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172年前,谁用数学计算发现了海王星?

腾讯太空  · 公众号  · 探索  · 2018-10-05 20:32

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每周五推送汪诘老师科普著作《星空的琴弦》同名脱口秀节目,今天我们来揭秘人类认识的疆界如何飞出了太阳系进入银河。

对于伦敦西边不远处的小镇巴恩的居民来说,威廉•赫歇尔(Herschel,1738年 – 1822年)是一个很牛的人物。他白天是小镇乐队的指挥,到了晚上就摇身一变,成为一位神秘的“占星家”。在小镇人的眼里,赫歇尔有点疯狂,他倾尽家产建造了一架硕大无比的望远镜,足足有7.8米之高,粗得像一尊大炮,是小镇的一大景观。

歇尔的大炮望远镜

1781年3月31日晚上,是个晴朗无云的好天,赫歇尔在“大炮”下面痴迷地观测着。突然,赫歇尔很开心地叫了起来:“卡罗琳,我发现了一颗彗星,请帮我记录:双子座方向,视星等6等,暗绿色,观测时间一周,移动幅度1角秒。初步判断为彗星。”第二天,赫歇尔把他的这个发现通报给了英国天文学会,于是,更多的天文学家和爱好者们把望远镜对准了双子座的这颗“彗星”。过了没多久,在天文学界的群策群力下,人们开始意识到,这根本不是一颗彗星,而是一颗新的行星。接着,它的距离被计算出来:19.2AU,整个欧洲的天文学界都轰动了,因为太阳系的疆界一下子大了一倍多。这就是天王星,太阳系的第6颗行星。

海王星

1846年9月23日,德国柏林天文台台长加勒收到一封陌生人的来信,还是从遥远的法国寄来的,发信人叫做勒维耶(Le Verrier,1811年 – 1877年)。信中这么写道:尊敬的台长,请在9月23日晚上,将望远镜对准摩羯座 δ星之东约 5 度的地方,你就能找到一颗新的行星,它的圆面直径约 3 角秒,每天运动 69 角秒。


加勒大吃一惊,这简直就像是一封上帝寄来的邮件啊。连收到的时间都像是精心设计过。加勒和助手们依照这个神启开始了观测,一切都精确得令人难以置信。几天后,加勒向全世界宣布:那颗影响了天王星的未知行星找到了,它被命名为海王星。


每当到了夏末秋初之际,壮观美丽的银河就会出现在我们头顶的星空中。但很多人可能长这么大都从来没有看到过,因为现在城市里面光污染都很严重,晚上的天空黑不下来,肉眼根本无法看到银河,这是一件相当遗憾的事情。

由李梦尧摄自 重庆武隆银河

在赫歇尔父子的卓越努力下,关于银河系的初步正确概念建立起来了。哈雷首次发现了恒星的“自行”现象,这个我们在前面已经提到过,这个自行的现象让许多天文学家发出了这样的问题:自行现象的真实原因到底是恒星在运动还是太阳在运动,亦或是两者皆有呢?

从车头看过去

两边的路灯是从中心向两侧散开运动

依照路灯效应的原理,如果太阳朝某个方向运动,那么在运动方向上的恒星是向四周散开;而另一个背向运动的方向上,看起来所有的恒星则是向某一点聚拢。当然,如果恒星本身也在运动的话,规律可能不是那么容易发现,但只要观测的恒星足够多,路灯效应还是一定可以被观测到的。

猎犬座旋涡星系M51 来源:NASA官网

老赫歇尔去世的那一年,也就是1822年,在美丽的爱尔兰帕森城(今比尔城堡庄园),有一位22岁的伯爵公子威廉·帕森斯(William Parsons, 1800年 – 1867年)这位公子哥狂热地爱上了望远镜,等到他老爸过世后,他成为第三代罗斯伯爵时,他对望远镜的热爱有增无减。与赫歇尔一样,他热衷于制造越来越大的望远镜,而他老婆竟是一位天才的铁器工艺师,帮助他一起设计制造超大望远镜。到他45岁那年,他建成了当时世界上最大的望远镜,1.8米口径的超级大炮。

位于爱尔兰的罗斯伯爵的大炮望远镜原址

在此后的整整72年中,无人能超越这个记录。即便是放到今天,单单就口径而言,大炮望远镜的口径依然比今天中国最大的光学望远镜的口径还要大,可以排入世界前十名,那可是在169年前啊。有了这件神器,罗斯伯爵能看到当时世界上无人能看到的宇宙景观。只可惜这位伯爵老爷似乎制造望远镜的能力要远远大于天文观测的能力,他能被后世记住的成就仅仅是绘制了一副星云的素描像,这就是猎犬座旋涡星系M51。







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