寻找太阳系的疆界（６）

卢昌海

十一. 星探出击

1819年，一个小男孩降生在了英国康沃尔郡的一个农夫家庭，他被取名为约翰·亚当斯。这个孩子很早就显露出超乎常人的计算天赋，16岁那年他通过复杂的计算准确地预言了发生在当地的一次日食，震动了乡里。

1839年，亚当斯进入剑桥大学的圣约翰学院深造。两年后的一个夏日，他在一家书店里看到了艾里有关天王星问题的报告。那时候，观测数据与波瓦德轨道的偏差已达到惊人的70弧秒，天王星出轨之谜比以往任何时候都更尖锐。对一个16岁就能预测日食的年轻数学高手来说，有什么能比这样的绝世难题更令他兴奋呢？亚当斯从此被这一问题深深地吸引住了。

不过，亚当斯还不能马上投入到这个问题中去， 首先完成剑桥的学业对他的学术前途有着至关重要的影响。1843 年， 亚当斯以优异的成绩通过了毕业考试，几星期后他获得了剑桥大学的最高数学奖 ——史密斯奖，并如愿以偿地成为圣约翰学院的研究员。

1843年的最后几个月，亚当斯的生活甚至比考试前还要繁忙，放在他面前的是三重任务：一是对天王星轨道进行研究，这是他的梦想和兴趣；二是要完成圣约翰学院的教学任务，这是生存的需要；三是替剑桥天文台台长查利斯计算一颗彗星的轨道，这是一次很好的热身——因为这一计算要求考虑木星对彗星的影响。亚当斯有关彗星的计算结果发表于1844年初，他的结果与一位法国天文学家的计算吻合得很好， 这一点很让他高兴。 但他大概做梦也不会想到，自己与那位法国天文学家的命运在未来几年里竟会交织出那么多的故事和风波。

那位法国天文学家的名字叫做勒维耶，他出生在法国的诺曼底，比亚当斯大8岁。他正是历史带给天文学界的另一位数学高手！

与完成彗星轨道的计算几乎同时，亚当斯也完成了对天王星轨道的初步分析。他发现并纠正了波瓦德的一些计算错误，但这不足以挽救波瓦德的轨道。在确信波瓦德轨道已经死透之后，亚当斯正式采纳了新行星假设。作为起点，他假定新行星在提丢斯-波德定则所预言的距太阳38.8天文单位的椭圆轨道上运动。他的初步计算得到了令人振奋的结果：新行星对天王星的影响看来的确可以解释天王星的出轨之谜。但为了得到可靠的结果，亚当斯需要更多的数据，于是他向自己帮助过的查利斯求援。查利斯很够意思，立即就写信给艾里索要数据。很快，艾里寄来了亚当斯想要的数据。

拿到数据，亚当斯立即投入到更精密的计算中，不过学院的教学任务与彗星计算还是从他那里夺走了一部分时间。1844年秋天，查利斯又让亚当斯帮他计算一颗新发现的彗星的轨道。此时的亚当斯对这类计算早已轻车熟路，秋叶尚未落尽，他的计算结果就出来了。但出人意料的是，亚当斯如此麻利的计算竟然还是慢了一步，一个已不再陌生的法国名字抢在了他的前面：勒维耶。

亚当斯无暇理会自己与这位法国同行在研究课题上的二度撞车，他的精力越来越多地投入到了推测未知行星的轨道上。如前所说，这是一项极其复杂的计算。 如果说扎克和他那些试图围捕小行星的朋友是天空警察，那么亚当斯就应该算是星探——当然不是寻找演艺明星的星探，而是星空侦探，他要做的是通过“罪犯”在星空中留下的蛛丝马迹来推断其行踪。亚当斯从1780年到1840年这60年的观测数据中以3年为间隔，整理出21组数据，分别计算了它们与波瓦德轨道的偏差，并与新行星产生的影响进行比较。由于新行星的轨道参数绝大多数都是未知的，他需要通过不断调整参数来寻求最佳的拟合结果。在计算中他还采用了高斯计算谷神星轨道时所用的误差控制方法。考虑到当时的计算主要依靠手算，这实在是令人望而生畏的工作。亚当斯以惊人的专注和毅力进行着计算 ——他的兄弟乔治曾有一段时间陪伴亚当斯熬夜，帮他验证一些计算结果。乔治在回忆录中提到，有很多次当他实在熬不下去时，想让亚当斯去睡觉，亚当斯总是说：再等一会儿。而那“一会儿”却总是无穷无尽般的漫长。经过无数个没日没夜的奋斗，当下一个秋天来临时—— 1845 年 9 月 ——亚当斯的计算终于有了结果。

按照亚当斯的推算，新行星的质量约为天王星的三倍，运动轨道是一个半径为 38.4 天文单位的椭圆轨道。在这样一颗新行星的影响下，亚当斯将天王星的出轨幅度从几十弧秒压缩到了1-2弧秒，并预言了新行星在1845年10月1日将在天空出现的位置。由于亚当斯在计算中只用到了现代数据，因此他对自己的计算是否可以解释历史记录进行了验证，结果发现答案是肯定的。这在很大程度上印证了计算结果的可靠性，也间接印证了新行星假设的合理性。

亚当斯完成这些繁复的计算，在时间上与他预测新行星位置所选的1845年10月1日已相距不远。 如果他能像当年的赫歇耳那样拥有一流的望远镜且精于观测的话，就完全有可能亲自发现那颗新行星，因为他所预测的位置距新行星当时在天空的实际位置相当接近。可惜亚当斯没有那样的条件，于是他将计算结果告诉了查利斯，而一向器重他的查利斯这次竟忽视了他的成果——没有利用剑桥天文台的条件进行观测，反而舍近求远将他引荐给了艾里。更让人扼腕的是，亚当斯与艾里阴错阳差地几次无法建立起有效的联系，机遇就这样从三人的指缝间悄悄溜走了。

而此时，一位法国天文学家把他的目光投向了天王星出轨问题上，这已是此人第三次与亚当斯在相同的课题上相遇。