伴随着新行星公布后所引发的争议，美国天文学家成为世界瞩目的焦点。
发现起纷争
海王星于1846年被德国天文学家约翰·伽勒以及他的助手海因里希·路易斯·达雷斯特共同发现。海王星图像于1982年夏被旅行者2号星际探测器捕捉到
1846年9月23日午夜，柏林天文台的工作人员首次通过观测发现了海王星。一个月后，这则激动人心的消息传至美国。海王星的发现被誉为天体力学界的一大非凡成就，不仅仅是因为海王星是有历史记载以来的第二大行星，更为重要的是，在被实际观测到之前，这颗行星已经通过数学方法被预测到。
谁首先完成了这次卓著的发现很快出现了争议，引发了欧美科学界的关注以及普通大众的兴趣。少数野心勃勃的美国科学家，出于自身和国家的考虑，认为此次围绕海王星的纷争将有一个很好的机会，可以提高美国科学界的知名度，同时还可以将此国家间的科学竞争上升到国际层面。在这些美国科学家中，最出名的要属来自哈佛大学的数学家本杰明·皮尔斯（Benjamin Peirce），他对海王星被预测到的相关细节提出了质疑，瞬间点燃了大西洋两岸的纷争。
美国的雄心壮志
19世纪30年代晚期至40年代早期，以一批科学精英为核心的美国科学家群体致力于推动专业科学出版物的发展，提升科学素养，同时为科学研究寻求资金支持。感受到欧洲科学界的强势，他们渴求树立美国科学界的声望，明确美国科学界的特色。对于新兴的美国科学界而言，要想在任何一个已经完善的研究领域中超越欧洲似乎是件不可能的事。欧洲大陆的研究者们能充分利用先进的科研设施并能快速地接触到前沿的研究成果，但对于美国科学家而言，他们需要找到创造性的研究对策。
《剑桥数学、物理、天文学集》是本存在时间不长的欧洲期刊，皮尔斯和哈佛物理学家约瑟夫·罗夫林（Joseph Lovering）与该期刊通信，希望能够参与到欧洲数学研究的平台中。皮尔斯和罗夫林的目标是将美国数学的研究重点聚焦在光学、天文学、力学和概率论。他们尤其推崇天文领域，认为如果得到支持，数学将在这个领域大放异彩。在宣传科学的同时，他们也传播了充满激情的国家荣誉感。“如果美国为数不多的几个天文观测者夜以继日地辛苦工作不足以给他们换来每天的口粮，那现在就必须放弃这个领域，或者他们将因坚持不懈而成为烈士。”皮尔斯写到，“观测者们从社会活动中退出，为的是将无数个晚上用来观测天体，他们因缺乏睡眠而无力并且不再适合日常的劳动。他们不可能同时过着两种人生，别人睡眠的时候他工作，别人工作的时候，他应该休息。在他们支持科学的同时，我们必须支持他们。”
皮尔斯明确要求哈佛校长约西亚·昆西（Josiah Quincy）资助哈佛的首任天文馆长威廉·克兰奇·邦德（William Cranch Bond），“邦德的薪水必须同其他教授一致，这样他才能以饱满的热情将余生致力于美国天文学的开拓。”皮尔斯强调了邦德研究成果的重要性并解释了原因，“他的天文台应当与乔治·比德尔·艾里（George Biddell Airy）、弗里德里希·贝瑟尔（Friedrich Bessel）和奥特·斯特鲁维（Otto Struve）的团队共同竞争，皮尔斯总结道，“让我们给他们创造一个公平的环境。”
一颗新行星
哈佛大学数学家本杰明·皮尔斯支持美国科学界并且质疑欧洲人发现海王星的说法。这幅肖像是由丹尼尔·亨廷顿于1857年绘制的
早在1846年的发现之前，海王星就已经被观测到，不过当时并未被视作一颗大行星。1843年，剑桥大学研究生约翰·库奇·亚当斯发现有充足数据表明天王星的轨道偏离是由一个未知的天体导致的，很有可能这是一颗行星。皇家天文学家艾里忽视了亚当斯的推算，剑桥天文台长詹姆斯·查理士（James Challis）同样回避亚当斯，而当时亚当斯正需要通过天文望远镜的观测数据来确认自己的推测。
