提去斯-波得的數學遊戲

在遙遠的古代,人們就發現了天空上有5顆行星,這就是水星、金星、火星、木星和土星。因為這5顆星很亮,而且又在其他星星當中穿梭行走,所以古代人很容易憑著肉眼認出它們。後來,天文學家又靠望遠鏡的幫助,先後發現了天王星、海王星和冥王星。天文學家告訴我們,太陽係裏除了九大行星以外,還有成千上萬的小行星,它們雖然很小、很暗,但是它們和九大行星一樣,也在繞著太陽公轉。

那麼,小行星是怎樣被人們發現的呢?這裏還有一段故事呢。

早在1766年,那時候,天王星還沒有被人們發現,有一位名叫提丟斯的德國天文學家,在研究五大行星的時候,發現了五大行星到太陽的距離有一種特殊的分布規律。到1772年,另外一位名叫波得的德國天文學家進一步研究了這個問題,並且把五大行星這種特殊的距離分布規律,用數學公式描述出來,後來被叫做提丟斯-波得定則。根據提丟斯-波得定則,可以算出離太陽由遠到近的每個行星的距離。

有的天文學家根據這個定則,推算出土星軌道以外的一顆行星的距離,後來,英國著名天文學家赫歇耳在土星軌道以外發現了天王星。經過精確的測量,證明天王星到太陽的距離也符合提丟斯-波得定則。這樣一來,人們就更相信這個定則了。

但是,提丟斯-波構定則提出以後不冬,人們就發現有這樣一個問題:用這個定則很容易計算出,在火星軌道和木星軌道之間還應該有一顆行星。可是直到天王星被發現以後,天文學家們一直沒有在這個地方發現行星,好像這個區域裏出現了空缺。

穀神星的發現

為了尋找這顆行星,世界上不少天文學家使用了當時的觀測手段,都想把這顆躲起來的行星找出來。

在1801年元旦的夜晚,意大利西西裏天文台台長皮阿齊,用望遠鏡在火星軌道和木星軌道之間,發現了一個新的星點。皮阿齊連續觀測了幾個夜晚,發現這個星點不斷改變它在恒星背景上的位置,就像別的行星那樣在恒星背景中穿梭行走。他開始以為這是一顆沒有尾巴的彗星。後來,經過反複的觀測和計算,終於確定這是一顆在火星軌道和木星軌道之間,繞太陽運行的天體。他把這顆像行星一樣的天體叫做穀神星。穀神星的直徑大約700多千米,繞太陽公轉的周期是1680天,它到太陽的距離,剛好符合提丟斯-波得定則。

穀神星被發現後,由於提丟斯-波得定則而產生的種種疑問好像都有了答案,因為穀神星剛好填補了火星軌道和木星軌道之間的空隙,所以當時不少天文學家就把穀神星列人行星的隊伍裏,認為這就是他們一直在尋找的那顆躲著的行星。但是當時也有一些人對穀神星很懷疑,其中有一位是業餘天文愛好者,名叫奧伯斯。

智神星的“麻煩”