漫谈小行星

网游天下

科学普及出版社1984年出版的《小行星趣谈》可以说是我的科普启蒙书，正是这本书让我对天文产生了兴趣，虽然后来因为成绩的关系，没有学成天文专业，但直到现在，仍然很喜欢翻看天文科普的书籍，《天文爱好者》则仍然是我最喜欢的杂志之一。

《小行星趣谈》的作者是张明昌和郑家庆，张明昌先生是原江苏省天文学会秘书长，编辑出版过很多天文学方面的书籍，郑家庆先生的事迹则无从了解。我佩服他们的原因无它，就是《小行星趣谈》这本不到两百页的书，能把科普文章写得那么让人手不释卷，除了专业知识上的功底，文字功夫也真是了得，从这本书来看，作者甚至对古希腊、古罗马神话有很深的了解（我最早对希腊神话的认识就是从这里来的）。
今年过年回家，意外的翻出了这本已经快要被当年的我翻烂的小书，马上又从头到尾的看了一遍，20多年前出版的书，现在读来仍觉有趣，不禁感叹，现在再也找不到这么好看的科普书啦！

声明一下，我的这个“漫谈小行星”完全不是原创，几乎所有的故事和没有特别注明的图片都来自《小行星趣谈》，版权都归原作者所有！

下面，正文开始……

[ 本帖最后由 网游天下 于 4-6-2006 04:36 PM 编辑 ]

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1、从发现小行星之前的两百年说起
从1800年第一颗小行星谷神星被发现至今，历史刚刚过了二百年出头，比较它们的大行星哥哥们，还算是十分“年轻”的，但是要说清楚小行星的发现过程，我们必须要从1800年再翻回去200年。

1571年，开普勒（Johannes Kepler，1571-1630）出生在德国南部的一个小城镇威尔。他是早产儿，体质很差，四岁时患上了天花和猩红热，身体受到了严重的摧残，自小视力就极差，几乎无法做天文观测（何况望远镜要等1609年才被伽利略发明出来），但凭借惊人毅力，他仍然成为了天文学史上的伟人之一。

1599年，开普勒28岁的时候写了一本名叫《神秘的宇宙》的书，在书中他利用几何中的几种正多面体设计出一种极巧妙的“宇宙模型”（其实是当时的太阳系模型）。他发现太阳系内六个行星（即当时人们所知道的水、金、地球、火、木、土六大行星，天王星要到180多年后才登场亮相）的轨道大小比例有一定的规则，而这正好可以与五种正多面体联系起来，五种正多面体一个套一个，正好可以表示出六个行星轨道的大小。他的模型是这样的：

把太阳系最外面的土星轨道，看作一个立方体（即正六面体）的外接球，那么，这个立方体的内切球便正好是木星的轨道，因为这两个球的半径比是1.732，而当时实际所知的土、木星轨道半径之比则是1.834，相差并不大；木星轨道这个球，可以做一个内接正四面体，而这个正四面体的内切球有刚好可以用来表示火星的轨道，木、火轨道比为3.4，两个球的比则为3.1，也差不多；接下来，火星的轨道球又可以内接一个正十二面体，它的内切球正好是地球的轨道；以此类推，然后内接正二十面体的内切球对应金星，金星内接一个正八面体的内切球则对应水星。

用开普勒自己的话来说，他为这个精妙的“发现”高兴得“无法用语言来形容”。因为数学家们早就证明过，自然界中只有这五种正多面体（即正四面体、正六面体、正八面体、正十二面体和正二十面体），开普勒于是断言，太阳系再也没有第七颗行星了！

知错能改，1609年，开普勒仔细研究了火星轨道，当他知道行星的轨道实际上都是椭圆之后，便毫不犹豫的推翻了自己的这个神奇“发现”，这也是开普勒第一定律的由来。那一年开普勒出版了《新天文学》，提出了著名的开普勒第一和第二定律。
开普勒第一定律：所有行星绕太阳运转的轨道是椭圆的，其大小不一，太阳位于这些椭圆的一个焦点上。
开普勒第二定律：向量半径（行星与太阳的连线）在相等的时间里扫过的面积相等。由此得出了以下的结论：行星绕太阳运动是不等速的，离太阳近时速度快，离太阳远时速度慢。


事实上，开普勒也信仰上帝，他认为无所不能的上帝一定是按照完美无缺的数学规律来缔造整个宇宙的，完美的宇宙一定可以用数学公式来表达。所以他经常沉浸在摆弄数字的游戏中。虽然前面那个模型纯粹是巧合，但接下来的一次尝试却给他带来了巨大的成功，在整个天文学的发展史上都有着极其重要的地位。

17世纪初期，人们还不知道六大行星与太阳之间的实际距离，即使是天文学家们，也只知道它们的“相对距离”，即与“日、地”距离（也就是天文学上所说的“天文单位”，现在我们知道一个天文单位差不多为149,600,000千米）的比值。

开普勒先把行星与太阳的距离列了个表，搞了很久没有结果，于是他就又加上了六大行星绕太阳运行的公转周期，就有了下面的列表。（距离单位为“天文单位”，公转周期单位为年）

