一个时期以来,似乎形成了这样的局面:只要承认火星上暗线条的确实存在,洛韦尔的理论就是“令人信服”的。事实上,他的“火星文明说”的确令人神往,很快便赢得了世人的热情支持。一时之间,数不清的文章、演说,还有大量出版的科学幻想小说,使得“火星人”和“火星文明”变得妇孺皆知。热情支持洛韦尔的人们和受到人们热烈支持的洛韦尔的相互作用,更把事情推向了高潮。头脑发热的洛韦尔后来“越走越远”,他甚至宣称:火星早已是一个“高度发达的有组织的社会”,在这颗“战神之星”(火星在西方是以神话中的战争之神马尔斯来命名的)上,由于文明的发达,早已没有了战争。必须承认,这些实际上拿不出多少根据的臆断,的确非常合乎绝大多数地球人类(他们反思自己的文明,憧憬未来,渴望和平)的胃口。
但是洛韦尔等人的理论并未得到所有人的支持。例如,著名的美国天文学家巴纳德就表示,他看到了火星表面的许多细节,但无法相信“运河”的存在。一些“运河”根本不是直线,通常的描述显得过于夸张。在能将“细节”看得更清楚的条件下,这些线条实际上很不规则,而且是断开的。希腊的安东尼阿迪用82厘米的望远镜观测,也只是看到形状毫不规则的暗线。而且,随着观测活动的增多,能够发现这样一个观测规律:大气宁静度越好,那些暗线和斑点越是断续,反之它们就连接、融合在一起。最后,这两位经验丰富的天文观测家都确信:所谓的“火星运河”是一种眼睛的错觉,它们的存在只“属于想象力过于丰富的人”。
英国科学家蒙德用一个极其简单的心理学实验,证明“火星运河”的确是人的视错觉。
他先在一张大纸上随机地画上许多斑点。圆圈、椭圆、直线、波纹线和不规则的小点,然后让一群小学生坐在不同的位置上临摹。结果,坐在远处的学生往往会画出一系列有规则的直线。
上述反对观点的出现好像冷水浇头,关于“火星人”和“火星文明”的说法逐渐地沉寂了下来。但是,不少人还是感觉到,以纯粹的“视觉错误”否认“火星运河”的存在,也似乎过于轻巧了。为了进一步广泛地研究、考察火星,同时揭开火星“运河”之谜,从1964年到1977年,美国科学家连续向火星发射了“水手号”和“海盗号”两个系列共8个探测器。1971年11月,美国的“水手9号”探测器对火星的全部表面进行了高分辨率的照相。
货真价实的照片让一些“火星迷”们非常“失望”,因为它们明白无误地显示,这里没有洛韦尔等人所说的“火星人”,也没有所谓“绿洲”和高度发达的“火星文明”的存在。
火星表面是和月球表面几乎一样的,完全干涸,死气沉沉。
然而,“水手9号”在基本否定洛韦尔的同时,也没有让他“难堪”到底。照片显示,火星表面虽然没有一滴水,但是有许多类似河床的地质构造。这些干涸的“河床”最长的约1500公里,宽达60公里或更多。主要的“大河床”分布在火星赤道地区,而且“支流”很多,它们几乎全部朝着下坡方向“流去”。根据一些科学家的分析,只有像水等易流动的液体,才能在火星表面冲刷形成这种“河床”。但这无疑是一些天然河床,决非“火星人”哪怕“曾经”创造的运河。另外,它们在具体位置和形状上,也都与洛韦尔所描绘的大相径庭。
