了不起的新發(fā)現(xiàn)

此前，當(dāng)我們講解天文學(xué)時，我們看到了許多偉大的名字，從最初的亞里士多德、托勒密，再到后來的哥白尼與開普勒等，他們的成就構(gòu)成了天文學(xué)史的主體內(nèi)容。這些偉大的名字不但為專業(yè)天文學(xué)家所熟悉，也活躍在我們這些普通人的大腦里。

自從文藝復(fù)興時期過去、牛頓在18世紀早期去世之后，天文學(xué)史上便再也沒有誕生如前面幾位一樣具有劃時代意義的大師了，天文學(xué)發(fā)展的主力已經(jīng)變成由大批各式各樣的天文學(xué)家參加的群英會，在他們的共同努力下，天文學(xué)在18、19、20世紀繼續(xù)發(fā)展。在18與19兩個世紀，天文學(xué)發(fā)展主要有三大發(fā)現(xiàn)：一是哈雷彗星的發(fā)現(xiàn)；二是布拉德雷發(fā)現(xiàn)光行差；三是新行星的發(fā)現(xiàn)。

哈雷彗星

哈雷是英國人，1656年生于倫敦，就讀于牛津大學(xué)女王學(xué)院，他在大學(xué)時代就顯示了對天文學(xué)研究的興趣與天賦。1676年，大學(xué)還尚未畢業(yè)時，一次偶然的機會使他放棄了畢業(yè)，到南大西洋的圣赫勒拿島——就是曾囚禁拿破侖的那個小島——去測定南半球天空中的星星。我們知道，在地球南北半球天空上的星星是不一樣的，有些北半球的星星南半球的人們永遠看不到，而對于北半球的人們也是如此。

雪中的格林尼治天文臺

在南半球，哈雷進行了大量卓有成效的觀測，兩年后回到英國，隨即被選為皇家學(xué)會會員，并獲頒牛津大學(xué)碩士學(xué)位。1684年，哈雷特意去拜訪牛頓，交談中得知了牛頓許多偉大的創(chuàng)見，只是由于害怕受到對手的攻擊而猶豫是否公開，哈雷竭力勸說牛頓，并且提供了資助。哈雷的努力也是《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》這部堪稱西方科學(xué)史上第一經(jīng)典的巨著得以面世的重要原因。兩年后，哈雷被委任為皇家學(xué)會秘書，他擔(dān)任此職直到10年后牛頓推薦他接替其任皇家造幣局局長一職。

從地球上看到的哈雷彗星

1704年，哈雷擔(dān)任了牛津大學(xué)的幾何學(xué)撒維里教授，次年出版了《彗星天文學(xué)論說》，在書中指出1531、1607、1682年出現(xiàn)的三顆彗星是同一顆。以前，人們都認為彗星是天空中匆匆的過客，一過之后永遠不再回頭，我們每次看見的都是一顆新彗星?，F(xiàn)在，哈雷卻指出彗星像行星或者月亮一樣，也是繞著太陽旋轉(zhuǎn)的天體，也有一定的公轉(zhuǎn)周期，讓當(dāng)時的人們大吃一驚，半信半疑！

他的話一開始有很多人不信，直到1758年，彗星果真按照哈雷所預(yù)言的日子回到地球，懷疑者們才真的相信哈雷。只是哈雷自己并沒有看到這光輝的一刻，因為他早在16年前的1742年就已經(jīng)去世了。這時他已經(jīng)是格林尼治天文臺第二任的臺長。這顆彗星后來就被命名為哈雷彗星。

布拉得雷讓我們親眼看到了地球的運動

18世紀天文學(xué)的第二個重大成就是布拉得雷發(fā)現(xiàn)光行差。布拉得雷也是英國人，1693年生，牛津大學(xué)畢業(yè)。年僅25歲時，由于哈雷的鼎力推薦，布拉得雷當(dāng)選為英國皇家學(xué)會會員，3年后就擔(dān)任了牛津大學(xué)的教授。哈雷去世后，他繼任格林尼治天文臺第三任臺長，1762年逝世。

布拉得雷對天文學(xué)最重要的貢獻是發(fā)現(xiàn)光行差。所謂光行差，就是當(dāng)我們觀察某一顆恒星時，所看到的它的方位——可以稱為視覺方位——與這顆星的實際位置之間的差異。

