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直到18世纪，人类认知里的“太阳系”仍旧只有“六大行星 （水金地火木土） ”，其中距离太远的就是土星，它距离太阳的平均距离约为14亿千米。不仅如此，从水星、金星，直到木星、土星，都是“古已有之”的天体，人类与它们打了几千年的交道。当时恐怕没有人想到，这远远不是“太阳系”的“庐山真面目”。
“票友”的伟大胜利
今天的人们当然知道，在土星的外围，还有两颗大行星 （天王星与海王星） 围绕着太阳旋转。说起来，其中的天王星倒也没有远到看不见的程度。在夜空里，天王星的亮度足可让肉眼勉强看见。实际上，在历史上，它也至少已被天文学家观测到超过10次，并一一记录在案，但每次都被误认为恒星而轻轻放过了。 直到威廉·赫歇耳 （1738—1822） 的伟大发现纠正了这个错误。
说起来，虽然后世往往恭维威廉·赫歇耳为“伟大的天文学家”，乃至“恒星天文学之父”，但在当时，他并非科班出身，而只是一位爱好天文观测的乐手。用今天的名词形容，赫歇耳算是个不折不扣的“票友”。
威廉·赫歇耳，出生于德国汉诺威，英国天文学家及音乐家，有多项天文发现，1781 年发现天王星，被后世誉为“恒星天文学之父”
威廉·赫歇耳18岁时，“七年战争”爆发，欧洲列强几乎都卷入了这场混战。当时正是“排队枪毙”战术在欧洲大行其道之际，每逢战阵，军乐队都要演奏音乐，以助军威。火枪方阵则跟着音乐节奏踩准步点前进。但威廉·赫歇耳对此毫无兴趣，再加上日夜行军、风餐露宿、作战厮杀，他实在受不了了。在开战的第二年，赫歇耳选择当了逃兵，混在逃荒的人群中，登上了一艘驶往英国的难民船。据说他在多佛上岸时，口袋里只有一枚法国银币，不谙英语，人地生疏，为了逃避缉捕，还要东躲西藏。好在千金在手不如一技傍身，依靠娴熟的音乐技艺，赫歇耳先靠为人誊写乐谱糊口，后到军乐团和教堂演奏为生。到1766年，他已经成为著名的风琴手兼音乐教师，每周指导的学生多达35名，生计再也无虞了。
音乐仅是赫歇耳的谋生手段。他真正的爱好却是天文观测。他对这种枯燥无味的业余爱好是如此痴迷，以至于他的妹妹卡罗琳·赫歇耳也受其感染而爱上了天文观测，最终成为历史上第一个以天文研究为职业的女科学家。
1776年，赫歇耳已经制造出焦距3米和6米的反射望远镜。有了如此精良 （以当时标准） 的武器，他便从1779年开始“巡天”观测。短短两年之后，人类的天文学便迎来了一个历史性的时刻。
彩绘版画，威廉和卡罗琳·赫歇耳正在给一架望远镜的镜片抛光。卡罗琳·赫歇耳是威廉·赫歇耳的妹妹，受他的影响也爱上了天文观测，最终成为历史上第一个以天文研究为职业的女科学家
1781年3月13日夜幕降临时，43岁的威廉·赫歇耳又一次兴冲冲地跑上了楼上的平台，架起那台自己磨制的望远镜。突然，望远镜的视场内出现了一个相当明亮、略带暗绿色的光点，凝神一看，似乎又有一个极小的圆面。这是个极不寻常的细节：恒星会自己发光，因此其小小光点在望远镜内是闪烁不停的，只有自身并非发光源的行星的星光才会稳如泰山，纹丝不动。第二夜，赫歇耳带着急切的心情又找到了这颗陌生的星星。果然，他发现昨天那个“圆面”的位置又有了小小的改变。连续四个夜晚的跟踪观测使他确信，他发现的是太阳系内的天体——而不是恒星！
赫歇耳发现天王星时所使用的牛顿反射式望远镜（复制品），现藏英格兰萨默塞特郡巴斯的赫歇耳天文博物馆
起先，赫歇耳把他的新发现当作一颗“彗星”。奇怪的是，当他仔细观察这颗“彗星”的时候，发现了一些异常的情况：这颗“彗星”并没有彗发和彗尾，而且并不像其他彗星一样轨道是椭圆形，而是近乎圆形的轨道。所以赫歇耳认为这可能是一颗独立运行的行星。不久之后，至今仍在《高等数学》教材里“折磨”学生的法国数学家拉普拉斯计算出该天体的轨道：距离太阳大约19.18天文单位 （约28.7亿千米） ，轨道偏心率介于木星与土星之间。至此，一切疑云烟消云散。威廉·赫歇耳发现了“太阳系”中的一颗大行星——同时也是第一颗由望远镜发现的大行星。
