按同太阳的平均距离由近及远排列,海王星列为第八颗行星。它的亮度为7.85等,只有在望远镜里才能看到。由于它是一颗淡蓝色的行星,人们根据传统的行星命名法,称其为涅普顿 。它是罗马神话中统治大海的海神,掌管著1/3的宇宙,颇有神通。海王星的天文符号是 ? ,是涅普顿手中寒光闪闪的神叉。

就在天王星发现不久,天文学家就注意到天王星的运动有些奇怪,总是偏离天体力学计算的轨道。有人推测天王星轨道之外可能存在一颗行星,它的引力作用使天王星的运动受到干扰,这在天文学上叫做「摄动」。1845年,英国剑桥大学数学系的学生亚当斯算出了这颗摄动行星的轨道和质量,并将结果寄给了皇家天文台台长艾里。由于人轻言微,他的研究成果没有被重视。

与此同时,法国巴黎天文台的勒威耶也在研究这一问题,1846年9月18日,勒威耶把他的研究结果寄给柏林天文台的伽勒。伽勒9月23日接到信后,当晚在勒威耶预言的位置附近找到了这颗新行星,命名为海王星。由于它是由天文计算而发现的行星,所以被称为「笔尖上的发现」。

海王星绕太阳运转的轨道半长径为45亿千米, 公转一周需要165年。从1846年发现到今天,海王星在7年前才走完一个全程。


在介绍海王星发现过程之前,有必要先介绍一个背景,全文篇幅不长就一张图,流量党请放心食用。

一、提丢斯波德定律

十八世纪中期,德国一位名叫提丢斯的中学教师提出一个猜想,由天文学家波德将其进行定律化。这是一个在太阳系中,行星同太阳平均距离的经验定律:取一数列0,3,6 ,12,24,48,96,192……,将每个数加上4,再除以10,就可以近似地得到以天文单位表示的各个行星同太阳的平均距离。此时人们只知道太阳系中除了地球外有水星、金星、火星、木星、土星五大行星。通过这个定律人们猜想太阳系可能比之前所想的更加庞大和复杂,后续研究中,天文学家皮亚齐发现了小行星谷神星(后面知道它其实是火星和木星之间存在的小行星带中最大的一颗),赫歇尔发现了天王星。

之后有一系列研究企图揭示这个神奇的定律,只是现在的学界普遍认为这只是一个巧合,而研究的深入也使得学界掀起了对38.8天文单位(192*2+4/10)处可能存在行星的观测热潮。

二、海王星锁定

天王星的发现使得天文学家欣喜若狂,他们迅速投身到天王星的各项轨道参数的确定工作中去。但是不久后,他们就发现了天王星的轨道与预期的圆形轨道存在一些偏移,从地球上看过去天王星的轨道时近时远,每隔一段时间轨道半径会存在一个最大值。通过万有引力定律,天文学家认为这应该是有一颗轨道更靠外的行星造成的,它的引力在向外拉扯天王星,类似两颗行星在拔河,谁引力大谁就将对方拉向自己,如果实力势均力敌,那谁靠近谁就会随时产生变化,「笔尖下的行星」海王星就这样浮出水面。

十九世纪中期,英国天文学家约翰·亚当斯率先计算出这颗当时未知的行星可能在天空中的位置,并迅速将计算结果寄往格林尼治天文台的一位天文学家,但由于他当时还是一个没有什么名气的年轻人,格林尼治天文台并没有将他的来信当做一回事,亚当斯遗憾错过了「率先发现海王星的人」这个殊荣。

图为亚当斯后来发表的相关演说中的推演算,过程很长故而只放其中一张。

一年后,法国天文学家勒维耶也通过类似的计算得到了第八行星的轨道,他将结果寄给在柏林天文台工作的朋友加勒,加勒接到来信后就第一时间安排了观测,结果在离勒维耶给的数据差不多一致的地方发现了海王星。

没图是因为这个推算我没有找到相关成页的文档,对全文不构成影响。

三、荣誉之争

在得知海王星已经被发现后,格林尼治天文台方面追悔莫及,当时的台长艾里利更称之为「建台来最大的遗憾」。事后,他们通过最大的努力,为亚当斯争取到了共同发现者的身份,亚当斯也因此与勒维耶结下了深喉的友谊。

故事发现到这本来就差不多该结束了,谁也没想到,过去很多年后,又产生一些波折。

后人翻出了当年亚当斯寄往格林尼治天文台的信,通过信里的计算,发现亚当斯的结果与真实的情况存在了较大误差,这一情况后来甚至使得英法两国相关学界围绕谁最先发现产生了许多争执。

平心而论,海王星的发现过程拓展了科学的领悟,数学这一工具在这个过程中被证明是作用巨大的,它的存在使得天文学摆脱了传统印象流和作画流的形象,天文学的发现更加有理有据。亚当斯和勒维耶通过数学的方式将人类的眼界向外走出了巨大的一步,居功甚伟,因而两人同获此殊荣应该说是非常公平的。


海王星是太阳系八大行星中距离太阳最远,同时也是最迟被发现的一颗。更有意思的是,海王星是第一颗通过数学计算而不是通过观测发现的行星。

事情的来龙去脉大概是这样的。亚历斯·布瓦于1821年出版了天王星的轨道表,但是随后的观测表明表中的轨道存在一定偏差,这使得布瓦猜测可能是因为受到附近一个巨大天体的扰动。不过,此事并未引起天文学界的太多重视。

到了1846年,法国天文学家勒维耶独立地对这颗潜在天体的位置完成了推算。1846年9月23日,这颗潜在天体在勒维耶预测的位置上被发现。勒维耶成了用数学发现行星的第一人。

