科學(xué)時(shí)光機(jī) | 天王星是怎么被發(fā)現(xiàn)的？

天王星是人類(lèi)歷史上首顆借助望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的行星，這一發(fā)現(xiàn)歸功于被譽(yù)為“恒星天文學(xué)奠基者”的英國(guó)杰出天文學(xué)家弗里德里?！ねず招獱枴?781年3月13日，赫歇爾在家中的庭院內(nèi)利用望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行天文探索，意外地捕捉到了天王星這一神秘天體的身影。

當(dāng)天夜晚，赫歇爾被天空中一個(gè)前所未有的明亮光點(diǎn)吸引，他初步推測(cè)這可能是一顆新發(fā)現(xiàn)的彗星。然而，隨著后續(xù)觀測(cè)的深入與數(shù)據(jù)的積累，赫歇爾敏銳地察覺(jué)到該光點(diǎn)的運(yùn)行軌跡與已知的彗星軌道大相徑庭，經(jīng)過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治雠c比對(duì)，赫歇爾最終得出結(jié)論：這個(gè)獨(dú)特的光點(diǎn)并非彗星，而是太陽(yáng)系中一顆全新的行星。該行星被命名為天王星。

從“地心說(shuō)”到“日心說(shuō)”

自古以來(lái)，人類(lèi)對(duì)宇宙的探索的腳步從未停止。以太陽(yáng)系探索為例，早在遠(yuǎn)古時(shí)期，人類(lèi)便已認(rèn)識(shí)到水星、金星、火星、木星和土星等主要行星的存在。古希臘天文學(xué)家托勒密的地心說(shuō)理論提出，太陽(yáng)及這五顆行星圍繞地球旋轉(zhuǎn)。至15世紀(jì)，天文學(xué)家哥白尼提出了日心說(shuō)，指出水星、金星、地球、火星、木星和土星圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)。

自日心說(shuō)提出至18世紀(jì)工業(yè)革命時(shí)期，天文學(xué)界逐漸形成共識(shí)，認(rèn)為太陽(yáng)系僅包含六顆行星：水星、金星、地球、火星、木星和土星。然而，天文學(xué)家對(duì)太陽(yáng)系其他行星的探索并未停止。

在赫歇爾之前，已有科學(xué)家觀測(cè)到天王星，但誤將其視為恒星。盡管這些科學(xué)家的認(rèn)知與實(shí)際情況存在偏差，但他們的發(fā)現(xiàn)為赫歇爾后續(xù)探索天王星奠定了基礎(chǔ)。1690年，天文學(xué)家弗蘭斯蒂德在望遠(yuǎn)鏡中觀測(cè)到天王星，受限于觀測(cè)手段，將其誤認(rèn)為金牛座的恒星。1750年至1759年間，法國(guó)天文學(xué)家對(duì)天王星進(jìn)行了至少12次觀測(cè)，雖未確認(rèn)其為太陽(yáng)系第七大行星，但為赫歇爾提供了寶貴的觀測(cè)線索和參考資料。

第一顆用望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的行星

弗里德里希·威廉·赫歇爾1738年在德國(guó)出生，于1758年遷居英國(guó)。出身于音樂(lè)世家，但命運(yùn)卻為他鋪設(shè)了一條更加璀璨的天文之路。他的父親不僅精通音樂(lè)的奧秘，更是一位對(duì)星空充滿(mǎn)無(wú)限熱愛(ài)的天文迷。在父親的熏陶下，赫歇爾從小就對(duì)天文產(chǎn)生了濃厚的興趣，那些夜空中的星座，對(duì)他來(lái)說(shuō)就像老朋友一樣熟悉。

在研究音樂(lè)理論時(shí)，赫歇爾偶然間接觸到了一部科學(xué)著作——《光學(xué)》。這部經(jīng)典之作不僅詳細(xì)闡述了望遠(yuǎn)鏡與顯微鏡的制作原理，更有一章專(zhuān)門(mén)討論了“望遠(yuǎn)鏡對(duì)恒星的發(fā)現(xiàn)”，這些內(nèi)容如同一把鑰匙，打開(kāi)了赫歇爾探索宇宙奧秘的大門(mén)，激發(fā)了他觀測(cè)與研究天體的強(qiáng)烈愿望。

自古以來(lái)，人類(lèi)對(duì)宇宙的好奇和探索從未停歇，赫歇爾也不例外。1773年，他讀到了《對(duì)牛頓爵士的原理的天文學(xué)解釋》一書(shū)，書(shū)中描繪的那些遙遠(yuǎn)而神秘的天體，讓他心生向往。為了親眼看清書(shū)中所描述的那些天體，他開(kāi)始了自己的天文觀測(cè)。起初，他使用的是折射式望遠(yuǎn)鏡，但效果并不理想。為了找到更適合自己探索宇宙的工具，他決定嘗試反射式望遠(yuǎn)鏡。

