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本文与 第八第十 两篇压缩合并后发表于《中学生天地》2008 年 4 月刊 (浙江教育报刊社出版), 发表时内容有很大删节。

寻找太阳系的疆界 (九)

- 卢昌海 -

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十七. 名动天下

虽然近代天体力学史上从来就不乏精密的计算和预言, 比如我们在 第六节 中曾经提到, 高斯预言的谷神星位置与实际观测只差半度。 至于有关日食、 月食及彗星周期等的预言, 则更比比皆是。 但那些计算所涉及的天体, 其存在性及部分轨道数据都是已知的, 所有的计算和预言都只是从有关该天体的已知数据出发, 来推测未知数据。 而象勒维耶这样通过已知行星的运动, 来间接推算一颗远在几十亿公里之外, 没有任何观测数据的未知行星的轨道, 并将其位置确定到如此精密的程度, 这不仅是前所未有的壮举, 而且充满了引人遐想的空间。 一时间, 所有人都被这令人眩目的伟大成就所震撼, 这一成就的 “总设计师” 勒维耶几乎在一夜之间就达到了自己一生荣耀的顶点。 来自欧洲各地的赞美与祝贺如雪片般飞来, 很多人激动地将勒维耶的成就称为天文史上最伟大的成就。

在伽勒给勒维耶报讯的同时, 他的老板恩克也亲自给勒维耶写了信, 在信中, 除了向勒维耶表示 “最诚挚的祝贺” 外, 恩克还写道: “您的名字将永远与对万有引力定律有效性的能够想象得到的最惊人验证联系在一起”。 德国天文学家舒马赫 (Heinrich Schumacher) 的评论则是: “这是我所知道的最高贵的理论成就”, 这位舒马赫曾试图帮助勒维耶联络德国及英国的天文学家进行新行星搜索, 可惜那些被他联络到的天文学家无一例外地丧失了机会。 除天文学界外, 欧洲的媒体也迅速报道了这一消息, 并在公众中激起了极大的兴趣。 10 月 5 日 - 新行星发现后的第十天 - 法国科学院每周一次的例行会议几乎成了勒维耶的明星秀, 闻讯而来的民众把科学院的入口挤得水泄不通, 人人争睹勒维耶的巨星风采, 每张嘴巴都在念叨着勒维耶的名字。 甚至连法国国王也被勒维耶的盛名惊动, 亲自聆听了勒维耶对自己发现的介绍。

旅行者号拍摄的海王星
旅行者号拍摄的海王星

在这涌动的热潮中, 许多法国民众开始将新行星称为 “勒维耶星”。 提议以发现者的名字命名行星, 这在行星发现史上并非头一遭, 在法国尤其如此。 当年赫歇耳发现的天王星在法国就一度被称为 “赫歇耳星”, 更何况此次发现新行星的首要功臣就是法国人。 这时候, 倒是勒维耶本人很谦虚地提议了一个不同的名字: 奈普顿 (Neptune), 这是罗马神话中的海洋之神。 这个名字既符合行星命名的神话惯例, 又与新行星在望远镜里呈现的美丽蓝色珠联璧合, 是一个很漂亮的提议[注一]。 不过这一名字尚未得到公认, 连续几天的 “群众运动” 及 “勒维耶星” 的 “黄袍加身” 就使勒维耶的想法产生了变化。 他觉得新行星若果真被命名为 “勒维耶星”, 倒也是一件很幸福的事情。 这样的命名虽有违惯例, 但考虑到此次的情形是如此地独一无二, 勒维耶觉得自己享受一个独一无二的命名也并不为过。 在他的示意下, 巴黎天文台的台长阿拉果公开提议将新行星命名为 “勒维耶星”。 但这一提议终究没能与已成主流的神话命名体系相抗衡, 更何况此时此刻, 一场巨大的风暴已然来临, 小小的命名之争很快就淹没在了惊涛骇浪之中。 等到风浪平息之后, 最终还是海洋之神成为了新行星的名字, 在中文中, 这一行星被称为海王星[注二]