在发现后的一段时间里,这颗行星一度被称为勒维耶的行星,之后才被命名为Neptune(海王星)。

1989年8月25日,旅行者2号实现了飞越海王星的壮举,目前人类对海王星的认识很大一部分都基于旅行者2号的探测。

值得一提的是,近几年科学家发现柯伊伯带中的几个天体存在轨道异常,并猜测可能也是受到附近大型天体的影响。没准,在柯伊伯带中还藏著第九大行星。


专业性太强的问题,只能搜一下了。

海王星的发现 ——(原题《海王星发现百年纪念》。原载1946年9月《开明少年》) 并非偶然的发现 1846年9月28日, 德国柏林天文台伽勒博士接到一封信。信是法国青年数学家勒威耶写给他的,请他在夜里把望远镜对正某一方天空。勒威耶预言:在那里将会发现一颗新的行星——太阳系的第八颗大行星。伽勒博士立刻把精密的星图捡了出来,当夜就开始搜索,只经过半小时的观察,他果然在勒威耶指示的那一方天空里,发现了一颗光亮很弱的星;过了24小时再观察,证实这颗星在不断地移动,确实是一颗未曾发现的行星。勒威耶的预言应验了——这颗新的行星,后来命名为海王星。 根据预言发现的新行星,海王星是第一颗。太阳系有9颗大行星:水星、金星、火星、木星、土星,在地球上的人们光凭眼睛就能看到,因而在有史以前,人们就知道这5颗行星了。其余3颗,天王星、海王星、冥王星,都要用望远镜才能看到,因此天王星直到1781年才被发现。天王星跟海王星不同,它的发现完全是偶然的。 一个喜欢看星的英国风琴家赫歇耳,他每天夜里用望远镜观察星空,无意中发现了这颗不断移动的新星。起先,他以为看到的是一颗彗星,经过许多人推算,证明这颗星的轨道几乎是一个圆,才肯定它也是绕著太阳转圈子的一颗行星,就把它命名为天王星。 太阳系扩展了不止一半 天王星发现之后,很多人都把望远镜对准了天王星。不久,它运行的规律就给人们推算出来了。天王星绕著太阳在一个半径不到29亿千米的近乎圆的轨道上运行,速度将近7千米/秒。天王星的轨道半径比地球的大19倍多,运行速度比地球慢,因此在地球上过了84年又9个月,在天王星上才过满一年。 奇怪的事情跟著发生了。1800年以后,天王星的运行速度忽然渐渐加快了,到1830年左右,它的运行速度又比往常慢了。在1800到1810那10年间,天王星在空间经过的路程,比它在1830到1840那10年间所经过的要长得多。并且在这些年间,天王星离开了人们给它推算的轨道,离太阳更远了一点儿。这种情形,别的行星也是有的,要是一颗行星跟另一颗行星相接近了,它们因为互相吸弓侩稍稍脱离人们推算的轨道。在正相接近的时候,轨道较小的那颗行星速度会稍稍加快;在正相远离的时候,轨道较小的那颗行星速度会稍稍减慢。因此有人猜想,天王星的轨道外面还有一颗人们从未见过的新的行星。 新的行星比天王星更远,它一定比天王星更加暗淡,在茫茫的太空中,如果光靠望远镜盲目地搜寻,可能永远找不到它。因此有人根据天王星的运行速度和轨道的改变,来推算这新行星的位置。推算当然不是一件容易的事,得应用许多复杂的 物理和数学的公式。1845年,一个英国青年数学家叫做亚当斯的算出来了,把结果交给了英国皇家天文台。不知什么缘故,皇家天文台把他的推算结果搁在一旁,没有按著他的指点去搜寻。第二年,勒威耶也把结果推算出来了,而伽勒依著他的推算结果,找到了这颗新的行星——海王星。 虽然伽勒博士第一个看到海王星,可是真正的功绩还属于推算的人。因此大家都认为这发现的荣誉,应该属于亚当斯跟勒威耶两位。由于他们的推算,太阳系的半径又向外扩展了16亿千米。 遥远的世界 海王星跟太阳的平均距离是45亿千米,比地球离太阳远30倍还多。所以在海王星上看太阳,只有在地球上所看到的金星一般大小。海王星表面每个单位面积所接受到的太阳的光和热, 只有地球上的1/900。假使海王星表面的组织跟地球相似,那么因为所受到的太阳光太少,温度该在-200℃以下。 海王星的轨道虽然那么大,它运行的速度却比天王星还来得慢,每秒钟走不到5.5千米,等它绕太阳转一个圈子,地球上已经过了165年了。因此以海王星来说,它被地球上的人发现还没有满一年。 在海王星上,年虽然那么漫长,可是月却短得诧异。已经发现海王星也有一个月亮。人们设想,在海王星上看那个月亮,正好跟咱们在地球上看到的月亮差不多远近,差不多大小,当然暗淡得多。那个月亮绕著海王星转得很快,每转一圈还不到地球上的6天。最奇怪的是那个月亮转动的方向,恰跟地球的月亮相反。 海王星自身是不是在旋转呢?这个问题至今还没有解决。因为它太远了,用望远镜观察, 无法在它表面上认定一个标志来研究它是否在旋转。有人说海王星每7小时15分旋转一次, 假使这话是对的,地球上过一天,海王星上已经过了将近4昼夜了。 海王星的直径约5万千米, 体积比地球大60倍。对于海王星,人们现在只知道这样零零碎碎的一点儿皮毛,因为它离地球实在太远了。


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