天文學家的新年禮物

人類發現第壹顆小行星的那壹天恰好是元旦，是全民狂歡的日子。

所謂小行星，是指太陽系中圍繞太陽運行，體積和質量遠小於壹般行星的天體。太陽系的小行星主要集中在火星和木星之間的小行星帶。目前，小行星或彗星對地球的撞擊是天文愛好者最關心的天文問題之壹。

太陽系中無數的小天體構成了壹個巨大的小行星帶(網絡圖)

據天文學家統計，太陽系中約有50萬顆小行星像九大行星壹樣圍繞太陽旋轉。目前已登記的小行星有8000多顆，而且這個數字還在以每年數百顆的速度增長。毫無疑問，地球上肯定有數百顆小行星太小而無法被觀測到。

故事從那個元旦開始。

“這顆恒星剛好在提提烏斯-波德定律的計算範圍內，不像彗星，也不像行星。什麽事？”

1801年1月1年的晚上，意大利城鄉的人們燃起熊熊的篝火，圍坐在餐桌旁享受節日的快樂。然而，在西西裏島的巴勒莫天文臺，50多歲的主任Giuse ppePiazzi獨自工作。他壹邊用天文望遠鏡觀察星空，壹邊自言自語。皮亞齊是西艾蒂安教堂的僧侶和牧師，巴勒莫學院的數學教授，也是壹位傑出的天文學家。在他的工作中，他最喜歡的是天文學。不然妳怎麽會放棄和家人壹起過節，把自己關在冰冷的天文臺裏？

朱塞佩皮亞齊(1746—1826)。

皮亞齊的提提烏斯-波德定律，又稱“波德法則”，是當時世界天文學界關於太陽系內行星軌道的簡單幾何法則。這個規律是德國中學教師大衛·提丟斯在公元1766年發現的，後來被柏林天文臺臺長約翰·博德總結成壹個經驗公式。根據公式，火星和木星之間有壹個巨大的空隙，在這個空隙中應該還有另壹個天體，但是人類沒有發現。

博德向世界公布這壹結果後，天文愛好者們竭盡全力尋找這顆未被發現的天體。有意思的是，當時歐洲天文學家自發組織了世界上第壹個國際科研項目，在哥達天文臺的領導下，對整個天空的24個區域進行了觀測。20多年過去了，人還是壹事無成。超級天文迷皮亞齊也加入了這場“戰鬥”。

“這個天體比火星慢得多，比木星快得多。它要麽是壹顆非常小的行星，要麽是壹顆彗星。”皮亞茲先確定了這顆星在金牛座，然後查看了旁邊的地圖，發現沒有標註。按照天文學常識，應該不是彗星，因為彗星是以雲的形式存在的，運動很快，而且不均勻。但就體積而言，它顯然不是壹顆大行星。

“是幽靈般的天體嗎？”想到這裏，皮亞齊立即詳細記錄了觀察結果。

過了幾個晚上，皮亞茲繼續觀察，發現這個天體在觀察期間不斷改變位置。根據他的進壹步研究，這個天體位於距離太陽2.8個天文單位的位置(註2)，這與“波動法則”的預測是壹致的。

原來提提烏斯-波德定律規定，天體到太陽距離水星的距離所對應的天文單位數實際上是壹系列數字:4，4+3，4+6，4+12，4+24，4+48，4+96，4+192，4+382。用數學語言表示，即每壹項的第壹個加數是4，第二個加數是前壹個的兩倍；最後，將兩個加數相加，除以10。(以上數字對應的天體有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星)

欣喜若狂的皮亞齊寫信給波德，希望和他壹起確定未知天體的軌道。不幸的是，當皮亞齊想進壹步努力時，壹場大病不期而至。當他恢復過來，再次回到天文望遠鏡前，他想找到這個天體，但卻無處可尋。(後來才知道，這個天體已經旋轉到太陽背面，無法觀測。)

眼看觀測無果，皮亞齊向世人公布了結果，希望其他科學家證實這個天體就是天文學家夢寐以求的幽靈星球。同時他把這顆星叫做谷神星(古希臘的谷物和農耕女神，也是西西裏的谷物之美)，中文名谷神星(註3)。

谷神星與幾顆小行星對比示意圖(中國宇航學會)

壹石激起千層浪。皮亞齊的論文報告讓歐洲天文學界目瞪口呆，科學家們對此議論紛紛。有人認為他觀測到了壹顆彗星，只是沒看清楚；有人認為他只有斷斷續續的記錄，這還不夠；雖然有些人支持他的說法，但他們無法確定谷神星下次出現的時間...

