[圖文]科學史上著名公案:誰是海王星的真正發現者 | 陽光歷史

 

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[圖文]科學史上著名公案:誰是海王星的真正發現者

2015年07月20日 宇宙奧秘-長篇 暫無評論 閱讀 331 次

  



  海王星的發現是科學史上最激動人心的事件之一。1846年9月23日晚,德國天文學家伽勒在柏林天文台發現了它,但是這個發現是根據法國數學家勒威耶的計算做出的,因此從某種意義上說,勒威耶才是海王星的真正發現者。這個發現公佈之後,英國天文學界聲稱英國數學家亞當斯早在1845年9月就已計算出了海王星的位置,比勒威耶還早,只不過沒有引起天文學家的重視。這個說法引起了一番國際糾紛,最終還是達成了共識,把亞當斯也做為海王星的共同發現者。


    直到上個世紀60年代,才有學者懷疑亞當斯在這一事件中的作用,向格林威治天文台索取記載亞當斯的工作的檔案,卻被告知找不到了。最後一次借閱這批檔案的是格林威治天文台天文學家艾根,但艾根否認這批檔案在他手裡。艾根後來到智利天文研究所工作,於1998年10月2日去世。他的同事在整理其遺物時,發現了被他竊取的亞當斯檔案以及一大批格林威治天文台藏書,重達100多公斤,裝成兩大箱歸還給英國。亞當斯檔案至此才被公之於眾,不僅動搖了亞當斯做為海王星共同發現者的地位,而且暴露了當時的英國天文學界為了國家榮譽,試圖竊取海王星發現權的陰謀。


    這個故事要從天王星的發現說起。1781年3月31日晚,德裔英國天文學家威廉·赫歇耳用自製天文望遠鏡觀測夜空時,發現了一個新的天體,他以為可能是一顆彗星。但隨後其他天文學家的觀測證明了這是一顆大行星,被命名為天王星。1821年,巴黎天文台台長布瓦爾把天文學家歷年對天王星的觀測記錄編輯成天王星星表,並根據萬有引力定律推算天王星的運行軌道,驚訝地發現天王星的實際位置偏離了推算出的軌道。是萬有引力定律有誤,還是有一顆未知的大行星在干擾天王星的運行呢?


    1832年,時任劍橋大學天文學教授的艾裡向英國科學促進會做了一個報告,介紹這個困擾天文學家的大難題。沒有必要懷疑萬有引力定律的正確性,那麼更可能的情形就是存在一顆有待發現的大行星。要找到這顆大行星,需要解決「逆攝動」問題。如果知道一顆大行星的位置,根據萬有引力定律可以計算出它對臨近大行星的運行的干擾,也就是天文學上所謂的「攝動」。但是如果反過來,要從某顆大行星受到的「攝動」推算出未知大行星的位置,則要困難得多,當時大多數科學家認為是不可能做到的。


    1841年6月26日,在劍橋大學讀本科的亞當斯在劍橋書店裡讀到了艾裡的報告,立志要在畢業後攻克這一難題。1843年亞當斯畢業留校任教,通過劍橋天文學教授查裡斯向已榮任格林威治天文台台長的艾裡索要格林威治天文台的天王星觀測數據。1845年9月,亞當斯獲得了計算結果,推算出未知行星的軌道,交給查裡斯,希望劍橋天文台能據此尋找新行星。但查裡斯並不相信亞當斯的計算,不過他還是寫信向艾裡推薦亞當斯。亞當斯在1845年10月21日兩次拜訪艾裡,都沒能見上面,留下了一張便條。保存至今的這張便條列出他的計算結果:新行星與太陽的平均距離為28個天文單位(地球與太陽的距離等於1個天文單位)——比實際距離遠了四分之一;它在1845年10月1日的位置為黃經(即天球經度。正如地理學家用經度和緯度標記地球位置,天文學家用黃經和黃緯標記天球位置)323度34分——只比海王星的實際位置差了大約2度。


    艾裡以後將把這張便條做為亞當斯首先預測出海王星的重要證據,不過當時他並不相信這個大學畢業沒多久的年輕人解決了逆攝動難題,何況亞當斯並沒有說明他是怎麼算出該結果的。但是,艾裡還是給亞當斯寫了一封信,想進一步瞭解亞當斯的工作,比如,他是否也能解釋天王星矢徑(即到太陽的距離)的偏差?亞當斯草擬了回信,但是奇怪的是,他沒有把信發出。


