太阳系简史：天王星的偏离轨道与冥王星的异常行为

19世纪30年代，当亨克开始沿着行星运行的天区追踪小行星时，他的心里可能还怀揣着另一个目标。那时候天王星表现得有点儿奇怪。自1781年被发现以来，人们按照太阳和其他已知行星的引力计算出了天王星的运行轨道，但它一直偏离这个轨道。其实天王星的位置早在1781年之前就有记录，只是当时观测到它的人错以为它是恒星，因而错失了发现它的机会。在将这些“发现前”的记录也纳入计算后，天王星的偏移情况就更加令人担忧了。19世纪30年代的天文学界针对此事进行了广泛的讨论，他们认为天王星受到了一颗更遥远的未知行星的引力影响，所以才偏离了原轨道。

如果能找到这颗大行星，不管对于专业还是业余的天文学家来说，都将是一个可以在国际上扬名立万的好机会。可是专业人士普遍并不乐观，因为没有任何坚实的理论依据能缩小搜索的范围。要想计算出该新行星的位置比登天还难，就连英国皇家天文学家乔治·比德尔·艾里（George Biddell Airy）等一些著名的天文学家也认为这是一项不可能完成的任务，要知道艾里本身也是一名才华横溢的数学家。

但是，约翰·库奇·亚当斯（John Couch Adams）并没有被艾里的观点吓倒。1841年，还是剑桥大学圣约翰学院本科生的亚当斯在笔记本中这样写道，“本周初已经拟订好了调查计划，毕业后马上着手调查天王星的异动是否和其轨道外行星的运动有关”。1843年，亚当斯一毕业就马不停蹄地投入了研究。他假定该行星与太阳的距离为提丢斯-波得定则预测的38天文单位。1845年9月，他确信自己已经找出了这颗行星的位置，天文学家凭借他的计算结果就能按图索骥找到那颗失踪的行星。无奈，这名无名小卒的努力成果没有引起艾里和剑桥天文台台长詹姆斯·查利斯（James Challis）的重视。几个月过去了，事情依然一筹莫展，而亚当斯自己也没有条件进行必要的天文观测。

与此同时，就在与英格兰一水之隔的巴黎，于尔班·让·约瑟夫·勒威耶（Urbain Jean Joseph Leverrier）也从1845年夏天开始独立计算该行星的位置，他的计算方法和亚当斯的非常相似。1846年6月，勒威耶将他的研究成果公之于众，还特意寄了一份给艾里。勒威耶得到的结论仅仅比亚当斯小了1度，几乎一模一样。这回艾里不能再无动于衷了，他叫来查利斯让他尽快找到这颗新行星。剑桥天文台的天文学家们随即展开了全面的搜寻，只不过并没有加以重视。

看到英格兰那边不紧不慢的态度，心急如焚的勒威耶只好又联系了柏林天文台的约翰·戈特弗里德·伽勒（Johann Gottfried Galle），他是一名非常狂热的天文观测者。伽勒果然没让勒威耶失望，立刻开始了观测工作。1846年9月23日，在将望远镜对准了勒威耶预测的位置后不到一个小时，伽勒就看到了我们今天所说的海王星。紧接着，英格兰业余天文学家威廉·拉塞尔（William Lassell）在17天后发现了海王星最大的卫星——海卫一（Triton）。

海王星的发现是天体力学的一次胜利。伽勒发现它时它的位置与勒威耶的预测相差不到1度，与亚当斯的相差1.5度。但没过多久，他们计算时使用的一个基本假设被发现存在明显错误。和天王星一样，海王星在被发现前也曾被其他人观测过，包括伽利略。将它被发现前的观测资料和1846年的测量结果放在一起分析后，天文学家发现海王星和太阳的距离应该是30.1天文单位才对，比提丢斯-波得定则预测的要近得多。这一偏差使波得的这条“金科玉律”从此跌落神坛。(www.xing528.com)

尽管海王星已经被找到了，但19世纪的人们发现，天王星偏离理论轨迹的情况却越发严重。20世纪初，有两名天文学家坚定不移地认为干扰天王星活动的不止海王星，他们分别是前文提到的珀西瓦尔·洛厄尔，以及威廉·亨利·皮克林（William Henry Pickering）。他们认为，既然寻找海王星的行动获得了成功，那也许能用同一种方法揭示另一颗行星的存在。哈佛大学数学硕士毕业的洛厄尔是富甲一方的商人，他在亚利桑那州北部的弗拉格斯塔夫建造了一座以他名字命名的天文台（洛厄尔天文台），并配备了精良的天文仪器设备。洛厄尔建造该天文台的初衷是为了研究火星，他相信火星上有人居住，火星上的条纹是人造运河。1905年左右，他开始将重心转移到海王星外那颗可能存在的“X行星”上，直到1916年去世前他还在苦苦寻觅。

洛厄尔和皮克林都没能在有生之年找到那颗所谓的“X行星”。为了完成洛厄尔的遗愿，洛厄尔天文台在1925年重启了对“X行星”的搜寻，这次还新加入了一架专门用于寻找行星的望远镜。1929年，洛厄尔天文台台长维斯托·斯里弗（Vesto Slipher）新聘请了一位来自堪萨斯州的年轻人——22岁的克莱德·汤博（Clyde Tombaugh）。天资聪颖的汤博很快就掌握了系统观测的方法，他在两个不同的晚上（中间相隔几天）分别对每个天区都拍摄了照片，再使用一种称为闪视比较仪的天文仪器仔细比对每组照片。只要将同一天区的两张底片来回反复比对，就可以看到哪颗星的位置出现了变化。1930年2月18日，在开始任务的一年后，汤博发现恒星天樽二附近有一个很小的光点发生了移动。他在工作日志中记录下这颗“疑似行星”，经过一番常规检查后他走进了斯里弗台长的办公室。“‘X行星’找到了。”他激动地说。3月13日，洛厄尔天文台正式对外宣布“X行星”已找到，几周内，这颗行星有了属于自己的名字——冥王星。

和谷神星一样，找到冥王星的喜悦并没有持续多久，因为它显然不符合公认的大行星标准。截至1930年夏天，科学家找到了冥王星被发现以前的136个观测记录，最早可追溯到1914年。根据这些记录，冥王星的轨道被推算了出来。结果显示冥王星的轨道与其他行星的轨道极为不同，它的轨道极其扁长，而且与太阳系主平面的夹角达到了16度。冥王星的公转周期为248年，而且部分轨道和海王星的相交，这使它比海王星更靠近太阳。冥王星的这种行为并不正常。

就算考虑到它距离太阳很远这一情况，冥王星还是有些黯淡。这说明冥王星很小，而弄清楚它具体有多小已经是50年后的事了。1978年，冥王星最大的卫星冥卫一被发现，由此，冥王星体积、质量都偏小的真相才终于确认无疑。不久后，天文学家就根据冥卫一的运行轨迹推算出了冥王星的引力，并由此推算出它的大小。结果证实冥王星的直径只有约2000千米，相当于美国南北边境之间的距离，质量还不及月球的1/10。所以，以冥王星之力根本不足以明显改变天王星的轨道，这点早在20世纪30年代就已经知道了。天王星轨道摄动之谜的最终解决是在20世纪90年代。科学家利用更加准确的海王星质量和轨道数据重新计算后发现，天王星从头到尾都不曾偏移过原本的轨道，“X行星”一说更是子虚乌有。