水星 与太阳距离0.3871 公转周期0.2408
金星 与太阳距离0.7233 公转周期0.6152
地球 与太阳距离1.0000 公转周期1.0000
火星 与太阳距离1.5237 公转周期1.8808
木星 与太阳距离5.2028 公转周期11.862
土星 与太阳距离9.5388 公转周期29.457

开普勒把这张表格抄了很多份，贴在他能看到的任何一块地方。他用各种可能的运算方法进行计算，加、减、乘、除、平方、立方，加完了乘，减完了除…………，就这样经过了好几年，他一直在做这样子的数学运算，甚至有人已经开始怀疑他的神经是否正常了。就这样过了九年，灵光突现，开普勒终于走出了迷宫。

又要引那句被人们引用了无数次的诗了，“踏破铁鞋无觅处，得来全不费功夫”。结果真是简单，第一排相对距离的立方值刚好就是第二排公转周期的平方值，看看下面的表。

水星
与太阳距离0.3871（立方值0.05801）
公转周期0.2408（平方值0.05801）
金星
与太阳距离0.7233（立方值0.37845）
公转周期0.6152（平方值0.37846）
地球
与太阳距离1.0000（立方值1.0000）
公转周期1.0000（平方值1.0000）
火星
与太阳距离1.5237（立方值3.5375）
公转周期1.8808（平方值3.5375）
木星
与太阳距离5.2028（立方值140.83）
公转周期11.862（平方值140.70）
土星
与太阳距离9.5388（立方值867.92）
公转周期29.457（平方值867.70）

这就是开普勒行星运动第三定律，即任何行星的公转周期的平方同轨道半长径的立方成正比。这个定律也为后来牛顿发现万有引力奠定了基础。

1619年，开普勒出版了《宇宙谐和论》，正式提出了开普勒第三定律。

由于开普勒发现了行星运动的三条基本规律，后来人们称他为“天空的立法者”。

[ 本帖最后由 网游天下 于 4-6-2006 04:27 PM 编辑 ]

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2、外一则：开普勒猜谜语

1609年，伽利略发明了天文望远镜(后来被称为伽利略望远镜)，1610年1月7日，伽利略发现了木星的四颗卫星，为哥白尼学说找到了确凿的证据。

开普勒得知伽利略发现木星有四颗卫星的消息之后，他立即推断，既然地球有一个卫星月球，木星有四个卫星（木卫五要到270多年后的1892年才被发现，其余的木星卫星都是二十世纪之后才发现的），那么位置在地球和木星之间的火星不应当没有卫星，而且应该有两个才对，只有这样，才能组成一个“1，2，4”的等比数列，这才是“和谐”的宇宙呢！

开普勒的推断其实没有什么科学依据，火星倒是的确有两颗卫星，但那要到二百多年后的1877年才被美国天文学家霍尔Hall·Asaph所证实。虽然只是巧合，但开普勒却没把这个当成玩笑，他仍然信心十足的找寻证据。

说回伽利略，他用自己制作的天文望远镜发现了月面上的环形山和月海、木星的四个卫星和金星的位相之后，把望远镜指向了土星，这一次他碰了壁。因为在他那架只有33倍放大倍率的望远镜中，土星的两旁总有什么“把柄”似的附属物若隐若现（那其实是美丽的土星光环！），但又不像是卫星的模样。

伽利略有些迷糊了，到底那是什么呢？在无可奈何的情况下，他发表了一组令人费解的字谜，这样既可保持最先发现的荣誉，又能有足够的时间去进一步研究和核实。

伽利略关于土星的字谜是这样的：
Smaismermilmepoetalevmibuneunagttaviras
他的本意为，Altissman plametam tergeminum observavi，意思是“我曾看见最高的行星有三个”，因为当时人们都以为土星是太阳系最外围的一颗行星，所以伽利略称它为“最高的行星”。

事实上，要想破译这种字谜几乎是不可能的，因为这组字谜一共有39个字母，一共有4.2695乘以10的35次方种排列方法，即约四千亿亿亿亿种！

翻回头再来说开普勒，虽然他与伽利略是同时代的天文大师，但他们之间却几乎没有什么书信往来。开普勒只是从刊物上才看到伽利略的这组字谜，他马上就入迷了，因为他以为伽利略也在探索火星卫星的问题。正是在这个思路的指引下，开普勒日以继夜地把这些字母颠来倒去的排列个不停，不知道过了多少个昼夜，他终于发现，如果把i、m、v各去掉一个，就可以拼出这样一句符合他要求的拉丁文：
Salve umbestineum geminata Martia proles
意思就是“向您致敬，火星的孪生子！”

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3、提丢斯-波得定则

开普勒在摆弄数学游戏的同时，也曾经注意到火星与木星之间的间距似乎有些过大，在他写的《宇宙体系》导言中，曾经有过专门的论述，并且认为“在火星与木星之间还应当有一个行星存在！”

将近一个半世纪以后，德国的一位科学家，也是一位哲学家，才重新提出了这个问题。

这个人就是大哲学家康德的老师沃尔夫(Christian Wolff,1679-1754)，1741年，他在一本书中，把开普勒的思想又推进了一步。他写道：“倘若把地球到太阳的距离取为10，则水星到太阳的距离就为4，金星为7，火星为15，木星为52，土星为95”。这个观点几乎已经跟后来提丢斯的提法完全相同了，可沃尔夫只是到此为止，没有能够在深入的研究下去。

