你可知道,曾经我们的太阳系出现过一颗行星”祝融星“,然后又莫名其妙的消失了,究竟是怎么回事呢?
今天给大家科普下天文知识,篇幅比较长,耐心看完,你一定会有所收获。
牢不可破的世界秩序
这事还得从年说起,那一年英国的天文学家埃德蒙·哈雷(被更多知晓的是以他名字命名的”哈雷彗星“),找到了牛顿,问了他一个一直困扰自己的问题,假设行星指向太阳的引力与它到太阳的距离的平方成反比,那么行星的轨道曲线会是什么形状?
”椭圆。“牛顿不假思索的回答道。
哈雷惊呆了,其实牛顿已经早就计算过这个问题了。后来牛顿将满满9页的数学推导寄给了哈雷,标题是《论物体在轨道上的运动》,这篇论文证明了人们后来熟知的“牛顿万有引力定律”。
中间还发生了一个小插曲,当时牛顿谎称计算稿丢了,让哈雷回去等。其实他当时发现设想还有一些错误并重新进行了计算。
不过,一个定律要想得到认可,你就必须能够通过这个定律预测未来的事物。
到了年这一年,德国天文学家基尔希完成了人类首次用望远镜发现彗星的壮举,而这颗彗星的意义还远不止这些,人们发现它正好可以用来验证牛顿万有引力定律。计算结果完美地符合所有观测连成的轨迹:一条抛物线。这一结果不光是牛顿本人的胜利,也是理解物质世界新方法的胜利。
这一个成果也让牛顿万有引力达到了第一个巅峰,漂亮地证明了相同的定律可以普遍应用于——苹果落地、弓箭飞行、月亮不变的轨迹—宇宙的一切,万物尽在基本定律的限制之下。
年,一位名叫赫歇尔的音乐家,靠音乐养家糊口,不过他的爱好却是头顶的星空。他在一次用天文望远镜观看星空的时候,意外发现了一颗比较古怪的星星,他觉得有可能只是一颗恒星或是彗星,不过他还是把将这一发现报告给皇家学会。
到了同年5月份,两位数学家对这个古怪的星星进行了轨道计算,结果是令人惊喜的,它有着近乎圆形的轨道。改变的时刻到了,这个星星闯入了行星的行列,它就是”天王星“。
天王星给人们创造了独特机会:它是能够独立检验牛顿理论的第一个重大发现。
这时一位年仅24岁的法国数学家拉普拉斯闯入了人们的视野,如果说那时候有粉丝的话,那拉普拉斯绝对算得上是万有引力的头号铁粉。拉普拉斯通过万有引力成功绘制了天王星轨道。
拉普拉斯接下来的研究工作就是攻克人们对万有引力的质疑,那个时候科学界一直有一个未解之谜:在17世纪末木星的运动速度比早些时候的记录加快了,而土星却似乎慢了下来。拉普拉斯为此花了整整3年时间投入到破解谜团中,并于年宣布成功破解。他也由此证明了土星、木星的运动遵循万有引力的理论,成功捍卫了万有引力的地位。
这颗星星没有在星图上
在拉普拉斯逝世后,他的学生布瓦尔试图验证天王星与其他同辈的行星一样也遵守万有引力。但他失败了,万有引力计算的结果无法解释天王星年之前的位置。
那会不会还有一颗我们未曾发现的行星在牵引着天王星,导致它的计算结果出现了偏差呢?
提出这个问题的不是别人。而是布瓦尔的侄子,”有另一颗行星在扰动着天王星”。
到了年8月31日,法国天文学家勒威耶对这个猜想进行了计算并得出了结论:如果有人有时间可以操作一台性能优良的望远镜,他们应该能在天王星的轨道之外找到一颗行星,它距离太阳36个天文单位,位于摩羯座一颗挺亮的恒星(摩羯座δ星)东侧约5度的地方。勒威耶声称,它的质量大约是地球的36倍。如果从望远镜里观测,它不是一个点(像恒星那样),而是清晰可见的圆面,直径为3.3角秒。
然而,当时并没有人愿意相信勒威耶的结论,就算勒威耶告诉同事们,那将成为他们职业生涯的辉煌时刻,也没有人愿意将望远镜指向那片夜空。直到他写信给了一位年轻的天文学家伽勒。
年9月23日,这天是个星期六,伽勒和义务助理达赫斯特像往常一样通过望远镜凝视着夜空并记录数据。直到达赫斯特扫了一眼星图,然后喊道:“这颗星没在星图上!”。伽勒成了世界上第一个观测到这颗之前未被发现的行星的人,这颗行星就是“海王星”,而且就出现在了勒威耶让他观测的地方。
海王星的发现是牛顿学说的又一次胜利,达到了第二个巅峰。
寻找“祝融星”
海王星的故事告一段落,而勒威耶的故事还没有结束,他其实早在年就开始质疑水星、金星、火星和地球的运动轨迹,因为至今都都找不到一个完全确定这些行星是否可以永远保持在各自的轨道上的解决办法。这无疑把自己置于经典天体力学的对立面。为此,勒威耶把目光瞄准了嫌疑最大的水星,他先是通过牛顿万有引力定律计算得出了水星的最佳凌日时间,就是我们从地球上看水星经过太阳的时间。
到了年5月8日,美国俄亥俄州辛辛那提的天文学家们已经就位,他们等候着勒威耶预言凌日发生的那一刻。位于望远镜目镜处的天文学家瞄准了太阳,这一次水星迟到了16秒。
这次科学家们似乎都意料到是怎么一回事了,水星之所以会迟到,肯定是和天王星一样有另一颗我们还未曾发现的行星在牵引着它。
结果真的是这样吗?
