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第1章 未知世界的地图海王星（第2页）

信中预测了一颗新行星的存在和位置，虽然伽勒知道这样的预测一般来说都是荒谬的，然而，信中有些话使他不能置之不理。“我想找一位坚持不懈的观察者，”勒维耶写道，“他愿意花些时间观察可能发现新行星的那部分天空。”伽勒决定成为那个坚持不懈的观察者。

即使那颗行星真的存在，伽勒也没指望会发现什么。这怎么可能呢，一个坐在巴黎书桌前的人怎么可能借助数学“看到”宇宙呢？这就好比蒙着眼睛的天文学家用夫琅和费望远镜发现了彗星一样。但是奇迹就是奇迹，勒维耶的行星就在漆黑的太空深处若隐若现，而且就在他预测的那个位置。

自太阳系诞生以来，这颗行星就在天王星的轨道之外极度深寒的黑暗中，绕着太阳静悄悄地运行，直到1小时前，还没有人目睹过它的存在。此刻，地球上也只有伽勒他们三人看见了这颗未命名的行星。然而，很快，世界上的每个人都将知晓它的大名——海王星。

1846年9月29日，巴黎

几天后，勒维耶在巴黎拆开了一封来自柏林写于1846年9月24日的信。“先生，”他读道，“在您指出的那个位置上，确实存在一颗行星。”

伽勒找到了他预测的行星!勒维耶欣喜若狂，一颗悬着的心终于放下了。勒维耶虽然做出了预测，但也曾有过疑虑，毕竟他也是普通人。勒维耶把自己的声誉押在了神秘的数学上，其结果要看造物主的安排。造物主既可以选择支持他，也可以轻易否定他。和别人谈论这个预测时，他看上去信心满满，但只有他本人知道自己是有多么虚张声势。

10月1日，勒维耶给伽勒写了回信。在信中，勒维耶向这位德国天文学家表示感谢，并声称伽勒是唯一认真对待他请求的人。勒维耶写道：“多亏了你，我们拥有了一个新世界。”

曾经，天王星的发现引起了轰动，因为天王星到太阳的距离是土星到太阳的1倍，也就是说，赫歇尔一夜之间就让太阳系的大小扩大了1倍。但发现海王星是一种完全不同的感觉，天王星是赫歇尔偶然发现的，而海王星的存在、位置，甚至大小都是勒维耶用笔在纸上计算出来的。

法国天文学家卡米尔·弗拉马里翁（CamilleFlammarion）写道：“勒维耶没有离开他的书房，甚至没有看一眼天空，仅仅通过数学计算就发现了这颗未知的行星，可以说，他用笔尖触碰到了这颗行星!”[6]

弗拉马里翁认识到，能用桌子上的纸和笔发现现实世界中存在的东西是见所未见的新鲜事。苏格兰天文学家约翰·普林格·尼科尔（JleNichol）写道：“人类在冒险精神驱使下进行的理论猜想，能够得到如此非凡的验证，这在整个人类的观察历史中都是绝无仅有的!”[7]

海王星的发现不仅是勒维耶的胜利，更是艾萨克·牛顿和他在两个世纪前提出的万有引力定律的胜利。牛顿定律不仅解释了已知的东西，还预测了未知的东西。

勒维耶以无比震撼的方式展示了科学的核心魔力——科学惊人的预测能力：能够预测那些人类从未想象到的事物，而这些事物都能在现实世界中被发现。让人难以置信的是，涂写在纸上的数学方程竟然可以如此完美地描绘现实世界，而且确实奇迹般地被证实了。勒维耶用抽象的公式在现实世界里找到了一个真实的物体，而世界历史上从未有人取得过类似的成就。勒维耶当数首屈一指的“魔术师”。

