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咖啡杯里的宇宙:揭示天王星运行秘密

时间:2023-10-15 理论教育 版权反馈
【摘要】:自1781年发现天王星以后,天文学家们就一直对其运行轨迹进行观测。换言之,事先通过公式推算出的天王星坐标与观察到的运行轨迹并不符合。按照观测数据来看,天王星在其轨道上似乎受到某种微小的作用力,在很短的周期内这种推拉的力使其时而加速,时而减速。其中一个可能的解释尤其令人兴奋:在天王星周围还存在其他行星,其引力场干扰了天王星的轨道。他想推算出这颗对天王星产生引力拉扯的行星,其大概的质量和所在位置。

咖啡杯里的宇宙:揭示天王星运行秘密

我们先把上述比喻放到一边,下一个伟大的天文学发现是:1846年,观测到海王星

“好吧,我都能帮您做全书总结了,无非是某个人看到了一个与天体相关的光点。就是这样。”

这次您可是大错特错了。

自1781年发现天王星以后,天文学家们就一直对其运行轨迹进行观测。然而,得到的结果呈现出了牛顿引力定律无法解释的不规则性。换言之,事先通过公式推算出的天王星坐标与观察到的运行轨迹并不符合。

“那么……我们又要更换理论模型了吗?”

不不不,日心说的模型保持不变。

按照观测数据来看,天王星在其轨道上似乎受到某种微小的作用力,在很短的周期内这种推拉的力使其时而加速,时而减速。天文学家们提出了一系列假设:如牛顿的引力定律在更远距离情况下可能不再有效,或者之前的结果有误差等。其中一个可能的解释尤其令人兴奋:在天王星周围还存在其他行星,其引力场干扰了天王星的轨道(如下图所示)。

法国天文学家奥本·勒维耶就在进行着关于上述假设的计算工作。他想推算出这颗对天王星产生引力拉扯的行星,其大概的质量和所在位置。由于他的成果并没能引起法国政府的注意,勒维耶又将预测的数据发送到了柏林天文观测站。在那里,人们将弗劳恩霍夫(这位大叔发现了光谱中的不同线条,后面我们会讲到,他制作的透镜也很不错)制造的望远镜对准了指定的区域,不到一个小时,德国天文学家们就在勒维耶推算出的区域附近,偏差不到1°的位置上发现了一颗行星。(www.xing528.com)

然而,这一发现立即引起了争议。

另一位英国的天文学家约翰·库奇·亚当斯认为,他已经在勒维耶之前设法预测出了新行星的位置,证据就在他的计算结果中。据亚当斯所言,他在勒维耶发现这颗行星前已经多次推算过其位置。

我们可以比较下图中六种预测的准确性。亚当斯先生,我唯一能预测的就是您能够自行判断,谁更应该得到海王星发现者的头衔。

然而,当时法国和英国的关系很微妙,这些问题并没有以完全客观的方式加以解决,因此“争议”一直持续。

为了反映(太阳系中的)这一发现,需要给新行星制定一个名字。有人提议称之为“勒维耶”,为的是纪念其发现者。不过,这个称谓与太阳系中其他行星的命名完全不相符,科学界很快就将其名字改为“海王星”,将使用古罗马诸神名字的这一传统延续了下来。当然,也是因为这颗最新发现的蓝色星球让人们联想到海洋

这样一来,牛顿定律的有效性再一次被证实。如果之前还有人对该理论及日心说模型心存疑虑,那么现在他没什么理由不改变想法了。

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