那颗星星不在星图上

记得念小学的时候，读过一篇课文，叫做“数星星的孩子”，讲述汉朝天文学家张衡的童年故事。时隔这么多年，小学的很多课文我已经忘记了，但那篇数星星的课文却依然历历在目。那时候，我住在杭州的郊外，家门口有一个池塘，在许多个晴朗的夏夜里，我和小伙伴们也常常坐在池塘边仰望星空。那时候，郊外的天空还没有被都市的灯光所污染，在广袤的天幕下，那一颗颗璀璨夺目的星星显得格外的晶莹和美丽。

自远古以来，这种无与伦比的美丽就吸引了一代又一代的追随者，他们中的一些人甚至将自己的一生都献给了探索星空奥秘的科学事业。人类寻找太阳系疆界的故事只是科学史上的几朵小小浪花，但在那些故事中，有浪漫，也有艰辛，有情理之中，也有意料之外，有功成名就的兴奋，也有错失良机的遗憾，它们就像天上的星星一样美丽动人。
1 、远古苍穹
很久很久以前，一群古希腊的牧羊人孤单单地生活在辽阔的原野上。他们白天与羊群为伍，在原野上漫游，夜晚则与星空为伴，期待黎明的到来。渐渐地，他们注意到在黎明之前，在晨光渐露、太阳即将跃出地平线的时候，天边有时会出现一颗闪烁的星星。与多数星星不同的是，那颗星星的位置会一天天地变化，有时甚至会连续一段时间不出现。他们把这颗出现在黎明时分的星星叫做“晨星”（morning star）。细心的牧羊人还注意到，在黄昏时分，在日沉大地、暮色四合的时候，天边有时也会出现一颗闪烁的星星，它的位置也会一天天地变化，有时也会连续一段时间不出现。他们把那颗出现在黄昏时分的星星叫做“晚星”（evening star）。
后来人们用希腊及罗马神话中的太阳神阿波罗（Apollo）表示晨星，用希腊或罗马神话中的信使赫耳墨斯（Hermes）或墨丘利（Mercury）表示晚星。很多年之后，人们意识到晨星和晚星实际上是出现在不同时刻的同一颗星星，据说毕达哥拉斯（Pythagoras）是最早意识到这一点的人。在群星之中，这颗星星的位置变化最为显著，往来如梭，仿佛天空中的信使，信使墨丘利便成了它的名字。
如此类的对行星数目的神秘主义解读虽然并没有什么生命力，但除了因日心说导致的地球地位变更外，行星数目的长期不变却是不争的事实。一百年、两百年……一千年、两千年……，这个数目是如此的根深蒂固，天文学家们大都将之视为不言而喻的事实了。他们也许做梦也没想到，这个数目有一天竟然也会改变。
这一天是1781年3月13日，改变这个数目的是生活在一座英国小镇的一位业余天文学家，他的名字叫做赫歇耳（William Herschel）。他发现了太阳系的第七颗行星，从而成为几千年来发现新行星的第一人。赫歇耳的发现出乎了包括他自己在内的所有人的意料，这一发现不仅为他本人赢得了永久的荣誉，也将观测天文学带入了一个崭新的时代，一个由赫歇耳“无心插柳”而开启的天文学家们“有心栽花”的时代，人类从此开始了寻找太阳系疆界的漫漫征途。