1764年，荷兰的一位著名学者、自然哲学家查理斯·本生的著作《自然的探索》获得很大的成功，英国、法国、意大利、德国都很快将其翻译出版。德文版的译者是一个中学教师提丢斯(Johann Daniel Titius,1729—1796)。

提丢斯一直对天文很有兴趣，早就在开始研究行星与太阳之间距离的规律问题。在对这本书的翻译过程中，他在译文中加进了一些自己的研究成果，在第一部分第四章的6、7两节之间，他插进了这样一段话，也就是后来让他在天文学史上永留大名的一段话：

“只要我们对行星之间的距离稍稍留神一下，就不难发现，距离的间隔随它们的距离增加而增加。倘若令土星到太阳的距离为100单位的话，则水星就离太阳4个单位，金星离太阳为4+3=7个单位，地球为4+6=10个单位，火星为4+12=16个单位，但从火星再向外，就出现了例外，偏离了这个数列，因为按理火星以外的位置应为4+24=28个单位，但现在那个位置上并没有发现行星，也没有发现任何卫星存在。难道造物主是一个行星离开了这儿才造成这个空隙的吗？不！我们可以满怀信心的打赌，毫无疑问，那儿一定会有天体——或许是尚未发现的火星的卫星，甚至还可以加上木星的几个卫星。越过这个空隙后，到木星的距离即为4+48=52个单位，到土星的距离4+96=100的单位，这是多么值得赞美的关系！”

实际上，提丢斯是推测那里应该有一个行星存在的，但因为他没有证据，所以只能谨慎的说，那个空隙里的也可能是“卫星”。

1766年，提丢斯的德文译本《自然的探索》出版，但是他加入的这段话并没有引起注意，好在他的想法得到了原作者的支持。于是1772年该书第二版出版的时候，他就明确的把自己的研究成果作为译者的脚注加了进去。到第四版的时候，提丢斯更明确的提出：“……这个想法，兰帕特早已观察到，而且沃尔夫早在四十年前的物理书中就阐明过了……”。

1772年，提丢斯出版《自然的探索》第二版的同时，柏林天文台的台长波得(Johann Elert Bode,1747—1826)也正在修订他的《星空研究指南》一书。就在波得把书稿要送去付印的时候，他看到了提丢斯的这个脚注。

波得立即被这个奇妙的数列吸引住了，他马上就接受了提丢斯的想法，而且几乎是原样不变的把提丢斯的文字搬进了自己的书中：

“后者（即六个已知行星离太阳的距离）表现出完全值的赞美的完美形式：可把土星的距离定为100，那么水星的距离为4，金星为4+3=7，地球为4+6=10，火星为4+12=16，接着到了这个数列的空缺处，火星以外的位置应是4+24=28，而那儿现在没有看到行星，宇宙的创造者会让这个地方空着吗？肯定不会！从这以后我们看到木星为4+48=52，最后是土星为4+96=100”。

但是波得做得很不光彩，他根本没有说明这是提丢斯的发现，而且也根本没有提到提丢斯的名字。对于一个科学家来说，这简直可以称为“学术腐败”了！

波得的名气可不是提丢斯这个小小的教师能比得了的，他不但是柏林天文台的台长和德国《天文年鉴》的创始人，而且还是好几个国家的科学院院士，更曾经获得过普鲁士和俄国的勋章。他的天文著作上的新观点，影响可是非同小可，六年前提丢斯这个几乎无人问津的发现，居然以“波得定则”的名义传播开来。对波得来说，更不光彩的是他后来对提丢斯进行了长期的压制，使得提丢斯在一段时间里几乎无人知晓。

但是波得的确为这个定则做了很多工作，正是因为他的努力，才使得这个定则没有被扼杀。在出版《星空研究指南》第三版时，波得进一步的写道：

“从开普勒发现的定律——两个行星的公转周期的平方比，有如它们到太阳距离的立方比——可以计算出，在火星与木星之间的大行星，完成绕太阳一周的时间应为4.5年”。

从开普勒到沃尔夫，从提丢斯到波得，他们都推测火星与木星之间应该还有一个天体存在，“提丢斯—波得定则”正是一百多年来研究成果的一个阶段性总结。然而从定则被提出那天起，就开始遭到诘难，如果那里真的有天体，那么证据呢？

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4、证人天王星
“提丢斯-波得定则”提出之后，虽然有很多支持者，但是反对者的力量似乎更强大，甚至连大哲学家黑格尔都加入了战团。

1801年，31岁的黑格尔写了一篇名叫《论行星轨道》的论文。他在论文中说道，要在火星和木星之间发现行星，完全是白费力气。黑格尔甚至还提出了古希腊毕达哥拉斯学派的一个数列来反驳提丢斯，这个数列是“1，2，3，4，9，16……”，他认为如果这个数列更符合行星轨道的规律，那么第四、五个数之间本来就应该有个巨大的间隔，而不是什么空缺。

事实上，黑格尔的这篇论文发表时，不但天王星已经被发现了20年，甚至连发现谷神星的各种报道都已经在天文学界传布开了，可是黑格尔似乎完全都不知道这些事情。直到1817年，黑格尔才在《哲学全书》的自然哲学部分有关物理的一章中作了一点儿“自我批评”，他写道：“迄今为止，天文学还没有发现真正的规律，更没有什么合乎理性的东西，——我在一篇早期论文中对这方面所作的探讨，我不再认为令人满意了”。有意思的是，黑格尔似乎并不怎么真心的认错，即使是这样的修正，也只能在《哲学全书》的初版中才能找到。

