寻找太阳系的疆界（１０）

卢昌海

十九. 寒夜暗星

罗威尔虽然去世了，但他为自己的未竟事业留下了一份最宝贵的遗产，那就是罗威尔天文台。他在遗嘱中留出一百多万美元作为天文台的运作经费，这在当时是一笔巨款。可惜的是，天文台的工作因第一次世界大战而被迫中断，直到1927年才重新走上正轨，那笔巨款也被罗威尔遗孀与天文台的一场官司而耗去。百废待兴的罗威尔天文台打算装备一台13英寸的照相反射望远镜，并招募一名观测助理来从事新行星的搜索。此时一位名叫汤博的农家少年从遥远的坎萨斯州写来求职信，寄到了罗威尔天文台台长斯莱弗的手中。

由于家境贫寒，汤博中学毕业后未能升学。他白天帮家里干农活，晚上则沉醉于观测星空，他用废弃的船舱玻璃、木板及农机零件制作了自己的望远镜。 这样一位务农在家、只有中学学历的小伙子能引起天文台台长的注意吗？很幸运，答案是肯定的。汤博在信中所附的笔记和图片给斯莱弗留下了很好的印象。他制作望远镜的手艺也正是罗威尔天文台所需要的，因为照相反射望远镜当时正在装配之中。1929年1月，汤博坐了28小时的火车来到罗威尔天文台，成为一名观测助理。同年4月，借助刚刚完工的13英寸照相反射望远镜，汤博开始了寻找海外行星的漫漫征途。

与发现天王星及海王星的时代相比，此时天文观测的手段已经有了很大改变。天文学家们将照相技术引进到了天文观测之中。这样，寻找新行星的工作就可以通过对不同时间摄于同一天区的相片进行对比来实现。但这决不意味着天文观测从此就变得轻松了。因为一张相片往往会包含几万甚至几十万个星体，对比排查的任务极其艰巨，稍有疏忽就会丢失目标。为此天文学家们又采用了一种叫“闪烁对比仪”的新仪器。这种仪器把需要对比的相片彼此叠合、快速切换，所有位置或亮度发生过变化的天体将会在切换过程中显示出跳跃或闪烁，从而变得容易辨认。

使用闪烁对比仪并不是一件容易的事情，对同一天区的两张相片只有在拍摄角度、曝光强度、胶卷冲洗等方面都保持高度一致，才能获得良好的对比效果。为此汤博细心归纳了在不同天气条件下所需的曝光时间，并选择了一些明亮天体作为校正角度的参照点。他还对每个天区都进行三次拍摄，以便从中选出两张最接近的相片进行对比。汤博每个月用一半的时间从事观测，另外的时间则用来进行闪烁对比。显然，这是高度重复并且极其枯燥的工作。一般来说，检查几平方英寸的相片就会花去一整天的时间。当然，要说其中一点让人兴奋的东西也没有，那倒也不是，他时不时地会看到一些变动的天体。可惜它们要么是变星，要么是小行星、彗星或已知的行星，却没有一颗是他想要寻找的新行星。

1929年在繁忙的工作中悄悄走完了，汤博在亚里桑那州寒冷高原的观测室里几乎沿黄道面搜索了一整圈。1930年1月21日、23日及29日，在高原寒夜的极佳观测条件下，汤博对以双子座δ星为中心的一小片天区进行了三次拍摄。在对后两次拍摄的相片进行闪烁对比时，他发现了一个亮度只有15等的移动星体。排除了各种其他可能后，汤博兴奋地找来几位正在工作的同事一起进行确认。经初步确认后，斯莱弗台长决定对这一天体进行一段时间的跟踪观测。

在接下来的一个月里，在天气许可的每个夜晚，罗威尔天文台都把全部的观测力量投入到对新天体的观测之中。3月13日，罗威尔天文台正式对外宣布了发现新行星的消息。这一天是罗威尔诞辰75周年的日子，也正是在149年前的这一天，赫歇耳发现了天王星。不久之后，新行星有了自己的名字：普卢托，它是罗马神话中的地狱之神。在中文中，这一行星被称为冥王星。冥王星的发现让崛起中的美国科学界欣喜不已，在欧洲天文界垄断重大天文发现这么多年之后， 风水居然转到了美利坚，一些美国媒体兴奋地将新行星称为“美国行星”。当时也许谁也不曾想到，这个以地狱之神命名的新天体在76年后竟会从行星宝座上跌落下来，堕入“地狱”。

二十. 大小之谜

冥王星被发现之后，天文学家们很快就对其轨道进行了研究。短短几个月后天文学家们就大体确定了冥王星的轨道：它的半径约为39.5天文单位，椭率约为0.248，倾角约为17.1°。与其他八大行星比起来，这是一个相当另类的轨道，其椭率与倾角都是创纪录的。由于轨道椭率很大，冥王星有时甚至会比海王星离太阳更近，这种轨道交错的现象在已知行星中也是绝无仅有的。

冥王星的轨道虽然很快就被确定了，但它的大小却向天文学家们提出了一个极大的挑战。因为大家很快就发现，无论用什么样的望远镜也无法让冥王星显示出行星应有的圆面，这样的情形几乎从未发生过。

由于无法观测到冥王星的圆面，天文学家们不得不通过亮度间接推算其直径。直到20世纪70年代初，人们对冥王星质量的估计仍大体维持在0.1-1个地球质量之间，这些数值与现代值相比都大得相当离谱（今天我们知道，冥王星的质量只有地球质量的0.21%）。这么长时间以来，这么多人进行的这么多估算竟然一面倒地对冥王星质量做了巨幅高估，这其中不能说没有原因。这原因就是自木星以外，太阳系的外行星是清一色的巨行星，而冥王星一经发现就被认定是行星，天文学家们还没有足够的心理准备来接受有关它大小的真相。

为了让冥王星维持一个体面的大小，天文学家们不惜将它假定为是一个表面反光率极低、如同巨型煤球一样的天体。而事实上，处在连气体都能凝结成冰的外太阳系的冥王星是一个具有极高表面反光率的冰球的可能性，要比它是煤球的可能性大得多。这一显而易见的可能性被蒙蔽了几十年，直到20世纪70年代中期才终于被确定。反光率的调整立即对冥王星的质量估算产生了巨大影响，它的质量一下子缩小了两个数量级，它对天王星和海王星的引力摄动甚至还不如地球对它们的引力摄动来得大。1993年，天文学家们借助于“旅行者号”飞船所得到的最新数据重新计算了天王星与海王星的轨道，再次确认了不存在任何需要用新行星来解释的偏差。

冥王星的发现完全是一个多重错误导致的果实：罗威尔等人对冥王星轨道的计算是依据了错误数据所作的无效分析；而汤博对冥王星的搜索则是起源于罗威尔天文台对一个错误心愿的盲目继承。所有这一切错误之所以最终结出了一个如此美丽的果实，全靠汤博在寒冷的亚里桑那高原上为期十个月的顽强搜索，这是整个冥王星故事中的唯一必然。

（待续）

编者按：因版面所限，本文有较大删节，对更多细节感兴趣的读者请参阅作者的原稿（原稿网址为：http://changhai.org/read.php?article=13-14）