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第九章 海王星及其卫星

以离太阳远近为序,海王星便继天王星而来。它的大小与质量本和天王星相差不多,但它的距离却是30天文单位(天王星的是19.2天文单位),微弱的太阳光使它更暗淡了许多而更不容易被看见。它是远在肉眼可见限度以下的,但一架中等望远镜可以使它现出来,只要观测者能分别出那些固定于天空的无数亮度相似的恒星。

海王星的圆面只有在很有力的望远镜中才能看出。那时它带有蓝色或铅色,跟天王星的海绿色显然不同。因为在这颗行星圆面上什么标志也看不到,所以它的绕轴自转方式就绝不能由直接观测而得了。用分光仪做的观测显出它的自转周期是15.8小时。

图53 旅行者2号航天器拍到的海王星

1846年海王星的发现被认为是数学和物理学的最伟大的胜利。当其他任何证据都没有时,它的存在已由它加于天王星的吸引力而被人们知道了。引起这一发现的历史极为有趣,因此我们要简单地叙述一下其中的要点。

海王星发现史

在19世纪最初20年间,巴黎的波伐(Bauva rd),著名的数理天文学家,准备制作木星、土星、天王星(当时认为最外层的行星)的运动新表。他根据拉普拉斯的算法得出这些行星的运行轨道由于互相之间的引力作用而产生的误差。他很成功地使他制出的表适合木星、土星的观测所得的运动,但他怎么努力也造不成适合天王星的观测所得的运动的表。如果他只管从赫歇耳以来所做的观测,还可以勉强对付过去,可是绝不符合当这颗行星被认作恒星时弗兰斯蒂德及勒莫尼耶从前的观测。因此他放弃了旧的观测,把轨道照新观测排好,发表了他的表。但不久就发觉这颗行星又离开了它被算定的位置了,于是天文学家都惊奇地以为其中必有故事。

这种情形一直维持到1845年,这时巴黎的勒威耶福至心灵,忽然想到这误差也许是由于天王星之外的一颗未知行星的吸引造成的。他就开始计算要产生这误差的行星一定在什么轨道中运行,以后把所得结果提交给了法国科学院。这是1846年夏季的事。

恰巧在勒威耶开始工作之前,一个剑桥大学的英国学生亚当斯(John C.Adams)也有同样的想法,也做了同样的工作。他得到结果甚至还在勒威耶之前,也把结果提交英国天文学会。两位计算者都算出了当时未知行星所在的位置,因此如果能将这颗行星从恒星中分出,那就只消在指定区域内寻找就可发现新行星了。但是不幸那时天文学会的艾里(Airy)不大相信这回事,而且不认为这样费事地去寻觅会有可靠的机会。这样一直到勒威耶的预言出来才引起了他的重视,而这两个报告的计算结果之相近也受到了注意。

寻觅新行星的问题现在成立了。剑桥大学的查利斯(Challis)在那一星区中作了很彻底的观测。在这里我必须说明一点:在那个没有计算机、没有光谱分析仪,甚至没有像样的摄像设备的年代,用那种简陋的工具来从周围无数恒星中但凭目视的望远镜来寻找出一颗那样微小的行星并不是件容易的事。而必须先反复确定若干次尽可能的多数星的位置,为的是由比较这些观测才能确定其中是否有一颗移动了位置。

当查利斯正进行这工作时,勒威耶写了一封信给柏林天文台的伽勒,告诉他这颗行星在恒星中的被推定的位置。恰巧那时柏林的天文学家正好完成了一幅部分天空的星图,而该行星就被推定在这部分天空中。因此就在接到信的当天晚间,这些天文学家就拿起星图到望远镜下,想找找看是否望远镜中有不见于星图中的物体。这物体不久就被发现了,而且把它的位置和周围恒星一比较,仿佛它也有轻微的移动。但伽勒的为人是异常谨慎的,他要等第二天晚间来证实他的发现。第二晚发现那颗星已移动了很多,竟丝毫不容置疑了,于是他写信给勒威耶说这颗行星确实存在。

这新闻传到英国以后,查利斯就去检查自己的观测,发现他实际上已经将这颗行星观测过两次。不幸他未曾把自己的观测比较研究,以致等到人家在柏林认出之后才知道。天文学家将发现海王星的荣誉给了勒威耶和亚当斯两人。

海王星的卫星

不用说这颗新发现的行星是要被全世界的天文学家所观测了。拉塞-尔不久就发现海王星有一颗直径约有2 700千米的卫星陪伴着。

这颗卫星离海王星约35.5万千米,几乎跟月亮离地球差不多。可是它的公转周期只是5天21小时,这表示海王星的质量比地球大17倍。

这颗卫星自东而西旋转,轨道近圆形,向海王星赤道倾斜20度。在约600年间,这轨道不改倾斜度,向东方轻移一周。这种退行是由于海王星赤道部分的隆起。关于这退行速度的观测使我们能算出海王星赤道部分隆起的多少,这个量却小得不能从望远镜中所现出的遥远的海王星的小圆面上断然看出的。

同天王星和木星一样,海王星的光环十分暗淡,但它的内部结构仍是未知数。人们已命名了海王星的光环:最外面的是亚当斯(Adams),它包括3段明显的圆弧,已分别命名为自由(Liberty)、平等(Equality)和互助(Fraternity),其次是一个未命名的包有加拉蒂(Galatea)卫星的弧,然后是莱弗里(Leverrier),最里面暗淡但很宽阔的叫盖尔(Galle)。

图54 海王星和海卫一

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