正当正反双方围绕着定则争论不休的时候，在英国传来了对正方有利的好消息，有人在土星之外发现了第七颗大行星——天王星。

发现天王星的并不是什么有名的天文学家，而只不过是一个从德国流浪到英国的贫穷钢琴师，他就是威廉·赫歇尔(William Herschel，1738-1822)。

1738年，赫歇尔出生于德国的汉诺威。有意思的是，他与望远镜、天文学的不解之缘竟得益于音乐。他的父亲也是一位双簧管手。赫歇尔4岁即从父学习小提琴，稍大又学吹双簧管。父亲用的乐理教材中有史密斯的《和声学》。根据该书提供的线索，赫歇尔找到了史密斯的另一专著《完整的光学系统》，于是他很早就掌握了望远镜的基础知识。而且他的父亲也喜爱天文，在夜晚教授子女音乐之余，常趁兴指点他们认识星空，这些都让赫歇尔对天文学的兴趣与日俱增。子承父业，16岁时赫歇尔为减轻家庭负担被迫辍学，进军乐团吹起了双簧管。但是1756年，英法间爆发了“七年战争”，普鲁士站在英国一边，结果法国人占领了赫歇尔的家乡。赫歇尔为了躲避战争之苦，不得不远渡重洋去了英国，加入了英国的皇家乐队。

但是生活的困苦并没有让赫歇尔对天文学失去兴趣，从33岁起，他用省吃俭用节省下来的一点点钱租了一架很小的天文望远镜，开始了对星空的探索。没过多久，这架小望远镜就满足不了赫歇尔了，但是他的生活本来就已经很艰难，还要养活自己的妹妹，根本没有钱再去租更好的望远镜，他于是决定自己制作天文望远镜。

1774年3月，在妹妹卡洛琳的协助下，赫歇尔自行设计和建造的第一架反射望远镜诞生了。其口径约为12.7厘米，焦距约为1.7米；为减少失光，他省去了牛顿式平面副镜，这种设计后来被称为赫歇尔式望远镜。赫歇尔堪称望远镜制作大师，他一生中一共磨出了几百块可作为望远镜的镜头，其中最大的一块直径达到了122厘米，已经是当时世界上最好的望远镜镜头了！

1781年，赫歇尔用自己制造的口径6.5英寸、焦距2.1米的望远镜进行巡天观测，他当时的目的只是统计恒星。3月13日晚上，正当他一颗颗默默地计数着视场中的稠密恒星时，忽然，在双子座附近区域，他仿佛看到了一个略带暗绿色的小小圆面。赫歇尔心中一动，马上把227倍的目镜换成了460倍的，果然，这个圆面又大了不少，这肯定是一个太阳系内的天体！因为对于恒星来说，再大的望远镜也只能让它们更明亮一些，而不可能放大成圆面。第二天傍晚，赫歇尔就早早的守在望远镜旁了，果然，这个圆面的位置已经稍稍有了变动。接下来连续几晚的观察让赫歇尔肯定了自己的结论，但是为了慎重起见，4月26日他向英国皇家学院提出的报告只是说他发现了一颗彗星。

但是这颗“彗星”并没有毛茸茸的尾巴，而且它的轨道跟任何彗星都不一样，计算出来的结果表明，它的轨道是典型的行星轨道，偏心率只有0.051，比火星还小近一倍，轨道倾角也不到1度。但是最让人惊讶的是，它几乎比土星还远一倍，与太阳的平均距离为19.18，如果扩大十倍，就与提丢斯-波得定则规定的下面一个数字4+192=196相差无几！

天王星的发现让赫歇尔一举成名，他得到了乔治三世的奖赏，成为了英国皇家天文学家，从此他不再以音乐为主业，而是专心投入到对天文学的研究。接下来他的成果无数，1782年，编制成了第一个双星表，还发现了多数双星不是表面上的“光学双星”，而是真正的“物理双星”；1783年，他发现了太阳的自行，他算出的太阳运动方向和现代测量数据相差不到10度；1786、1789、1802年，他先后三次出版星团、星云表，记录了2500个星云和星团。事实上，赫歇尔最重大的贡献，莫过于对银河系结构的研究，他第一个确定了银河系形状大小和星数，他是恒星天文学的创始人，后来被称为恒星天文学之父。

天王星给提丢斯-波得定则的支持者打了一剂强心针，既然天王星也符合定则，如果定则是杜撰的，天王星怎么会这么准确的吻合定则呢？

这下子反对者们没话说了，看来定则是对的，可是，与“4+24=28”对应的那颗离太阳2.8天文单位的行星躲到哪里去了？

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5、皮亚齐无意之中的发现

这个失踪的行星到底在哪里呢？从提丢斯-波得定则可以知道，它住在“28”号门，它的轨道也一定不会像彗星那样扁长，而且应当在黄道附近，自西向东公转，根据这些线索，是不是能够找到它呢？

