尋找太陽系的疆界（１０）

十九. 寒夜暗星

羅威爾雖然去世了，但他為自己的未竟事業留下了一份最寶貴的遺產，那就是羅威爾天文臺。他在遺囑中留出一百多萬美元作為天文臺的運作經費，這在當時是一筆巨款。可惜的是，天文臺的工作因第一次世界大戰而被迫中斷，直到1927年才重新走上正軌，那筆巨款也被羅威爾遺孀與天文臺的一場官司而耗去。百廢待興的羅威爾天文臺打算裝備一臺13英寸的照相反射望遠鏡，并招募一名觀測助理來從事新行星的搜索。此時一位名叫湯博的農家少年從遙遠的坎薩斯州寫來求職信，寄到了羅威爾天文臺臺長斯萊弗的手中。

由于家境貧寒，湯博中學畢業后未能升學。他白天幫家里干農活，晚上則沉醉于觀測星空，他用廢棄的船艙玻璃、木板及農機零件制作了自己的望遠鏡。 這樣一位務農在家、只有中學學歷的小伙子能引起天文臺臺長的注意嗎？很幸運，答案是肯定的。湯博在信中所附的筆記和圖片給斯萊弗留下了很好的印象。他制作望遠鏡的手藝也正是羅威爾天文臺所需要的，因為照相反射望遠鏡當時正在裝配之中。1929年1月，湯博坐了28小時的火車來到羅威爾天文臺，成為一名觀測助理。同年4月，借助剛剛完工的13英寸照相反射望遠鏡，湯博開始了尋找海外行星的漫漫征途。

與發現天王星及海王星的時代相比，此時天文觀測的手段已經有了很大改變。天文學家們將照相技術引進到了天文觀測之中。這樣，尋找新行星的工作就可以通過對不同時間攝于同一天區的相片進行對比來實現。但這決不意味著天文觀測從此就變得輕松了。因為一張相片往往會包含幾萬甚至幾十萬個星體，對比排查的任務極其艱巨，稍有疏忽就會丟失目標。為此天文學家們又采用了一種叫“閃爍對比儀”的新儀器。這種儀器把需要對比的相片彼此疊合、快速切換，所有位置或亮度發生過變化的天體將會在切換過程中顯示出跳躍或閃爍，從而變得容易辨認。

使用閃爍對比儀并不是一件容易的事情，對同一天區的兩張相片只有在拍攝角度、曝光強度、膠卷沖洗等方面都保持高度一致，才能獲得良好的對比效果。為此湯博細心歸納了在不同天氣條件下所需的曝光時間，并選擇了一些明亮天體作為校正角度的參照點。他還對每個天區都進行三次拍攝，以便從中選出兩張最接近的相片進行對比。湯博每個月用一半的時間從事觀測，另外的時間則用來進行閃爍對比。顯然，這是高度重復并且極其枯燥的工作。一般來說，檢查幾平方英寸的相片就會花去一整天的時間。當然，要說其中一點讓人興奮的東西也沒有，那倒也不是，他時不時地會看到一些變動的天體。可惜它們要么是變星，要么是小行星、彗星或已知的行星，卻沒有一顆是他想要尋找的新行星。

1929年在繁忙的工作中悄悄走完了，湯博在亞里桑那州寒冷高原的觀測室里幾乎沿黃道面搜索了一整圈。1930年1月21日、23日及29日，在高原寒夜的極佳觀測條件下，湯博對以雙子座δ星為中心的一小片天區進行了三次拍攝。在對后兩次拍攝的相片進行閃爍對比時，他發現了一個亮度只有15等的移動星體。排除了各種其他可能后，湯博興奮地找來幾位正在工作的同事一起進行確認。經初步確認后，斯萊弗臺長決定對這一天體進行一段時間的跟蹤觀測。

在接下來的一個月里，在天氣許可的每個夜晚，羅威爾天文臺都把全部的觀測力量投入到對新天體的觀測之中。3月13日，羅威爾天文臺正式對外宣布了發現新行星的消息。這一天是羅威爾誕辰75周年的日子，也正是在149年前的這一天，赫歇耳發現了天王星。不久之后，新行星有了自己的名字：普盧托，它是羅馬神話中的地獄之神。在中文中，這一行星被稱為冥王星。冥王星的發現讓崛起中的美國科學界欣喜不已，在歐洲天文界壟斷重大天文發現這么多年之后， 風水居然轉到了美利堅，一些美國媒體興奮地將新行星稱為“美國行星”。當時也許誰也不曾想到，這個以地獄之神命名的新天體在76年后竟會從行星寶座上跌落下來，墮入“地獄”。

二十. 大小之謎

冥王星被發現之后，天文學家們很快就對其軌道進行了研究。短短幾個月后天文學家們就大體確定了冥王星的軌道：它的半徑約為39.5天文單位，橢率約為0.248，傾角約為17.1°。與其他八大行星比起來，這是一個相當另類的軌道，其橢率與傾角都是創紀錄的。由于軌道橢率很大，冥王星有時甚至會比海王星離太陽更近，這種軌道交錯的現象在已知行星中也是絕無僅有的。

冥王星的軌道雖然很快就被確定了，但它的大小卻向天文學家們提出了一個極大的挑戰。因為大家很快就發現，無論用什么樣的望遠鏡也無法讓冥王星顯示出行星應有的圓面，這樣的情形幾乎從未發生過。

由于無法觀測到冥王星的圓面，天文學家們不得不通過亮度間接推算其直徑。直到20世紀70年代初，人們對冥王星質量的估計仍大體維持在0.1-1個地球質量之間，這些數值與現代值相比都大得相當離譜（今天我們知道，冥王星的質量只有地球質量的0.21%）。這么長時間以來，這么多人進行的這么多估算竟然一面倒地對冥王星質量做了巨幅高估，這其中不能說沒有原因。這原因就是自木星以外，太陽系的外行星是清一色的巨行星，而冥王星一經發現就被認定是行星，天文學家們還沒有足夠的心理準備來接受有關它大小的真相。

為了讓冥王星維持一個體面的大小，天文學家們不惜將它假定為是一個表面反光率極低、如同巨型煤球一樣的天體。而事實上，處在連氣體都能凝結成冰的外太陽系的冥王星是一個具有極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。這一顯而易見的可能性被蒙蔽了幾十年，直到20世紀70年代中期才終于被確定。反光率的調整立即對冥王星的質量估算產生了巨大影響，它的質量一下子縮小了兩個數量級，它對天王星和海王星的引力攝動甚至還不如地球對它們的引力攝動來得大。1993年，天文學家們借助于“旅行者號”飛船所得到的最新數據重新計算了天王星與海王星的軌道，再次確認了不存在任何需要用新行星來解釋的偏差。

冥王星的發現完全是一個多重錯誤導致的果實：羅威爾等人對冥王星軌道的計算是依據了錯誤數據所作的無效分析；而湯博對冥王星的搜索則是起源于羅威爾天文臺對一個錯誤心愿的盲目繼承。所有這一切錯誤之所以最終結出了一個如此美麗的果實，全靠湯博在寒冷的亞里桑那高原上為期十個月的頑強搜索，這是整個冥王星故事中的唯一必然。

（待續）

編者按：因版面所限，本文有較大刪節，對更多細節感興趣的讀者請參閱作者的原稿（原稿網址為：http://changhai.org/read.php?article=13-14）