“乌拉诺斯”之星
这个划时代的大行星究竟应该叫什么名字呢？ 按照天文学的惯例，发现者可以为新天体命名。
那么，赫歇耳打算起为行星起什么名字呢？答案是“乔治星 （Georgium Sidus） ”。 很明显，他是用这个名字表达对英王乔治三世的尊敬。从乔治三世对他的知遇之恩这一点来看，这原本也无可厚非。谁知这个提议在国际天文界的反应极为冷淡。大约是不愿被人误认是用行星的名字来攀附权贵。绝大多数的天文学家，还是建议遵循惯例，以古代希腊罗马神话的名字来为行星命名。当时的普鲁士柏林天文台长约翰·波得提议，将其称为“乌拉诺斯 （Uran us） ”。
马赛克地板画，乌拉诺斯与盖亚，出土于意大利马尔凯的萨索费拉托，约制作于公元前 250- 前200 年。图中乌拉诺斯站在一株绿树和一株秃树前，身边围绕装饰十二星座的带状物，象征其是掌握时间的永恒“天空之神”；坐在他前面的是盖亚和四个孩子，可能代表四季
在希腊神话里，乌拉诺斯 （Οὐρανός） 是第一代统治宇宙的“天空之神”。正是他创造出大地、湖泊、江河与海洋。后来他又在海洋中创造了鱼类，在大地上创造了花草树木和大大小小的动物。从这个说法看，乌拉诺斯的所作所为就跟《圣经·创世纪》里的“上帝”差不多。在希腊神话里，乌拉诺斯与“大地之神”盖亚结合，生下了后来的天神克罗诺斯。细算起来，后来在奥林匹斯山上主宰一切的“众神之王”宙斯只是乌拉诺斯的孙儿罢了。
实际上，将新行星冠以“乌拉诺斯”延续了西方世界对木星、土星的命名方式。古代的罗马人把“木星”称为“朱庇特星”。众所周知，罗马神话里的“朱庇特”就抄袭自希腊神话中的“宙斯”。而“土星”的名称则来自罗马神话中的农业之神“萨图尔努斯”——“朱庇特”的父亲。既然“土星”是“木星”的父亲，按照同样的逻辑，在土星轨道之外发现的新行星当然就应该是“土星”的父亲了。其实，萨图尔努斯本来是罗马最古老的神祇之一。但随着古代罗马、希腊文化的交融，从前3世纪开始，他就与希腊神话中的“克罗诺斯” （同样也是“宙斯”的父亲） 混同起来。因此，“克罗诺斯”的父亲“乌拉诺斯”当然就应该是新行星的名字了。
要是今天的中文也将其称作“乌拉诺斯星”的话，如此难以记忆的名字无疑将成为考生的噩梦。值得庆幸的是，近代西方天文学传入中国之初，这颗行星就有了简洁的意译。既然“乌拉诺斯”是位地位如此显赫的“天空之神”，李善兰等人于1859年翻译《谈天》时，就按照神话人物的内涵将其中文名定为“天王星”。不言而喻，这个名字比音译的“乌拉诺斯星”要好得多。所以与中国共享汉字文化的日本 （てんのうせい/tenousei） 、韩国与朝鲜 （천왕성/ cheonwangseong） 及越南 （Sao Thiên Vương或者Thiên Vương tinh） 里的相关名称，其实也就是对“天王星”的不同读法了。
“天王星”的命名就此尘埃落定。有趣的是，赫歇耳后来还曾发现了两颗天王星的卫星 （“天卫三”与“天卫四”） 。很久之后，他的儿子 （约翰·赫歇耳） 吸取了老爸起名“乔治星”失败的教训，分别将其命名为“奥勃龙 （Oberon） ”和“缇坦尼娅 （Tiania） ”——莎士比亚名剧《仲夏夜之梦》中的仙王和仙后。看起来，威廉·赫歇耳注定与天王星有缘。他享寿84岁，恰好是天王星的公转周期。
海王之名
太阳系第八颗大行星的发现，堪称人类数学和物理学的最伟大的胜利。同时，这也意味着人类认知的太阳系边界又一次向外延展了约17亿千米。新行星距太阳约45亿千米，是地球到太阳距离的约30倍。它绕太阳一周约165年。从发现到现在，170多年间，它绕太阳才刚刚走完一周而已。
与发现天王星时的情形如出一辙，围绕着如何为这颗新行星命名，国际天文学界又免不了一场唇枪舌战。勒维烈抢在英国人之前发现了新行星，这极大地满足了法国人的民族主义虚荣心。法国人不但将勒维烈这位“民族英雄”的肖像印上了50法郎的纸币，还理直气壮地提出建议，将新行星称为“勒维烈之星”。