這是什么意思呢？現(xiàn)在我們假定地球是不動的，那么我們觀察某一顆恒星時，會看到它在某一個位置，姑且稱之為位置A，這個位置A也會是此時恒星實際所在的位置。但我們知道地球并不是固定不動的，它既在公轉(zhuǎn)，又在自轉(zhuǎn)。這樣，我們在某一個時刻所看到的恒星的位置與這顆恒星此刻的真實位置是不同的，或者更具體地說，是這顆恒星在這個時刻之前的某個時刻的位置。

這是為什么呢？這里有兩個原因：除了地球在運動之外，另一個同樣重要的原因是光速并不是無限的，因此恒星發(fā)出的光到達地球需要一定時間。假如地球是靜止不動的，那么不論光線在路上要走多久，它到達地球、為我們所看到時，我們看到的那個光點的位置仍然會是恒星此時所在的位置。這是因為恒星不動，地球也是不動的，而光是直線傳播的?；蛘呒偃绻馑偈菬o限的，即它到達地球所需的時間是零，那么無論距地球多么遙遠，或者地球運動有多快，我們所看到的恒星的位置都將是它此時的真實位置。

然而不是這樣，一方面光速是有限的，也就是說，它從恒星到達地球需要一定的時間，事實上這是相當(dāng)長的時間，例如距地球最近的非太陽恒星半人馬座的α星，即比鄰星，它的光線到達地球所需要的時間要4年多。同時地球也在運動，那么，在任何一個時刻，我們所看到的恒星的方位與它此時的真實位置就會有所不同了。

發(fā)現(xiàn)光行差的意義在哪里呢？最主要的意義之一是：它徹底擊潰了地心說。就像我們上面所言，如果地球是不動的，而恒星距我們是如此遙遠，也可以看做是不動的，同時光線是直線傳播的，因此在任何一個時刻，我們所看到的恒星的位置就應(yīng)當(dāng)是它的真實位置。而當(dāng)光行差發(fā)現(xiàn)之后，即發(fā)現(xiàn)恒星在某一時刻的視覺位置與它的真實位置有差異。那么既然恒星是靜止的，而光線是直線傳播，那么剩下的唯一可能的原因就是地球在動了，這簡直和布拉得雷親眼看到地球在動一樣有力呢。如此一來，地心說就徹底被證明是錯誤的了。

布拉得雷發(fā)現(xiàn)光行差的過程比較簡單：他觀測天龍座的γ星時，發(fā)現(xiàn)它與附近的恒星的方位都有一種有規(guī)律的移動，它們是一種以周年為單位的有規(guī)律的移動，并且與地球的運行方向有關(guān)。這樣，既然恒星是不動的，那么唯一的可能性就是地球在動了。這就是因為地球在運動而帶來的光行差，它直觀地證明了地球的運動。

發(fā)現(xiàn)天王星

18世紀第三個重要天文學(xué)成就是兩大新行星的發(fā)現(xiàn)。自古以來，人們就理所當(dāng)然地認為天空只有五大行星，日心說被承認后，包括地球也只有六顆行星，這似乎是天經(jīng)地義之事。然而，到了18世紀后期，這個天文學(xué)的“常識”被打破了。打破這個常識的是威廉·赫歇耳爵士。

赫歇耳1738年生于德國漢諾威一個貧寒之家，共有兄弟姐妹6人，他原來是軍隊中的樂手，1756年時爆發(fā)了“七年戰(zhàn)爭”，威廉·赫歇耳便跑到了英國，開始用自制的望遠鏡觀測天穹。

1781年3月13日晚上，赫歇耳像往常一樣用他的大望遠鏡搜索茫茫太空，當(dāng)他把望遠鏡指向雙子星座時，忽然發(fā)現(xiàn)一顆奇怪的星星——它竟然在動！他知道，能動的只有流星、彗星或者行星，那當(dāng)然不是一閃即逝的流星。赫歇耳開始以為它是顆彗星，那在望遠鏡下的天空中是比較常見的，然而經(jīng)過一段時間的觀察，他發(fā)現(xiàn)那不是彗星，因為彗星的軌道是狹長的橢圓形，而它的軌道卻近似圓形。這樣他不能不得出一個結(jié)論了——這是顆行星！想想吧！一顆行星，一顆在太陽系之內(nèi)的我們地球的兄弟之星！這是何等了不起的發(fā)現(xiàn)！可以說，自從天文學(xué)家們開始觀測太空以來，沒有比這更激動人心的新發(fā)現(xiàn)了！