波得首先给一些天文学家写了信，呼吁大家合作，在黄道区域一起来搜索这个行星。1796年，法国天文学家特拉朗脱正式提出建议：把整个360度的黄道带分成24个区，请24个天文学家分工负责。1800年，在波得的老家德国，欧内斯汀天文台台长冯·赞奇男爵和其他6个天文学家在科林特尔天文台成立了一个“天空巡警队”，他们的任务就是在黄道十二宫附近用望远镜执行“巡视”任务，去寻找失踪行星的踪迹。

尽管波得和特拉朗脱还有“天空刑警队”在天空中布下了“天罗地网”，可是仍然是一无所获。“有心栽花花不开，无心插柳柳成荫”，这个失踪的“兄弟”却被一个局外人给找到了。

1801年1月1日新年之夜，从意大利的西西里岛传来了好消息！

西西里岛巴勒莫天文台，台长名叫皮亚齐(Piazzi Giuseppe 1746-1826)，正是他无意之中的一个发现，让他成为了小行星发现史上开创性的人物！

皮亚齐原本是一个修道士，他遵从教廷的命令在米兰、都灵的学院里读书，从而培养了自己对数学和天文学的兴趣。1779年，皮亚齐在罗马成为神学的教授，第二年就到了巴勒莫学院出任高等数学教授，1789年，他在卡拉马尼克 (Caramanico) 王子Vicerory of Sicily的资助下成立了巴勒莫天文台并担任台长。

事实上，法国人曾经邀请过皮亚齐参加寻找新行星的工作，但是他并没有兴趣，很快就忘了这件事。皮亚齐当时正忙着编制一个新的精密星表，因为原来的瓦拉斯星表太粗略了，而且已经被发现有很多明显的错误。皮亚齐为了编制这个新星表，从1792年起已经紧张工作了很多不眠之夜，即使是1801年1月1日这样的新年夜，他也还在工作。

那天晚上，皮亚齐的望远镜正好对准了金牛座。忽然，他发现了一个陌生的星点，亮度大约8等，难道之前的星表会连这样一颗亮星也忘掉么？这颗8等星会不会是一颗新星呢？皮亚齐决定先把情况记下来。第二天，他把望远镜又对准了昨天观察的天区，他发现这个“陌生人”的亮度和形状没有变化，但位置却已经向西走了4角分（即4分，举例来说，月球的视直径就约为30角分，也就是0.5度），虽然这个距离很小，但如果是新星或者超新星的话，就是几年也不会移动1角分。显然，它只能是太阳系内的天体，那么它会不会是颗还没长出尾巴的彗星呢？

皮亚齐决定追踪观测这个天体。开始的几个晚上，它不断的向西而行，但到1月12日晚上，它又不动了，又过了几天，它竟然杀起了“回马枪”，越来越快的向东移动。这显然是行星视运动的典型特征（在天空中从“逆行”到“留”再到“顺行”）。

这下子皮亚齐断定这是一个太阳系内的新天体了，而且极有可能是新的行星。但是他不敢贸然下结论，他更没有伽利略那种玩字谜的兴致，所以他在给波得、特拉朗脱和冯·赞奇的信里都只是说他发现了一颗新彗星。但是他在给自己的一个知心朋友奥林尼的信中说，他最近发现了一颗新的行星。有意思的是，即使这个时候，他也没有把这颗星与那个失踪的“兄弟”挂起钩来。

因为那时的通讯条件，直到2月中旬，波得才收到皮亚齐的信。波得一接到这个发现新“彗星”的报告，马上在星图上研究起来，片刻之后他就断定，皮亚齐发现的正是他多年来寻找的对象——位于火星和木星之间的那个“失踪”的行星。波得马上给皮亚齐回信，要他继续监视这个新行星的动向……

但是来不及了，皮亚齐一直跟踪观测到2月11日，地中海上空的天气突然变坏，而且皮亚齐也因为长期工作的劳累病倒了。等他大病初愈，再想进行观测的时候，这颗新行星已经走到太阳附近，淹没在耀眼的太阳光芒之中了。

麻烦来了，皮亚齐只有从1月1日到2月11日之间共41个观测日的数据，他没有办法算出这个天体的轨道，更算不出它的大小。因为在这段时间里，这个天体在天空中走过的视距离只有大约9度（整个天球被分为360度），要用这9度的轨迹算出整个轨道，这对当时的天文学家来说，是没有办法办到的。

既然算不出新天体的轨道，怎么能证明它就是那个要寻找的行星呢？

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6、天才高斯来解围

皮亚齐算不出新天体的轨道，所以没有办法知道它什么时候还会再出现，这样一来，恐怕这个新天体会得而复失，万一再也找不到它了，那就是大麻烦了！

就在天文学家们束手无策的时候，救星来了！这个“及时雨”正是后来大名鼎鼎的数学家高斯(Gauss,Carl Friedrich,1777-1855)。

高斯1777年4月30日生于不伦瑞克的一个工匠家庭，小时候他的家里很穷，但他聪慧异常，三岁时就能指出父亲帐册上的错误了。十岁时，他的数学老师考了那道著名的“从一加到一百”的算术题，高斯的答案让老师知道自己的能力不足以教授高斯，于是老师就从汉堡买了一本较深的数学书让高斯学习，从此高斯开始了他精彩的数学人生。1795年高斯进入哥廷根大学学习，第二年19岁时他发现了正十七边形的尺规作图法，并给出了可用尺规作出的正多边形的条件，解决了自从欧几里得以来一直悬而未决的问题。高斯用代数的方法解决了二千多年来的几何难题，他也视此为生平得意之作，还交待要把正十七边形刻在他的墓碑上，但后来他的墓碑上并没有刻上十七边形，而是十七角星，因为负责刻碑的雕刻家认为，正十七边形和圆太像了，大家一定分辨不出来。

