太阳系简史：行星距离以及失踪的行星

整个17世纪，太阳系的图景发生了翻天覆地的变化。截至1700年，行星在万有引力的作用下绕日运行这一事实已经被普通民众欣然接受。地外行星则被认为是有可能存在生命的未知的独立世界；彗星会沿着狭长的轨道在行星间横冲直撞、畅行无阻；行星的运行轨迹几乎都在同一平面上；木星有4颗卫星，土星有5颗；土星周围环绕着一系列性质不明的圆环。人们眼中太阳系的大小已经扩大至原来的20倍。恒星像太阳一样，挂在广袤无垠的太空里。但是，当时的天文学家还没有想到太阳系在过去和现在可能会有所不同，也不认为太阳系是不断演化的。太阳系的年龄与它的诞生过程在当时仍然属于神学问题。

当时，太阳系一个有趣的现象引起了天文学家的注意，那就是行星轨道之间的距离并不是相等的。火星、木星和土星的间隔比4颗内行星之间的间隔都要大。牛津大学的戴维·格雷戈里（David Gregory）教授在1702年撰写的教科书中列出了行星轨道距离的具体数值，这些数值多年来一直被奉为标准：

假设将日地距离平均分成10等份，则水星与太阳的距离约等于4等份，金星与太阳为7等份，火星与太阳为15等份，木星为52等分，土星为95等份。

1766年，来自现位于德国维滕贝格地区的一名天文学教授——约翰·丹尼尔·提丢斯（Johann Daniel Titius）发现各大行星同太阳的平均距离存在着一个简单的算术关系。这一发现被写进了他当时正在翻译的一本书的脚注中。几年过后，德国另一位天文学家——约翰·埃勒特·波得（Johann Elert Bode），将提丢斯的发现归纳成一个经验公式，并发表在他1772年出版的著作中，同年他被任命为柏林天文台台长。按照这个公式，波得预测在火星与木星之间距离太阳约2.8天文单位的地方应该还有一颗行星，因为只有这样的话，公式才能成立。波得确信这颗行星的存在，他在著作中写道：

后一点可以由这项绝妙的关系推断出来：6个已知的大行星与太阳的距离都遵循这个规律。假设土星到太阳的平均距离为100，则水星到太阳的平均距离为4；金星为：4+3=7；地球为：4+6=10；火星为：4+12=16。到了这里，这个规律出现了一个断层。因为照此下去，火星后面应有一个行星到太阳的平均距离是：4+24=28，可是目前这个位置上并没有发现任何行星。难不成这是造物主故意留下的空白？当然不是。接着计算，木星到太阳的平均距离为：4+48=52；最后，土星到太阳的平均距离为：4+96=100。(www.xing528.com)

虽然格雷戈里和波得给出的都只是大概距离，但是这些预测数据与实际结果竟然惊人地吻合，这已经足以佐证波得定则了。这一关系被普遍称为波得定则，但公平点儿来说，今天我们应该称它为提丢斯-波得定则才对。在波得著作出版10年后，一颗新行星出现了，它或多或少地印证了提丢斯-波得定则——只可惜，它不是那颗失踪的行星……

威廉·赫歇尔（William Herschel）是一名德国音乐家，1766年他到英国的巴斯市定居，并在那里谋得管风琴师一职。赫歇尔喜欢在业余时间里从事他人生中的第二大爱好——天文学。他自制了一个高级反射望远镜，并且投入了大量时间探索夜空和钻研观测技巧。1781年3月13日夜里，正当赫歇尔聚精会神地观察金牛座时，一颗不同寻常的天体进入了他的视野。他在观测笔记中写道：“在与金牛座ζ星成90度的两颗星中，下面的那颗可能是一个星云或彗星。”4天后，当他再次观察这个天体时，他注意到它的位置稍稍偏移了一些。

这个神秘的天体能够在短短几天里变换位置，说明它离我们比较近，而且它也属于太阳系。赫歇尔以为他发现了一颗彗星，但是包括英国皇家天文学家内维尔·马斯基林（Nevil Maskelyne）在内的其他人则不太确定。在接下来的几个月里，这个天体始终没有呈现出彗星独有的朦胧彗发和彗尾，于是数学家们开始计算它的轨道。直到那年夏天，它的身份之谜才终于揭开：原来，赫歇尔发现的是一颗新行星，这也是有史以来第一次有人新发现了行星。6年后，赫歇尔再接再厉发现了它的两颗卫星，即天卫三（Titania）和天卫四（Oberon）。在对这颗新星命名时，还发生了一段小插曲。原来，赫歇尔本想将它取名为“乔治”以感激他的资助人英国国王乔治三世，但无奈没有得到其他国家科学家的支持。考虑到其他行星均以神话人物的名字命名，为了保持一致性，最终采纳了波得的建议，将其命名为乌拉诺斯（Uranus，希腊神话中的天空之神），即今日我们所称的天王星。

天王星到太阳的距离接近土星的两倍。这样一来，太阳系不仅新添了一个家庭成员，它的规模也一下子变大了。天王星到太阳的平均距离约为19.2天文单位（换算成波得的距离单位为192），所有人马上反应过来这与提丢斯-波得定则预测的相当接近。这让我们更加有理由相信，火星与木星之间距离太阳2.8天文单位处的确潜伏着一颗行星。