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今天要给大家解读的书是星图上没有那颗星星
副标题是寻找太阳系边界
说起太阳系
就算是小学生也能说出八大行星的来历
为什么直到十八世纪才发现天王星
海王星为什么会出现在笔尖
冥王星为什么会从行星宝座上掉下来
这些有趣的问题
在这本书里都能找到答案
这本书虽然是科普天文学
但主要讲述的是历史
就像是太阳系一样
这本书的作者卢昌海
曾经是复旦大学物理系的高材生
在大三的时候
他就是物理系的第一名
被哥伦比亚大学录取
成为了物理系的博士生
就是这样一位高材生
抛开最专业
最深奥的物理概念
数学方程式
用最生动
最幽默的语言
带给我们一次太阳系深度旅行
接下来
让我们从发现天王星
海王星
冥王星开始
探索太阳系的边界
在上古时代
人们在仰望星空的时候
就发现了一件事
那就是在浩瀚的夜空中
有很多星辰都是固定的
也有一些星辰会出现在不同的位置
就像是天空中的信使一样
这五颗移动的星星被发现了
被命名为行星
英文名叫planet
来自希腊文
意思是漫漫游者
这五颗星辰分别是金
木 水 火 土
再加上地球
一共有六颗星辰
这六颗星辰在过去的数千年中从未改变过
直到一七八一年三月十三日
发现了一颗新行星
这一发现是观测天文学进入了一颗新时代
从此
人类开始探索太阳系疆界的漫长旅程
这是我们故事的开端
千年来
第一个发现星星球的人名叫赫歇尔
他竟然是一位音乐家
出生于英国音乐世家的赫歇尔十四岁时登台演奏
创作了数十首交响曲和协奏曲
为了更好的了解和声
数学
这位年轻的音乐家在数学上下了很大的功夫
但因为学习数学
他接触到了光学
对天文学产生了兴趣
最终成为了一名业余天文学家
赫歇尔就是最好的例子
虽然这只是一种业余爱好
但却是他人生中最伟大的发现
十八世纪初期
牛顿 赫拉
拉格朗日建立了一套辉煌的力学体系
专业的天文学家沉迷其中
热衷于计算各种已知天体的轨道
正因为尔赫歇尔是半路出家
对复杂的计算一窍不通
所以他才能在观测上开辟出一条新的道路
赫歇尔热爱观测
他一生制作了数百架望远镜
他把自己的家改造成了望远镜加工厂
赫歇尔每天都像是着了魔一样
废寝忘食的看着大炮
吃饭的时候都要靠妹妹喂饭
而睡觉的时候却要倒霉了
放年之后
他终于发现了一个略带圆面的新天体
放大倍数后
物体的圆面也会随之放大
这绝对不是恒星
因为恒星本身就是发光的
放大倍率再高也只是个亮点
这不是圆面
这是一个叫做天王星的星行星
发现天王星让赫希尔备受尊敬
人们惊奇的发现
天王星竟然可以用肉眼看到
天文学中用视星等概念表示恒星亮度
数值越小
亮度越高
最亮的星为一等星
肉眼只能看到六等星
天王星的星等为五点五
一颗星星就这样从人们眼前溜走了几千年
根据以往的记录
天王星至少有二十二次被发现
最早的一次出现是在一百多年前
可惜
所有留下g二十二记录的天文学家都认为这是一颗恒星
其中最令人惋惜的是法国天文学家
他曾八次记录夏天王星在二十天内的位置
按理说
如此密集的记录
足以说明天王星的行星运动啊
你可能听说过水逆星逆行的说法
所谓逆行
就是一颗行星绕太阳公转的速度和地球不同
有时候看起来像是倒着走
就像是坐在高速行驶的高铁看一辆车
而他们却在倒退
事实上
逆行并不只是水星
天王星也会逆行
