對(duì)于倫敦西邊不遠(yuǎn)處的小鎮(zhèn)巴恩的居民來(lái)說(shuō)，威廉·赫歇爾（Herschel,1738年～1822年）是一個(gè)很牛的人物。他白天是小鎮(zhèn)樂隊(duì)的指揮，到了晚上就搖身一變，成為一位神秘的“占星家”。在小鎮(zhèn)人的眼里，赫歇爾有點(diǎn)瘋狂，他傾盡家產(chǎn)建造了一架碩大無(wú)比的望遠(yuǎn)鏡，足足有7.8米之高，粗得像一尊大炮，是小鎮(zhèn)的一大景觀。

圖11-1　赫歇爾的大炮望遠(yuǎn)鏡

每天晚上，他和妹妹倆人就著了魔似的用這尊“大炮”對(duì)著天空看，也不知道怎么有這么好看。1781年3月31日晚上，晴朗無(wú)云，赫歇爾在“大炮”下癡迷地觀測(cè)著。突然，他很開心地叫了起來(lái)：“卡羅琳，我發(fā)現(xiàn)了一顆彗星，請(qǐng)幫我記錄：雙子座方向，視星等6等，暗綠色，觀測(cè)時(shí)間一周，移動(dòng)幅度1角秒，初步判斷為彗星?！钡诙欤招獱柊阉倪@個(gè)發(fā)現(xiàn)通報(bào)給了英國(guó)天文學(xué)會(huì)。于是，更多的天文學(xué)家和愛好者們把望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)了雙子座的這顆“彗星”，過(guò)了沒多久，在天文學(xué)界的群策群力下，人們開始意識(shí)到，這根本不是一顆彗星，而是一顆新的行星。接著，它的距離被計(jì)算出來(lái)：19.2 AU，整個(gè)歐洲的天文學(xué)界都轟動(dòng)了，因?yàn)樘?yáng)系的疆界一下子大了一倍多。這就是天王星，太陽(yáng)系的第六顆行星，其實(shí)它是一顆肉眼可見的行星，雖然很暗，但是以第谷的眼力，是絕對(duì)能看見的。伽利略也看見過(guò)它（后人在伽利略的手稿中發(fā)現(xiàn)他曾經(jīng)把天王星誤當(dāng)作是木星的衛(wèi)星），只是由于天王星的公轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)達(dá)84年，因此肉眼很容易把它當(dāng)作一顆恒星來(lái)對(duì)待。天王星橫空出世后，很快就成為天文界的新寵，大家爭(zhēng)相對(duì)它進(jìn)行觀測(cè)，精密測(cè)定它的軌道。在那個(gè)時(shí)候，牛頓開創(chuàng)的天體力學(xué)已經(jīng)日臻成熟，人們已經(jīng)能用數(shù)學(xué)的方法精確地預(yù)測(cè)天王星的運(yùn)行軌道了。然而，讓天文學(xué)家們大吃一驚的是，天王星實(shí)際運(yùn)行軌道與計(jì)算出來(lái)的軌道總是有偏差。天王星不像其他五個(gè)兄弟那般循規(guī)蹈矩，它總是“出軌”，人們觀測(cè)到它的位置總是與計(jì)算出來(lái)的“應(yīng)該”在的位置有偏差。有一個(gè)叫布瓦爾德的天文學(xué)家長(zhǎng)期觀測(cè)天王星，在他的本子上，竟然畫出了一個(gè)又一個(gè)不同的橢圓，把他氣得差點(diǎn)兒撕光了記錄本。他對(duì)一個(gè)朋友說(shuō)：“誰(shuí)知道是我們粗心呢，還是有一個(gè)神秘力量在影響天王星？”幾十年過(guò)去后，天王星的軌道已經(jīng)和最初發(fā)現(xiàn)時(shí)的軌道相差了足足有2角分之多（120角秒）。這種規(guī)模的偏差是對(duì)天文學(xué)家的無(wú)情嘲諷，總會(huì)有人受不了羞辱而跳出來(lái)找到幕后元兇的。

