6 失而復得

星空的浩渺對于沒有真正體驗過它的人來說是不容易想象的。即便知道了距離，以及大致的軌道平面，即便離地球如此之近，尋找一顆新行星依然不是一件容易的事情，因為行星出現在軌道的哪一段上仍然是未知的。這就好比警察抓捕逃犯，即便知道逃犯一定就在某座城市里，要想抓住依然不是一件容易的事情，因為逃犯躲在城市的哪個角落仍然是未知的。

當時有意在夜空中抓捕“逃犯”的“警察”還真不少，其中有位叫做扎克（Franz Xaver von Zach）的匈牙利人尤為熱心。他曾經拜訪過赫歇耳，并從此對尋找新行星產生了濃厚興趣。自1787年以來，扎克花了整整13年的時間試圖尋找位于火星與木星之間的新行星，卻一無所獲。眼看著“逃犯”將要安然度過18世紀，扎克意識到單槍匹馬抓捕“逃犯”的效率實在太低，便決定改變策略。他找了幾位運氣跟他差不多壞的伙伴商議了一下，決定將新行星的軌道區域分為24塊，分別交由24位“天空警察”進行分片搜索。布下這樣的天羅地網，無論狡猾的“逃犯”躲在哪個角落都將會難以遁形。老實說，這個分片包干的金點子并非扎克的首創，而是以前就有人提議過，只不過從未付諸實施。

出人意料的是，正當扎克廣發英雄帖給歐洲各地的天文學家，抓捕計劃已如箭在弦的時候，從意大利的西西里島（Sicily）忽然傳來了“逃犯”落網的消息！勇擒“逃犯”的是一位單槍匹馬的“明星警察”，名叫皮亞奇（Giuseppe Piazzi），他當時從事的工作并不是“抓逃犯”，而是“查戶口”——為6700多顆星星確定坐標。這是一項枯燥而繁重的工作，為了完成這項工作，皮亞奇一片一片有規律地巡視著星空，在這點上他很像當年的赫歇耳。他這苦力活一干就是11年。1801年1月1日，新世紀來臨后的第一天，皮亞奇的望遠鏡指向了金牛座。這個星座真是天文學家們的幸運星座，20年前赫歇耳就是在這附近發現了天王星，而此刻“戶籍警”皮亞奇也在這里迎來了自己一生的一個重要時刻。他對這一小片天區中的50顆星星的坐標進行了記錄，第二天，當他對這些星星進行復核時，發現其中有一顆暗淡星體的位置發生了移動！為了確定這種移動不是觀測誤差，皮亞奇立即對這一天體進行了跟蹤觀測，結果證實了這種移動的確是天體本身的移動。

意大利天文學家
皮亞奇（1746—1826）

1月24日，皮亞奇寫信向同事波德、拉蘭德（Joseph Lalande）及摯友奧里安尼（Barnaba Oriani）宣布了自己的發現。為了謹慎起見，他在給波德和拉蘭德的信中將自己發現的天體稱為彗星。毫無疑問，這是一個與赫歇耳將天王星稱為彗星同樣的錯誤。不過在經歷了天王星的發現后，皮亞奇比赫歇耳要稍稍大膽一點，他在給摯友奧里安尼的信中指出這個天體有可能是一個“比彗星更好”的東西，因為它的運動緩慢而均勻，并且不像彗星那樣朦朧。為了最終確定這個天體的性質，皮亞奇決定進行更多的觀測，并計算它的軌道。可惜他的觀測只進行到2月11日就因病中止了。而這時波德、拉蘭德及奧里安尼尚未收到他的信件。等那三位收到姍姍來遲的信件，想要確認皮亞奇的觀測結果時，新天體已經運動到了太陽附近，消失在了光天化日之中。

雖然失去了當場驗證的機會，但波德（他直到3月20日才收到皮亞奇的信）堅信那就是自己期待已久的新行星。當然，相信歸相信，最終的判斷只能留給觀測。好在新天體是不可能一輩子躲在太陽背后的，至多幾個月，它必將重返夜空。可問題是：那時候到哪里去找回這顆暗淡的新天體呢？事實證明，這個問題并非杞人憂天，這顆“越獄逃亡”的新天體并沒有因為留下過案底就變得容易尋找。日子一天天流淌著，無論天文學家們如何努力，皮亞奇的新天體卻再也沒有露面。