而且逆行到正行的时候
会出现短暂的逆行
这位法国科学家怎么也没想到
他的八次记录正好是天王星静止不动的时候
发现天王星的机会被赫希尔放弃了
是的 对的
这就是天王星被发现的故事
天王星的发现打破了太阳系中存在着无数行星的神话
在太阳系中
究竟有多少颗隐藏在暗中的天王星呢
人们迫不及待的想要解开这个谜团
但星海茫茫
总不能像赫歇尔一样到处撒网吧
当然不需要
行星的轨道大部分都在黄道面附近
也就是说
它们的运行轨迹都遵循着一定的规律
行星的轨道半径可以用公式来计算
其中最重要的是NN是行星编号
比如地球一号
火星二号
木星四号
土星五号
为什么大自然会留下这么明显的空白呢
这个奇怪的空缺似乎在等待一个新的行星出现
所有人都兴奋起来
欧洲的天文学家们都成了星探
每个人都有自己的地盘
每个人都有自己的地盘
其中有一个意大利的天文学家给六千七百颗星星定下了坐标
不过他确实在太阳附近失去了踪迹
在这个节骨眼上
高斯这个数学王子
德国数学家
就像迈克尔
杰克逊为了一家乡村酒吧
坐在那里看了一眼
天文学家们欣喜若狂
终于找到了那颗星星
这颗星星叫做古神星
是古物的鼓粒
是神的 上帝
它的半径是多少
跟之前的数学公式完全吻合
看来
人们终于在火星与木星之间发现了一颗新的行星
不过且慢
就在古神星发现三个月后
人们又发现了一颗名为至神星的恒星
智慧之至遇到麻烦了
两颗星球挤在一条轨道上
古神星的发现让所有人都很高兴
但致神星的出现却让所有人都有些尴尬
就在人们犹豫不决的时候
行星观测专家赫希尔站了出来
说 依我看
这两个人谁也不配做行星
因为他们比月亮还小
只能叫小行星
一开始
人们还觉得赫希尔说的话太扫兴了
想要抬高自己发现天王星的荣誉
贬低别人发现的行星
但是两年后
又有一颗新的天体在轨道上被发现
那就是昏神星
这场婚礼算是热闹了
有三个天体正在争夺火星和木星的王座
于是人们接受了赫谢尔的建议
把所有的孩子都变成了一颗小行星
后来观测表明
在火星和木星之间
有数以千计的小行星围绕着太阳形成一条小行星带
既然空间不够
那就去外面找吧
其他人呢
然后
他锁定了距离天王星n等于七的轨道
在这个位置
确实有行星出没
的迹象
那就是天王星一直在出轨
无论观测数据如何增加
算法如何改变
天王星的轨道和实际观测之间总是存在着难以承受的误差
以至于人们开始怀疑万有引力定律的准确性
所有的假设都被证明是正确的
那就是在天王星的轨道之外
还有一颗巨大的行星
它的引力会干扰天王星的轨道
接下来才是最重要的一件事
对的 对的
那就是去哪里寻找这颗未知的星球
它离太阳的距离比天王星远了一倍
移动速度也比天王星慢得多
那么剩下的就只有华山了
这是纯粹的数学计算
但是难度太大了
在没有电脑的年代
这项工程规模之大
令人不寒而栗
幸好
天文学界出了两个天才
第一位是亚当斯
来自英国
一八四一年
亚当斯二十二岁
还是个剑桥大学的学生
对寻找新航星产生了浓厚的兴趣
于是亚当斯把计算结果带到英国格林尼治天文台的艾里那里
结果艾里不是出去开会
就是在中午吃饭
亚当斯去拜访三次都被拒绝了
于是亚当斯把计算结果留了下来
然后返回剑桥
这个结果他是看在眼里的
但是他根本就没把这个年轻人放在眼里
对他的态度很冷淡
回了一封信
敷衍了几句
就把亚当斯的算计抛到了九霄云外
唉
亚当斯对里的亲视感到失望