一開始，赫歇耳為了感謝收留他的英國，決定將這顆新行星命名為“喬治之星”，奉獻給當(dāng)時的英王喬治三世。他在自己的有生之年也一直這么稱呼。但他死后，天文學(xué)家們就按歷史上的慣例以古希臘、羅馬的神來命名它，稱為天王星，即Uranus。

威廉·赫歇耳（1738～1822），18世紀最偉大的恒星天文學(xué)家。

天王星的發(fā)現(xiàn)轟動了天文學(xué)界，赫歇耳也因此一舉成名，成了皇家學(xué)會會員，還從英王那里獲得了皇家天文學(xué)家的職位，每年薪俸200英鎊，這時赫歇耳才算成了專業(yè)的天文學(xué)家。

赫歇耳逝世于1821年，他不但自己是杰出的天文學(xué)家，兒子約翰和妹妹卡羅琳都是杰出的天文學(xué)家，他的家族被認為是天文學(xué)史上最偉大的世家。

發(fā)現(xiàn)海王星

海王星的發(fā)現(xiàn)就沒有發(fā)現(xiàn)天王星那樣多的偶然與傳奇色彩了，而稱得上是一項有計劃的工作。原來，1781年赫歇耳發(fā)現(xiàn)天王星后，人們便開始根據(jù)牛頓力學(xué)計算其軌道。但計算結(jié)果總是與實際觀測到的天王星的軌道不符。天文學(xué)家們自然而然地想起了牛頓的攝動理論。所謂攝動理論，其要點之一就是當(dāng)一個天體在其他天體附近運行時，因受到其他天體的引力作用，該天體的軌道就會偏離原來的方向，這種偏離現(xiàn)象就是攝動?，F(xiàn)在，天王星的軌道既然與它理論上應(yīng)有的軌道不符，那是不是因為受到另一個未知天體的攝動影響的結(jié)果呢？由于牛頓的理論已被科學(xué)實踐證明是正確的，因此人們便相信還有另一顆未知的行星存在了。

同時進行這項工作的有許多人，其中以兩個人最為出色：一個是英國人亞當(dāng)斯，另一個是法國人勒威耶。亞當(dāng)斯是英國著名的天文學(xué)家，生于1819年，24歲時以數(shù)學(xué)第一的成績畢業(yè)于劍橋大學(xué)圣約翰學(xué)院，并留校任教。早在大學(xué)階段的1841年，他就在7月3日的日記中寫道：“本周初擬訂計劃，準備在我獲得學(xué)位之后，立即著手研究天王星運動的不規(guī)則性，以判明它是否是天王星之外一顆尚未發(fā)現(xiàn)的行星作用的結(jié)果?！?/p>

四年之后，他的研究出了成果，推算出了那顆未知行星的軌道，并在這年9月向當(dāng)時的劍橋天文臺臺長和格林尼治天文臺臺長報告了計算結(jié)果，并相當(dāng)精確地指出在哪里可以找到這顆未知的行星，遺憾的是行星沒有被找到。

比亞當(dāng)斯稍后一點，在英吉利海峽對岸，法國天文學(xué)家勒威耶也正在做著同樣的事情。勒威耶是法國諾曼底人，生于1811年，畢業(yè)于巴黎工藝學(xué)校，本來搞化學(xué)研究，后轉(zhuǎn)攻天文學(xué)，并任母校的天文學(xué)教師。他也很早就對天王星的不規(guī)則運動很感興趣，1846年時終于完成了相應(yīng)的研究，寫出了《論使天王星運行失常的那顆行星，它的質(zhì)量、軌道和現(xiàn)在所處的位置結(jié)論性意見》。他即時發(fā)表了論文，并于8月份把結(jié)果送往柏林天文臺請求驗證。收到有關(guān)資料后，柏林天文臺立即開始在太空搜索，僅僅搜索了約半小時就找到了勒威耶所指的那顆新行星，與勒威耶的預(yù)測結(jié)果只相差1°。

后來，英法兩國經(jīng)長期爭論，達成了共識，將發(fā)現(xiàn)海王星的榮譽歸亞當(dāng)斯與勒威耶兩人共同享有。

銀河系擁有幾千顆恒星，但人類用肉眼能看得見的只有3000多顆。