尼普顿雕像，由安东尼·柯塞沃克制作于1705年，现藏卢浮宫
英国人对此当然不买账，建议命名为“俄刻阿诺斯之星 （Oceanus） ”。这个名字来自古代希腊神话中的俄刻阿诺斯，从词根就不难明白，如今印欧语言的“海洋”一词大抵也都来自这位大洋河神。考虑到新的行星在大望远镜中呈现淡蓝色，容易使人联想到大海。这个“俄刻阿诺斯之星”的名称倒是有些道理，起码比观测到新行星的加勒的提议要合理一些。
后者建议起名为“雅努斯 （IANVS） ”。这是一位罗马神话中看守门户的双面神。罗马士兵出征时，都要从象征“雅努斯”的拱门下穿过，发展成四方双拱门，后来欧洲各国的凯旋门形式都是由此而来。单凭这点，似乎看不到跟新行星有什么关系……
作为新行星的“纸面”发现者，勒维烈倒是没有坚持用自己的名字命名。不久，他提出了一个新建议：“尼普顿之星 （Neptune） ”。罗马神话中的“尼普顿”有着自己的希腊原型——“波塞冬”。在国内，或许是由于《圣斗士星矢》系列动漫的关系，这位海王“波塞冬”的知名度大大超过了罗马版本的“尼普顿”。
说来有趣，古代的希腊神话，活生生一部父子相残的宫斗大戏。克罗诺斯推翻其父亲乌拉诺斯取得最高权力，结果他跟自己的几个儿子也变成了生死冤家，领头领导儿子们反抗老爸的，就是大名鼎鼎的“宙斯”。最后，克罗诺斯被儿子们扔进了黑暗的地狱。为了选出第三代神王，“大地之神”盖亚做了三个阄儿，分别写上“天界”“海洋”“冥土”。结果，最小的三弟宙斯抓到了“天界”，成为高居奥林匹斯山巅的“众神之王”；二哥普鲁托抓到了“冥土”，成为统治地狱的“冥王”；大哥波塞冬则抓到了“海洋”，成了掌管大海的“海王”。
勒维烈画像，法国工艺学院的天文学教师
如同中国传统神话里的龙王一样，海王波塞冬在海底建造了一座巨大的海洋宫殿。可是总待在海洋里，日子一久波塞冬便感到不满足，还想占据一块陆地。在希腊神话里，波塞冬曾与力量和聪慧的化身雅典娜女神争夺一座希腊城市的命名权。按辈分说起来，雅典娜 （宙斯的女儿） 还得叫波塞冬一声伯父。但古希腊神话压根不讲“父慈子孝”“兄友弟恭”那套，雅典娜毫不谦让地赢得了与波塞冬的竞赛，将自己的名字赋予了那座美丽的希腊城市——这就是希腊首都“雅典”的来历。
尽管波塞冬在神话里“丢掉”了雅典，但在近代的太阳系，他在罗马神话中所对应的“尼普顿”却赢得了一席之地。某种意义上说，勒维烈想出来的“尼普顿”这个名字倒像是一个“和稀泥”的产物。它与加勒建议的“雅努斯”一样来自罗马神话。与此同时，它又与英国人主张的“俄刻阿诺斯”一样可以联系到海洋——因为在希腊神话里，波塞冬最终取代了俄刻阿诺斯海洋主宰的地位。于是，此名一出，德裔俄国天文学家、德高望重的斯特鲁维立即在1846年12月29日在圣彼得堡科学院挺身而出加以背书，大多数人随后也表示支持。这样一来，太阳系的第八颗大行星遂被命名为“尼普顿之星 （Neptune） ” （希腊语叫“波塞冬之星”） 。就连天文学上表示这个行星的符号，也采用了波塞冬手中武器，可以让大地震撼、海浪滔天的“三叉戟”形象。
与天王星一样，“尼普顿之星 （Neptune） ”在进入东方世界时采用了“意译”。尼普顿 （波塞冬） 既为“海王”，又有“天王星”先例在先，中文采用“海王星”为名，实在也是顺理成章。其影响所及，日、韩、朝、越亦转舶而去，分别将“海王星”称为“かいおうせい （kaiousei） ”“해왕성 （haewangseong） ”以及“Sao Hải Vương （或Hải Vương tinh） ”了。就连看不到大海的蒙古国，也将“海王星”称作“Далайн ван （Dalain Van） ”。它直译过来，也是“海洋之王”的意思。“海王星”在不同地方的名字，就是如此万变不离其宗。
“旅行者”的奇遇
海王星的发现，等于为天王星找到了藏匿已久的“孪生弟弟”。海王星比天王星略小，其半径是天王星的97.4%，为24750千米。两者的质量也只相差18% （海王星略大一些） 。海王星的平均密度为1.66克/厘米，比水大不了多少。除此之外，海王星和天王星的大气、内部结构状况也极为相似，在氢、氦为主的大气下有一层冰外壳……然而，这对“双胞胎”距离地球实在是太过遥远。它们的表面究竟是个怎么样的模样，这个疑问在海王星发现之后又持续了一个半世纪之久。