既然确定了水星周围还有一颗行星,不如就给它起个名字把,“祝融星”就此诞生了。
名字确定下来后,下一步只需要找到它就可以为牛顿万有引力正名了。这次,科学家和天文爱好者没有人想再错过这次扬名立万的机会了,他们都把望远镜摇向了头顶的星空,想要找到那颗“祝融星”。
有人看见了
一位名为莱斯卡尔博的乡村医生,他也是“追星族”的一员,甚至在家里建造了一个精巧的业余爱好者天文台。在年3月26日这一天,莱斯卡尔博沉浸在午后温暖的阳光中。来诊所的患者不多,于是躲进了天文台并将望远镜指向太阳。忽然,一个目标跃入视场:微小,呈圆形,恰好在太阳边缘之内。他估计这个天体的尺寸,大约是水星视直径的四分之一。于是莱斯卡尔博给勒威耶写了一封信,信中写道:“我相信它到太阳的距离比水星小,并且是一颗行星,或者是多颗行星之一。“
尽管还需要对这颗神秘天体做更多的观测,但是人们已经按耐不住内心的激动,甚至登上了大众媒体——伦敦《泰晤士报》、美国《大众天文学》和英国《旁观者》,而对现存的所有不确定性视而不见。
后来有更多的目击者写信给勒威耶说自己看到了”祝融星“,尽管当时有不少人提出质疑,因为按照当时的计算,这么大的天体要看到它应该很容易才对。然而,正如《纽约时报》所说的那样,“只言片语的正面证据压倒了大量的反面证据”。到19世纪60年代中期,《天文学登记》似在其上刊发的《行星描述》中,把“祝融星”列为太阳系最内侧的行星。
不绝于耳的质疑声
在反对者当中,就包括了一位名叫古尔德的美国天文学家,他和他的助手在日食期间拍摄了42张日食照片,他还观察了全食带上的其他人拍摄的张照片,但是一无所获。于是把结论报告给了当时的巴黎科学院,”我已经看过了,祝融星不再那里“。然而并没有多少人愿意相信一个美国人说的话,这事并没有引起多大的重视。
在后来又有一位英国天文学家丹宁召集了一个25人的团队,对“祝融星”这一目标进行的最大规模的系统性搜索,前前后后花了10年时间,然而结果是令人失望的。
难道是勒威耶错了吗?根本没有什么祝融星?
逝世
就在勒威耶地位岌岌可危之际,来自普林斯顿的亚历山大拯救了勒威耶,他站出来说你们都算错了,祝融星应该距离太阳约万英里,围绕太阳运动的周期是34天16小时。换言之,我们过去可能是在错误的地点,或是在错误的时间进行了搜索。祝融星只是隐藏起来了,逃脱了我们的观测,并非不存在。
对于这样的结果,是很令人兴奋的,甚至当时的《纽约时报》写道:“不能怪罪预知了海王星的这位大师混淆了突如其来的苍蝇和真正的行星。在他坚信自己不仅发现了祝融星,而且还计算出了轨道参数,并安排了凌日现象的观测以击溃天文学家时,这场讨论就已经终结了——祝融星是存在的……”
然而,在年9月23日,也是距年轻的伽勒在柏林的夜空中发现海王星31年后,勒威耶的生命走到了最后一刻。他无法亲眼看到”祝融星“了。
“祝融星”它消失了
就在人们还在为如何发现“祝融星”而焦头烂额之际,年11月18日一位普鲁士科学院的科学家向大家展示他的最新研究成果,他异常平静的说道,“对水星的计算表明,每过一个世纪,其近日点会进动43角秒,而天文学家们实际的观测值比用牛顿力学计算的理论值多出(45±5)角秒,且天文学家无法用牛顿理论解释这个结果。而他的新理论却与观测结果完全一致”。
这个人不是别人,正是爱因斯坦,他的研究理论“广义相对论”击败了牛顿引力定律,太阳因其巨大的质量而使时空产生了凹陷。水星,被我们的恒星的引力场如此紧密地包围,深埋于太阳的引力凹坑中。
“祝融星”消失了,死去了,完全没有存在的必要了。宇宙中不再需要一大块儿物质才能解释水星的轨道了。没有未被发现的行星、没有小行星带、没有星际尘埃、没有扁球形的太阳,什么都没有。科学家们数十年来试图对牛顿学说的拯救也已经走到了终点。
追捕祝融星终于落下了帷幕,虽然结果一无所获,但留给我们的却是科学家严谨的工作态度,对宇宙未知知识的渴望才让我们如今能够充分享受科技带给我们的快乐和享受。
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