海王星的发现引发了法国和英国之间激烈的优先权争夺战，因为一位英国的数学家也曾利用天王星的异常运动预测过这颗新行星的位置，他就是来自英格兰康沃尔郡患有自闭症的数学天才约翰·库奇·亚当斯（Johns）。1841年，亚当斯还在剑桥大学上学时，就开始着手推断夜空中这颗新行星的位置，以便解释天王星轨道的异常。亚当斯总共花了4年的时间进行计算，在1845年，他把结果交给了乔治·比德尔·艾里爵士（SirGeeBiddellAiry）。艾里是皇家天文学家（AstronomerRoyal），同时也是在格林尼治的皇家天文台（TheRoyalObservatory）的台长。不幸的是，亚当斯的请求也像在法国的勒维耶一样被漠视了。当艾里最终注意到亚当斯的预测时，他并没有公开亚当斯的预测，也没有直接授权亚当斯使用格林尼治天文台的望远镜进行搜寻，而是将消息转给了当时，查利斯刚刚接替艾里成为天文台台长的继任者乔治·查利斯（GeeChallis）。

查利斯立刻发现，亚当斯所谓的预测并没有在天空中指向一个精确的位置，而是可能发现这颗假想行星的一大片天空。如果用剑桥大学天文台的中天望远镜（Transittelescope）对这一大片天空进行全面搜索的话，需要近百次的观察，每一次观察都要持续几个小时。查利斯预计整个搜寻过程需要大约300小时，他耽搁了一段时间才开始观察。当终于开始搜寻时，查利斯两次记录下了海王星，却没能辨认出它。现在再怎么说都为时已晚，因为柏林的伽勒已经首先发现了这颗新行星。

这件事让艾里和查利斯非常尴尬，因为他们在伽勒收到勒维耶的预测之前，就已经从亚当斯那里收到过关于这颗新行星位置的预测了。更糟糕的是，当初他们对亚当斯的预测守口如瓶，也许就是为了确保剑桥大学获得发现新行星的荣耀。然而，亚当斯的计算结果并没有公开发表过的事实，让法国人怀疑英国人是否曾经做出过这样的预测。

海王星命名优先权的国际争端漫长而激烈，但值得称道的是亚当斯和勒维耶都没有参与其中。也许是因为欣赏对方的数学魔法，并且都遭遇过类似的冷遇，两人首次在英格兰相识后，便结下了深厚的友谊。时至今日，人们大多把海王星的发现归功于勒维耶和亚当斯的共同努力。

成功预测了海王星的存在之后，勒维耶在科学界声名鹊起，并在1854年成为巴黎天文台台长。但在这之后，他取得任何成就所获得的兴奋感都无法与奇迹般地揭开太阳系边缘一个未知世界时获得的相提并论。受到国王的追捧、被科学家们尊为神、名望和奉承，使勒维耶陶醉，他渴望再次拥有那种感觉。于是，勒维耶将研究方向从外太阳系转向了内太阳系。

勒维耶的目标是彻底解析这些行星的轨道：水星、金星、地球和火星。如果他能成功做到这一点的话，那么也许，仅仅是也许，一个与天王星轨道异常类似的天文现象将又会是引人注目的发现。出乎意料地，这种异常现象确实存在，而且与最靠内的这颗行星有关。即使考虑到其他行星对水星的引力作用，这颗行星的轨道仍然与理论预期的轨道有偏差。

勒维耶确信，有一颗行星比水星更接近太阳，1860年2月，这颗行星有了名字。行星一般以古希腊神的名字命名，因为这颗新行星永远逃不出太阳的炙烤，所以用希腊众神之家奥林匹斯山的锻造之王——火神伏尔甘（Vul）的名字来命名似乎再恰当不过了。

在将近半个世纪的时间里，天文学家们一直热衷于寻找火神星。随着时间的推移，火神星渐渐失宠了，因为人们什么都没找到。但水星的反常运动依然存在，没有人相信这种现象背后的真相是：牛顿关于引力的看法并不完全正确。这实在是太难以置信、太匪夷所思了。一直到1915年，阿尔伯特·爱因斯坦提出了一种更好的引力理论——广义相对论（geheoryofrelativity）——取代了牛顿的理论，牛顿不正确的想法才不再匪夷所思。