德國數學家高斯知道這件事後，傷心欲絕。他想，如果谷神星有固定的軌道，那豈不是要通過數學計算來推斷它的軌道形狀，然後計算出它何時出現在哪個天空？數學是天文學的基礎！

數學天才高斯遇到了世人的懷疑，通過艱苦的運算，創立了行星軌道計算理論。在這個理論中，他利用皮亞齊的觀測數據，得到了谷神星最近將要出現的確切天空位置。

奇跡發生了。65438+2月31日晚，德國天文愛好者海因裏希·奧爾勃斯(註4)送給皮亞齊壹份“新年禮物”！他根據高斯的計算準確地找到了谷神星。這壹發現不僅是對高斯行星軌道計算理論的有力證明，也說明皮亞齊壹年前的努力沒有白費。根據之前的研究，谷神星不是彗星，而是壹顆小行星。

谷神星軌道圖

公元1807年是谷神星在皮亞季被發現的第七年。當時，世界著名天文學家、皇家天文學會首任會長威廉·赫歇爾(這是個天文大牛，請戳赫歇爾家族關於他和他的傳奇家族的傳說)收到了幾份報告，說他發現了壹個比太陽系中的行星小得多的天體，但顯然不是恒星。他把這些報告的結果壹壹整理，分別是皮亞傑在1801發現的谷神星，奧爾勃斯在1802發現的智慧星，竈神星和竈神星在1807發現。

威廉·赫歇爾(William Herschel)的進壹步研究揭示，這些天體最初是地球毀滅的殘余。因為它們看起來像恒星，被稱為“恒星天文學之父”的威廉·赫歇爾用希臘語詞根aster-(類星)將它們命名為小行星，翻譯成中文就是小行星。從此，天文學增加了壹個新名詞，天文學家的研究領域大大拓寬。

根據這壹理論，皮亞齊是發現小行星的第壹人。後來天文學家跟隨他的腳步，發現了壹個小行星圈。為了紀念他的貢獻，1923年，天文學家將發現的第1000顆小行星命名為Piazia(意為“皮亞齊”)。

-1801元旦的發現，可謂是皮雅姿送給世界最好的新年禮物！

附圖:

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Giuse ppePiazzi出生於意大利，是壹名牧師和天文學家。從65438年到0779年，他成為羅馬的神學教授，壹年後成為巴勒莫學院的數學教授。1790年在巴勒莫建立了官方天文臺並擔任臺長，隨後在那不勒斯建立了另壹個官方天文臺。因發現第壹顆小行星而聞名。

註意事項:

1.約翰·伯德，德國天文學家。他壹生有三大成就。首先，他提出了提提烏斯-波德定律；第二，他把天王星命名為天王星；第三，他發現了M81星系，所以稱之為“博德星系”。為了紀念他對天文學的貢獻，月球上的壹個隕石坑(6.7 N，2.4 W，直徑18.0km)和第998顆小行星都以他的名字命名，第998顆小行星也被命名為“Portia”。

二、天文單位，英文名AU，長度單位。曾經等於地球到太陽的平均距離，國際天文學聯合會在2012年將其重新定義為常數。天文學中測量太陽系天體間距離的基本單位。1976年，國際天文學聯合會將天文單位定義為壹個體積可以忽略不計、軌道不受幹擾、公轉周期為365.2568983天(即壹高斯年)的粒子與壹個質量約等於壹個太陽的物體之間的距離，值為149，597，870，691 30米。

谷神星，太陽系中唯壹位於小行星帶的矮行星。據推測，它是壹顆有著巖石內核的分化行星，地幔層含有大量冰水，水占谷神星體積的40%。谷神星也可以從太陽能中獲取能量，因為它距離太陽只有2.8個天文單位。在《自然》雜誌上，歐洲航天局報告稱，利用“赫歇爾”太空望遠鏡首次在谷神星上發現了水蒸氣。水蒸氣來自谷神星表面較暗的區域。水蒸氣的出現可能有兩個具體原因:壹是谷神星表面的冰被太陽照射迅速加熱，二是谷神星內部仍有能量。科學家推測可能存在液態水的海洋。

谷神星表面結構圖

德國天文學家、醫生和物理學家海因裏希·奧爾勃斯。帕拉斯雅典娜在1802年被發現並命名，竈神星在5年後被發現，壹顆周期彗星在1815年3月6日被發現。在1826中，他提出了為什麽夜空是黑暗的問題，並稱之為奧爾勃斯悖論。

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