從1774年至1787年，赫歇爾不斷嘗試自己制造望遠(yuǎn)鏡，他逐步掌握了拋物面反射鏡的磨制技術(shù)，并成功安裝了多架反射式望遠(yuǎn)鏡。為了提升聚光效率，減少折射光損失，他設(shè)計(jì)了一套獨(dú)特的光學(xué)系統(tǒng)，被譽(yù)為“赫歇爾望遠(yuǎn)鏡”。通過(guò)這一自創(chuàng)工具，他首次成功觀測(cè)到獵戶(hù)座大星云，并清晰辨識(shí)出土星的光環(huán)。自此以后，他不僅在夜晚不知疲倦地進(jìn)行巡天觀測(cè)，還常常在白天時(shí)間專(zhuān)注于磨制望遠(yuǎn)鏡鏡面。

1781年3月13日的夜晚，赫歇爾像往常一樣，手持15cm口徑反射望遠(yuǎn)鏡仰望著浩瀚的星空。當(dāng)他的目光轉(zhuǎn)向雙子座時(shí)，一顆陌生而明亮的星星吸引了他的注意。他翻閱了所有的星圖，卻找不到這顆星星的蹤跡。于是，他換上了更高倍數(shù)的目鏡，400多倍、900多倍……經(jīng)過(guò)仔細(xì)觀測(cè)，他確信這不是一顆普通的恒星。因?yàn)?，無(wú)論望遠(yuǎn)鏡的倍率如何增加，那顆星星藍(lán)綠色的輪廓始終清晰如初。為了謹(jǐn)慎起見(jiàn)，天文學(xué)家赫歇爾沒(méi)有急于宣布這一發(fā)現(xiàn)，而是連續(xù)十個(gè)夜晚密切關(guān)注著這顆神秘的小星球。漸漸地，他注意到這顆星球每天都在以幾乎難以察覺(jué)的速度緩緩移動(dòng)。

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的耐心觀測(cè)，赫歇爾利用收集到的數(shù)據(jù)，精心計(jì)算出這顆星球的運(yùn)行軌道，發(fā)現(xiàn)它幾乎是一個(gè)完美的圓形，而且距離太陽(yáng)的距離竟是土星的兩倍之遙。這時(shí)，他意識(shí)到自己可能發(fā)現(xiàn)了一顆全新的行星。隨著更多觀測(cè)數(shù)據(jù)的積累，天文界終于確認(rèn)了這一驚人發(fā)現(xiàn)：太陽(yáng)系中確實(shí)存在著一顆新的行星，它與太陽(yáng)的距離比當(dāng)時(shí)已知最遠(yuǎn)的土星還要遠(yuǎn)一倍。

赫歇爾發(fā)現(xiàn)新行星的消息迅速引起了轟動(dòng)。為了紀(jì)念這一偉大發(fā)現(xiàn)，這顆新行星被命名為“天王星”，來(lái)源于希臘神話中土星父神的名字。

天王星的形成與演化

天王星的形成歷史可追溯至太陽(yáng)系誕生初期，約46億年前。當(dāng)時(shí)，一團(tuán)龐大的氣體與塵埃云在引力作用下開(kāi)始坍縮，最終形成了原始太陽(yáng)。伴隨這一過(guò)程，剩余物質(zhì)圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)并逐漸積聚，其中一部分物質(zhì)可能凝聚成了天王星。

在天王星的形成階段，極端溫度和壓力觸發(fā)了內(nèi)部復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，生成了高密度氣體，主要包括氫、氦及甲烷，這些氣體構(gòu)成了其大氣層。天王星大氣層之所以呈現(xiàn)獨(dú)特的藍(lán)色，歸因于甲烷氣體對(duì)太陽(yáng)光的特定吸收與散射效應(yīng)。

天王星內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，據(jù)推測(cè)擁有一個(gè)巖石核心，外圍被厚冰層包裹，冰層中可能含有水、氨及甲烷等化合物。此外，天王星的磁場(chǎng)極為特殊，磁極與自轉(zhuǎn)軸的傾斜角度超過(guò)90度，呈現(xiàn)出近乎“橫臥”的狀態(tài)。

歷經(jīng)漫長(zhǎng)的演化歷程，天王星經(jīng)歷了多次重大事件?？赡茉馐苓^(guò)大型天體的撞擊，這些撞擊事件對(duì)其自轉(zhuǎn)軸傾斜及磁場(chǎng)形態(tài)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。同時(shí)，天王星大氣層也經(jīng)歷了顯著變化，形成了復(fù)雜的云系與風(fēng)暴系統(tǒng)，其中最為顯著的是一個(gè)直徑長(zhǎng)達(dá)25000千米、已持續(xù)存在數(shù)十年的巨大風(fēng)暴——“大藍(lán)斑”。

參考來(lái)源：中華網(wǎng)、科普中國(guó)、央視網(wǎng)