尽管对火神星的研究走入了死胡同，但对海王星的绝对没有。勒维耶展示了如何利用牛顿的万有引力定律来预测未知的东西，绘制了未知世界的地图。

在20世纪的前几十年里，有一种观点认为，海王星的轨道就像天王星的一样受到扰动。事实证明，这不是真的。尽管如此，类似的观点还是引发了对距离太阳更远的“X行星”的搜索，并在1930年2月18日冥王星被发现时达到了顶点。这是唯一被来自牛津的11岁的孩子威妮夏·伯尼（VeiaBurney）命名的行星。[8]

冥王星太小了，甚至比地球的卫星（月亮）还小，因此对海王星的运动不造成影响。在20世纪末，人们在海王星轨道外发现了45。5亿年前太阳系形成时留下的冰冷的建筑垃圾柯伊伯带（KuiperBelt），冥王星实际上是柯伊伯带中成千上万个在海王星轨道之外、环绕太阳运行的天体之一。因此，国际天文学联合会（IionalAstronomi）于2006年8月将冥王星从行星降级为矮行星（d>

但是，牛顿的万有引力定律似乎还有能力揭示太阳系中的未知天体。2016年初，帕萨迪纳市加州理工学院的两位天文学家指出，至少有6个柯伊伯带天体存在轨道异常。迈克·布朗（MikeBrown）和康斯坦丁·巴蒂金（KonstantinBatygin）声称，这些天体的异常运动是受太阳系外侧的一颗围绕太阳运行的未知行星牵引造成的。[9]与冥王星那样的小行星（asteroid）不同，这颗行星的质量大约是地球的10倍。

布朗和巴蒂金宣称，行星九的轨道距离太阳的平均距离大约是海王星的20倍。由于行星反射太阳光，因此这颗未知行星一定非常暗淡，很难被找到。但是许多天文学家渴望成为新的约翰·伽勒，于是积极寻找行星九。

然而，由勒维耶和亚当斯开创的这项技术的真正成功之处在于，能够探测遥远的系外行星（exoplas）——通过探测行星的引力拖曳引起的恒星的反常运动，从而发现未知的系外行星。1995年发现的飞马座51b（51Pegasib）是第一颗在太阳系以外的普通恒星周围被发现的行星，现在已知的系外行星有4000余颗，而且数量在以越来越快的速度增长。

牛顿万有引力定律揭示的最重要的未知事物是暗物质（darkmatter）。尽管暗物质的概念是20世纪30年代由瑞士裔美国人弗里茨·兹维基（FritzZwicky）和荷兰人詹·奥特（JanOort）首先提出的，但确认其存在的是在华盛顿卡内基研究所（egieInstitution）地磁学系工作的两位天文学家。20世纪70年代末至80年代，薇拉·鲁滨（VeraRubin）和肯特·福特（KentFord）发现，旋涡星系（spiralgalaxies）外围区域的恒星围绕星系中心运行的速度太快，就像飞快旋转的旋转木马上的孩子一样，这些恒星本应被甩进星际空间。

天文学家解释了这一异常现象。他们认为，旋涡星系中的物质比我们能以恒星的形式看到的要多得多，而正是这种看不见的暗物质提供了额外的引力，牢牢地抓住了最外层的恒星。在整个宇宙中，暗物质的质量是可见恒星和星系的6倍。尽管有人估计，暗物质是未被发现的亚原子粒子或大爆炸遗留下来的木星质量（Jupiter-mass）大小的黑洞，但没有人知道其确切构成。要是你能弄清楚暗物质的身份，就会有诺贝尔大奖在斯德哥尔摩等着你。

[1]在猜测这颗假想行星与太阳的距离时，勒维耶用到了用来推论行星轨道半径的公式——提丢斯-波得定律（Titius-Bodelaw）。还没有科学依据来解释为什么行星会遵循这一定律。详见：demonstrations。wolfram。TitiusBodeLaw。