马上有人对这些河床产生了浓厚的研究兴趣。1975年,有研究者将火星上的河床分成了三大类:径流河床、流出河床和浸蚀河床;其中的径流河床与地球上的河流十分相似。有人认为,这些径流河床非常令人信服地说明,火星上曾有过能让水在其表面自由流动的条件。而径流河床多出现在古老的环形山地,这就表明它们年代很久远。一些孜孜不倦的科学家通过进一步收集证据、仔细分析后认为,在大约30亿年以前,火星上有比现在更温暖的气候,有比现在更浓密的大气允许水的存在和流动,甚至像地球一样有降水过程补充水源。20世纪90年代以后,“火星探测者”和环火星探测器又发回了大量的照片。科学家们对这些珍贵的资料逐一进行了分析研究,他们发现有一处高出地表约4000米的陡崖,明显是由一系列岩层构成,有岩石崩塌的痕迹;他们还发现一些峡谷底部有干涸的“水塘”和巨型卵石。鉴于这些“被洪水冲刷的痕迹”非常明显,他们认为在38亿年前,火星上确实曾经有过汹涌的洪水。同样让人迷惑不解的是,如果火星上曾经有水有河,或者发过漫无边际的大洪水,这些水后来到哪里去了呢?有人认为火星早期火山活动频繁,并且喷出大量浓厚的原始大气,使得火星表面温暖如春。于是,覆盖两极的白色冰雪“极冠”慢慢融化,形成河水滚滚的壮丽景观。但后来火山活动减少,大气变得稀薄,气候也寒冷干燥,河水便干涸了。
还有一部分人认为,火星失水的原因,大概是因为遭到过卫星的撞击。持这种观点的人认为,火星在久远的过去,一定有过多于目前“火星—1”、“火星—2”的卫星。也许就是原本存在的“火星—3”的那颗卫星,它忽然被火星的引力拉裂;有些碎片散逸于宇宙空间,更多的碎片则纷纷“投靠”,“不知轻重”地撞击到火星表面。撞击产生了强烈的高温,不仅融化了岩石、毁灭了植被,而且使得火星大气中的各种气体离子化,从而毁灭了火星上的生命,也毁灭了充足的氧气和水。
另一部分人认为,火星的历史早期,大气层中有厚厚的二氧化碳,也有适合水存在的温度。后来,气候逐渐变暖,类似地球的“温室效应”发生了;但它不属于普通类型的温室效应,是足以导致火星气候发生根本改变的恶性循环,这样,大气变得稀薄、干燥、寒冷,水逐渐消失得无影无踪了。
这真是所谓旧的谜团刚解开,新的迷雾扑面而来。科学探索本身就是一个“连环套”的智力冒险游戏。得出结论固然需要有科学的证据,但是每一代科学家都有自己的责任,他们毕竟不能等到完全掌握了“所有的证据”,才下郑重、精确的结论。科学探索需要脚踏实地,但如果没有各种假说、推理甚至幻想,科学探索一定非常枯燥不堪,人类前进的步子一定很慢。
海王星的发现
海王星是太阳系九大行星之一,按距离太阳的远近(由远及近)排列为第八颗星,要借助望远镜才能看到。海王星绕太阳公转一周大约要164.8年,它的一年比地球的一年长得多;它的自转周期为22小时左右,也有一年四季的变化。那么海王星是怎样被发现的呢?
1781年,英国的威廉·赫歇耳用望远镜发现了天王星,这之后,天王星曾多次被人观测,积累了许多观测资料。
1821年,巴黎天文台的数学家布瓦尔,根据新旧的观测资料,对天王星的轨道进行了计算,并发布了天王星运行表,他的表对于1781~1821年间的预测与实际观测非常符合,但对1781年以前的计算与观测就不太符合。到了1830年,天王星的观测位置与星表上的预测就不符合了,到1845年,这个偏差在黄经度上达到2°之多。这是怎么回事呢?