这也是英国天文学界的一大憾事
当机会从英国人手中溜走时
法国人又把目光投向了新天体
第二个计算的是比亚当斯大八岁的法国人勒维耶
他在一八四六年也算出了新行星的位置
两位数学大师的智慧之剑分别指向了英吉利海峡
可是谁也不知道对方是做什么的
和亚当斯不同
勒维耶并没有像亚当斯一样老老实实的去拜访学长
而是公开发表自己的计算
埃里台长得到这个消息后
再也坐不住了
他拿出了亚当斯的计算结果
结果几乎一模一样
这个时候
法国的天文学家们还在怀疑勒维耶的计算结果
但是只有埃里知道
亚当斯的计算是非常可靠的
这么大的事情
居然在自己的眼体底下搁置了一年多
他知道自己不能再拖下去了
趁着法国人还没有从震惊当中回过神来
他必须抓紧时间进行观察
这一次
他必须把握住机会
英国天文界的成败
就看这一次了
唉
李台长把观测任务交给了剑桥天文台
而剑桥天文台的台长查理斯却是忙得不亦乐乎
这个观测工作足足持续了一个月才开始
因为是临时加班
所以查理斯并没有放在心上
而且他每天都要做大量的数据对比
直到有一天
他和三十九组数据进行对比
都没有发现任何异常
虽然还有一些数据没有对比
但他觉得今天是不可能再有什么收获了
一想到还有其他的事情要做
他就不得不终止了对比
哎
这一步棋走错了
满盘皆输
他却不知道
再对比十组数据
就会发现一颗前几天都没有出现过的天体
那就是埃里台长要找的那颗星星球
一想人一次又一次的失去了先机
历史的风向开始向欧洲大陆倾斜
在查理斯搜索的过程中
勒维耶又做了一次计算
用了一万多页纸来验证之前的计算结果
有了更多的信心
勒维耶开始向天文台求证
但由于天文台的工作量太大
他们婉言谢绝了这个请求
勒维耶突然想起来
德国柏林天文台有一个叫加勒的粉丝
是他的粉丝
一八四六年九月二十三日
这封信上说
在九月二十三日晚上
你必须把望望远镜对准摩羯座的德尔塔星之冬五度
才能找到一颗新的行星
加隆大吃一惊
这封信简直就像是上帝写给他的信一样
这封信似乎是精心设计好的
当天正好是九月二十三日
加纳深深的被这个预言所吸引
当天晚上
他带着一个学生开始观察
拿着望远镜
学生们一张一张的对照着星图
足足过了半个小时
兴奋的时刻终于来了
拿着新图的学生拿出了一颗八等星
距离勒维耶所说的只有一度的暗淡天体时
拿着星图的学生惊呼出声
海王星不在星途中
就在这时
天体力学的神话诞生了
也就是牛顿力学最辉煌的日子
单凭已知行星的运动
就可以间接的推算出一颗未知行星的轨道
他远在几十亿公里之外
却没有任何观测数据
一时间
所有人都为这一辉煌的成就所震惊
就连法国的国王也为乐维耶的名声所震惊
这时候
里和和查理斯这两个天文台的台长都快急死了
要不是他们错失了这么好的机会
法国人也不会有这么大的成就
不过淡泊名利的亚当斯并没有为自己辩解
而是将所有的精力都放在了利用观测数据来计算海王星的运行轨迹上
这篇论文得到了广泛的赞誉
甚至有人认为他的计算方法比勒维耶的还要漂亮
亚当斯和勒维耶结下了友谊
并且分享了发现海王星的权利
英 法
德三国发现海王星的故事
在天文学和历史上都是一段佳话
亚王星的发发现给天文学家和数学家们带来了极大的兴趣
一颗星星居然能被纸和笔发现
自从发现了海王星之后
天文学家们每天都在祈祷
希望有一颗行星再一次出轨
因为只有这样
他们才能像发现海王星那样辉煌
于是
人们开始挑剔