海王星被发现时的视星等为 8, 虽然超出了肉眼所能辨别的极限, 但在望远镜所能观测的天体中却是比较亮的。 因此与天王星的情形一样, 天文学家们很快就发现海王星其实也早在其被伽勒和达雷斯特发现之前, 就已被反复记录过。 这其中最该痛哭流涕的无疑是查利斯, 在与新行星擦肩而过的所有人中, 他是唯一一位以搜寻新行星为目的, 并且观测到了目标, 却仍失之交臂的人。 悔恨排行榜上的亚军则属于法国天文学家莱兰德 (Michel Lalande), 此人的 “冤情” 堪比其同胞拉莫尼亚 (参阅 第四节)。 1795 年 5 月 8 日及 5 月 10 日, 莱兰德两次观测到了海王星。 次数虽不算多, 但与拉莫尼亚不同的是, 莱兰德明确注意到了该天体在两天之中的位置变化。 此时此刻, 新行星的发现实已呼之欲出。 但令人难以置信的是, 莱兰德竟鬼使神差般地认定自己 5 月 8 日的观测是不准确的, 而且连进一步的确认及后续观测都没做, 就将这千载难逢的机会拱手送还给了命运女神, 从而创下了行星观测史上最离奇的失误。

在曾经记录过新行星的人之中, 最让人意想不到的则是伽利略。 1979 年, 人们发现这位科学启蒙时代的宗匠竟然早在 1612-1613 年间 - 即不仅比海王星的发现早了两百三十多年, 甚至比天王星的发现还早一百七十多年 - 就至少两次观测到了海王星。 另外值得一提的是, 小赫歇耳曾在 1830 年的一次天文观测中搜索过距离海王星当时的位置只差半度的天区。 小赫歇耳很好地继承了父亲的事业, 当时已成为英国最有声望的天文学家之一。 以他的观测设备及观测水平, 若当时他的观测区域稍稍扩大一点, 就极有可能缔造一段父子双双发现新行星的佳话。 但这样的佳话假如出现, 勒维耶用笔尖发现海王星的更伟大的奇迹将不复存在。 小赫歇耳在给朋友的信中表示, 如果那样的话, 连他自己都将感到遗憾。 这句话也许是心里话, 也许只是一种风度, 但对于对于行星发现史来说, 这句话倒是千真万确的。 海王星以如今这种方式被发现, 实在是行星发现史上最动人的故事。

不过这故事虽然动人, 却也没有后人渲染的那样完美, 这是后话。

十八. 轩然大波

海王星的发现在知道亚当斯工作的一小部分英国天文学家中引起了极大的震动。 发现海王星的消息传到英国时, 艾里正在欧洲大陆度假, 当时在英国的知情人除亚当斯本人外, 主要有两个: 一个是查利斯, 另一个则是小赫歇耳。

英国天文学家小赫歇耳 (1792 – 1871)
英国天文学家小赫歇耳
(1792 – 1871)

小赫歇耳成为知情人的具体时间史学界尚有争议, 传统的说法是他曾在 6 月 29 日皇家天文台的一次会议期间听艾里提到过亚当斯与勒维耶的计算[注三]。 那是艾里极罕见的一次向他人提及亚当斯的名字, 那个消息给小赫歇耳留下了深刻印象。 9 月 10 日, 他在英国科学进步协会的一次演讲中, 将预言海王星的位置比喻为哥伦布从西班牙海岸直接看到美洲[注四]。 当时海王星尚未被发现, 小赫歇耳并未在这番泛泛之语中提及预言者的名字, 不过由于勒维耶的工作早已广为人知, 几乎所有的听众都以为小赫歇耳指的就是勒维耶的预言。 现在海王星已被发现, 勒维耶也已名动天下, 作为英国天文界的领军人物之一, 小赫歇耳不愿坐视英国在这场无形竞争中一败涂地。 10 月 3 日, 他在伦敦的一份周报上发表文章, 公布了亚当斯在整个事件中的角色。 这是这一事件的英国版首次被公开。 小赫歇耳在文章中除了提及亚当斯的结果外, 还表示正是因为知道亚当斯与勒维耶的结果几乎相同, 才使他有足够的信心将预言海王星的位置比喻为哥伦布从西班牙海岸直接看到美洲[注五]

