尋找太陽系的疆界（６）

盧昌海

十一. 星探出擊

1819年，一個小男孩降生在了英國康沃爾郡的一個農夫家庭，他被取名為約翰·亞當斯。這個孩子很早就顯露出超乎常人的計算天賦，16歲那年他通過復雜的計算準確地預言了發(fā)生在當地的一次日食，震動了鄉(xiāng)里。

1839年，亞當斯進入劍橋大學的圣約翰學院深造。兩年后的一個夏日，他在一家書店里看到了艾里有關天王星問題的報告。那時候，觀測數據與波瓦德軌道的偏差已達到驚人的70弧秒，天王星出軌之謎比以往任何時候都更尖銳。對一個16歲就能預測日食的年輕數學高手來說，有什么能比這樣的絕世難題更令他興奮呢？亞當斯從此被這一問題深深地吸引住了。

不過，亞當斯還不能馬上投入到這個問題中去， 首先完成劍橋的學業(yè)對他的學術前途有著至關重要的影響。1843 年， 亞當斯以優(yōu)異的成績通過了畢業(yè)考試，幾星期后他獲得了劍橋大學的最高數學獎 ——史密斯獎，并如愿以償地成為圣約翰學院的研究員。

1843年的最后幾個月，亞當斯的生活甚至比考試前還要繁忙，放在他面前的是三重任務：一是對天王星軌道進行研究，這是他的夢想和興趣；二是要完成圣約翰學院的教學任務，這是生存的需要；三是替劍橋天文臺臺長查利斯計算一顆彗星的軌道，這是一次很好的熱身——因為這一計算要求考慮木星對彗星的影響。亞當斯有關彗星的計算結果發(fā)表于1844年初，他的結果與一位法國天文學家的計算吻合得很好， 這一點很讓他高興。 但他大概做夢也不會想到，自己與那位法國天文學家的命運在未來幾年里竟會交織出那么多的故事和風波。

那位法國天文學家的名字叫做勒維耶，他出生在法國的諾曼底，比亞當斯大8歲。他正是歷史帶給天文學界的另一位數學高手！

與完成彗星軌道的計算幾乎同時，亞當斯也完成了對天王星軌道的初步分析。他發(fā)現并糾正了波瓦德的一些計算錯誤，但這不足以挽救波瓦德的軌道。在確信波瓦德軌道已經死透之后，亞當斯正式采納了新行星假設。作為起點，他假定新行星在提丟斯-波德定則所預言的距太陽38.8天文單位的橢圓軌道上運動。他的初步計算得到了令人振奮的結果：新行星對天王星的影響看來的確可以解釋天王星的出軌之謎。但為了得到可靠的結果，亞當斯需要更多的數據，于是他向自己幫助過的查利斯求援。查利斯很夠意思，立即就寫信給艾里索要數據。很快，艾里寄來了亞當斯想要的數據。

拿到數據，亞當斯立即投入到更精密的計算中，不過學院的教學任務與彗星計算還是從他那里奪走了一部分時間。1844年秋天，查利斯又讓亞當斯幫他計算一顆新發(fā)現的彗星的軌道。此時的亞當斯對這類計算早已輕車熟路，秋葉尚未落盡，他的計算結果就出來了。但出人意料的是，亞當斯如此麻利的計算竟然還是慢了一步，一個已不再陌生的法國名字搶在了他的前面：勒維耶。

亞當斯無暇理會自己與這位法國同行在研究課題上的二度撞車，他的精力越來越多地投入到了推測未知行星的軌道上。如前所說，這是一項極其復雜的計算。 如果說扎克和他那些試圖圍捕小行星的朋友是天空警察，那么亞當斯就應該算是星探——當然不是尋找演藝明星的星探，而是星空偵探，他要做的是通過“罪犯”在星空中留下的蛛絲馬跡來推斷其行蹤。亞當斯從1780年到1840年這60年的觀測數據中以3年為間隔，整理出21組數據，分別計算了它們與波瓦德軌道的偏差，并與新行星產生的影響進行比較。由于新行星的軌道參數絕大多數都是未知的，他需要通過不斷調整參數來尋求最佳的擬合結果。在計算中他還采用了高斯計算谷神星軌道時所用的誤差控制方法?？紤]到當時的計算主要依靠手算，這實在是令人望而生畏的工作。亞當斯以驚人的專注和毅力進行著計算 ——他的兄弟喬治曾有一段時間陪伴亞當斯熬夜，幫他驗證一些計算結果。喬治在回憶錄中提到，有很多次當他實在熬不下去時，想讓亞當斯去睡覺，亞當斯總是說：再等一會兒。而那“一會兒”卻總是無窮無盡般的漫長。經過無數個沒日沒夜的奮斗，當下一個秋天來臨時—— 1845 年 9 月 ——亞當斯的計算終于有了結果。

按照亞當斯的推算，新行星的質量約為天王星的三倍，運動軌道是一個半徑為 38.4 天文單位的橢圓軌道。在這樣一顆新行星的影響下，亞當斯將天王星的出軌幅度從幾十弧秒壓縮到了1-2弧秒，并預言了新行星在1845年10月1日將在天空出現的位置。由于亞當斯在計算中只用到了現代數據，因此他對自己的計算是否可以解釋歷史記錄進行了驗證，結果發(fā)現答案是肯定的。這在很大程度上印證了計算結果的可靠性，也間接印證了新行星假設的合理性。

亞當斯完成這些繁復的計算，在時間上與他預測新行星位置所選的1845年10月1日已相距不遠。 如果他能像當年的赫歇耳那樣擁有一流的望遠鏡且精于觀測的話，就完全有可能親自發(fā)現那顆新行星，因為他所預測的位置距新行星當時在天空的實際位置相當接近?？上啴斔箾]有那樣的條件，于是他將計算結果告訴了查利斯，而一向器重他的查利斯這次竟忽視了他的成果——沒有利用劍橋天文臺的條件進行觀測，反而舍近求遠將他引薦給了艾里。更讓人扼腕的是，亞當斯與艾里陰錯陽差地幾次無法建立起有效的聯系，機遇就這樣從三人的指縫間悄悄溜走了。

而此時，一位法國天文學家把他的目光投向了天王星出軌問題上，這已是此人第三次與亞當斯在相同的課題上相遇。