太阳突然消失，天体引力改变，行星轨道受干扰，勒维烈的伟大探索

上面一章的内容，也许会引起一些聪明读者的思考：既然天体之间互相都存在着引力，那么这种引力为什么没有导致一个行星绕着另一个行星运转呢？

其实，牛顿本人已经注意到了这个问题，而且他已经找到了答案。天体引力的强弱取决于它们自身质量的大小。在我们太阳系中，太阳的质量比任何一颗行星都大得多，因此，在太阳系各个天体之间引力的角力中，太阳占有绝对的优势，所以各个行星就只能绕着太阳旋转*。假定太阳突然消失，天体之间的引力将发生重大改变，由此造成的影响将是不可思议的。毫无疑问，太阳系所有的行星将围绕木星运转，因为在太阳系的行星中木星的质量最大。如果跟地球比较，太阳的质量是地球的355499倍，而木星是地球的339倍，太阳的质量比木星大1000倍。所以，只要有太阳在，地球就绝不会绕着木星转。

万有引力定律（1687年）：

适用于两个质点或均匀球体；r为两质点或球心间的距离；G为万有引力恒量（1798年由英国物理学家卡文迪许利用扭秤装置测出），G=6.67×10-11N·m2/kg2。

由万有引力定律公式可知，两个天体之间的引力与这两个天体的质量的乘积成正比，与二者距离的平方成反比。所以，准确地说，太阳系中每两个天体之间的引力，与它们二者质量的乘积成正比。但是由于太阳的质量远远大于任何一个行星，所以每个行星与太阳之间的引力也远远大于任何行星之间互相的引力。

不过，木星也并非对地球没有影响。虽然它不能把地球从围绕太阳旋转的轨道上拉出来，但是它对地球的引力也产生了相当大的作用。据科学家的观察和计算，地球围绕太阳公转的轨道由于受木星的影响，产生了一定的改变，或者说，木星对地球的轨道造成了一定的“干扰”。

正如木星与地球之间互相吸引一样，所有的行星相互间也都存在着引力，都会干扰它们围绕太阳运行的轨道。事实上，每一颗行星所运行的轨道，不受这种干扰的情况倒是罕见的。在天文研究中，如何计算这种干扰，是一个很大的难题，在这个科学领域，需要敏锐的思考和积极探索的精神。

说到这里，也许一些读者会想，这种干扰会不会变得越来越强，以至于最终使我们的太阳系乱套，成为一片混沌呢？是的，这确实是一个值得思考的问题，法国著名数学家拉普拉斯*也曾经提出过这个问题，并在一项不朽的著作中回答了这个问题，这就是著名的《天体力学》（The Mechanics of the Heavens）。他的研究指出，天体间的这种干扰是有时间性的。以太阳系为例，许多星球间的引力互相干扰，最终形成了一种确定的有规则的可以自我矫正的周期，于是整个太阳系的各个星球之间建立了一个完全稳定的运行规则。

拉普拉斯是天体力学的主要奠基人，是天体演化学的创立者之一，是分析概率论的创始人，也是应用数学的先驱。拉普拉斯用数学方法证明了行星的轨道大小只有周期性变化，这就是著名的拉普拉斯定理。他发表的天文学、数学和物理学的论文有270多篇，专著合计有4000多页。其中最有代表性的专著有《天体力学》《宇宙体系论》和《概率分析理论》。1796年，他发表《宇宙体系论》。因研究太阳系稳定性的动力学问题被誉为“法国的牛顿”和“天体力学之父”。

拉普拉斯（Laplace，Pierre-Simon，1749—1827），法国著名数学家、天文学家，法国科学研究院院士(www.xing528.com)

拉普拉斯将牛顿的行星运动研究推进到一个崭新的高度而赢得了他的科学声望。即使是牛顿，在这个课题的某些方面也曾经束手无策。牛顿懂得，单独一颗行星按照开普勒定律绕太阳运动时，它能在一个完美的椭圆轨道上永远运动下去。但如果有两颗或更多行星绕太阳运动，那么附加的引力影响看来会打破平衡，最终将把行星推离它们的轨道。未能回答何以这种情形没有发生的牛顿，只得转而求助上帝，认为需要上帝的手时不时轻推一下，将行星送回到它们的正确轨道。

而拉普拉斯在18世纪80年代中叶证明，事实上这些扰动是能够自我纠正的。当时已经知道，木星的轨道在缓慢缩小，而土星的轨道在扩大。拉普拉斯证明这不过是这两个巨行星以929年周期相对于严格开普勒轨道摆动这一长期循环的一部分。

从上面的介绍中我们可以明白这样一个道理，即使有某一颗行星并不能被我们观察到，但是我们的天文学家依然能够根据现有的行星的轨道和运行周期推测出这颗行星的存在，因为这颗行星的存在，它的干扰必然作用于其他行星的轨道，除非这颗星体的质量太小，以至于它的引力微不足道。

现在我们接着讨论本章的话题。

到了1846年，当勒维烈通过测算成功发现新的行星——海王星的时候，他也推算出天王星是太阳系里最遥远的行星。天王星本身是英国的约翰·赫歇尔（John Herschel）于1781年发现的。这颗行星绕行太阳一圈的周期是84年，按这个周期，1846年并没能观察到天王星，尽管如此，勒维烈对天王星数据的测算还是很精确的。这是因为他计算的依据是已知的太阳引力，而且也考虑到了所有行星间引力干扰所可能造成的影响。

不过，即使是完全准确的计算，其结果与天王星运行的实际观察结果也并不完全一致。在勒维烈发现海王星之前很久，就有人认为，在比天王星更遥远的一个太空区域，尽管用所有望远镜也没有发现任何东西，但是那里极有可能存在一个行星，它使天王星的轨道发生了改变。德国天文学家贝塞尔（Bessel）——可惜他这时已经离开了人世——也通过计算发现天王星受到未知因素的干扰。但是，在勒维烈成功发现海王星之前不久，贝塞尔不幸去世。而在更早的1840年，天文学家梅德勒（Maedler）在俄罗斯多帕特（Dorpat）也在他的论文中提到过这一不明干扰。

不过，真正完整地创建计算公式并最终发现这颗行星的，还是勒维烈。他凭着敏锐的思维得出了令人震惊的计算结果，赢得了整个科学界的尊重。通过计算，他测算出那个神秘天体到底在什么位置，以至于能够如此严重地干扰了天王星的轨道，并且计算出了这个未知天体的质量大小。

我们有幸亲历了勒维烈的成功，他能发现距离数百亿英里之外的星球，凭借的不仅仅是计算能力，还有他的智慧和探索精神。

光荣属于科学！光荣属于科学精神培育的人们！所有的光荣属于人类的智慧——它给了我们一双高瞻远瞩、洞察一切的慧眼！