本来,一般行星都是依据万有引力的原理,沿轨道移动。如果根据观测资料,太阳与行星之间的引力相等,完全可以准确地计算出行星的轨道,布瓦尔也是这样进行计算的。
布瓦尔根据新旧资料进行计算,多次反复检查,计算并没有错误。
布瓦尔苦思冥想,“难道是天文台的观测有错误,这么多有经验的学者反复多次观测,应该没有问题。也许近年的观测资料有误?也不可能,计算经反复检查,也没有任何问题。
难道是万有引力定律有问题?不,绝不可能。”
天王星的轨道成为19世纪天文上的一个“谜”,多少年来,许多科学家下了很大功夫,但仍没有人能解决。
出版一本正确的行星运行表,这是天文台的责任,这不仅是一个科学研究问题,也是关系到解决航海人员确定时间以及在地球上的位置等航海的需要问题。
于是,巴黎天文台台长阿拉贡对青年数学家勒维烈提出了要求:“勒维烈先生,赫歇耳发现天王星已经64年了,可天王星的轨道一直没有弄清楚。布瓦尔的计算结果与实测差距愈来愈大。看来,必须考虑重新计算。您可否立项进行研究呢?”
勒维烈迎接了这个挑战,这一年,正是1845年,勒维烈开始了新的研究课题。
勒维烈想:“布瓦尔的计算应该不会错的,牛顿的万有引力定律也绝不可能有问题。莫非在天王星之外还有一个未发现的行星?因其距离遥远,对于土星没有显著的影响,而对于较近的天王星,有时可以扰乱其运行的轨道。”勒维烈逐渐坚定了这个想法,开始了新的计算。
与此同时,英国剑桥大学数学系学生约·亚当斯,从格林威治天文台台长艾利的《最近天文学》一书中,得知天王星轨道之“谜”,他综合当时天文学家对天王星轨道计算的情况,认为一定有一颗尚未发现的行星存在,新行星的引力影响了天王星轨道,绝不是万有引力定律和观测资料的错误。
亚当斯从艾利那里借来了全部观测资料,干劲十足,信心百倍地开始了计算工作。
经过反复地计算,于1845年10月,亚当斯完成了计算,他把计算结果呈交给格林威治天文台台长艾利,希望借助于大望远镜找到这颗行星。
但可惜的是,思想保守的艾利只说了一句:“年轻的大学生,太富于幻想了。”就把亚当斯的研究成果放进办公桌了。
1846年6月,法国的勒维烈发表了他的研究成果,其中一篇论文引起了天文界的广泛重视,论文题目是《论使天王星运行失常的行星,它的质量、轨道和现在位置的确定》。
当艾利看到这篇论文后,马上想起了亚当斯的计算,忙从办公桌里找出来,两份资料核对后,发现勒维烈的预算位置和亚当斯的预算位置,居然惊人的一致。
惊异万分的艾利,马上把情况通知了剑桥大学的天文学者,剑桥大学的大型望远镜开始在天空搜寻这颗新行星。从7月29日到9月4日,围绕亚当斯和勒维烈的提示方向进行探寻,结果却一直没有发现。
9月23日,德国柏林天文台的加勒收到了勒维烈的一封来信,信中详细介绍了新行星的位置。
当天晚上,加勒通过望远镜在勒维烈预告新行星出现的位置只差52′的地方,找到了这颗新行星,由于在大望远镜中这颗行星呈现淡蓝的颜色,不免让人想到蔚蓝色的大海,于是人们就用罗马神话中的海神尼普顿的名字命名它,译成中文就是“海王星”。
这颗新行星是由理论计算预测的,这在天文学史上还是第一次。巴黎天文台台长阿拉贡说:“天文学家有时偶而碰见一个动点,在望远镜里发现一颗行星,可是勒维烈先生发现的这颗新的天体,却不是在天上瞥见的,他在他的笔尖下便看见这颗行星了。”
因此,也有人把海王星的发现称为是“笔尖下的新发现”。
今天,大家认为,海王星是由法国的勒维烈和英国的约·亚当斯共同发现的。
