本書主要介紹人類探索太陽(yáng)系疆界的歷史，并對(duì)一些常被人以訛傳訛或誤解、夸張的歷史事件進(jìn)行分析與澄清。本書共分32章。其中第1章簡(jiǎn)單回顧近代之前人類對(duì)行星的了解，第2～4章介紹天王星的發(fā)現(xiàn)，第5～7章介紹小行星帶的發(fā)現(xiàn)，第8～10章介紹天王星出軌之謎及天文學(xué)家們?yōu)榻鉀Q該謎團(tuán)所作的早期努力，第11～16章介紹亞當(dāng)斯與勒維耶對(duì)海王星的預(yù)言及海王星的發(fā)現(xiàn)，第17～19章介紹英法兩國(guó)有關(guān)海王星預(yù)言的優(yōu)先權(quán)之爭(zhēng)，第20～21章介紹并分析由海王星檔案所引發(fā)的新爭(zhēng)論，第22章介紹尋找火神星的失敗努力，第23～27章介紹冥王星的發(fā)現(xiàn)，第28～30章介紹柯伊伯帶及其發(fā)現(xiàn)，第31章介紹行星新定義及冥王星的降級(jí)，第32章介紹奧托云及有關(guān)太陽(yáng)伴星的猜測(cè)。
內(nèi)容通俗易懂，文筆生動(dòng)風(fēng)趣，考據(jù)嚴(yán)謹(jǐn)深入，適合廣大天文愛(ài)好者及大中學(xué)生閱讀。
作者簡(jiǎn)介：
盧昌海，出生于杭州，本科就讀于復(fù)旦大學(xué)物理系，畢業(yè)后赴美留學(xué)，于2000年獲美國(guó)哥倫比亞大學(xué)物理學(xué)博士學(xué)位，目前旅居紐約。著有《從奇點(diǎn)到蟲洞：廣義相對(duì)論專題選講》、《太陽(yáng)的故事》、《黎曼猜想漫談》，并曾在《中國(guó)青年報(bào)》、《數(shù)學(xué)文化》、《科幻世界》、《現(xiàn)代物理知識(shí)》、《中學(xué)生天地》、《科學(xué)畫報(bào)》等報(bào)紙、雜志上發(fā)表幾十篇科普及專業(yè)科普作品。
目錄：
序
自序
引言
1.遠(yuǎn)古蒼穹
2.樂(lè)師星匠
3.巡天偶得
4.命運(yùn)弄人
5.虛席以待
6.失而復(fù)得
7.名份之爭(zhēng)
8.軌道拉鋸
9.眾說(shuō)紛紜
10.數(shù)學(xué)難題
11.星探出擊
12.三訪艾里序
自序
引言1.遠(yuǎn)古蒼穹
2.樂(lè)師星匠
3.巡天偶得
4.命運(yùn)弄人
5.虛席以待
6.失而復(fù)得
7.名份之爭(zhēng)
8.軌道拉鋸
9.眾說(shuō)紛紜
10.數(shù)學(xué)難題
11.星探出擊
12.三訪艾里
13.殊途同歸
14.劍橋夢(mèng)碎
15.欲迎還拒
16.生日之夜
17.名動(dòng)天下
18.軒然大波
19.握手言和
20.秘密檔案
21.先入之見
22.火神疑蹤
23.無(wú)中生有
24.歧途苦旅
25.農(nóng)家少年
26.寒夜暗影
27.大小之謎
28.深空隱秘
29.巔峰之戰(zhàn)
30.玄冰世界
31.冥王退位
32.疆界何方
附錄冥王星沉浮記一口氣讀完了盧昌海先生的這本書，感覺(jué)好像是在與讀者面對(duì)面座談，又好像牽著讀者的手，在科學(xué)和歷史的領(lǐng)域內(nèi)為讀者導(dǎo)游，娓娓道來(lái)，用的是口語(yǔ)，大白話，調(diào)皮的網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)言，甚至現(xiàn)實(shí)的政治術(shù)語(yǔ)。作者掌握了非常豐富的物理學(xué)史和天文學(xué)史的細(xì)節(jié)，介紹得比我讀過(guò)的任何其他天文學(xué)史書籍都更詳細(xì)。作者在行文中，還經(jīng)常穿插一些小問(wèn)題，要求讀者思考一些具體問(wèn)題，做一些推導(dǎo)，或估計(jì)一些參數(shù)的值，使讀者能夠與作者同步前行。這也是很好的做法。
北京大學(xué)教授秦克誠(chéng)
