6 失而复得

星空的浩渺对于没有真正体验过它的人来说是不容易想象的。即便知道了距离，以及大致的轨道平面，即便离地球如此之近，寻找一颗新行星依然不是一件容易的事情，因为行星出现在轨道的哪一段上仍然是未知的。这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，因为逃犯躲在城市的哪个角落仍然是未知的。

当时有意在夜空中抓捕“逃犯”的“警察”还真不少，其中有位叫做扎克（Franz Xaver von Zach）的匈牙利人尤为热心。他曾经拜访过赫歇耳，并从此对寻找新行星产生了浓厚兴趣。自1787年以来，扎克花了整整13年的时间试图寻找位于火星与木星之间的新行星，却一无所获。眼看着“逃犯”将要安然度过18世纪，扎克意识到单枪匹马抓捕“逃犯”的效率实在太低，便决定改变策略。他找了几位运气跟他差不多坏的伙伴商议了一下，决定将新行星的轨道区域分为24块，分别交由24位“天空警察”进行分片搜索。布下这样的天罗地网，无论狡猾的“逃犯”躲在哪个角落都将会难以遁形。老实说，这个分片包干的金点子并非扎克的首创，而是以前就有人提议过，只不过从未付诸实施。

出人意料的是，正当扎克广发英雄帖给欧洲各地的天文学家，抓捕计划已如箭在弦的时候，从意大利的西西里岛（Sicily）忽然传来了“逃犯”落网的消息！勇擒“逃犯”的是一位单枪匹马的“明星警察”，名叫皮亚奇（Giuseppe Piazzi），他当时从事的工作并不是“抓逃犯”，而是“查户口”——为6700多颗星星确定坐标。这是一项枯燥而繁重的工作，为了完成这项工作，皮亚奇一片一片有规律地巡视着星空，在这点上他很像当年的赫歇耳。他这苦力活一干就是11年。1801年1月1日，新世纪来临后的第一天，皮亚奇的望远镜指向了金牛座。这个星座真是天文学家们的幸运星座，20年前赫歇耳就是在这附近发现了天王星，而此刻“户籍警”皮亚奇也在这里迎来了自己一生的一个重要时刻。他对这一小片天区中的50颗星星的坐标进行了记录，第二天，当他对这些星星进行复核时，发现其中有一颗暗淡星体的位置发生了移动！为了确定这种移动不是观测误差，皮亚奇立即对这一天体进行了跟踪观测，结果证实了这种移动的确是天体本身的移动。

意大利天文学家
皮亚奇（1746—1826）

1月24日，皮亚奇写信向同事波德、拉兰德（Joseph Lalande）及挚友奥里安尼（Barnaba Oriani）宣布了自己的发现。为了谨慎起见，他在给波德和拉兰德的信中将自己发现的天体称为彗星。毫无疑问，这是一个与赫歇耳将天王星称为彗星同样的错误。不过在经历了天王星的发现后，皮亚奇比赫歇耳要稍稍大胆一点，他在给挚友奥里安尼的信中指出这个天体有可能是一个“比彗星更好”的东西，因为它的运动缓慢而均匀，并且不像彗星那样朦胧。为了最终确定这个天体的性质，皮亚奇决定进行更多的观测，并计算它的轨道。可惜他的观测只进行到2月11日就因病中止了。而这时波德、拉兰德及奥里安尼尚未收到他的信件。等那三位收到姗姗来迟的信件，想要确认皮亚奇的观测结果时，新天体已经运动到了太阳附近，消失在了光天化日之中。

虽然失去了当场验证的机会，但波德（他直到3月20日才收到皮亚奇的信）坚信那就是自己期待已久的新行星。当然，相信归相信，最终的判断只能留给观测。好在新天体是不可能一辈子躲在太阳背后的，至多几个月，它必将重返夜空。可问题是：那时候到哪里去找回这颗暗淡的新天体呢？事实证明，这个问题并非杞人忧天，这颗“越狱逃亡”的新天体并没有因为留下过案底就变得容易寻找。日子一天天流淌着，无论天文学家们如何努力，皮亚奇的新天体却再也没有露面。