1845年的夏天，法国科学家奥本·尚·约瑟夫·勒维耶（Urbain Jean Joseph LeVerrier）同样着手研究天王星的不规则运行。勒维耶预测了摄动体的位置，称之为“一颗尚未知道的星球”，刊登于1846年7月的伦敦《泰晤士报》上。7月前，勒维耶曾写信将他的预测告知艾里，后者随即想起亚当斯先前的研究结果，同时催促查理士在剑桥天文台展开研究工作。艾里要求亚当斯准备一份星表，以此为7月下旬开展的英国天文观察提供帮助。尽管查理士观测到了海王星，他的专业背景不足以使他意识到他定位到了一颗新的行星。
与此同时，感受到法国天文观测学家不温不火的反应后，勒维耶将他的需求告知了在柏林天文台工作的约翰·伽勒（Johann Galle）。伽勒同意在勒维耶预测下搜寻这颗尚不可知的行星。伽勒的学生助手海因里希·路易斯·达雷斯特（Heinrich Louis d’Arrest）为项目找出了柏林科学院星图的完整副本。根据这些，又用了不到一小时的观测，伽勒记录到“有一颗亮度为8.0的星球在那个位置，于是我立刻喊道：这个星球不在星图上。”这次观测的时间为1846年9月23日0点15分。尽管19世纪的人们将此次用肉眼观测到海王星的功劳归于伽勒，但现在的学者普遍认为伽勒和达雷斯特共同通过天文望远镜发现了这颗星球。
伽勒在接下来的一个夜晚验证了此次观测。第二天早晨，他告知了勒维耶，“在你所预测的位置上的确存在有一颗行星。”10月1日，消息传到伦敦，刊载于《泰晤士报》。争论紧接着发生了。一些剑桥大学的学者为他们错失近在咫尺的胜利而惋惜，忙着洗刷公众对于他们的指责并竭尽全力想分享这一发现的殊荣。其他一些英国人则指责亚当斯根本不配拥有如此声誉。在法国，同样的事情在上演，一些科学家对于发现的细节刨根问底，并且，对于此次发现没有由法国人完成感到万分沮丧。巴黎科学院和伦敦皇家学会各自摇着国家尊严的大旗，英吉利海峡两岸遍布着首次发现的申领以及对于对方剽窃成果的指责。
最终，事态渐渐平息，伦敦皇家学会的研究员们认可了此次发现，并于1846年授予勒维耶科普利奖章。当时的人们认为亚当斯对于此次观测的反应太过迟缓，不过，亚当斯也在1848年获得了科普利奖。
传统上，历史学家认为勒维耶和亚当斯均对海王星的位置做出了独立的数学预测。然而，有关发现海王星事件的相关信件在从英国格林威治皇家天文台失踪几十年后，于1999年出现在智利。同年，剑桥大学圣约翰学院图书馆将约翰·库奇·亚当斯的档案资料整理为计算机索引。这两件事情促使学界对这一尘封的往事进行重新考量，新发现的事件倾向于认为首先作出预测的应当是勒维耶，因为文件表明了亚当斯的声誉是建立在一些英国科学家先前对星球轨道运行观测的基础上的。
走近美国科学家
在这封给哈佛大学校长约西亚·昆西的信中，本杰明·皮尔斯强调了为哈佛天文台的台长威廉·邦德和他的儿子乔治提供充足资金支持的重要性
自海王星被发现的消息通过邮轮传至美国以来，这一轰动性的消息就成为了报刊文章以及专栏作家津津乐道的话题。话题不仅仅牵扯到行星学说的理论，预测的精确性，占很大比重的是国家尊严。此外，报纸上同样刊载了美国天文学家就数学研究细节作出的独立声明。事实上，波士顿和华盛顿特区每日的报纸充当了美国科学研究最初的发布平台。
勒维耶和亚当斯是如何得出推测的？确定一个未知摄动体的位置是件困难的事情，这包括测定由天王星轨道运行的偏差而产生的轨道参数。在解决问题的过程中，亚当斯和勒维耶利用了提丢斯波得定则（一种经验法则，用来粗略地估计水星至天王星的半长轴），来确定摄动体的轨道运行半径。亚当斯和勒维耶均借助了刊载于菲利普·勒杜尔塞（Philippe le Doulcet）“世界体系研究”一文中的拉普拉斯摄动理论。亚当斯运用摄动理论并修改了这颗亮度为8.0的星球的轨道参数体系，以此来减小天王星预测运行轨道和计算轨道之间的差异。按照提丢斯波得定则的设想，预测的第八颗星球应该会有一个高度离心的运行轨道。亚当斯和勒维耶的估算牵涉到傅里叶级数展开包括79个独立的余弦争论和144条术语。必须得说，两位科学家选择了一个很具挑战性的问题。
