記得念小學(xué)的時候，讀過一篇課文，叫做 “數(shù)星星的孩子”，講述漢朝天文學(xué)家張衡的童年故事。時隔這么多年，小學(xué)的很多課文我已經(jīng)忘記了，但那篇數(shù)星星的課文卻依然歷歷在目。那時候，我住在杭州的郊外，家門口有一個池塘，在許多個晴朗的夏夜里，我和小伙伴們常常坐在池塘邊仰望星空。那時候，郊外的天空還沒有被都市的燈光所污染，在廣袤的天幕下，那一顆顆璀璨奪目的星星顯得格外的晶瑩和美麗。自遠古以來，這種無與倫比的美麗就吸引了一代又一代的追隨者，他們中的一些人甚至將自己的一生都獻給了探索星空奧秘的科學(xué)事業(yè)。人類尋找太陽系疆界的故事只是科學(xué)史上的幾朵小小浪花，但在那些故事中，有浪漫，也有艱辛；有情理之中，也有意料之外；有功成名就的興奮，也有錯失良機的遺憾。它們就像天上的星星一樣美麗動人……
　　28、深空隱秘
　　發(fā)現(xiàn)冥王星之后，湯博并未離開尋找太陽系疆界的孤獨事業(yè)，他投入了另外13年的漫長時光，繼續(xù)搜索更遙遠的行星。他的搜索范圍超過了整個夜空的2/3，他所涵蓋的最低亮度達到了17等，他對比過的天體多達九千萬個。在那13年里，他發(fā)現(xiàn)了6個星團、14顆小行星及一顆彗星，但卻沒能發(fā)現(xiàn)任何冥王星以外的新行星。
　　那么，冥王星軌道是否就是太陽系的疆界呢？既然觀測一時還無法回答這個問題，天文學(xué)家們便展開了理論上的探討。不過那探討不再是像亞當(dāng)斯與勒維耶那樣的精密計算。由于冥王星的發(fā)現(xiàn)已屬巧合，在那之后的天文學(xué)家們即使在做夢的時候，恐怕也很少會再幻想重演一次筆尖上預(yù)言新行星的奇跡了。但是，精密的預(yù)言雖不可能，粗略猜測一下太陽系的疆界在哪里卻還是可以的。
　　那樣的猜測幾乎立刻就出現(xiàn)了。冥王星發(fā)現(xiàn)之初，美國加州大學(xué)的天文學(xué)家利奧納德(Frederick C. Leonard)就猜測冥王星的發(fā)現(xiàn)有可能意味著一系列海外天體(trans?Neptunian object，TNO)將被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)。應(yīng)該說，在經(jīng)歷了天王星、海王星及冥王星的發(fā)現(xiàn)之后，單純作出這樣一個猜測已無需太高級的想象力了。不過，比單純猜測更有價值的是，1943年愛爾蘭天文學(xué)家埃奇沃斯(Kenneth Edgeworth)提出的稍具系統(tǒng)性的觀點。
　　在介紹埃奇沃斯的觀點之前，讓我們稍稍介紹一下太陽系的起源學(xué)說。在科學(xué)上，幾乎任何東西人類、生命、地球乃至宇宙的起源都是值得探究的課題，太陽系的起源也不例外。自18世紀康德(Immanuel Kant)和拉普拉斯(Pierre?Simon Laplace)彼此獨立地提出了著名的星云假說以來，天文學(xué)家們關(guān)于太陽系起源的主流觀點是，太陽系是由一個星云演化而來的。這其中行星的形成，乃是來自于星云盤上的物質(zhì)彼此碰撞吸積的過程。
　　按照這種理論，行星形成過程的順利與否與星云物質(zhì)的密度有很大的關(guān)系。星云物質(zhì)的密度越低，則引力相互作用越弱，星云盤上物質(zhì)相互碰撞的幾率越小，從而吸積過程就越緩慢，行星的形成也就越困難。當(dāng)星云物質(zhì)的密度低到一定程度時，行星的形成過程有可能緩慢到在太陽系迄今50億年的整個演化過程中都無法完成，而只能造就一些“半成品”：小天體。埃奇沃斯認為，海王星以外的情形便是如此。那里的星云物質(zhì)分布是如此稀疏，以至于行星的形成過程無法進行到底，而只能形成為數(shù)眾多的小天體。由此他提出，人們將會在海王星之外不斷地發(fā)現(xiàn)小天體，且那些小天體中的某一些會偶爾進入內(nèi)太陽系，成為彗星。