在除亚当斯本人之外的三位英国知情人中, 小赫歇耳无疑是最没有心理包袱的, 因为他在这一事件中纯粹是旁观者。 与他不同的是, 艾里与查利斯很早就知道了亚当斯的结果, 因此这两人对英国在这一竞争中的落败很难脱得了干系。 尤其是查利斯, 他的疏失对于一位职业天文学家来说堪称是丑闻。 查利斯是 9 月 30 日得知海王星被发现的消息的, 当时他还不知道自己早在一个多月前的 8 月 12 日就曾观测到过海王星, 因此心中尚无愧意。 不仅没有愧意, 他还有苦水要倒。 因为他在 9 月 29 日看到了勒维耶发表的最新计算结果, 那篇文章重新引起了他对新行星的兴趣, 当天晚上, 他恢复了已中断近一个月的搜索, 并且成功地发现了一个有圆面的天体 - 那正是海王星。 可惜没等他有机会复核, 就传来了海王星已被发现的消息。 查利斯觉得自己实在有点冤, 运气也实在有点背, 因此他立即给剑桥的一份刊物写了信, 除提及亚当斯的工作外, 还着重提到自己过去两个月以来一直在从事着早晚会成功的搜索工作, 并在 9 月 29 日事实上独立地发现了海王星。 查利斯的信也发表于 10 月 3 日。

若干天之后, 当查利斯发现自己一个多月前的重大疏失时, 他的自我惋惜才转变为悔恨与惭愧。

10 月 11 日, 艾里回到了英国, 他在 9 月 29 日就得知了海王星被发现的消息。 无论以学术地位还是实际作用而论, 艾里在整个英国版的故事中都处于中枢地位, 他很快也对事件作出了反应。 不过, 他没有诉诸媒体, 而是直接给勒维耶写了信。 在信中艾里告诉勒维耶, 英国方面在他之前就有过完全相同的预言。 虽然艾里表示自己这封信的目的绝不是要抹煞勒维耶的贡献, 并且他也承认英国方面的工作不如勒维耶的工作来得广泛, 但他对 “时间上更早” 及 “结果相同” 这两点的强调, 还是让勒维耶很受伤。

在英国方面的主要当事人中, 唯一未发表声明的是亚当斯本人, 他虽然很沮丧, 但没有参与优先权之争。 相反, 他将精力投入到了利用已经公布的观测数据计算海王星的真实轨道上来, 并于 10 月份完成了计算, 成为最早在直接观测数据之上完成海王星轨道计算的天文学家。

勒维耶收到艾里的来信时, 小赫歇耳和查利斯的文章也几乎同时传到了法国。 这突如其来的三柄利刃让勒维耶既感震惊又觉震怒。 勒维耶的震惊和震怒是有道理的, 艾里在海王星发现之前与他有过多次信件往来, 如果英国方面早就有过与他平行的工作, 艾里为什么早不提晚不提, 偏偏要等到海王星被发现之后才提? 查利斯的举止更是可疑, 他在刊物上的声明发表之后, 又于 10 月 5 日给不止一位欧洲大陆的天文学家去信, 讲述自己 9 月 29 日发现却没来得及确认海王星的 “祥林嫂” 故事。 而在那些故事中他却只字未提亚当斯的名字, 这不是前后矛盾又是什么? 至于小赫歇耳, 他竟然声称对勒维耶结果的信心乃是因为其与名不见经传的亚当斯的结果相吻合, 这对勒维耶来说简直太伤自尊了。

法国天文学家阿拉果 (1786 – 1853)
法国天文学家阿拉果
(1786 – 1853)

