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第三篇 轨道疑云

小行星带的发现，对提丢斯波德定则而言无疑是极为有力的支持。然而，现在n=3的空缺被补了，这也就使得n=6以内的轨道都有了其归属。那里要么有一颗大行星，要么有一群小行星。那么，更外面的轨道呢？ N=7的位置上会不会也有什么收获？

这听上去是顺理成章的想法，然而这种想法并没能成为当时学界的主流。毕竟在小行星带被发现之前， N=6以内的轨道就那么一个空缺。既然 N=6以内的其它轨道上都有一颗行星，就n=3的位置上空着，这不是很奇怪吗？所以，人们纷纷在那个位置上寻宝也就说得过去了。然而这并不能说明n的取值可以无限大，毕竟太阳系的大小总归有个上限。所以对于天王星的轨道外，还能发现点什么，人们的心里是真的没底。即便有此想法，对于这样的探寻是否能有所斩获，仍然没有什么信心。

与这相比，天文学家们还是认为先把天王星的轨道算好才是当下最重要的事情。自从牛顿发现了万有引力定律之后，天文学家们对于计算各大天体的轨道这事情，那是非常的热心。毕竟对于他们而言，那种只要掌握了一定量的已知数据，就能算出该天体在任何时候所应该处于的位置，并且通过观测证实它就在那儿，这种感觉实在爽歪歪。然而，天王星成了第1个让他们不爽的家伙。刚开始只是不爽，而到了后面，他们几乎都要疯掉了。

起初，也就是天王星被发现后的两年之内，天文学家们看天王星还是很爽的，他就在天文学家们计算出来的轨道上，老老实实地运行着。可是渐渐的，天文学家们开始感觉有哪里不对劲了。天王星的位置逐渐的偏离了计算出来的轨道 偏离的幅度还越来越大，这是之前从来没有遇见过的事情。

刚开始，人们只是认为，天王星绕太阳公转一周的时间实在太长了。足足84年呢，我们现在只掌握了它两年的运行数据，稍微不准也挺正常的嘛。但如果要积累更多的观测数据，又需要一定的时间，显然急不来。于是大火开始翻旧账，把天王星被发现之前的一些观测数据给翻了出来。1786年，奥地利天文学家菲克斯米尔纳率先发表了他的计算结果。它采用了1690年以及1756年的历史数据，再加上1781~1783年间，赫歇尔与他自己的观测数据，总算把计算结果与实际观测的误差缩小到了几角秒的范围内。

问题暂时似乎得到了解决。然而就在他发表计算结果的两年之后，天王星再次偏离了预算的轨道。菲克斯米尔纳曾试图挽救，但他发现历史数据与现代观测结果似乎无法兼顾。就像一个跷跷板，顾得了这头就顾不了那头。于是，他无奈地抛弃了1690年，也就是最早的历史观测记录。重新计算后，总算把误差又缩小到10角秒以内。

但是，这科学吗？这可以吗？天文学家们觉得，无端的把历史数据抛弃掉，终归不是解决之道。于是有人想到，当时的理论只考虑了太阳引力对行星轨道产生的影响，却没有考虑到其他行星引力的影响，这其中又以木星和土星的引力影响最为显著。1791年，法国天文学家拉兰博利率先发表了考虑上述因素后重新计算的结果。这下子不管是现代观测数据还是历史的数据，都吻合得很好，大伙儿终于可以松一口气了。

这回天王星在一段较长的时间内并没有来找天文学家们的麻烦。正当大家以为不会再出问题，舒服日子能从此安心地过下去的时候，天王星又跑偏了。

自从1800年以来，天王星便开始系统的偏离原计算的轨道，并且越跑越偏。但这个时候，天文学家们却已经无能为力了。木星和土星的引力因素都已经考虑了，现在还能有什么好办法呢？没有！这也就意味着天文学家们只能沉默，并非常不甘心地接受着被天王星啪啪打脸的现实。而这样的沉默，一直持续了20年。

直到1820年，法国天文学家波瓦德终于站出来发起了反击。在这20年间，人们找到了更多赫歇尔发现天王星之前的历史观测数据。加之现代观测数据又增加了20年，波瓦德便决定根据目前掌握的数据重新计算轨道。但他又碰到了那个棘手的问题，也就是历史数据与现代观测数据，顾了这头就顾不了那头。他实在没有办法了，只好舍弃了1781年赫歇尔发现天王星之前的所有历史观测数据，总算与实际观测结果勉强吻合。虽然与某些现代观测数据仍有十角秒的误差，但至少还算能用的。