2、 乐师星匠
赫歇尔的一生非常出色地实践了两种截然不同的职业，其中最出色的职业——天文学家——不仅出现在对常人来说很难有开创性成就的后半生里，而且从某种意义上讲，就像他对新行星的发现一样，是一个无心插柳的故事。
赫歇耳所走的这条业余天文学家之路，不仅为他自己走出了一片绚烂的天地，也成就了业余天文学的一段——也许是最后一段——黄金岁月。18世纪的许多职业天文学家过分沉醉于由牛顿（Isaac Newton）所奠定，并经欧拉（Leonhard Euler）、拉格朗日（Joseph Louis Lagrange）、拉普拉斯（Pierre Simon Laplace）等人所改进的辉煌的力学体系之中。他们热衷于计算各种已知天体的轨道，以此检验牛顿力学，同时也为经纬及时间的确定提供精密参照。在一定程度上，当时的许多职业天文学家变得精于验证性的计算，却疏于探索性的观测。在这种情况下，自赫歇耳之后半个多世纪的时间里，业业余天文学家们对天文学的发展起了重要的补充作用，这一时期天文学上的许多重大的观测发现就出自他们之手。
常言道：“工欲善其事，必先利其器。”对天文观测来说，必备的工具是望远镜。由于当时高质量的望远镜极其昂贵，赫歇耳决定自己动手制作望远镜（也顺便可以实践因学数学而接触的光学知识）。望远镜的问世是在17世纪初，其确切的发明者现已无从追溯，但德国裔荷兰人利普歇（Hans Lippershey）于1608年最早为自己制作的望远镜申请了专利，从而留下了文字记录，因此人们一般将他视为望远镜的发明者。1609年，科学巨匠伽利略（Galileo Galilei）在得知了有关望远镜的消息后，很快制作出了自己的望远镜。伽利略制作的望远镜在结构及放大率上都大大优于包括利普歇在内的同时代人制作的望远镜。并且他也是最早将望远镜用于天文观测的人。
通过望远镜，伽利略获得了一系列前所未有的天文发现，其中包括发现月球上的环形山、太阳黑子及木星的四颗卫星（现在被称为伽利略卫星）等。不过伽利略所用的是折射望远镜，这种望远镜由于透镜（主要是物镜）所具有的色差等当时技术难以消除的效应而无法达到很高的放大率。17世纪后期，另一位科学巨匠牛顿发明了反射望远镜，用反射面替代了折射望远镜中的物镜，从而避免了透镜色差带来的困扰。赫歇耳所制作的就是反射望远镜，这种望远镜的反射面可以用金属制作而无需使用玻璃。
为了制作望远镜，赫歇耳将自己在巴斯的住所改造成了望远镜“梦工厂”：客厅被用来制作镜架与镜筒，卧室变成了研磨目镜的场所，厨房里则架起了熊熊的熔炉。赫歇耳细心试验了许多不同成分的合金，最后选择了用71%的铜与29%的锡组成的合金，作为制作反射面的材料。在制作望远镜期间，除妹妹卡洛琳外，赫歇耳还得到了弟弟亚历山大（Alexander Herschel）的帮助。赫歇耳一生制作的望远镜有几百架之多，不仅满足了自己的需要，而且还通过出售望远镜使家庭获得了数目不菲的额外收入。在长期的制作中，他的作坊也一度发生过严重的事故，导致熔融的金属四处飞溅，幸好大家闪避及时，奇迹般地未造成人员伤亡。

3 、巡天动地
天文观测在外人看来也许是一项很浪漫的事业，但实际上虽不乏浪漫，却也充满了艰辛。即便拥有高质量的望远镜，一项天文发现的背后也往往凝聚着天文学家长年累月的心血。赫歇耳以及他所制造的望远镜在英国学术圈里渐渐有了一些知名度。“七英尺望远镜”制作完成后，赫歇耳开始用这架举世无双的望远镜进行自己的第二次巡天观测，这次巡天观测的目的之一是寻找双星（赫歇耳一生共找到过800多对双星，是研究双星的先驱者之一），所涵盖的最暗天体的表观亮度约为8等，相当于上次巡天观测所涉及的最暗天体表观亮度的1/40，或肉眼所能看到的最暗天体表观亮度的1/6。
发现新彗星虽然算不上是很重大的天文发现，但每颗新彗星的发现都能为天文学家们新增一个研究轨道的对象，而这在当时正是很多人感兴趣的事情。因此天文学家们一得知赫歇耳发现新“彗星”的消息，便立即对新“彗星”展开了观测。令人奇怪的是，这颗新“彗星”并没有像其他彗星那样拖着长长的尾巴。用后人的眼光来看，或许很难理解如此显著的疑点为何没有让赫歇耳意识到自己所发现的其实不是彗星，而是一颗新的行星。
但在当时，“新行星”这一概念对很多人来说几乎是一个思维上的盲点。不过科学家毕竟是科学家，他们是不会始终陷在盲点里漠视证据的。赫歇尔的发现公布之后，英国皇家学会的天文学家马斯克林（Nevil Maskelyne）在对该“彗星”进行了几个夜晚的跟踪观测之后，率先猜测它有可能是一颗新的行星，因为它不仅没有彗星的尾巴，连轨道也迥异于彗星。
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