有讀者可能會問：皮亞奇不是對新天體進行了跟蹤觀測嗎？從他的觀測數據中把新天體的軌道計算出來不就行了？這個想法是一點都不錯的，可實際做起來卻絕非易事。在新天體失蹤的那些日子里，扎克（他也深信皮亞奇的新天體就是自己想要尋找的新行星）的學生伯克哈特（Johann Karl Burckhardt）就曾對新天體的軌道進行了計算。按照他的計算，天文學家們采取了突擊搜查，可惜卻撲了個空。皮亞奇自己也進行過計算，結果也勞而無功。計算新天體的軌道之所以困難，是因為皮亞奇的觀測只持續了一個多月，所涵蓋的只是新天體公轉周期的2%左右，而且其中還很不湊巧地包含了表觀逆行部分，使結果變得更為復雜。要從這樣的觀測片斷中推算出整個軌道來，無疑是很困難的。更何況觀測總是有誤差，從這么少的觀測數據來推斷軌道極易造成誤差的放大。最后，我們也不能忘記當時還沒有計算機，所有的計算都要依靠紙和筆來完成，這樣的計算動輒就要花費很長的時間，有時甚至還不如拿起望遠鏡直接碰運氣來得快捷。因此，推斷新天體的軌道，從而預測新天體的位置雖然不是不可能，但卻需要福爾摩斯般的技巧，只有第一流的數學高手才能將這種可能性變為現實。

幸運的是，當時就有一位這樣的數學高手前來助人為樂。此人還不是一般的高手，他就是人類有史以來最偉大的數學天才之一，被后人尊稱為“數學王子”的德國數學家高斯（Carl Friedrich Gauss）。

當天文學家們為尋找皮亞奇的新天體而忙碌時，這位當時才24歲的數學天才決定助他們一臂之力。在這個節骨眼上，由高斯這樣的數學巨匠（雖然當時的高斯還不像后來那么有名）來幫天文學家們計算一個小小的天體軌道，簡直就像是搖滾巨星跑來替一家小酒館義演。高斯僅用兩個月的時間，就不僅計算出了新天體的軌道，而且提出了比舊方法高明得多的一整套計算軌道的新方法^[1]。高斯把他的計算結果寄給了扎克，后者欣喜若狂，立即公諸于世。借助高斯的計算結果，扎克于1801年12月7日重新找到了皮亞奇的新天體。經過持續觀測，他終于在1802年的新年鐘聲即將敲響的那個夜晚確認了新天體的二度落網，它的位置與高斯的預測只差半度。幾個小時之后，德國業余天文學家奧伯斯（Heinrich Wilhelm Olbers）也獨立地確認了同樣的發現。這顆在1801年的第一個夜晚被“抓獲”，又在同一年的最后一個夜晚被重新“捉拿歸案”的新天體被稱為色列斯（Ceres）（圖5）。這是皮亞奇所取的名字，它是羅馬神話中的谷物女神，同時也是皮亞奇所在的西西里島的保護神。在中文中這一天體被稱為谷神星^[2]。

圖5 哈勃望遠鏡拍攝的谷神星

高斯的計算相當精確地給出了谷神星的軌道，它的半徑被確定為2.77天文單位，與提丟斯-波德定則吻合得很好（誤差只有1%）。看來人們終于找到了位于火星與木星之間的新行星。事實上，早在谷神星被找回之前，對提丟斯-波德定則深信不疑的波德就已急不可耐地將之稱為行星了。不過在欣喜之余，天文學家們也感到了一絲困惑：谷神星被皮亞奇發現時的視星等只有8，不僅無法與金、木、水、火、土五大行星相比，甚至比遙遠的天王星還暗淡得多。一顆距地球如此之近的行星，為什么會如此暗淡呢？