    艾裡沒有收到亞當斯的回音,就把這事忘了,直到1846年6月讀到勒威耶的論文才又想起來。勒威耶是巴黎綜合理工學院的教師,在1845年夏天開始研究天王星攝動問題,並在一年內發表了三篇論文。勒威耶的第一篇論文發表於1845年11月10日,準確計算出土星和木星對天王星的攝動影響,說明這些不足以解釋天王星的軌道偏離。勒威耶在1846年6月1日發表第二篇論文,估算出未知行星的大致位置。艾裡讀到勒威耶的第二篇論文後,覺得其結果與亞當斯的很相似,於是給勒威耶寫了封信,問了向亞當斯問過的問題,但是並未透露亞當斯也在做同樣的研究。勒威耶很快回信,回答了艾裡的問題。


    勒威耶的答覆讓艾裡感到滿意,也使艾裡覺得有必要尋找新行星。但艾裡視力不佳,沒法自己做觀測。他建議查裡斯在劍橋天文台秘密從事尋找新行星的工作。查裡斯於7月18日開始,根據亞當斯提供的新的計算結果進行觀測,但是一無所獲。


    這一年的8月31日,勒威耶發表了第三篇論文,預測了新行星的質量、亮度和更精確的位置,並呼籲天文學家據此尋找新行星。令勒威耶沮喪的是,似乎沒有天文學家理睬他的呼籲。9月18日,勒威耶想起柏林天文台一位名叫伽勒的年輕天文學家曾經給他寄過學位論文,於是給伽勒寫了封信,告訴他如果把天文望遠鏡對準黃經325度的區域,他將會發現還沒有人見過的太陽系第八顆大行星。9月23日上午,伽勒收到勒威耶的來信,當天晚上就開始觀測,由他用天文望遠鏡進行觀測,報出天體的位置,其助手德萊斯特則在一旁核對星圖。幾分鐘後,伽勒報告在黃經325.9度看到一顆亮度8等的星,德萊斯特大叫「那顆星不在星圖上!」第二天晚上他們繼續觀測這顆星的位置,發現略有移動,表明的確是顆行星。第三天,伽勒寫信向勒威耶報告:「你計算出位置的那顆行星真的存在。」


    勒威耶寫信給包括艾裡在內的一些天文學家報告新行星的發現,並建議命名為海王星。艾裡、查裡斯公開了他們對新行星的秘密尋找過程,並宣佈亞當斯早已計算出新行星的位置。他們要求把新行星命名為海神星,顯然覺得他們擁有一定的優先權。法國人理所當然地對此表示懷疑:如果亞當斯真的做了準確的計算,為什麼不寫成論文發表?為什麼要在事後才來爭優先權?


    隨著時間的推移,爭論逐漸平息。英國王家學會授予勒威耶獎章表彰其貢獻,而國際上也承認亞當斯做出了獨立發現。但是當初的疑問並未很好地被回答了。亞當斯並非像人們認為的那樣不喜歡發表論文,他發表過其他方面的論文。亞當斯沒有像勒威耶那樣發表其計算結果的真實原因,是因為他對自己的計算方法和結果並無信心,而且一直在改變計算結果,其最終的結果也距離海王星的實際位置很遠。


    如前所述,艾裡、查裡斯和亞當斯是在獲悉勒威耶的研究後,才開始秘密尋找新行星的。亞當斯根據勒威耶的第二篇論文,修改了計算結果,但是給出的是很不確定的結果,涵蓋了從黃經315度到350度的範圍。查裡斯不得不去觀測大片的領域。雖然海王星曾經進入查裡斯的觀測範圍內,但是卻沒有被發現。查裡斯採用的鑒別行星的方法是比較不同時間的觀測結果,看有哪顆星的位置發生了變化。由於觀測的範圍太大,星體太多,查裡斯只能挑出最亮的39顆星進行比較。不幸的是,海王星的亮度在查裡斯的觀測範圍內排在第49位,就被漏掉了。在勒威耶的第三篇論文發表兩天後,亞當斯給出了其最新的計算結果:黃經315度,仍比海王星的實際位置差了11度。所以,查裡斯根據亞當斯的計算花了兩個月的時間去尋找都一無所獲,而伽勒根據勒威耶的計算幾分鐘就搞定了。


    由於亞當斯從未發表其計算結果,也由於亞當斯的計算結果一直不確定而且偏差很大,將他視為海王星的共同發現者是不合適的。這個事件也告訴我們,在確定發現優先權時,還是應該主要看發表的論文,那是最可靠、最能說明問題的。所謂未發表的成果難免有貓膩,是靠不住的。


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