有读者可能会问：皮亚奇不是对新天体进行了跟踪观测吗？从他的观测数据中把新天体的轨道计算出来不就行了？这个想法是一点都不错的，可实际做起来却绝非易事。在新天体失踪的那些日子里，扎克（他也深信皮亚奇的新天体就是自己想要寻找的新行星）的学生伯克哈特（Johann Karl Burckhardt）就曾对新天体的轨道进行了计算。按照他的计算，天文学家们采取了突击搜查，可惜却扑了个空。皮亚奇自己也进行过计算，结果也劳而无功。计算新天体的轨道之所以困难，是因为皮亚奇的观测只持续了一个多月，所涵盖的只是新天体公转周期的2%左右，而且其中还很不凑巧地包含了表观逆行部分，使结果变得更为复杂。要从这样的观测片断中推算出整个轨道来，无疑是很困难的。更何况观测总是有误差，从这么少的观测数据来推断轨道极易造成误差的放大。最后，我们也不能忘记当时还没有计算机，所有的计算都要依靠纸和笔来完成，这样的计算动辄就要花费很长的时间，有时甚至还不如拿起望远镜直接碰运气来得快捷。因此，推断新天体的轨道，从而预测新天体的位置虽然不是不可能，但却需要福尔摩斯般的技巧，只有第一流的数学高手才能将这种可能性变为现实。

幸运的是，当时就有一位这样的数学高手前来助人为乐。此人还不是一般的高手，他就是人类有史以来最伟大的数学天才之一，被后人尊称为“数学王子”的德国数学家高斯（Carl Friedrich Gauss）。

当天文学家们为寻找皮亚奇的新天体而忙碌时，这位当时才24岁的数学天才决定助他们一臂之力。在这个节骨眼上，由高斯这样的数学巨匠（虽然当时的高斯还不像后来那么有名）来帮天文学家们计算一个小小的天体轨道，简直就像是摇滚巨星跑来替一家小酒馆义演。高斯仅用两个月的时间，就不仅计算出了新天体的轨道，而且提出了比旧方法高明得多的一整套计算轨道的新方法^[1]。高斯把他的计算结果寄给了扎克，后者欣喜若狂，立即公诸于世。借助高斯的计算结果，扎克于1801年12月7日重新找到了皮亚奇的新天体。经过持续观测，他终于在1802年的新年钟声即将敲响的那个夜晚确认了新天体的二度落网，它的位置与高斯的预测只差半度。几个小时之后，德国业余天文学家奥伯斯（Heinrich Wilhelm Olbers）也独立地确认了同样的发现。这颗在1801年的第一个夜晚被“抓获”，又在同一年的最后一个夜晚被重新“捉拿归案”的新天体被称为色列斯（Ceres）（图5）。这是皮亚奇所取的名字，它是罗马神话中的谷物女神，同时也是皮亚奇所在的西西里岛的保护神。在中文中这一天体被称为谷神星^[2]。

图5 哈勃望远镜拍摄的谷神星

高斯的计算相当精确地给出了谷神星的轨道，它的半径被确定为2.77天文单位，与提丢斯-波德定则吻合得很好（误差只有1%）。看来人们终于找到了位于火星与木星之间的新行星。事实上，早在谷神星被找回之前，对提丢斯-波德定则深信不疑的波德就已急不可耐地将之称为行星了。不过在欣喜之余，天文学家们也感到了一丝困惑：谷神星被皮亚奇发现时的视星等只有8，不仅无法与金、木、水、火、土五大行星相比，甚至比遥远的天王星还暗淡得多。一颗距地球如此之近的行星，为什么会如此暗淡呢？