【閃文集】科學家的攝動

THE MERIT TIMES

文／林一平 2023-09-05

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文／林一平

攝動（Perturbation）是指大質量天體在受到一個或多個質量體的引力影響下，所產生的可觀察到的複雜運動。當牛頓（Isaac Newton; 1642–1726）推導出引力運動的理論時，他發現了攝動的存在，並了解到這種計算的複雜性和困難度。攝動為天文學帶來了一個以理論預測而非人工望遠鏡觀測發現的重要範例。

這個範例是以法國天文學家勒維耶（Urbain Le Verrier；1811-1877）的攝動計算為中心。故事從十八世紀的英國天文學家威廉·赫歇爾（William Herschel）開始說起。1781年3月13日，他使用自製望遠鏡觀測到天王星，最初將其誤認為一顆彗星，但後來證實它是一顆新的行星。威廉·赫歇爾的兒子約翰·赫歇爾（John Herschel）也是一位著名的天文學家，他繼承了父親的研究，對天王星進行了進一步的觀測和研究，加深了對其軌道和特性的理解。

然而，十九世紀的英國天文學家查利斯（James Matthew Challis）在確認天王星軌道時遇到困難，他的觀測結果與赫歇爾的預測不符。查利斯開始搜索預測位置的行星，但由於預測有誤，他面臨著挑戰。不幸的是，他未能在觀測中推測出海王星的存在，錯過了這一發現的機會。

1846年9月，勒維耶利用對天王星軌道的攝動計算，預測了海王星的存在和可能的位置，被稱為「神祕使者」。隨後，德國天文學家約翰·哥特弗里德·加勒（Johann Gottfried Galle）根據勒維耶的攝動計算觀測到並確認了海王星的存在，這一發現為加勒帶來了盛名。

其他的觀測結果也導致了對於天王星之外存在其他未知天體的猜測，這些觀測在冥王星的發現過程中起到了重要作用。雖然查利斯在尋找海王星的歷史中扮演了一定角色，但是他的努力被加勒的發現所掩蓋；儘管如此，查利斯的工作和攝動的概念，對於整體天體力學的理解和新天體的發現至關重要。

整個過程中，透過數學預測而發現海王星是一大創舉。勒維耶預測的海王星位置與實際只相差不到一度。勒維耶的預測不僅證明了攝動理論的有效性，也驗證了牛頓力學的適用性。為了表彰他的貢獻，勒維耶的名字被刻在艾菲爾鐵塔上，同時也象徵著人類對天文學和科學的持續探索和進步。

海王星在天文學符號中用波賽頓的三叉戟「♆」表示，象徵著它是雙魚座（Pisces）的守護神。這個符號在象徵和命名新發現的天體時非常重要。波賽頓是羅馬神話中的海神，他的三叉戟象徵著他在海洋中的統治力量。將這個符號用於代表海王星，是對他作為一顆遙遠行星和其所代表的神祕與力量的象徵。這些象徵和紀念的意義在於提醒我們過去天文學發現的重要性，以及那些為我們對宇宙的理解做出巨大貢獻的科學家，也激發著人類對宇宙探索的好奇心，鼓勵著我們繼續探索和了解更多關於宇宙的奧祕。

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