人们推断天王星附近可能存在更遥远的行星的依据是什么？

这个故事从天王星的发现开始。1781 3月31日晚，德国出生的英国天文学家威廉·赫歇尔用自制的望远镜观测夜空，发现了一个新的天体，他认为这可能是一颗彗星。但后来其他天文学家的观测证明它是一颗大行星，被命名为天王星。1821年，巴黎天文台台长布瓦德(bouvard)将多年来对天王星的天文观测编辑成天王星目录，并根据万有引力定律计算出天王星的轨道。他惊讶地发现天王星的实际位置偏离了计算的轨道。是万有引力定律错了，还是有未知的大行星干扰了天王星的运行？

1832年，时任剑桥大学天文学教授的艾里给英国科学促进会做了一个报告，介绍了这个困扰天文学家的大问题。没必要怀疑万有引力定律的正确性，所以有大行星被发现的可能性更大。要找到这颗大行星，需要解决“逆摄动”问题。如果知道了一颗大恒星的位置，就可以根据万有引力定律计算出它对邻近行星运行的干扰，也就是天文学上所谓的“摄动”。但如果从另一方面来说，从一颗大行星的“摄动”来计算未知行星的位置就困难得多，这在当时大多数科学家认为是不可能的。

1841 6月26日，剑桥大学本科生亚当斯在剑桥书店看了艾里的报告，决心毕业后攻克这个难题。1843年，亚当斯毕业留校任教。通过剑桥大学天文学教授查理斯，他向已经被任命为格林威治天文台台长的艾里索要了天王星在格林威治天文台的观测数据。1845年9月，亚当斯获得了计算结果，计算出了未知行星的轨道，交给了查理斯，希望剑桥天文台据此搜寻新的行星。但查理斯不相信亚当斯的计算，但他写信向艾里推荐亚当斯。亚当斯在1845、10和21三次拜访艾里，但未能见到他，并留下了一张字条。这份保存至今的笔记列出了他的计算结果:新行星与太阳的平均距离为28个天文单位(地球与太阳的距离等于1个天文单位)——比实际距离远了四分之一；它在1845 65438+10月1的位置就是天球的经度。就像地理学家用经纬度标注地球位置一样，天文学家用经纬度标注天球位置)323度34分——只比海王星实际位置差2度左右。

艾里将这个笔记作为亚当斯首次预言海王星的重要证据，但当时他不相信这个刚刚大学毕业的年轻人已经解决了逆摄动问题，亚当斯也没有解释他是如何算出这个结果的。然而，艾里给亚当斯写了一封信，希望更多地了解亚当斯的工作。比如他是否也能解释圣斗士星矢轨迹的偏差(即到太阳的距离)？亚当斯起草了一份回信，但奇怪的是，他没有寄出。

艾里没有收到亚当斯的回信，所以他把这件事忘了。直到他在6月1846日读到勒·叶巍的论文，他才记起这件事。巴黎理工学院的老师Le Villiers在1845年夏天开始研究天王星摄动，一年内发表了三篇论文。Levier的第一篇论文发表于1845 165438+10月10，精确计算了土星和木星对天王星的摄动影响，表明这些不足以解释天王星的轨道偏离。勒维尔在6月1846日发表了他的第二篇论文，估算了未知行星的大概位置。读了勒·叶巍的第二篇论文后，埃莉觉得这个结果和亚当斯的非常相似，于是给勒·叶巍写了一封信，向亚当斯提出了问题，但没有透露亚当斯也在做同样的研究。勒维尔很快回信，回答了艾里的问题。

勒维尔的回复满足了艾里，让艾里觉得有必要寻找新的行星。但艾莉的视力不好，无法做出自己的观察。他建议查理秘密地在剑桥天文台寻找新的行星。Charies根据Adams提供的新计算结果于7月18日开始观测，但一无所获。

今年8月31日，勒叶巍发表了他的第三篇论文，预言了新行星的质量、亮度和更准确的位置，并呼吁天文学家据此搜寻新行星。令勒·叶巍沮丧的是，似乎没有天文学家注意到他的呼吁。9月18日，勒·叶巍想起柏林天文台一位名叫加勒的年轻天文学家曾寄给他一篇论文，于是他给加勒写了一封信，告诉他如果将望远镜对准黄经325度区域，他将会发现太阳系中第八颗还没有人见过的行星。9月23日上午，迦勒收到了勒叶巍的一封信，并于当晚开始观察。他用天文望远镜观察并引用天体的位置，而他的助手德莱特则检查地图。几分钟后，Caleb报告说在黄经325.9度处看到一颗亮度为8的星。德莱特喊道:“那颗星不在地图上！”第二天晚上他们继续观察这颗恒星的位置，发现了轻微的移动，表明它确实是一颗行星。第三天，迦勒写信给勒·叶巍，报告说:“你计算出位置的那个星球真的存在。”

勒维尔写信给包括艾里在内的一些天文学家，报告了一颗新行星的发现，并建议将其命名为海王星。艾里和查理斯透露了他们秘密寻找新行星的计划，并宣布亚当斯已经计算出了新行星的位置。他们要求将新行星命名为波塞冬，显然感觉他们有一定的优先权。法国人自然持怀疑态度:如果亚当斯真的做了精确的计算，为什么不在论文上发表？为什么要在事后争取优先权？

随着时间的推移，争论逐渐平息了。英国皇家学会授予勒维尔奖章以表彰他的贡献，国际公认亚当斯做出了独立的发现。但是原问题没有很好回答。亚当斯并不像人们想的那样不喜欢发表论文。他发表了其他论文。亚当斯之所以没有像勒维尔那样公布自己的计算结果，真正的原因是他对自己的计算方法和结果没有信心，一直在改变计算结果，最终的结果与海王星的实际位置相差甚远。

如前所述，艾里、查理斯和亚当姆斯在了解到勒·叶巍的研究后开始秘密搜寻新的行星。亚当姆斯根据勒·叶巍的第二篇论文修正了计算结果，但它给出了一个非常不确定的结果，范围从315度到350度。查理必须观察一大片区域。虽然海王星一度进入了Charies的观测范围，但并没有被发现。查理斯识别行星的方法是比较不同时间的观测结果，看哪颗恒星的位置发生了变化。由于观测范围太大，恒星太多，Charies只能挑出最亮的39颗恒星进行对比。可惜海王星的亮度在查理斯的观测范围内排在第49位，所以错过了。勒维耶第三篇论文发表两天后，亚当斯给出了他的最新计算结果:黄经经度为315度，比海王星实际位置还差11度。于是，查理斯按照亚当斯的计算，花了两个月的时间一无所获，而迦勒按照勒维尔的计算，几分钟就得到了。