　　無獨有偶，1951年，美籍荷蘭裔天文學(xué)家柯伊伯(Gerard Kuiper)也注意到了太陽系物質(zhì)分布在海王星之外的急劇減少。與利奧納德類似，他也認為那樣的物質(zhì)分布會形成一系列小天體而非大行星柯伊伯并未在自己的論文中提及埃奇沃斯的工作，這一點使得后來有歷史學(xué)家對他是真的不知道埃奇沃斯的工作，還是暗中“借用”了對方的想法產(chǎn)生了疑問。。但與利奧納德以及后來的天文學(xué)家們不同的是，柯伊伯認為那些曾經(jīng)存在過的小天體早已被冥王星的引力作用甩到了更遙遠的區(qū)域，不會再存在于距太陽30～50天文單位的區(qū)域中了。換句話說，他認為在冥王星軌道的附近曾經(jīng)有過大量的小天體，但目前已不復(fù)存在。在這點上，柯伊伯犯了一個可以原諒的錯誤，他以為冥王星的質(zhì)量接近于地球質(zhì)量(這在當(dāng)時被認為是有可能的)，從而有足夠的引力來做到這一點。而事實上，如我們在上章中介紹的，冥王星的質(zhì)量只有地球質(zhì)量的0.21%。
　　埃奇沃斯與柯伊伯的想法在接下來的十年間并未引起重視。但常言道: 是金子總會發(fā)光的。一個合理的想法縱然一時沉寂，終究還是會復(fù)活的。1962年，在美國工作的加拿大天文學(xué)家卡梅倫(Alastair Cameron)提出了類似的看法。兩年后，美國天文學(xué)家惠普爾(Fred Whipple)也加入了這一行列�；萜諣柕难芯勘惹懊鎺孜桓�加深入，除了猜測在海王星之外存在類似于小行星帶的結(jié)構(gòu)外，他還試圖研究那些小天體對天王星和海王星軌道的攝動，但沒能得到可靠的結(jié)果。1967年，惠普爾及其合作者又研究了七顆軌道延伸到天王星之外的彗星，試圖尋找來自海外天體的引力干擾，結(jié)果也未發(fā)現(xiàn)任何可察覺的干擾。由此他們估計出那些小天體如果存在的話的總質(zhì)量必定遠小于地球質(zhì)量。他們的這一估計在如今看來是頗有前瞻性的，但在當(dāng)時卻是一個有點令人沮喪的結(jié)果，因為它意味著觀測那些小天體將會是一件非常困難的事情。
　　除了這些從太陽系起源角度所做的分析外，天文學(xué)家們從另一個完全不同的角度出發(fā)，也殊途同歸地提出了海王星以外存在大量小天體的假說。這個不同的角度便是彗星的來源。彗星是太陽系中最令人矚目的天體，當(dāng)它們拖著美麗的尾巴(彗發(fā))出現(xiàn)在天空中時，常常是萬人爭睹的天象。天文學(xué)家們注意到，太陽系中的彗星按軌道周期的長短大致可分為兩類: 一類是長周期彗星，它們的軌道周期在兩百年以上，長的可達幾千、幾萬、甚至幾百萬年。另一類則是短周期彗星，它們的軌道周期在兩百年以下，短的只有幾年。短周期彗星的存在給天文學(xué)家們帶來了一個難題。因為這些彗星上能夠形成彗發(fā)的揮發(fā)性物質(zhì)會因頻繁接近太陽而被迅速耗盡，而且它們的軌道也會因反復(fù)受到行星引力的干擾而變得極不穩(wěn)定。計算表明，短周期彗星的存在時間應(yīng)該很短，相對于太陽系的年齡來說簡直就是彈指一瞬。但我們卻在直到太陽系誕生50億年之后的今天仍能觀測到不少命如蜉蝣般的短周期彗星，這是為什么呢？天文學(xué)家們認為，唯一的可能是太陽系中存在一個短周期彗星的補充基地。
　　這個短周期彗星的補充基地究竟在哪里呢？1980年，烏拉圭天文學(xué)家費爾南德斯(Julio Fern?ndez) 提出了一個后來被普遍接受的假說，即短周期彗星來自海王星之外的一個小天體帶。他并且推測那些小天體的視星等約在17～18之間(比湯博曾經(jīng)搜索過的天體更暗，但這個亮度后來被證實為仍是顯著的高估)。在他頗具影響力的論文中，費爾南德斯援引了柯伊伯的文章，卻忽略了埃奇沃斯的工作。費爾南德斯的這一粗心大意導(dǎo)致的后果是，人們多少有點烏龍地用柯伊伯的名字命名了那個小天體帶。而事實上，如我們在上面提到的，在所有曾經(jīng)猜測過那個小天體帶的天文學(xué)家中，柯伊伯幾乎是唯一一個認為它目前已不復(fù)存在從而與費爾南德斯的假說及后來的觀測結(jié)果截然相反的人。費爾南德斯的假說提出之后，1988年，幾位在美國加州大學(xué)及加拿大多倫多大學(xué)工作的天文學(xué)家通過計算機模擬手段，對這一假說進行了檢驗。他們的檢驗表明，由那樣一個小天體帶所產(chǎn)生的短周期彗星無論在數(shù)量還是軌道分布上都與實際觀測有著不錯的吻合。
　　因此，到了20世紀80年代末，來自不同角度的理論分析均表明，在海王星的軌道之外很可能存在一個小天體帶，它是行星演化過程中的半成品，同時也是短周期彗星的大本營。但到那時為止，那個遙遠的天區(qū)除了一顆孤零零的冥王星外，在觀測意義上還是一片虛空。
　　距離給了外太陽系神秘的面紗，天文學(xué)家們卻要揭開面紗來尋找隱秘。