當(dāng)時(shí)人們很困惑，難道萬(wàn)有引力定律在土星外面的宇宙中不成立嗎？這不可能，一定有其他原因。人們多數(shù)認(rèn)為，造成這個(gè)現(xiàn)象的原因是天王星的外面還有一顆大行星，這顆未知行星的引力導(dǎo)致天王星的運(yùn)行軌道發(fā)生了變化，這種現(xiàn)象在天文學(xué)中被稱為“攝動(dòng)”。數(shù)學(xué)達(dá)人們此時(shí)有了用武之地，從理論上說(shuō)，根據(jù)現(xiàn)有的觀測(cè)數(shù)據(jù)，是可以計(jì)算出未知行星的精確位置的，但計(jì)算的復(fù)雜程度不是一般的高，而且至少需要天王星10年以上的運(yùn)行數(shù)據(jù)。在沒有計(jì)算機(jī)的年代，要完成這樣的計(jì)算，是一個(gè)龐大到令人不寒而栗的工程。但人類中總是會(huì)有那么幾個(gè)執(zhí)著的人，越是困難的挑戰(zhàn)就越是能激發(fā)他們的斗志。海王星的發(fā)現(xiàn)是在天王星發(fā)現(xiàn)60多年之后，差不多是兩代天文學(xué)家了。這個(gè)故事相當(dāng)有看頭，我要用很大的篇幅來(lái)講述它。

1846年9月23日，德國(guó)柏林天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)加勒收到一封陌生人的來(lái)信，還是從遙遠(yuǎn)的法國(guó)寄來(lái)的，發(fā)信人叫做勒維耶（Le Verrier,1811年～1877年）。信中這么寫道：尊敬的臺(tái)長(zhǎng)，請(qǐng)?jiān)?月23日晚上，將望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)摩羯座δ星之東約5度的地方，你就能找到一顆新的行星，它的圓面直徑約3角秒，每天運(yùn)動(dòng)69角秒。

加勒大吃一驚，這簡(jiǎn)直就像是一封上帝寄來(lái)的郵件??！連收到的時(shí)間都像是精心設(shè)計(jì)過(guò)。于是加勒和助手們依照這個(gè)神啟開始了觀測(cè)，一切都精確得令人難以置信。幾天后，加勒向全世界宣布：那顆影響了天王星的未知行星找到了，它被命名為海王星。

一個(gè)月后，當(dāng)加勒站到那個(gè)寄信人勒維耶面前時(shí)，又大大地吃了一驚——居然是一個(gè)30歲出頭的年輕人，還帶著羞澀靦腆的笑容。加勒沖上去給了他一個(gè)擁抱，嚇了小伙一大跳。當(dāng)加勒問(wèn)他是如何發(fā)現(xiàn)海王星時(shí)，勒維耶拿出了厚厚一疊稿紙，說(shuō)：“喏，就是這樣啊，我用紙筆計(jì)算了好多年?！奔永赵诳赐晷』镒拥挠?jì)算稿后不禁大為嘆服，一共是33個(gè)聯(lián)立方程組。要把這堆方程組解出來(lái)，確實(shí)需要超高的智慧，極大的耐心和堅(jiān)強(qiáng)的毅力。加勒幾乎用了一輩子在望遠(yuǎn)鏡中尋找海王星，但一直未果，沒想到這個(gè)年輕人僅僅用紙筆就戰(zhàn)勝了自己的設(shè)備和經(jīng)驗(yàn)，以萬(wàn)有引力定律為核心的天體力學(xué)真是威力無(wú)窮。海王星的發(fā)現(xiàn)再次證明了萬(wàn)有引力定律的正確性。但故事到這里并沒有結(jié)束。

在英國(guó)，皇家天文學(xué)會(huì)的會(huì)長(zhǎng)艾里在得知了加勒的發(fā)現(xiàn)過(guò)程后，悔得腸子都青了，傲慢讓他把海王星的發(fā)現(xiàn)權(quán)拱手讓給了法國(guó)人。原來(lái)，早在一年前，有一個(gè)26歲的青年人叫亞當(dāng)斯，帶著他的論文求見了艾里，但是傲慢的艾里沒把這個(gè)毛頭小伙子放在眼里，敷衍了他，論文沒怎么仔細(xì)看就束之高閣了?，F(xiàn)在，艾里想起了這篇論文，馬上又把它翻了出來(lái)，一看之下真是懊悔不已。原來(lái)亞當(dāng)斯的計(jì)算結(jié)果與勒維耶幾乎一模一樣，卻在他的眼皮底下被擱置了一年多，哎，這怎么說(shuō)好呢？不過(guò)，勒維耶和加勒倒是非常謙虛，在得知了亞當(dāng)斯的論文后，他們主動(dòng)要求把海王星的發(fā)現(xiàn)權(quán)讓給亞當(dāng)斯，而亞當(dāng)斯也謙讓。最終，天文學(xué)界一致決定，讓他們仨共享海王星的發(fā)現(xiàn)權(quán)，皆大歡喜。

