知識點I：日心說——從5到6
人類很早就知道天上有5顆行星，幾千年來這個數(shù)字一直沒有變化，直到1543年哥白尼的《天體運行論》出版——日心說中地球降級為行星，因而太陽系行星數(shù)量從5變成了6。對此，開普勒還提出多面體行星軌道模型加以解釋：6個行星占據(jù)著6條圓形軌道，他把軌道看作是6個同心球面的圓周，同時認為球面之間肯定有什么東西進行支撐。開普勒想到了正多面體，因為有且剛好有正四面體、正六面體、正八面體、正十二面體和正二十面體這5種正多面體。雖然很精巧，但是根本經(jīng)不起推敲，因為這種正圓、正多面體支撐起來的模型無法正確反映真實情況。最后，了不起的開普勒還是通過數(shù)學方法找到了行星運動的規(guī)律，被后人稱之為“天空立法者”。
哥白尼的日心說
開普勒的宇宙模型
知識點II：天王星的發(fā)現(xiàn)——從6到7
出生在德國漢諾威一個音樂之家的威廉·赫歇爾同樣精通音樂，據(jù)說創(chuàng)作有大概三十部左右的作品。19隨后他移居到英國，找到一份琴師的好工作，收入不錯。后來，因為要研究和聲于是學習數(shù)學，因為學習數(shù)學于是接觸到光學，因為接觸光學于是癡迷天文。1778年，威廉·赫歇爾在自家小作坊里制作了一臺口徑6.2英寸的反射望遠鏡，它的性能竟然全面超越當時享譽全球的格林尼治天文臺的望遠鏡。1781年3月13日晚上10點多，威廉·赫歇爾照例進行巡天，突然在金牛角和雙子腳之間的區(qū)域中發(fā)現(xiàn)一個6等左右的星點，是一個星圖上沒有的點。他替換目鏡將望遠鏡的放大倍率調(diào)至932倍，看清了那個天體的圓面。他宣布自己發(fā)現(xiàn)了一顆新的彗星。隨后英國皇家天文學會馬斯克林率先猜測它可能是個新的行星，幾個月后，瑞典的萊克賽爾、法國的薩隆以及拉普拉斯都彼此獨立地從數(shù)學上證明這個新的天體軌道比土星遠1倍。赫歇爾算出其直徑為地球的4倍多，至此，天王星被發(fā)現(xiàn)。
赫歇爾無心插柳發(fā)現(xiàn)了天王星
知識點III：提丟斯-波得定則
1766年，德國人戴維·提丟斯（Johann Daniel Titius）在翻譯瑞士博物學家伯涅特一本著作時提到了一串數(shù)列0，3，6，12，24，48，96，192，……﹐如果將每個數(shù)加上4﹐再除以10﹐就可以近似地得到以天文單位表示的各個行星同太陽的平均距離。當時提丟斯沒有做出任何解釋。1772年，德國天文學家波得（Johann Elert Bode）做了進一步研究，歸納出一個通式，即太陽系大行星到太陽的距離（或軌道半長徑）a符合：a= 0.4 + 0.3×2n-2(天文單位) ，并將這一發(fā)現(xiàn)寫入自己的著作。9年后，天王星被發(fā)現(xiàn)，軌道半長徑與提丟斯-波得定則的誤差只有2%。這個經(jīng)驗公式名聲大噪。不過大家也很快發(fā)現(xiàn)了問題，在火星和木星之間n=3的位置沒有行星。
知識點IV：谷神星的發(fā)現(xiàn)——新的天體類別
1801年元旦夜晚，意大利西西里島上的神父朱塞普·皮亞齊（GiuseppePiazzi）突然從望遠鏡里發(fā)現(xiàn)了一顆非常暗弱的星星，一開始他認為這是一顆彗星，但經(jīng)過簡單測算后發(fā)現(xiàn)它的位置剛好位于那個2.8AU的地方。不幸的是，他病倒了，病愈后再想找卻蹤跡不見。幾個月后，數(shù)學家高斯挺身而出。據(jù)說他改進了計算方法，用了一個多小時就計算出了這個暫時丟失的行星的軌道根數(shù)。1801年12月31日夜德國天文愛好者奧伯斯終于在指定區(qū)域中找到了這顆行星。這就是1號小行星谷神星。但是天文學家很快就發(fā)現(xiàn)谷神星太小了，直徑只有950千米，遠遠比不了幾個大行星。隨后的幾年中，在2.8天文單位附近小行星猶如雨后春筍般地出現(xiàn)?，F(xiàn)在我們管這片區(qū)域叫小行星帶。
谷神星
知識點V：海王星的發(fā)現(xiàn)——從7到8
當天文學家把90多年前天王星的歷史記錄翻出來再計算的時候就發(fā)現(xiàn)，與當今的觀測數(shù)據(jù)并不符合。1791年，法國天文學家達蘭伯利率先想到了木星和土星的影響。根據(jù)他的計算，天王星軌道的偏差得到了一定的修正。然而隨著觀測記錄越來越多，天文學家掌握的軌道又變得不準了，偏差達到了幾十角秒。天文學家擺出過許許多多假設(shè)，如彗星撞偏說、衛(wèi)星影響說，甚至一度懷疑牛頓萬有引力的準確性。最后，只剩一條可能——在軌道半長徑38.8天文單位的地方，可能有個未知行星。
1841年，當時在劍橋大學圣約翰學院深造的亞當斯決定研究天王星的軌道問題。他對天王星軌道進行了初步分析，確信過去計算的軌道已經(jīng)完全沒用，必須接受未知行星的假設(shè)。隨后，他以半長徑為38.8天文單位橢圓軌道進行計算，1845年9月，亞當斯終于得出了第一次結(jié)果。然而因為種種原因并與向格林威治天文臺建立有效溝通。
法國人勒維耶也是一個數(shù)學天才。1840年以來，勒維耶對太陽系天體運動做了近乎地毯式的研究。在修正了過去的一些錯誤后，他也采用提丟斯-波得定則，把新行星的軌道半徑定位38.8天文單位。他先假定圓軌道，并分割成40個區(qū)段，注意考察新行星在選定時刻任一區(qū)段內(nèi)對天王星的影響。他花了大半年的時間預(yù)言了1847年1月1日所在的位置，與亞當斯的非常接近。勒維耶公開發(fā)表了自己的計算。
亞當斯與勒維耶誰先發(fā)現(xiàn)海王星？
格林威治天文臺臺長艾里請劍橋大學天文臺查理斯尋找，后者失之交臂。1846年9月勒維耶給柏林天文臺臺長助理伽勒寫了一封信。伽勒向臺長恩克爭取到一個晚上觀測機會，當晚，他與助手達雷斯特在距離勒維耶預(yù)言的位置相差不到1°的位置找到一個未在星圖上標注的8等略帶圓面的星體，大小比勒維耶預(yù)言的小了20%。該X行星后來被命名為海王星。