此書介紹了太陽(yáng)系外圍行星的發(fā)現(xiàn)，昌海將其歷史過(guò)程娓娓道來(lái)，讀者可以從中了解到，實(shí)際科學(xué)過(guò)程與哲學(xué)教科書上的理想化處理之間的差距，也可以更深刻地領(lǐng)悟科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過(guò)程。這其中，還包括90年代因?yàn)橐馔獾刂匦掳l(fā)現(xiàn)丟失多年的“海王星文件”而引發(fā)的人們對(duì)這一歷史過(guò)程的反思。同時(shí)也介紹了近年來(lái)人們?cè)谔?yáng)系外圍發(fā)現(xiàn)大量柯伊伯帶天體(KBO)，以及冥王星因此丟掉“行星”稱號(hào)的故事。從中學(xué)生到專業(yè)的天文學(xué)家，讀這本書都不會(huì)覺(jué)得乏味，也都可以從這本書中了解到不少知識(shí)。我向一切對(duì)天文學(xué)感興趣的讀者推薦這本書。
北京天文臺(tái)研究員陳學(xué)雷記得念小學(xué)的時(shí)候，讀過(guò)一篇課文，叫做“數(shù)星星的孩子”，講述漢朝天文學(xué)家張衡的童年故事。時(shí)隔這么多年，小學(xué)的很多課文我已經(jīng)忘記了，但那篇數(shù)星星的課文卻依然歷歷在目。那時(shí)候，我住在杭州的郊外，家門口有一個(gè)池塘，在許多個(gè)晴朗的夏夜里，我和小伙伴們常常坐在池塘邊仰望星空。那時(shí)候，郊外的天空還沒(méi)有被都市的燈光所污染，在廣袤的天幕下，那一顆顆璀璨奪目的星星顯得格外的晶瑩和美麗。自遠(yuǎn)古以來(lái)，這種無(wú)與倫比的美麗就吸引了一代又一代的追隨者，他們中的一些人甚至將自己的一生都獻(xiàn)給了探索星空奧秘的科學(xué)事業(yè)。人類尋找太陽(yáng)系疆界的故事只是科學(xué)史上的幾朵小小浪花，但在那些故事中，有浪漫，也有艱辛；有情理之中，也有意料之外；有功成名就的興奮，也有錯(cuò)失良機(jī)的遺憾。它們就像天上的星星一樣美麗動(dòng)人……
28、深空隱秘
發(fā)現(xiàn)冥王星之后，湯博并未離開尋找太陽(yáng)系疆界的孤獨(dú)事業(yè)，他投入了另外13年的漫長(zhǎng)時(shí)光，繼續(xù)搜索更遙遠(yuǎn)的行星。他的搜索范圍超過(guò)了整個(gè)夜空的2/3，他所涵蓋的最低亮度達(dá)到了17等，他對(duì)比過(guò)的天體多達(dá)九千萬(wàn)個(gè)。在那13年里，他發(fā)現(xiàn)了6個(gè)星團(tuán)、14顆小行星及一顆彗星，但卻沒(méi)能發(fā)現(xiàn)任何冥王星以外的新行星。
那么，冥王星軌道是否就是太陽(yáng)系的疆界呢？既然觀測(cè)一時(shí)還無(wú)法回答這個(gè)問(wèn)題，天文學(xué)家們便展開了理論上的探討。不過(guò)那探討不再是像亞當(dāng)斯與勒維耶那樣的精密計(jì)算。由于冥王星的發(fā)現(xiàn)已屬巧合，在那之后的天文學(xué)家們即使在做夢(mèng)的時(shí)候，恐怕也很少會(huì)再幻想重演一次筆尖上預(yù)言新行星的奇跡了。但是，精密的預(yù)言雖不可能，粗略猜測(cè)一下太陽(yáng)系的疆界在哪里卻還是可以的。
那樣的猜測(cè)幾乎立刻就出現(xiàn)了。冥王星發(fā)現(xiàn)之初，美國(guó)加州大學(xué)的天文學(xué)家利奧納德(FrederickC.Leonard)就猜測(cè)冥王星的發(fā)現(xiàn)有可能意味著一系列海外天體(trans?Neptunianobject，TNO)將被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)。應(yīng)該說(shuō)，在經(jīng)歷了天王星、海王星及冥王星的發(fā)現(xiàn)之后，單純作出這樣一個(gè)猜測(cè)已無(wú)需太高級(jí)的想象力了。不過(guò)，比單純猜測(cè)更有價(jià)值的是，1943年愛(ài)爾蘭天文學(xué)家埃奇沃斯(KennethEdgeworth)提出的稍具系統(tǒng)性的觀點(diǎn)。