开始怀疑天王星是不是出轨了
也怀疑海王星是不是有什么不知名的行星在影响着他们的运动
事实上
天王星和海王星的观测数据已经完完全符合了理论上的误差范围
但还是有人执迷不悟
非要用这种微不足道的误差来寻找一颗海外行星
美国天文学家罗威尔使用了一种违反规则的方法
计算出一颗质量为地球六点六倍左右的恒星
在海王星轨道之外
干扰天王星与海王星的运动
他毕生致力于寻找这颗星星
最后遗憾的离开了人世
但他万万没有想到
在他生命最后的五年里
有一颗不知名的星球静静躺在那里
真是有缘无份啊
他死后
把新的工作交给了一个二十二岁的农民
少年名叫汤博
是罗威尔天文台的一名助手
汤博以罗威尔的轨道计算
在枯燥的观测中度过了将近一年
一九三零年
汤博发现冥王星
据预测仅有六度角
天体力学似乎又一次创造了辉煌
人们纷纷向罗威尔致敬
紧接着
所有人都兴高采烈的开始了对新星球的测量
冥王星的质量被严重低估了
它的质量只有地球的六点六倍
它在月球上的重量只有地球的百分之一
它对天王星和海王星的引力影响比地球要小得多
这让罗威尔的迷茫预言大吃一惊
原来海王星的神话并没有重演
纯粹是巧合
罗威尔的计算完全错了
错误的预测却误打误撞的结出了漂亮的果实
太阳系已经发现了九颗行星
但这还没完
天文学家们又发现了一系列跟冥王星差不多大小的天体
比如任神星
鸟神星
系神星等等
有比冥王星更大的行星吗
当人们提出这样的问题时
一个更为基本的问题出现了
行星究竟是什么
还记得我们之前提到的古神星
智神星和荤神星是怎样被降级成小行星的吗
好的 好的
因为他们犯了两个重罪
一个是年纪太小
一个是非法组织
而现在
冥王星也犯了同样的错误
先不说它的体积
就说它的面积也比不上俄罗斯
说到非法聚集
冥王星位于科伊博带
这里非常热闹
数以千计的小型天体在其中运行
他们的质量只有地球的十分之一
冥王星只是科伊博带发现的第一颗天体
如果他们都能被称为行星的话
那么这九颗行星将会变成数百颗
甚至数千颗行星
为了裁员
天文学给太阳系的行星下来的定义
这个定义由四个部分组成
第二
行星不能太大
它的质量是木星的十三倍
第三
行星不能太小
至少要有四百公里的直径
这样才能形成自然形状
由引力主导
形成一个美丽的球形
至于小行星
因为个头太小
长得太丑
大部分都长得像土豆
第四
行星必须清理其轨道附近的区域
也就是说
它要在他自己的轨道上占据主导地位
也正是这个关键的第四个条件
让冥王星从地球上消失了七十六年
变成了一颗矮行星
也就是一颗还没有发育完全的星球
介于行星和小行星之间
像鸟神星
人神星
谷神星
系神星等等
都是跟冥王星一样的矮行星
唯一的问题就是它们无法找到属于自己的轨道
现在让我们来回顾一下人类探索太阳系疆界的漫长历程
从金木水火土五大行星
再到天王星
海王星
再到近现代包含冥王星的科伊博带
人类测量过的太阳系在过去二百多年里扩大了约十倍
那么科伊博带中的冥王星是否是太阳系的边界呢
当然不会
科伊博待在太阳系中
只能算是城乡结合部
在比科伊博带更远的地方
还有一圈被称为离散盘的小行星
根据科学家们的推测
在遥远的地方
有一片被称为奥尔特云的彗星云
一直延伸到太阳系的边缘
那里有可能是太阳系的边界
太阳系再大
终归是有尽头的
可是江姐从来没有出现过
好了
这本书不在星图上
我就给你解释一下
明天见