探索远离我们居住的地球以外的天空在历史上是件勤奋和令人振奋的事情。自从公元前3000年,苏美尔人发现了太阳、月亮、水星、金星、火星、木星、土星等七大“行星”后的4700年中,从没有人能再有什么突破性的发现(这里不包括彗星)。人们觉得既然已知的行星都能射出光,而如果还存在其他行星,人们应该很容易地发现它们。那么,怎么还能有什么未发现的行星呢因此,人们就武断地判定再不会有什么新发现了。
很久以前,人们就已知道行星自身并不能发光。古希腊人首先通过对月亮的观测发现,它只是一个不发光的星体。望远镜发明后,人们又利用它观测到金星和水星也不能发光。因此,人们推断,所有的行星都不能发光,而只能反射太阳光。
根据这一推断,可得出这样一个结论:即一颗行星离太阳越远,体积越小,那么它所接收到的阳光就越少,从而反射的光也就越少,我们从地面所观察到这颗行星形体的可能性自然也就越小。如果在土星外侧仍存在其他行星,且这颗行星的体积小于土星,那么,它所反射的太阳光有可能非常暗淡,以至于在地球上无法观测到。此外,行星距太阳越远,那么它公转的速度将会越慢,从而使其隐藏在其他星体后面的时间也就越长。
这一切在如今看来是明显的,但对于当时的天文学家们来说,即使他们拥有天文望远镜这样较先进的设备,仍坚持认为所有行星都能“发出”较强的光,而那些微微闪烁于天际的星体却未能引起他们的注意,他们实际上是完全忽略了那些星体是行星的这种可能性。
1781年,一颗新的行星终于在一个偶然的情况下被发现了,发现者名叫威廉·赫歇耳,一位职业音乐家却酷爱天文学。他一直想拥有一架天文望远镜,但却无力支付高昂的费用,于是他自己动手制作了一架,而这架望远镜的性能竟比当时其他的望远镜倍数都高。就是利用这架自制的望远镜对天空进行观测时,威廉·赫歇耳偶然发现了一颗发着微光的星体,从这颗星体圆盘状的形态来看,极似一颗行星,但最初并未引起威廉·赫歇耳的关注,他本来还以为发现了一颗新的彗星呢,可彗星都拖着一条长长的“尾巴”,而这颗新星的外形又十分明显,并且在天幕中的运动速度又异常缓慢,实际上,这的的确确是人们梦寐以求的一颗新的行星。后来,人们将其命名为“天王星”。它的公转半径约为土星公转半径的两倍,足有287亿公里,因此它所反射的太阳光也就少之又少,在地球上几乎无法用肉眼观测到。
第八颗发现的行星是海王星。与天王星不一样,海王星是由数学计算发现的。首次尝试确定天王星的轨道是杰恩-巴普提斯特·德兰博瑞在该行星发现后进行观测的基础上于1790年完成的,但即使是考虑了巨大的木星的引力作用的影响,该轨道也相当不准确。
英国数学家约翰·库奇·亚当斯和法国数学家厄贝恩·勒瓦瑞尔进一步研究了天王星轨道的紊乱问题。亚当斯怀疑有什么东西将天王星从它的轨道上拉开,1845年10月,他将他的计算结果寄给英国皇家天文学家乔治·埃尔瑞爵士,并描述了一颗可能存在的新行星的位置。埃尔瑞并不认识这位年轻的数学家,按照当时的传统,他给亚当斯提出一个简单的数学问题,来测试他的数学能力,但询问没有得到回答,这件事就搁置了下来。这对亚当斯和埃尔瑞都是不幸的,亚当斯的该行星位置计算值仅背离了正确值2度。
与此同时,对亚当斯所作工作并不知晓的勒瓦瑞尔正在致力于同一个问题。不过,他的计算结果离准确值仅相差1度。勒瓦瑞尔在宣传自己的思想上也比亚当斯积极,他在1846年6月出版了自己的工作成果。埃尔瑞手中有亚当斯的计算结果,于是他给勒瓦瑞尔寄去了他的惯常质疑——一则简单的数学题,以测试勒瓦瑞尔的数学功底。当勒瓦瑞尔寄回正确的答案后,埃尔瑞相信他做对了,这是一份有可能存在的行星的真实的计算结果。
埃尔瑞把勒瓦瑞尔的讯息传给剑桥天文台台长查利斯,以便找到被指称的行星。不过,此时找到合用的星图即便不是不可能,也是很难的,精密度阻碍了在预测位置(宝瓶星座)上发现行星。柏林天文台的乔纳斯·加利和海恩瑞克·路德维格·达瑞斯特在查利斯致力于发现这颗行星后一个月,接受了勒瓦瑞尔的请求,于1846年9月23日核查了星座中的这块测试部位。就在那天夜里,加利和达瑞斯特发现了行星盘状物,它就是海王星(Neptune),以海洋的君主命名。
找到了土星轨道以外的行星,进一步激发了天文学家们探索的热情。不过,只是在用去一个世纪的时间之后,人类才发现了目前我们拥有的行星表上的最后一颗行星。