勒维耶首次公布星球位置预测的消息于1846年8月传至美国华盛顿特区（这颗星球当时还未被观测到），美国海军气象天文台科学家西尔斯·库克·沃克（Sears Cook Walker）立即向他的主管马特卢·方丹·莫瑞（Matthew Fontaine Maury）建议展开研究工作。尽管莫瑞听从了沃克的建议，但研究工作被放在了更紧要任务之后。当伽勒和达雷斯特的发现在两个月后传至华盛顿时，莫瑞记起了沃克的建议并任命其观测其他新的天体。他们希望通过其他的一些发现获得声誉。
沃克先仔细查看了旧有的星球观测记录，找寻接近海王星位置处的一些已经被观测和记录的天体。他发现，大约50年前，1795年5月10日，法国天文学家约瑟夫·拉朗德（Joseph Jérǒme Lalande）观测到在海王星周边范围内存在亮度为8.0的天体，这也是沃克所推算到的。假设拉朗德已经能够发现了海王星，沃克重新检查了他的轨道推算。沃克的计算结果表明海王星存在有近圆轨道。沃克将其结果刊载于1847年2月9日的《华盛顿联合日报》，与结果一起发布的还有对拉朗德早先观测到海王星的确认。
接下来的一周莫瑞重印了沃克的论文，发表在《波士顿通讯》上。报纸的一份复印件被寄至伦敦，由代理寄给了巴黎的勒维耶处。勒维耶收到沃克结论的同时，收到了德国天文学家拉朗德的信。勒维耶之后就要求巴黎天文台的维克托·矛维奥斯（Victor Mauvais）查阅拉朗德的原始手稿以求更多的未公布观测数据。勒维耶在的巴黎学会公布了这些新发现。
巧妙的意外
柏林天文台是海王星的发现地。这一幅天文台的版画是1835年欧内斯特·瓦德所作
同月，巴黎学会发表了沃克的研究结果，皮尔斯与波士顿美国艺术与科学学会进行了交流。皮尔斯解释说他正着手对数据进行仔细复检，因为沃克提出的轨道的详细数据与亚当和勒维耶的预测相差太远。皮尔斯证实了沃克的研究结果，并请求哈佛天文台主管威廉·邦德及其子乔治通过在哈佛天文台的观测研究海王星的距离与运动。经两次检查的沃克的研究结果使皮尔斯确信海王星的实际轨道确实与亚当斯与勒维耶预测的不同。在与波士顿学会讨论前，皮尔斯称，“海王星并非是通过几何分析直接确定轨道的行星，它的轨道并不受制于几何学家们曾经发现的天王星的干扰这一太空的局限；伽勒所发现的这一点应该说是一个巧妙的意外。”
为了证实这一煽动性的论述，皮尔斯整合了来自拉朗德的观察数据以计算一个更合理的海王星轨道。他采用了勒维耶的距离范围来计算，最终得出了勒维耶的行星方程式无法解释天王星的干扰。皮尔斯总结出结论“海王星不是勒维耶的理论中的那颗行星。”
皮尔斯认为如果在一个更可能的平均距离下讨论海王星仍然可以解释天王星产生干扰的原因。皮尔斯认为勒维耶已经提出了对于“天文学家如何着眼于众星之中干扰物的发现”这一问题的实际解决方向，但是并未提出关于轨道基础的设想。皮尔斯想要得出一个海王星的完整轨道。在等待更多的观测数据巩固他们的理论的同时，沃克与皮尔斯继续调整着运算，并赞同“只有严密地计算海王星的干扰才能为现在的这一研究点亮未来之光。”
18个月中，沃克和皮尔斯以通信的方式讨论海王星的亮度、距离和移动。他们修整了沃克整合超过500组的观察值的计算数据，皮尔斯承认存在错误的可能性，但同时强调这一从观测中推测出的轨道并未与他们的理论相协调。皮尔斯的一些读者理解这些包含的细节，也分享了对于完善理论的意见。当然，很多人都没有表现出对这一机缘巧合假说的乐观信心。
国内外反响
希尔斯·库克·沃克，在美国海军天文台工作时计算出了海王星的轨道与发现者约翰·伽勒以及达雷斯特的假定有所区别。这一描写最初出现在1894年的一本刊物《大众科学月刊》之上