在介紹埃奇沃斯的觀點(diǎn)之前，讓我們稍稍介紹一下太陽(yáng)系的起源學(xué)說(shuō)。在科學(xué)上，幾乎任何東西人類、生命、地球乃至宇宙的起源都是值得探究的課題，太陽(yáng)系的起源也不例外。自18世紀(jì)康德(ImmanuelKant)和拉普拉斯(Pierre?SimonLaplace)彼此獨(dú)立地提出了著名的星云假說(shuō)以來(lái)，天文學(xué)家們關(guān)于太陽(yáng)系起源的主流觀點(diǎn)是，太陽(yáng)系是由一個(gè)星云演化而來(lái)的。這其中行星的形成，乃是來(lái)自于星云盤上的物質(zhì)彼此碰撞吸積的過(guò)程。
按照這種理論，行星形成過(guò)程的順利與否與星云物質(zhì)的密度有很大的關(guān)系。星云物質(zhì)的密度越低，則引力相互作用越弱，星云盤上物質(zhì)相互碰撞的幾率越小，從而吸積過(guò)程就越緩慢，行星的形成也就越困難。當(dāng)星云物質(zhì)的密度低到一定程度時(shí)，行星的形成過(guò)程有可能緩慢到在太陽(yáng)系迄今50億年的整個(gè)演化過(guò)程中都無(wú)法完成，而只能造就一些“半成品”：小天體。埃奇沃斯認(rèn)為，海王星以外的情形便是如此。那里的星云物質(zhì)分布是如此稀疏，以至于行星的形成過(guò)程無(wú)法進(jìn)行到底，而只能形成為數(shù)眾多的小天體。由此他提出，人們將會(huì)在海王星之外不斷地發(fā)現(xiàn)小天體，且那些小天體中的某一些會(huì)偶爾進(jìn)入內(nèi)太陽(yáng)系，成為彗星。
無(wú)獨(dú)有偶，1951年，美籍荷蘭裔天文學(xué)家柯伊伯(GerardKuiper)也注意到了太陽(yáng)系物質(zhì)分布在海王星之外的急劇減少。與利奧納德類似，他也認(rèn)為那樣的物質(zhì)分布會(huì)形成一系列小天體而非大行星柯伊伯并未在自己的論文中提及埃奇沃斯的工作，這一點(diǎn)使得后來(lái)有歷史學(xué)家對(duì)他是真的不知道埃奇沃斯的工作，還是暗中“借用”了對(duì)方的想法產(chǎn)生了疑問(wèn)。。但與利奧納德以及后來(lái)的天文學(xué)家們不同的是，柯伊伯認(rèn)為那些曾經(jīng)存在過(guò)的小天體早已被冥王星的引力作用甩到了更遙遠(yuǎn)的區(qū)域，不會(huì)再存在于距太陽(yáng)30～50天文單位的區(qū)域中了。換句話說(shuō)，他認(rèn)為在冥王星軌道的附近曾經(jīng)有過(guò)大量的小天體，但目前已不復(fù)存在。在這點(diǎn)上，柯伊伯犯了一個(gè)可以原諒的錯(cuò)誤，他以為冥王星的質(zhì)量接近于地球質(zhì)量(這在當(dāng)時(shí)被認(rèn)為是有可能的)，從而有足夠的引力來(lái)做到這一點(diǎn)。而事實(shí)上，如我們?cè)谏险轮薪榻B的，冥王星的質(zhì)量只有地球質(zhì)量的0.21%。
埃奇沃斯與柯伊伯的想法在接下來(lái)的十年間并未引起重視。但常言道:是金子總會(huì)發(fā)光的。一個(gè)合理的想法縱然一時(shí)沉寂，終究還是會(huì)復(fù)活的。1962年，在美國(guó)工作的加拿大天文學(xué)家卡梅倫(AlastairCameron)提出了類似的看法。兩年后，美國(guó)天文學(xué)家惠普爾(FredWhipple)也加入了這一行列�；萜諣柕难芯勘惹懊鎺孜桓由钊�，除了猜測(cè)在海王星之外存在類似于小行星帶的結(jié)構(gòu)外，他還試圖研究那些小天體對(duì)天王星和海王星軌道的攝動(dòng)，但沒(méi)能得到可靠的結(jié)果。1967年，惠普爾及其合作者又研究了七顆軌道延伸到天王星之外的彗星，試圖尋找來(lái)自海外天體的引力干擾，結(jié)果也未發(fā)現(xiàn)任何可察覺(jué)的干擾。由此他們估計(jì)出那些小天體如果存在的話的總質(zhì)量必定遠(yuǎn)小于地球質(zhì)量。他們的這一估計(jì)在如今看來(lái)是頗有前瞻性的，但在當(dāng)時(shí)卻是一個(gè)有點(diǎn)令人沮喪的結(jié)果，因?yàn)樗馕吨^測(cè)那些小天體將會(huì)是一件非常困難的事情。