海王星距離地球約30AU，公轉(zhuǎn)周期165年，從發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)在（2016年）剛剛轉(zhuǎn)了一圈多一點(diǎn)點(diǎn)。太陽(yáng)系的疆域又?jǐn)U大了一倍。

此時(shí)的人類已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，小小的太陽(yáng)系的尺度與遙遠(yuǎn)的恒星世界比起來(lái)，根本不值一提。在太陽(yáng)系中，我們還可以用千米或者AU來(lái)表示距離，但是，如果用這個(gè)單位來(lái)表示恒星到我們的距離，那就顯得太小了。比如說(shuō)，離地球最近的恒星半人馬座α星，它離我們有多遠(yuǎn)呢？通過(guò)已知的日地距離和測(cè)得的半人馬座α的周年視差，很容易計(jì)算出它離我們的距離是40,681,141,032,097千米或者是271,937AU，這個(gè)數(shù)字實(shí)在是太龐大了，而這還只是離我們最近的恒星。于是，天文學(xué)家找到了另外一個(gè)更好的單位——光年，也就是光在一年中走過(guò)的距離。這個(gè)數(shù)字是9,460,730,472,581千米（九萬(wàn)四千六百零七億千米），或者等于61,037AU。用這個(gè)單位，那么半人馬座α離我們就只有4.3光年了。

4.3光年又是一種什么樣的概念呢？讓我來(lái)幫助你理解一下，我們坐飛機(jī)從北京飛到上海，大約需要2小時(shí)，飛行時(shí)速約1000千米。如果坐這架民航客機(jī)飛去半人馬座α星，需要多久呢？計(jì)算結(jié)果是46億多年，這數(shù)字大得有點(diǎn)超過(guò)一般人對(duì)數(shù)量的理解能力了。我再換個(gè)說(shuō)法，人類目前為止發(fā)射到宇宙中最快的飛行器之一，是1977年發(fā)射的旅行者1號(hào)太空探測(cè)器（十年前發(fā)射的新地平線號(hào)目前的速度已經(jīng)超過(guò)了旅行者1號(hào)），經(jīng)過(guò)了幾次引力助推后，它現(xiàn)在的飛行速度大約是30千米／秒，這個(gè)速度是子彈飛行速度的30倍。如果用它從上海飛到北京，只需要不到1分鐘，即便飛去月球，也只需要3.5小時(shí)。就是這么快的一個(gè)飛行器，要飛到半人馬座α星，也需要4.3萬(wàn)年。注意，這還僅僅是離我們最近的一顆恒星，如果你在理解了這個(gè)距離的遙遠(yuǎn)程度后大吃一驚的話，那么十九世紀(jì)中葉的那些天文學(xué)家們，在首次意識(shí)到恒星離我們有多遙遠(yuǎn)時(shí)，其吃驚的程度只會(huì)比你更大。那時(shí)候的人們，還只能用馬車或者火車要跑多久來(lái)幫助理解，你想想是不是會(huì)更吃不消那些龐大無(wú)比的天文數(shù)字呢？天文學(xué)家比普通人更吃驚的是：他們明白那些能測(cè)出視差的恒星，只不過(guò)是離我們最近的一些恒星，真正遙遠(yuǎn)的恒星離我們有多遠(yuǎn)，是一件想想都會(huì)讓腦子騰云駕霧的事情。人類意識(shí)到幾千年以來(lái)，我們當(dāng)作整個(gè)宇宙的太陽(yáng)系只不過(guò)是宇宙中一粒小小的微塵，外面的世界很大很大。要真正認(rèn)識(shí)宇宙，人類只不過(guò)剛剛起步而已。