喜,新行星的寻找热情也被带动得更加高涨。海王星的存在已经基本解释了天王星的轨道差异,新的轨道计算已经和观测没有太大出入,天文学家从何处下手呢?