冥王星(Pluto)的发现像海王星一样是一次重大探索,它是在测算和思考年代结束以后完成的。在天王星和海王星轨道的讨论平息下来后,几个天文学家依然相信此事没有结束,尤其是海王星Q一直在受到干扰。包括威廉·H·匹克瑞因和珀西瓦尔·洛厄尔的许多天文学家追逐天文学上的时兴,他们指出,海王星轨迹以外有第九大行星的重力引力存在(今天我们已清楚,许多被指称的紊乱来自原始观测中的误差;另外,当我们对冥王星较近的测量继续显示它比早先设想的规模小时,天文学家们已明白海王星轨道的不规则与冥王星没有什么关系)。
事实上,正是洛厄尔行星扰乱问题的解决导致了冥王星的实际发现。洛厄尔预言了双子星座中的一颗行星,它的质量约为地球的66倍,是一颗超越海王星运行轨道以外的“x行星”。洛厄尔在他的亚利桑那天文台(现在位于亚利桑那夫拉格斯达夫Flagstaff的洛厄尔天文台)核查这个未知名的天体达10年,直到他在1916年去世,他一直没能找到行星。
洛厄尔的梦想没有随着这位天文学家的离世而消失,他的3位忠实助手继续开展着他的工作,他们是VM斯利夫尔,CD朗普兰德和EC斯利夫尔。
不过,继续这项探索工作因财产诉讼和缺乏资金陷入了困境,最后,在洛厄尔的侄子罗杰·洛厄尔·普特奈姆的支持下,该天文台在1929年换装了一台33毫米摄像望远镜(劳伦斯·洛厄尔望远镜,现在叫冥王星望远镜),它可将12乘以12度的天空区间拍摄成单张相片。这项探索进而在双子星座开始,但要攻克该星座(它靠近银河的星雾旁)的星体质量关是个大问题。不过希望还在,显微镜中的闪烁情形与18世纪后期摄影术出现时马克斯·沃尔夫发现小行星所用的显微镜中出现的情形相类似。
1929年,在洛厄尔天文台从事搜寻海王星以外行星的是天文学家克里德·托姆鲍,他在VM斯利夫尔的指导下工作。由洛厄尔望远镜拍摄下来的配对相片被拿来与闪烁显微镜中的景物进行检测对照,这台显微镜迅速地变换着两幅在不同时间拍摄的同一星体位置的景象,运动中的宇宙天体在固定的星体背景下出现“闪光”,来回跳跃。
冥王星是本世纪发现的惟一行星,引出了一个十分振奋的发现故事。1930年元月23日和29日夜里用洛厄尔望远镜拍摄的图像最为重要。
托姆鲍在他的著作《走出黑暗》(与帕特利克·摩尔合著)中写到:(1930年)2月18日上午,我将1月23日和1月29日的摄影底片放在闪烁对比仪上,从东面那半边开始。这是一个最幸运的决定,否则的话,冥王星不会在1930年被发现。
那天下午4点钟前,我遮盖住那组像对的1/4,在做完了左面一半的水平像带后,我将水平滑动架转动至南北向的中心线(我总是在像对中后拍摄的那张底片上绘出细墨线)。我工作时养成了将它们往左移动的习惯,这样我就不会忘掉在出现中断的时候该怎样处置……我将目镜装置抬升到一个水平像带,在中心线处,我把一颗“三角宝石”指示星置于目镜的小长方形视域内。当向左扫视几个场景后,我将下一场景转动进入视线。突然,我看到了一个1/15视星等的影像弹跳出来,而在迅速交替的视场中又消失。接着我向左3毫米(或0125英寸)观察别的影像,进行同样的操作。“就是它!”我大声对自己说。那么哪个影像属哪张底片呢我关闭了相机上的自动闪光灯,使用小的机械控制杆来回转动光闸,右边的影像在先拍摄的底片上(1月23日那次),而在视场的左手是西方。接着,我将光闸转向1月29日的底片进行观察,这一影像出现在其他影像的左边。反向转动也行。如果移位的方向往东,这些影像则都是散乱的,要么就是那些在交替变换状态时碰巧被逮住的两颗各自黯然失色的反复不定的星体的影像。考虑到底片间的间隔,其平行移位表明,该物体远在海王星轨道之外,也许要远出10亿英里!该目标物正是在大约这一距离上位于海王星轨道之外一颗新行星,这一发现于1930年3月13日宣布,约2280公里(最近的测算)大的新行星被命名为冥王星(Pluto),其名取自阴间世界的神话人物。
在围绕太阳的地球和8颗行星中,有5颗可用肉眼看见:水星、金星、火星、木星以及土星。另外3颗行星——天王星、海王星、冥王星若不借助于望远镜则是难以看见的。
水星、金星、地球、火星有时被称为地球类行星。因为它们都相当小,稠密而坚硬。因此,你可以落在它们的表面。而木星、土星、天王星和海王星则是巨型气团,一点也不紧密,就像氢和氦气球一样。假如你想降落在它们的表面,必定会被卷进去,最后被其强大的气流压得粉碎。这些行星叫作木星类行星。而冥王星则根本没有类别。它既小,又遥远,因此难以研究。它可能更近于地球类而不属于木星类。
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