为什么海王星的发现是个意外?

洪俊毅

作为八大行星中的远日行星,海王星向来以“笔尖下的行星”著称,的确,海王星是目前唯一利用数学计算及物理规律预测而非有计划的观测发现的行星 。然而,鲜为人知的是,历史上对海王星的首次观测却是由我们熟知的意大利天文学家伽利略完成的:伽利略在1612年12月28日首度观测并描绘出海王星,并于1613年1月27日完成了二次观测。然而令人惋惜的是,因为观测到的海王星过于接近木星,而且海王星距离遥远,相对于背景星空的移动很小,当时的望远镜无法分辨出圆面,伽利略的这两次观测都误认海王星是一颗恒星。

海王星是太阳系内体积第四大、质量第三大的行星。海王星有着太阳系最强烈的风暴(测量到的风速高达2100km/h)。海王星因为距离太阳最远,所以是太阳系最冷的地区之一,其云顶的温度为-218 ℃ 。尽管如此,海王星有着一个炽热的内部,海王星核心的温度约7000℃。由于海王星的大气层以氢和氦为主,还有微量的甲烷,因此它散发出荧荧的淡蓝色光,西方人用罗马神话中的海神——“涅普顿 ”的名字来称呼它,在中文里,把它译为海王星,它的天文符号(♆)为海神所用的三叉戟。

海王星也有光环,总共包含5个主要的行星环,这些环最早是由天文学家帕特里斯·布歇、莱因霍尔德·哈夫纳和让·曼弗雷德在1984年观测海王星掩星时发现的,而这些环的第一张照片是由旅行者2号探测器拍摄的。这5个环后来分别以对发现海王星作出重大贡献的5个人命名:最外面的是亚当斯环 ,亚当斯环拥有五个明亮的环弧,分别被命名为博爱、平等1、平等2 、自由和勇气),其次是阿拉戈环 ,阿拉戈支持勒维耶对天王星运动反常的研究,这一研究导致了海王星的发现),然后是拉塞尔环 ,拉塞尔在伽勒观测到海王星仅仅17天之后就发现了海王星的最大卫星海卫一),接着是勒维耶环 ,最里面暗淡但很宽阔的叫伽勒环 。

自1846年9月23日被发现,迄今只有美国的旅行者2号探测器曾经在1989年8月25日掠过海王星。除了图像数据之外,旅行者2号航天器还发现了一个相当于欧亚大陆大小的大黑斑;这个飓风系统最初是完全黑暗的,但在"旅行者"接近过程中,一个明亮的核心逐渐形成,并且出现在大多数最高分辨率的图像上。然而随后在1994年11月2日,哈勃太空望远镜拍摄海王星时,人们却惊奇地发现大黑斑消失了,这更增加了这颗淡蓝色的行星的神秘性。


天马行文

海王星的发现并不是意外,而是通过万有引力定律直接计算出来的。在很早之前,除了地球之外,人类认识到的太阳系行星就只有水星、金星、火星、木星以及土星,直到1781年,英国天文学家赫歇尔首次在土星轨道之外发现了一颗新的行星,那就是天王星,这一发现大大拓展了人类对于太阳系的认识。

随后数十年里,通过对天王星的观测发现,这颗行星的运行轨道偏离了牛顿引力理论的预言。要知道万有引力定律是能够解释当时所有的天体运动现象,所以有天文学家怀疑可能是天王星轨道之外还有一颗行星,这颗行星对天王星产生引力摄动,导致运行轨道出现偏差。于是,根据万有引力定律,法国天文学家勒维耶和英国天文学家亚当斯各自独立计算出了天王星轨道之外的那颗行星的轨道。到了1846年,德国天文学家伽勒在理论预测的星空位置找到了这颗行星,后来被命名为海王星。因此,海王星的发现并不是意外,而是牛顿引力理论预言的必然结果。

迄今为止,只有美国宇航局(NASA)的旅行者2号在大约30年前造访过海王星。海王星的平均半径为24622千米,是太阳系中尺寸第四大的行星,大约是地球的3.9倍。海王星的质量为1.0243×10^26千克,大约是地球的17倍,在太阳系的八大行星中位列第三。自从冥王星在2006年被降级为矮行星之后,海王星成了人类已知距离太阳最远的行星,平均距离约为30天文单位,公转周期为164.8年,所以自海王星发现以来,它才刚刚完成一次公转。


火星一号

海王星是在笔尖上被发现的。自从1781年天王星被发现后,它的运行轨道总是偏离人们根据万有引力计算出的路线,这使人们开始怀疑万有引力与哥白尼的日心说。然而,来自英国的23岁的青年亚当斯并不相信,经过仔细而又漫长的计算,终于于1845年推算出了影响天王星的那颗未知星体(既海王星)的运行轨道。\n 可是当他要发表他的意见时却连连受挫,当时一些愚昧的人根本不相信他的见解。直到次年8月31日,一位名叫勒威耶的人算出了与亚当斯相同的计算结果时,他们的结论才为人们所注意。经过一段时间的观察,观测员终于发现了这颗星体的位置:黄经326度处宝瓶座内黄道上的一点,在距离该点大约1度的区域内有一颗亮度为9等的行星,它便是海王星。这一发现不但证实了万有引力定律,也表明了日心说的正确性。\n 实际上,半\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t个世纪前拉朗德就观测到了海王星,但由于他没有坚持自己的意见,使得人类错过了提早发现海王星的机会。