2003年8月， 哈勃太空望遠鏡拍攝到的天王星。
Credits: NASA/Erich Karkoschka (Univ. Arizona)
關於海王星的發現， 還要從天王星講起。 1781年3月13日， 威廉•赫歇爾爵士在偶然間發現了天王星。
在激動之餘， 人們想到了一個新問題：在那麼遠的地方， 牛頓的萬有引力定律依然成立嗎？
當時牛頓萬有引力定律已經經受了地月之間， 以及所有內部行星與太陽之間的檢驗。 這個定律一直表現的非常完美。 如今我們終於接觸到了太陽系的週邊， 不如再來檢驗一下， 這個定律是否依然成立。 檢驗的方法很簡單：首先根據萬有引力定律計算出天王星的位置， 然後再與實際觀測結果對比，
人們會因此質疑牛頓定律嗎？在當時大家並不想這樣做。 這是個很偉大的定律， 在此之前它為大家做過很多事情。 但是不拋棄牛頓萬有引力定律， 還能有什麼選擇呢？科學家們提出了一個大膽的猜測：也許還有另一個被漏掉的引力源！
於是獵星遊戲開始了。 這個問題很複雜， 因為萬有引力定律通常是用於計算兩個已知位置的天體之間的引力。 但這次卻不同。 這次我們已經知道兩個天體之間的作用力， 但卻不知道那個天體在哪裡， 也不知道它的品質有多大。 這涉及了牛頓定律的倒推問題， 需要大量的資料和計算才能得出正確答案。
這張海王星照片， 1989年8月20日由旅行者2號的窄角相機拍攝。
Credit：NASA
包括英國數學家及天文學家約翰•柯西•亞當斯和法國數學家奧本•尚•約瑟夫•勒維耶在內的很多才華橫溢的數學家、物理學家都參與其中， 對這個搗亂的天體在宇宙中的位置及出現的時機做出了預測。
這是數學和物理定律的偉大勝利！這一次， 我們沒有憑藉以往的規律來預測下一次事件， 也沒參考先人的記錄；僅僅依靠物理定律和對自然運行規律的理解， 我們成功預測並發現了一顆行星！這為之後一系列在太陽系中的發現打下了基礎， 因為通過這次發現我們可以確定， 在太陽系的週邊牛頓定律依然是成立的。
海王星的發現無疑是個意義重大的歷史事件， 它極大增強了科學家們的信心。
幾個世紀以來， 我們一直在精確記錄水星的公轉運動。 水星是距離太陽最近的行星， 其公轉軌道呈橢圓形。 觀察記錄後我們發現， 這個橢圓軌道會發生極其輕微的進動。 這並不是什麼新鮮事， 我們可以接受。 但當我們計算出這個進動速度， 觀察實際的進動速度時， 發現這兩個資料並不一致， 兩者速度每百年就差了43角秒。
1859年， 勒維耶提出要解決這個問題。 他那時正在發現海王星的興頭上， 認為太陽和水星之間也一定存在一個小行星帶， 對水星施加了額外的拉力。沒過幾年，有一位天文學家觀測到一顆行星的淩日現象。勒維耶表示放棄原來存在小行星帶的猜想，認為拉扯水星的一定是這個天體。人們將這個行星命名為“祝融星”。水星軌道問題就這麼簡單地解決了嗎？並沒有。在這位天文學家觀測到祝融星的同時，還有一個人也在觀測太陽。他表示沒有看到任何的淩日現象，認為一定是那位天文學家的觀測出了問題。但仍有很多人認為確實存在一個“祝融星”，只不過因為種種原因還沒有被觀測到罷了。
直到1916年，愛因斯坦發表了廣義相對論，將時空比作可變形的布料。而引力不再是兩物體間的相互作用力，而是這塊布料的形狀。各個天體就沿著這塊布料的起伏運行。當我們把相對論所有的法則都考慮進去就會發現，水星正沿著極度扭曲的時空，在太陽這個極具影響力的強大引力源近旁運行著。原來，在如此靠近某個超強引力源時，牛頓的萬有引力定律確實無法成立！這件事震驚了世界。我們很依賴於牛頓定律，我們依靠牛頓定律發現了海王星，於是我們自大地認為水星的問題也能如法炮製，結果卻一敗塗地。為了解釋水星的現象，我們不得不發展出一門全新的物理學分支。大自然就是這麼微妙，這對現代物理學家來說，即美妙，又充滿挑戰。這也是科學家們值得尊敬的地方。無論多麼不可能，他們總是通過大膽的猜想和細緻的研究為我們帶來全新的可能。
到目前為止，宇宙中還有很多的未解之謎。人類到底從何而來，要往何處去？為什麼地球上只有一顆生命進化樹？暗物質和暗能量到底是什麼？平行宇宙是否真的存在？千百年來，科學家們在不斷探索這些問題的答案，因為它們決定了我們未來的走向、思維的高度，甚至生命的意義。
不知道你看過美國天體物理學家、美國自然歷史博物館海頓天文館館長尼爾·德格拉賽·泰森，講解的《宇宙時空之旅》。最近中信出版集團攜手NASA傑出公共服務獎章獲得者泰森教授推出宇宙普及視頻課程——《莫名其妙的宇宙：未解之謎》的12節精彩課程中，從更高的角度出發，探索宇宙中的未解之謎，詳情如下。
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對水星施加了額外的拉力。沒過幾年，有一位天文學家觀測到一顆行星的淩日現象。勒維耶表示放棄原來存在小行星帶的猜想，認為拉扯水星的一定是這個天體。人們將這個行星命名為“祝融星”。水星軌道問題就這麼簡單地解決了嗎？並沒有。在這位天文學家觀測到祝融星的同時，還有一個人也在觀測太陽。他表示沒有看到任何的淩日現象，認為一定是那位天文學家的觀測出了問題。但仍有很多人認為確實存在一個“祝融星”，只不過因為種種原因還沒有被觀測到罷了。直到1916年，愛因斯坦發表了廣義相對論，將時空比作可變形的布料。而引力不再是兩物體間的相互作用力，而是這塊布料的形狀。各個天體就沿著這塊布料的起伏運行。當我們把相對論所有的法則都考慮進去就會發現，水星正沿著極度扭曲的時空，在太陽這個極具影響力的強大引力源近旁運行著。原來，在如此靠近某個超強引力源時，牛頓的萬有引力定律確實無法成立！這件事震驚了世界。我們很依賴於牛頓定律，我們依靠牛頓定律發現了海王星，於是我們自大地認為水星的問題也能如法炮製，結果卻一敗塗地。為了解釋水星的現象，我們不得不發展出一門全新的物理學分支。大自然就是這麼微妙，這對現代物理學家來說，即美妙，又充滿挑戰。這也是科學家們值得尊敬的地方。無論多麼不可能，他們總是通過大膽的猜想和細緻的研究為我們帶來全新的可能。
到目前為止，宇宙中還有很多的未解之謎。人類到底從何而來，要往何處去？為什麼地球上只有一顆生命進化樹？暗物質和暗能量到底是什麼？平行宇宙是否真的存在？千百年來，科學家們在不斷探索這些問題的答案，因為它們決定了我們未來的走向、思維的高度，甚至生命的意義。
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