海王星及其卫星

第九节 海王星及其卫星

就目前所知，海王星是太阳系中最外面的行星。其大小和质量与天王星差异不大，但是它距离太阳非常遥远，有30个天文单位，远远超过天王星的19.2个天文单位，这使它更加微弱更加难以观测。海王星远在肉眼可见范围之外，不过一架中型望远镜就能观测得到，只要能够从天空中众多亮度相似的恒星中辨认出来。

海王星的视圆面需要借助倍数相当大的望远镜才能看清楚。它看起来泛着点蓝色或铅灰色，明显有别于天王星的海绿色。直接观测看不出它的自转情况，利用分光仪测出海王星的自转周期为15.8小时。

1846年，海王星的发现是数理天文学举世瞩目的伟大壮举之一。它因为对天王星施加的引力而早为世人所知，但并没有什么证据证明。导致这一发现的历史情况非常有趣，我们简要地说一说重点。

海王星的发现历史

19世纪前20年，巴黎著名的数理天文学家布瓦尔（Bauvard）准备给木星、土星和天王星绘制新的运行图，当时认为它们是太阳系最外面的3颗行星。他根据拉普拉斯的计算得到了这3颗行星因相互间的引力作用而产生的误差。他绘制的图与所观测到的木星和土星的运动成功吻合，但是几经努力也未能与所观测到的天王星的位置相吻合。如果他只考虑赫歇尔发现天王星以来的观测结果，还可以吻合；但与弗拉姆斯蒂德和莫尼埃早先的观测结果却完全不相吻合，在这两位的时代天王星被认为是恒星。因此他摒弃了以前的那些观测结果，于是他绘制的轨道图与新的观测结果相吻合，并发表了他绘制的运行图。然而人们很快发现天王星离开了它的计算位置，天文学家们开始思索其中的缘由。其实，肉眼来看这个误差非常小；若有两颗行星，一个真实存在，一个在计算的位置上，肉眼不能把它们区别开。但是望远镜可以很好地区分。

这种情况一直持续到1845年。当时巴黎有一位年轻的数理天文学家勒维耶，已经在其研究领域享有盛誉，他向科学院上报的一些研究使阿拉哥看出了他的才华。阿拉哥让他关注天王星，并建议他对此进行研究。勒维耶想到误差可能是天王星外侧一颗不为人知的行星施加的引力造成的。接着他便计算这个行星在什么样的轨道上运动会产生这个误差，并于1846年夏天向科学院提交了研究结果。(https://www.daowen.com)

巧合的是，在勒维耶开始自己的研究之前，剑桥大学的一名英国学生约翰（John C.Adams）也想到了这一点，并着手同样的研究。他甚至在勒维耶之前得出了结论，通报给了皇家天文学会。两位都计算出了这个不为人知的行星当时的位置，如果能够把这颗行星与恒星区别开的话，只要在指定区域寻找就能发现这颗行星。然而遗憾的是，天文学会的艾里（Airy）对此表示怀疑，直到他注意到勒维耶的预测才意识到寻找这颗行星有多么不容易。二者的计算结果非常接近也引起了关注。

于是，寻找行星的事情继续进行。查理斯（Challis）教授在剑桥天文台对天空中指定区域的恒星进行了非常彻底的观测。我必须对此稍做解释：在遍布天空的众多恒星的包围之中辨别出一颗很小的行星在当时设备不完善的情况下绝非易事，有必要对尽可能多的星星反复测量其位置，以便对比观测结果，从而判断其中是否有一颗移动了位置。

正当查理斯忙于此项工作时，勒维耶得知柏林的天文学家正在给天空绘制星图。于是他写信给柏林天文台的负责人恩克，建议他们也寻找这颗行星。恰好柏林的天文学家刚刚完成了这颗行星所在空域的星图，因此就在收到信件的当晚，他们拿着星图搜寻望远镜中看到的在图上是否有遗漏。目标很快找到了，对比它和周围恒星的位置，似乎有些许移动。但是恩克非常谨慎，要等到第二天晚上证实这个发现。次日发现目标已经移动了很多，没有什么可怀疑的了，他写信告诉勒维耶那颗行星真实存在。

当这个消息传到英国，查理斯继续查看自己的观测，发现他确已两次观测到这颗行星。但遗憾的是他没有停下来对比他的观测结果，于是直到柏林观测到目标以后他才认出这颗行星。后来天文学家恰当地将这项发现的荣誉共同授予勒维耶和亚当斯。

海王星的卫星

毫无疑问全世界的天文学家都会观测新发现的行星。于是拉塞尔先生很快发现海王星有一颗卫星，直径有3 000英里。

这颗卫星距离海王星22万英里，和月球与地球的距离差不多，但它公转周期只有5天21小时，这意味着海王星的质量为地球的17倍。

这颗卫星自东向西运动，轨道近似圆形，向海王星的赤道偏转了20°。在长达600年的时期里，这个轨道向东方稍微移了一周，但是倾斜度没有变化。这种移动和海王星赤道部分的凸起有关。观测这个位移的速度能帮我们计算海王星的赤道鼓起了多少，这个数值很小，所以我们无法通过望远镜从遥远的海王星上看出端倪。

赤道部分凸起指示了海王星的自转。凸起的大小和我们掌握的其他信息整合起来，可以作为测量海王星自转周期的证据。不过，在这个问题上分光仪更方便，里克天文台的摩尔（Moore）通过分析海王星的光谱，在1928年计算出它的自转周期是15.8小时，自转方向从西向东。