海王星的发现,是摄动理论一个最有名的成就,它反映了牛顿力学在更大的宇宙尺度上,也是正确的。
冥王星的发现
由于天王星的计算轨道和观测结果不合,英国的约·亚当斯和法国的勒维烈计算出有另外一个行星的存在而影响了天王星的运行轨道,这个被计算出来的行星,就是海王星,因此海王星也常被人称为是“笔尖下的新发现”。
发现海王星之后,许多人就猜测海王星的轨道外面可能还会有行星。不少人仿效勒维烈和亚当斯的方法,想从天王星和海王星的轨道摄动去推算海王星外的未知行星。其中最有名的就是美国天文学家洛韦尔在1915年根据天王星和海王星两个行星运动上未能解释的残余摄动,计算出海王星之外肯定有这样一颗大行星存在。
但是由于天王星和海王星的残余摄动很微小,不能像发现海王星那样去计算它的准确位置,只可以大略地指出它在天空中大致的区域。洛韦尔经计算后大致指出了这一区域。
天文学家根据洛韦尔的计算去寻找这个行星一直没有成功,许多人便放弃了这个想法,认为海王星外再没有其他行星了。
由于观测多年而没有发现海王星之外的这颗行星,许多天文学家便舍弃了这一研究。剩下的为数不多的天文学家仍在坚持寻觅这颗星。
美国洛韦尔天文台的天文学家汤波就是坚信这一行星存在的天文学家之一。汤波生于1906年,自幼喜欢阅读有关天文的书籍。每当夜空繁星闪闪,汤波总是一看就是两三个小时,并下决心要破译天上的秘密。
对洛韦尔在1915年计算出的海王星之外必存在一颗行星,汤波坚信它的存在。当许多天文学家舍弃这一观测时,汤波锲而不舍,他用各种办法、各种仪器来寻觅这颗行星的存在。
功夫不负有心人。当汤波沿着整个黄道带作系统地拍照时,在1930年1月21日他惊喜地发现了这颗寻觅很久的行星。汤波反复对照他在1月23日和1月29日的照片底片,证实这颗行星的确存在。
太阳系的第九大行星,终于被汤波发现了。那么给它取一个什么名字呢?洛韦尔天文台台长斯利弗尔正为此发愁,来自各方面的建议使他六神无主。送到斯利弗尔办公桌上的各种提名有宙斯(希腊神话中的主神)、普罗米修斯、阿特拉斯(双肩举天巨神)、赫拉(天后)、雅典娜(智慧女神)、奥丁(胜利之神)……他一一过目后,认为没有一个能使他满意。
不久,这件为新行星取名的事便传到了欧洲大陆。3月14日,英国牛津大学图书馆职员马丹先生在吃早餐时,把报纸上的有关这颗新行星正待命名的报道读给孙女和外孙女听。11岁的外孙女凡纳提娅一边喝牛奶,一边听外祖父的讲述。
她对这件事十分感兴趣,用完早餐后,她跑到外祖父的书房里找出一本讲述罗马神话的故事书。她坐在外祖父身边翻看起来,翻着翻着脱口而出:“普路托”(Pluto,中文译名为冥王)。
马丹听后心中一动,顾不得用完早餐,匆忙给天文系教授特纳写了信,说:“我的小外孙女想出了一个好名字普路托——冥王星。在那颗新发现的行星上一定暗无天日,冥王正是暗无天日的阴曹地府的主宰者……”天文学家特纳看完信后欣喜万分,便立即给洛韦尔天文台台长斯利弗尔发了加急电报,转告了小姑娘凡纳提娅的提议。
冥王星是太阳系九大行星中被了解得最少的一颗行星
斯利弗尔看了电报,觉得这一名字十分贴切。罗马神话中的冥王普路托统治的冥府不仅阴森寒冷,而且生活也孤独寂寞,这与远离太阳59亿千米,到处是黑暗和寒冷的冥王星世界十分相似。而普路托的英文Pluto的第一二个字母,正好是洛韦尔天文台的创始人,也就是算出冥王星的天文学家洛韦尔的英文姓名Percical Lowell的缩写,也很有纪念意义。大家公认,这是一个好名字。