1977年，肯尼迪航天中心与卡纳维拉尔角空军基地先后发射了两颗无人探测器，这就是至今仍在宇宙翱翔的“旅行者2号” （1977年8月20日） 与“旅行者1号” （1977年9月5日） 。在1981年向土星告别之后，两艘“旅行者”宣告分道扬镳。“旅行者1号”朝着太阳系的边界直飞而去，“旅行者2号”则向天王星、海王星奔驰。后者经过4年多枯燥乏味的无声旅行，走过了几十亿千米的漫长旅程，终于在1985年底开始进入“乌拉诺斯”王国的领域。
旅行者2号于1986年拍摄到的天王星照片
第二年的1月到2月，“旅行者2号”在天王星身边逗留了30多天，最近时距离它只有8万多千米，先后向地球传回了7000多幅天王星全景、近景和特写电视图像。天文学家们从中得到的资料比发现天王星以来204年的总和还多几十倍，可谓价值连城。
从“旅行者2号”照相机拍摄的照片看，天王星的表面是蓝绿色的。这是因为天王星上空的云中有一层甲烷雾，甲烷吸收红光，散射蓝光和绿光，所以天王星呈淡淡的蓝绿色。在照相机前天王星色彩均匀，几乎没有显示出任何细节特征，静如止水，平淡无奇。
然而，看似平静的天王星其实是个十足的炼狱。“旅行者2号”接近天王星表面的时间不过短短十几秒钟，但仅此区区1/4分钟所得的资料已足以确定，在天王星厚达几千米的大气 （80%是氢） 之下的是汪洋大海。组成这个海洋的是真正的水，但与地球大海中的水截然不同，它的温度高得骇人，它比地球上的炼钢炉里的钢水温度还高1倍多，达三四千度！天王星上的水之所以没有沸腾蒸干，完全是因为它“身上”承受着几千个大气压的关系 （压力越高，水的沸点也越高） 。据计算，天王星上的大海深达8000千米，这比地球上最深的马里亚纳海沟 （11千米） 深700多倍。要是把火星投进去，它将全部沉没于天王星海底！
“旅行者 2 号”于 1989年8月拍摄到的海王星照片
由于地面收到“旅行者2号”实拍图像时正好是晚上9时的“黄金时间”，美国公共广播电视网 （PBS） 破天荒地转播了从45亿千米之外发回的一幅幅神奇的照片。从此，人类对海王星的了解再也不像雾里看花那样朦朦胧胧了。
与“孪生哥哥”天王星截然不同，呈现在“旅行者2号”面前的海王星显得狂躁不安。 海王星的大气层动荡不定，大气中含有由冰冻甲烷构成的白云和大面积气旋，跟随在气旋后面的是时速高达640千米的飓风。 在海王星的南半球有一个醒目的大黑斑。 天文学家认为它也是一个大气旋，是令人惊心动魄的风暴区。
“旅行者 2 号”拍摄到的海王星卫星“海卫一”的照片，确认其为是太阳系中唯一一颗沿行星自转方向逆行的大卫星，也是太阳系中最冷的天体（表面温度为 -240 摄氏度），并且表面耸起高达 5.6 千米、由气体和尘埃组成的细长烟柱
当然，“旅行者2号”与海王星的相遇，既是初见，也是告别。“拜访”海王星之后，它就径直向着太阳系的边界飞去。2018年12月10日，美国国家宇航局确认，“旅行者2号”已于2018年11月5日离开太阳系……很遗憾，由于行星位置的关系，“旅行者2号”错过了冥王星——那颗早在海王星发现不久就被勒维烈预言过的行星：“对这颗新行星 （海王星） 观测三四十年以后，我们又将能利用它来发现就离太阳远近而言紧随其后的那颗行星。”
参考文献：
卞毓麟《追星 关于天文、历史、艺术与宗教的传奇》
张明昌《宇宙索奇》
李芝萍《探索太阳系》
END
作
者丨
郭晔旻
编辑 | 詹茜卉
校对 | 王用鑫
排版 | 孙蔚
*本文摘编自《国家人文历史》2021年4月上，原标题为《“天王”与“海王” 难匿行踪的“双胞胎”》，系“国家人文历史”独家稿件，欢迎读者转发朋友圈。
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