除了這些從太陽(yáng)系起源角度所做的分析外，天文學(xué)家們從另一個(gè)完全不同的角度出發(fā)，也殊途同歸地提出了海王星以外存在大量小天體的假說(shuō)。這個(gè)不同的角度便是彗星的來(lái)源。彗星是太陽(yáng)系中最令人矚目的天體，當(dāng)它們拖著美麗的尾巴(彗發(fā))出現(xiàn)在天空中時(shí)，常常是萬(wàn)人爭(zhēng)睹的天象。天文學(xué)家們注意到，太陽(yáng)系中的彗星按軌道周期的長(zhǎng)短大致可分為兩類:一類是長(zhǎng)周期彗星，它們的軌道周期在兩百年以上，長(zhǎng)的可達(dá)幾千、幾萬(wàn)、甚至幾百萬(wàn)年。另一類則是短周期彗星，它們的軌道周期在兩百年以下，短的只有幾年。短周期彗星的存在給天文學(xué)家們帶來(lái)了一個(gè)難題。因?yàn)檫@些彗星上能夠形成彗發(fā)的揮發(fā)性物質(zhì)會(huì)因頻繁接近太陽(yáng)而被迅速耗盡，而且它們的軌道也會(huì)因反復(fù)受到行星引力的干擾而變得極不穩(wěn)定。計(jì)算表明，短周期彗星的存在時(shí)間應(yīng)該很短，相對(duì)于太陽(yáng)系的年齡來(lái)說(shuō)簡(jiǎn)直就是彈指一瞬。但我們卻在直到太陽(yáng)系誕生50億年之后的今天仍能觀測(cè)到不少命如蜉蝣般的短周期彗星，這是為什么呢？天文學(xué)家們認(rèn)為，唯一的可能是太陽(yáng)系中存在一個(gè)短周期彗星的補(bǔ)充基地。
這個(gè)短周期彗星的補(bǔ)充基地究竟在哪里呢？1980年，烏拉圭天文學(xué)家費(fèi)爾南德斯(JulioFern?ndez)提出了一個(gè)后來(lái)被普遍接受的假說(shuō)，即短周期彗星來(lái)自海王星之外的一個(gè)小天體帶。他并且推測(cè)那些小天體的視星等約在17～18之間(比湯博曾經(jīng)搜索過(guò)的天體更暗，但這個(gè)亮度后來(lái)被證實(shí)為仍是顯著的高估)。在他頗具影響力的論文中，費(fèi)爾南德斯援引了柯伊伯的文章，卻忽略了埃奇沃斯的工作。費(fèi)爾南德斯的這一粗心大意導(dǎo)致的后果是，人們多少有點(diǎn)烏龍地用柯伊伯的名字命名了那個(gè)小天體帶。而事實(shí)上，如我們?cè)谏厦嫣岬降�，在所有曾�?jīng)猜測(cè)過(guò)那個(gè)小天體帶的天文學(xué)家中，柯伊伯幾乎是唯一一個(gè)認(rèn)為它目前已不復(fù)存在從而與費(fèi)爾南德斯的假說(shuō)及后來(lái)的觀測(cè)結(jié)果截然相反的人。費(fèi)爾南德斯的假說(shuō)提出之后，1988年，幾位在美國(guó)加州大學(xué)及加拿大多倫多大學(xué)工作的天文學(xué)家通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬手段，對(duì)這一假說(shuō)進(jìn)行了檢驗(yàn)。他們的檢驗(yàn)表明，由那樣一個(gè)小天體帶所產(chǎn)生的短周期彗星無(wú)論在數(shù)量還是軌道分布上都與實(shí)際觀測(cè)有著不錯(cuò)的吻合。
因此，到了20世紀(jì)80年代末，來(lái)自不同角度的理論分析均表明，在海王星的軌道之外很可能存在一個(gè)小天體帶，它是行星演化過(guò)程中的半成品，同時(shí)也是短周期彗星的大本營(yíng)。但到那時(shí)為止，那個(gè)遙遠(yuǎn)的天區(qū)除了一顆孤零零的冥王星外，在觀測(cè)意義上還是一片虛空。
距離給了外太陽(yáng)系神秘的面紗，天文學(xué)家們卻要揭開面紗來(lái)尋找隱秘。
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