海王星天王星观测的副产品

　　海王星是间接被发现的。它不是天文学家通过观测先发现的，而是在对天王星的轨道观测中得到的副产品。就让我们先来聊聊天王星的情况吧。
　　天王星是太阳系的第7颗大行星，和木星一样是颗气态巨行星，它非常漂亮，在望远镜中呈现出淡淡的绿色。天王星是在1781年由英国天文学家威廉赫歇尔（WilliamHerschel）发现。它的公转周期为84。1年，也就是说，从发现天王星到现在，它只围绕太阳转了2。85圈。更奇怪的是，天王星是几乎躺在轨道平面上绕太阳公转的它的轨道倾角是98度！
　　躺着转的天王星，哈勃空间望远镜拍摄（图源：NASA）
　　发现天王星后，天文学家就通过观测来确定它的轨道参数，并以此来预测它未来的位置。18世纪时，天文学家很快就发现，天王星在夜空中的实际位置与通过理论预测的位置总是有差距，误差大约在几角秒。大约半个世纪之后，这种误差累积达到了惊人的四分之一角分之多！这个误差实在太大，远超过观测误差，天文学家做了很多努力试图对天王星的轨道参数进行修正，以使得观测值和理论相吻合，但一直没有成功。难道是天王星不遵循开普勒行星运动三大定律？
　　1986年旅行者2号眼中的天王星（图源：NASA）
　　科学上，当观测实际与理论预测出现不一致时，在确认观测方法和精度可靠的情况下，一般而言会选择从理论上进行突破。在19世纪中叶，天文学家通过利用牛顿万有引力定律计算了太阳及其当时已知的5大行星对天王星轨道的影响，发现还不足以完全解释观测的差距。这时，才意识到在天王星的轨道外面，还应该有一颗大行星，这颗大行星的引力，是天王星轨道异常的罪魁祸首！这颗大行星的引力对于天王星轨道运动，可以看作是一种扰动。因此，可以使用19世纪发展起来数学方法扰动理论，很容易就能计算出来。
　　1845年9月，英国数学家约翰亚当斯（JohnAdams）计算出了这颗大行星的质量和轨道参数，但当时死板的英国皇家天文学家（英国格林尼治天文台台长的头衔）甚至拒绝见他。9个月后的1846年6月，法国数学家勒维耶（UrbainLeverrier）经独立计算后得到了同样的结果。对这个大行星的观测搜寻开始了。1846年9月23日晚，德国天文学家约翰伽勒（JohannGalle）在德国柏林天文台发现了这个大行星后被命名为海王星。奇怪的是，人们将亚当斯和勒维耶看作是海王星的共同发现者，而它的直接发现者伽勒却被拒之门外！
　　1989年旅行者2号眼中的海王星，旅行者2号是目前为止唯一造访过海王星的飞船（图源：NASA）
　　海王星的轨道周期为164。8年，也就是说，从发现到现在，它才刚刚绕太阳转了1圈多一点点。海王星是肉眼不可见的，需要通过望远镜才能看见前提是你要知道它在夜空中的位置。或许，在400多年前伽利略用他发明的望远镜对着夜空时也就已经看到了海王星了，只是那个时候他还不知道除了5大行星之外，在遥远的外太阳系，还有这么一个大个子存在。海王星和天王星一样，也是一颗气态巨行星，由于大气中含有甲烷而呈现蓝色，非常漂亮。从旅行者2号拍摄的海王星的照片上可以看到，海王星大气层有个大黑斑类似于木星的大红斑。