1801年，高斯24岁的时候开始进行天文研究，天才就是天才，他在天文学的领域第一次出手就给当时正为皮亚齐发现的新天体焦头烂额的天文学家们帮了大忙！

高斯得知皮亚齐遇到的难题后，很快就创建出一种只有三次观测记录资料就能确定行星轨道的新方法，这个方法——他当时并没有公布——就是“最小平方法”(Method of Least Square)。

皮亚齐有41天的观测资料，因此高斯可以把新天体的轨道算得很准确。他很快公布了自己的计算结果，即新天体的六个轨道要素（确定一个天体的轨道需要6个独立的量值，天文学中称作轨道要素）：它的轨道是个椭圆，其半长径（即离太阳的平均距离）为2.77天文单位，绕太阳的公转周期为1680天（即4.6年），轨道的偏心率为0.08（比火星还小），轨道与黄道面的交角为11度（比水星稍大）等等。

根据高斯计算之后预报的位置，1801年12月7日，冯·赞奇首先找到了那个失踪的新天体。1802年新年夜，距离皮亚齐第一次看到它整整一年的时间，皮亚齐和“天空巡警队”的另一个成员医生奥伯斯(Olbers，Heinrich Wilhelm Matthaüs，1758-1840)也分别看到了它的踪迹。（关于奥伯斯的事迹，下文还会重点介绍）

新行星终于找回来了，这回谁都不怀疑了，皮亚齐发现的这个行星正好在火星与木星轨道之间，与提丢斯-波得定则规定的位置2.8天文单位仅仅相差1%，公转周期与波得曾经预测的4.5年也相差不到1个月。皮亚齐根据天文学上以神话中的人物命名行星的惯例，巧妙地把新行星命名为“谷神星”(Cere)，这是西西里岛的农业守护神。

新行星给五十五岁的皮亚齐带来了巨大的荣誉，他被推荐为那不勒斯皇家学会会员，一下子成了大名。而在新行星被发现后获利最多的居然是商人们，他们把穿着波旁王朝服装的皮亚齐头像印到各种装饰品、纪念品上，不少人发了大财。

皮亚齐并没有沉迷在荣誉之中，他仍然继续为编制那份新的星表默默苦干，一直到1813年，终于编制完成。这个包含有7646颗恒星的精密星表几乎花掉了他大半生的心血，1826年皮亚齐就与世长辞了。

谷神星的发现让不少天文学家很高兴，但是仍然有人提出了不同的意见。德国“天空巡警队”就认为，谷神星的亮度只有7、8等，也就是只有木星亮度的千分之一左右，而由于它冲日时到地球的距离，只有木星与地球最近距离时的2.5分之一，这样算起来，谷神星的直径只有几百公里，作为行星实在是太小了。“天空巡警队”觉得或许火星与木星之间的“真正的行星”尚未露面，于是他们开始继续对天空的“巡逻”……

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1、让人烦恼的智神星

天空巡警队的努力很快就有了成果。1802年3月，离谷神星失而复得还不到3个月，天空巡警队发布了一个消息。那个德国医学教授奥伯斯报告说，3月28日晚上他在室女座附近天区发现了一个新天体，亮度约为7等，估计轨道也在火星与木星之间。奥伯斯早早的就给这个新天体起了名字——Pallas，也就是我们所说的“智神星”。

发现新天体本来应该是高兴的事情，可奇怪的是，人们的反应很冷淡，尤其是天文学家们，对这个发现表现出既惊讶又怀疑的态度。因为他们认为，火星与木星之间的“空隙”已经被谷神星填满了，既然空房子已经有了住客，怎么还能容纳另外的不速之客呢？

人们从以前的经验出发，几乎都不能相信奥伯斯的发现。一个行星轨道能容纳两颗行星？真是难以想象！

可是，望远镜内的那颗“智神星”的确就在那里熠熠闪光，天文学家们真是烦恼极了。就连当时已经德高望重的观测大师赫歇尔也很为难，“如果这两颗星是不同种类的话，波得定则是仍可维持成立的”，他也希望奥伯斯找到的只是一颗小彗星。还有人干脆对奥伯斯破口大骂，说他真是多管闲事，把精力放到他的医学老本行上多好，干嘛非得要把这一池清水搅混呢？

但是事实就是事实，即使让一些人讨厌，智神星的存在也是无可置疑的。计算表明，智神星的轨道就在火星和木星之间，与谷神星极其相似，轨道半长径为2.77天文单位，公转周期为1680天，只是它的偏心率和轨道倾角比谷神星大一些，但比起彗星的偏心率和轨道倾角还是小得多，所以它的的确确就是谷神星的“孪生兄弟”。