然而，不少天文学家却对其抛弃所有历史数据的这一行为耿耿于怀，何况波瓦德的计算结果与一些历史数据的偏差已经达到了几十角秒。就连波瓦德本人也承认，这只是权宜之计，造成这一切的原因，还需要后人的发现。但不管怎么说，至少现在这个轨道算是勉强能用的吧。于是，一些天文学家又对这一现象找起了理由，试图把这一切给圆回去。

例如有人提出，会不会是因为天王星之前被一个彗星给撞了一下，所以偏离了原先的轨道呢？并且这一假设把撞击的时间都给定好了，就在最后一次历史观测数据，也就是1771年，到1781年发现天王星之前这段时间。但这显然是为了解释而解释。先不说彗星的质量与天王星的质量相比，简直不值一提，即使撞了，也不会对天王星的轨道有显著的影响。退一步说，就算真有个什么质量大的天体，能把天王星的轨道给撞偏，这么明显的撞击，凭人们当时的观测手段，不可能观测不到。除此之外，还有。一些其他的假设，例如天王星的轨道上有未知的气体对其施加阻力，或是受到某颗未知的天王星的卫星的引力影响等等。但这些假设，全都有着致命的弱点。就在人们还在各种假想满天飞的时候，1825年，天王星又开始跑偏了。几年之后，这一偏差便达到了30角秒。

还有人干脆提出，会不会是牛顿的引力理论本身出了问题？但是除了天王星以外，其他行星的运行轨道都符合得很好。如果为此，就要修改万有引力理论，显然很划不来。如何修改使得他能在兼顾原先算的很准的其他行星轨道的基础之上，还能解释天王星频频出轨的问题。这样大的工程，天文学家们想想都觉得头痛。所以支持这一观点的天文学家很少。不到万不得已，他们绝不会打这张牌。

在排除了各种其他可能性之后，那个让天文学家们一直不敢想的可能就浮出了水面。也就是在天王星的轨道之外，还存在一颗未知的大行星。天王星的出轨，全败这颗未知行星的引力所赐。1835年，哈雷彗星回归，天文学家和普罗大众纷纷围观，但哈雷彗星回归的时间比人们预算的晚了一天。法国天文学家华尔兹与德国天文学家尼古拉率先提出，哈雷彗星在运行的过程当中可能受到一颗未知大行星的引力影响，进而导致其过近日点的时间比预期的晚了一天。另外，这颗未知的大行星的引力可能也是导致天王星频频出轨的原因。

与其他假设相比，这个假设算是唯一没有致命缺陷的。到了后来，之前算过天王星轨道的波瓦德也相信了这个假设。他的外甥曾经向时任格林尼治天文台台长艾里写信说过这个事情。艾里也很关心天王星出轨的问题，还为此撰写过相关报告？但他发现人们对天王星轨道的计算结果不仅在角度上存在偏差，就连其与太阳之间的距离也与实际观测存在偏差。所以他反倒认为这还是理论计算存在缺陷，对于新行星的假设并不太感冒，这也为后来的事情埋下了伏笔。

新行星的假设虽然受到了学界的广泛关注，但要证实这个假设，把这颗未知的行星找出来才是正道。直接观测当然是最好的办法，然而，这一颗行星既然在天王星的轨道之外，那么人们有理由相信，他应该比天王星更加的黯淡，并且它的位移也应该比天王星的更不明显。加之这回可不像小行星带那样，有个明确的位置，找起来谈何容易。况且各大天文台的望远镜日程都排得满满的，各大天文台自然对这种需要耗费大量时间和精力，还未必能有什么发现的观测任务提不起多大兴趣。

既然大伙对于直接观测都不怎么上心，那就只能通过计算的方法，预测该行星在某一时间点可能处在的位置了。但这跟以往的运算不同。以前都是已经发现了这个天体，并且积累了一定的观测数据，再通过已经掌握的这些数据去推算它的轨道。这回倒好，除了认为天王星轨道之外，应该有一颗大行星，其他的什么都不知道。包括该行星的质量、轨道半长径（也就是它与太阳之间的平均距离）、它的轨道形状以及它与天王星之间的角度等等，都只能靠蒙。蒙好了以后还要算，算好了以后还要复核，之后还要验证，看看跟当前的观测数据是不是能吻合上。如果不行，那还得重新再蒙一组数据，并再次重复上述过程。这要求计算者不仅有深厚的天体力学以及数学的功底，还要具备相当的耐心，以及足够的认真细致。那么，究竟谁能担此重任呢？

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