来自英国方面的消息不仅激怒了勒维耶, 也激怒了整个法国天文界。 在他们看来, 这分明是英国方面蓄意捏造事实, 企图抢夺荣誉的卑劣行径。 人不可以无耻到这种地步, 法国天文学家们的心里, 那是相当的愤怒, 他们立即展开了犀利的反击。 10 月 19 日, 巴黎天文台台长阿拉果在巴黎科学院的会议上发表了声援勒维耶, 讨伐艾里、 小赫歇耳及查利斯的檄文。 在这篇檄文中, 阿拉果大量援引了艾里等人写给法国天文学家的信件, 指出其相互矛盾之处, 并痛斥英国人的卑劣企图。 阿拉果在檄文的最后情绪激昂地指出: 在每一双公正的眼睛里, 这一发现都仍将是法国科学院的辉煌成就, 也将是让子孙后代景仰的最高贵的法国荣誉。

阿拉果的檄文发表后, 法国乃至欧洲其他国家的媒体都迅速跟进, 展开了对艾里等人的围剿。 法国的有些报道干脆将这三人称为 “窃星大盗” (考虑到海王星的大小, 这罪名在理论上可比地球上的 “窃国大盗” 大得多)。 更糟糕的是, 阿拉果所引的艾里等人与法国同行的通信一经曝光, 在英国天文学界也引起了轩然大波。 因为艾里与查利斯不仅从未向法国同行们提及过亚当斯的工作, 也向绝大多数英国同行隐瞒了消息。 这一点让许多英国天文学家也感到了愤怒, 这其中有位天文学家叫作辛德 (John Russell Hind), 他曾在格林威治天文台当过助理。 伽勒发现海王星的消息传到英国后, 他是第一位重复这一发现的英国人。 但在那之前, 他就曾与查利斯讨论过搜索新行星的问题。 倘若查利斯未曾向他隐瞒亚当斯的工作, 他也许早就展开了认真的搜索。 而如果艾里与查利斯及早向英国天文界全面报告亚当斯的工作, 说不定会有更多的英国天文学家投入搜索行动。 不仅如此, 更有人指出, 倘若艾里与查利斯在 1845 年秋天亚当斯的第一轮结果出来之后就认真对待, 则历史说不定早已被改写, 根本就没法国人什么事。 从这个意义上讲, 艾里与查利斯是导致英国天文学界整体失利的罪魁祸首。 某些激进的英国批评者甚至认为艾里有可能与勒维耶串通一气, 出卖了亚当斯的计算。 这种指控当然是无稽之谈, 但艾里与查利斯一度在欧洲大陆及英国本土同时遭到抨击, “猪八戒照镜子,里外不是人”, 则是不争的事实。

艾里等人掀起的这场轩然大波不仅极大地伤害了法国人民的感情, 而且还严重破坏了英国天文学界自身的和谐, 这场风波该如何落幕呢?

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注释

  1. 有关这一提议的由来, 赫歇耳在给伽勒的一封信中声称是法国经度局 (The Bureau of Longitude) 的决定, 但法国经度局却否认了这一说法。 人们一般认为, 这一命名是赫歇耳自己的提议, 至多曾与经度局的人有过非正式的交流。
  2. 海王星这一名称直到 1847 年才基本得到公认, 但为了方便起见, 我们在下文讲述 1847 年以前的事件时也将用这一名称来称呼新行星。
  3. 这一细节是艾里于 11 月 13 日在皇家天文学会就海王星事件召开的质询会上回顾这一事件时提供的, 但史学界对此有一定的争议, 因为人们未能查到支持这一说法的文字记录。
  4. 小赫歇耳是否在那次会议上说过那样的话, 也同样因为没有找到可以作证的文字记录, 而有一定的争议。
  5. 我个人觉得奇怪的是: 史料中没有任何有关那段时间小赫歇耳本人从事新行星搜索的记载, 以他的家世背景 (父亲是天王星的发现者), 如果他真的对亚当斯和勒维耶的共同预言有那么大的信心, 为何没有亲自搜索新行星呢?

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