奥伯斯(Olbers,Heinrich Wilhelm Matthaeus，1758——1840)1758年10月11日生于阿德伯根Abergen(现在的不来梅附近)，父亲是是一名路德教派牧师。虽然他从小就对数学和天文学有强烈的兴趣，但后来他却进了格廷根大学University of Goettingen学习医学，当然同时他也旁听数学和天文学课程。他在1781年获得医生资格并定居不来梅，在那里成功地开业行医直到1823年退休。但行医期间，他将房屋的顶层改建成天文台，安置了好几具望远镜进行正式的天文观测。

1779年，还在上大学的奥伯斯就已经发现了一种彗星轨道计算方法。1796年，奥伯斯独立发现了一颗彗星，并用他自己制定的新方法计算了它的轨道。这个方法十分成功，在整个19世纪被奉为标准方法，奥伯斯也因此树立了他作为著名天文学家的形象。事实上，这种计算方法至今仍被天文学家使用。奥伯斯一生中发现过7 颗彗星，其中1815 年发现的那颗彗星是以他的名字命名的。奥伯斯彗星是颗周期为72 年的周期彗星，后来曾两度回归，最近的一次是在1956 年。奥伯斯在彗星研究上的成就还有，他最先指出构成彗星尾巴的物质云是彗星核挥发而来，并且是由于太阳风吹拂而形成。

尽管奥伯斯在彗星和小行星的研究上硕果累累，但他在天文史上取得的最大“荣誉”却不是这些。1826年（有说1823年），67岁的奥伯斯发表了他关于黑暗夜天空难题的论述，那就是：“夜间天空为什么是黑的？”他指出，如果宇宙是无限的，而当中的恒星分布又是均匀的话，那么整个天空无论日夜都该像太阳般明亮，但事实上并不是这样。理论与实际之间的这种矛盾，被叫做“奥伯斯佯谬”。奥伯斯当时给出的解释是有气体和尘埃形态的稀薄云状物质充斥在恒星之间，正是这样的云状物遮挡了遥远恒星的光和热，所以天空仍然是黑的（他并没有认识到云状物在遮挡星光的同时，它们的温度将会变得很高，以致它们自身将同恒星一样发出耀眼的光芒）。后来还有很多科学家研究过这个问题，并提出了很多假设，但都不能合理的解释它。直到大爆炸理论出台，奥伯斯佯谬的假设才被打破，即宇宙并不是无限大的。现在，奥伯斯佯谬被作为论证宇宙必定诞生于有限时间以前的理由。事实上，奥伯斯佯谬的提出，标志着科学宇宙学的萌芽，对宇宙学的研究有重大意义。

1840年3月2日，奥伯斯在不来梅逝世。

书归正文，奥伯斯跟小行星的故事还没有结束。智神星的发现让他更加自信，因为事实证明，他的观测记录是正确的，于是他认为智神星的出现给天文学提出了新的研究课题。奥伯斯从此不再把全部精力放在找寻彗星了，小行星成了他另外的重要研究对象。

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2、有再三就有再四

发现智神星，让奥伯斯几乎是深陷重围，但即使是遭受了再多天文学家的置疑和责骂，奥伯斯仍然坚信自己的眼睛，而就在他为智神星的“户口”力排众议、舌战群雄的时候，又出现了一个“第三者”。

1804年9月1日，德国利林特尔天文台的一个台长助手——也是“天空巡警队”的成员——卡尔·哈丁报告说，他在火星与木星的“空隙”之间又发现了一个新行星。根据哈丁的观测和计算，这个第三颗新行星离太阳的平均距离约为2.67个天文单位，虽然比前两个离太阳稍稍近一些，但与提丢斯—波得定则规定的值仍然相差不算大。

第三颗行星的发现成了奥伯斯和他的智神星最有力的证据，当然，新行星也得起个好名字，很快，“婚神星”Juno就成了“她”的名字（之所以写成“她”，是因为Juno是罗马神话中的神后，木星Jupiter的妻子和助产女神）。

奥伯斯甚至比哈丁更兴奋，因为婚神星的发现可以为他正在思考的一个设想提供有力的证据。因为他发现谷神星、智神星和婚神星的轨道似乎都穿过室女座附近的天区，他同时联想到天体力学中的一条定律，即如果一个天体爆裂，只要不受其他天体的摄动干扰，那么不管爆裂后的碎片往哪个方向运动，它们在各自的一个周期后仍然后回到原来爆裂的那个地点。既然三个新行星都穿过同一天区，虽然看上去并不是汇集于同一点，但这可能其它大行星摄动影响的结果。于是，奥伯斯正式发表了他的观点：火星与木星之间原本的确有一个像地球、火星一样的大行星，但后来不知道什么原因爆炸了，现在发现的三个小个头的行星只是其爆炸后的三个大碎片。这就是小行星的“爆裂说”成因理论的起源，虽然奥伯斯不清楚爆炸的原因，但他预言，那里一定还有很多这样的碎片（也就是小行星）存在。

奥伯斯对于自己提出的这个理论非常自信，他开始把自己的望远镜频频指向他猜想的那个曾经发生过爆炸的天区——室女座西北。时间一天天过去，“守株待兔”，奥伯斯就是用这个方法等待着新的发现……

就在哈丁发现婚神星两年半后，也就是奥伯斯发现智神星整整五年后的第二天，1807年3月29日晚，真的有一只“兔子”撞到了他一直守着的“树”上！奥伯斯高兴的跳了起来！连续观测了四、五天以后，他终于忍不住给波得写了一封长信，新的开头他就写到：“我最尊敬的朋友，我怀着极大的喜悦，要尽快向您报告一个好消息：3月29日晚上，我很荣幸的在小行星家庭中又找到了一个新成员，如果不是因为天气和月亮的影响，或许我还能提早14天发现它。这个发现不是偶然的，而是根据了我自己有关小行星的假说（即有一颗大行星爆炸而形成）——为了这个假说，我特意用了很多时间去观测——找到的。因为您知道，我曾经推断过小行星的数目一定是很大的，而且它们一定会通过室女座的西北部以及鲸鱼座的西部，因此我很有规律的每个月都选定这些我最熟悉的天区进行观测。现在证明，那里是正确的地方……”

奥伯斯很快为第四颗小行星取名为“灶神星”Vesta，这是古罗马神话中负责管理炉灶的女神。事实上，“灶神星”星如其名，它是所有小行星中最明亮的一颗，最亮的时候视亮度可以达到6等，刚刚好达到肉眼能看到的极限，它是所有小行星中唯一偶尔能让我们直接用眼睛一睹芳容的“灶王奶奶”！

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3、邮电局长开创新局面

成功发现了灶王星，说明奥伯斯的努力没有白费，何况前四颗小行星的轨道都跟奥伯斯的“爆炸说”理论契合，人们的热情开始被调的很高，无数人都参与进来，希望再能发现新的小行星。但是尽管包括奥伯斯本人在内专业也好业余也好的天文学家们继续努力寻找了好多年，一直到1840年奥伯斯去世，第五颗小行星还是没有被发现，于是，曾经的小行星热逐渐的冷了下来。

事实上，小行星的实际数量虽然极大，但是只有最先发现的四颗小行星比较大也比较亮，说它们是小行星中的“四大金刚”也不为过，其它的小行星不是离太阳更远就是体积太小，因而就极其暗弱，寻找起来自然更难一些。另外，当时的天文望远镜还不够大，天文学家使用的星图也不够精确、完备，在这样的客观条件下，要在茫茫星海中发现一颗小行星真是非常辛苦的工作。

德国的“天空巡警队”也成了历史名词，原因是利林特尔天文台在战火中被焚毁了，那是巡警队的大本营，1815年，“天空巡警队”宣告解散。等到旗帜性的人物奥伯斯去世以后，关心小行星的人更是越来越少了。

但是，就像废弃已久的金矿忽然被发现还有很多黄金之后又会掀起一阵淘金热一样，1845年，德国一个邮政局长重新让冷清的小行星世界热了起来。

卡尔·亨克(K.L.Hencke)是德国一座小镇上的邮政局长，他是一个狂热的天文爱好者，几乎把自己全部的业余时间都用来进行天文观测。亨克是奥伯斯“爆炸说”理论的忠实追随者，为了发现新的小行星，他坚持观测了整整十五年。功夫不负有心人，1845年12月8日晚，亨克终于在密密的群星中找到了第五颗小行星！

亨克把这颗新小行星命名为义神星(Astraea)，这是希腊神话中主管正义的女神名字。义神星的直径只有谷神星的1/4左右，所以它的视亮度极小，平均冲日星等只有11等，即使在它最亮的冲日时，亮度也只有10等，比前面的四颗小行星要暗6、7倍以上。

亨克的发现还没有结束，不到两年的时间，1847年7月1日，他又发现了第6颗小行星韶神星Hebe（从前曾译作“春神星”）。这是古希腊神话中青春女神的名字，她是神王宙斯和神后赫拉的女儿，也是奥林匹斯山上众神饮宴时的捧酒女待。

连续的发现轰动了天文学界，亨克的大名也立即传遍整个世界，当时的普鲁士国王也觉得脸上有光，召见并且专门嘉奖了他，还赐给他每年1200金马克的年金。亨克获得的荣誉是当之无愧的，因为在望远镜内，密密的星星简直多的数不胜数，亮度跟义神星差不多的10等星，就至少有25万个以上，要在这么多星星中寻找一颗陌生的星体，实际上就是“大海捞针”。

亨克让小行星热再一次席卷天文学界。除了为科学献身的高尚情操之外，豪华的宴会、国王的恩赐、名利的诱惑，这些都足以补偿通宵达旦日复一日年复一年观测的辛苦，从此，小行星开始源源不断的来到人间。

韶神星问世后的几个月，英国天文学家罗塞·海德(J.R.Hind)在伦敦一下子就发现了两颗小行星——7号虹神星Iris和8号花神星Flora。第二年也就是1848年爱尔兰天文学家格拉汉姆(A.Graham)找到了第9颗米蒂斯Metis，第三年1849年意大利天文学家特加帕里斯(A.de Gasparis)在那不勒斯发现了第十颗健身星Hygiea……，此后几乎每年都有一两颗新成员加入小行星的大家庭，到了1868年，美国天文学家华生(J.C.Watson)发现了第100号Hekate，小行星的数目终于变成了三位数。

为纪念小行星的数量突破100大关，在大西洋另一端的法国科学院，特地举行了一个隆重的庆祝大会，会上专门给华生颁发了一枚特制的大奖章……