皮尔斯试图在国际上造成影响的努力引起了美国科学界及政界的不安。史密森尼协会秘书长约瑟夫·亨利（Joseph Henry）认为他的老友过早地批判了勒维耶。地质学家詹姆斯·德怀特·德纳（James Dwight Dana）断言皮尔斯的行为是“国家灾难”并惊骇于皮尔斯将他自己变成了一个“凌驾于欧洲天文学之上的批评家”。继任哈佛校长昆西以及前任美国对英大臣爱德华·埃弗雷特（Edward Everett）对皮尔斯可能为哈佛及美国带来的舆论谴责表示担忧。他请求美国学会不要认同皮尔斯那不可能的意外想法。埃弗雷特要求皮尔斯撤回之前发表的结果，因为那是不可能的。带着一贯的冒险精神，皮尔斯回应了他们，“我认为我的计算更加不可能错误。”
在“巧妙意外”宣言后三天，哈佛的同事杰尔德·斯帕克斯（Jared Sparks）推荐了一家出版社以期皮尔斯可以发表一些言辞以修正其定位，因为“在欧洲的第一影响非常重要，并且皮尔斯的声誉是最重要的，其他的都可以延后再议。”皮尔斯发表了一篇文章赞扬了勒维耶的天才，但只字未提他的理论以及他对于勒维耶的计算的批判。
另一方面，美国科学界的直接支持者，例如天文学家奥姆斯比·米歇尔（Ormsby Mitchel），本杰明·古尔德（Benjamin Gould）以及植物学家阿萨·格雷（Asa Gray），他们称赞皮尔斯的努力是在与那些在沉默中灭亡或只知嘲讽不知论证的美国天文学家作斗争。格雷认为皮尔斯对勒维耶的回应是带给他自己“最高的声望”，并且“他回答的方式使他自己站在了最有利的位置”。对这些及其他精英科学家而言，国家的骄傲在这场海王星之争中被缚在了火刑柱上。在这场关于预测与观测的轨道之争中，对国家科学声誉的关注已经远远超过了对辛苦的轨道计算的正确率的关注。
初期，美国科学团体在达成一致或保持独立战中拉锯，一些想要避免混乱的人把攻击归于皮尔斯草率的计算或者个人的过度反应。另一些人则希望借助海王星之争为美国科学界带来瞩目之光。之后，皮尔斯在海王星之战中提出了最有力的意见，斯帕克斯是正确的：美国科学界在国外的声誉已与皮尔斯在欧洲的个人声誉紧密关联。
那么，欧洲对于皮尔斯的批判有何反应？大众舆论保持了一种对科学优越性充满自信的氛围。更多严肃的科学机构透露出一种不赞成之意。皇家天文学会认为这一偶然的行星发现是不可能实现的，要求皮尔斯将论文作废。勒维耶对他的发现“厌恶且蔑视”，并写了一封措辞严厉的信至华盛顿的国家情报局，在信中，他攻击了皮尔斯并突出了他在细节处的错误。皮尔斯的回应仅使矛盾升级。当乔治·邦德于1850年访问法国时发现勒维耶仍就这一交流感到不快。亚当斯形容皮尔斯的反对意见是“基于对行星摄动规律不完整了解的基础上的” 。艾里写信给他的一位同事表明美国在承受隐藏在现象下的压力。
在皮尔斯发表了他的意外假设之后不久，由于不少天文学家重新审视了他们对于美国科学家的反驳，欧洲在这场争论中所占的优势越来越弱。1847年11月，英国格拉斯哥天文学家约翰·普林格·尼可（John Pringle Nichol）感觉在欧洲这一争论已经逐渐消失了，但他仍坚持抨击皮尔斯的假设。自1848年纽约的讲座之后，他尖锐地批判皮尔斯的观点。英国学者约翰·赫歇尔（John Herschel），其父发现了天王星，以抨击皮尔斯的观点来强调亚当斯以及勒维耶的共同声明。德国数学家卡尔·雅克比（Carl Jacobi）认为皮尔斯的“荒谬的论点对整个天文学的共同目标有害。他公开宣告，如此破坏一项发现对整个科学权威会造成巨大的公众伤害，因为这一发现是“通过深度的思考以及长年的实验得来”。
并非人人都同意这一说法。艾里――也许有其政治原因――承认皮尔斯已经证实勒维耶的轨道理论并不正确。乔治·邦德收到了来自英国的认为他是一名优异的观测天文学家的赞扬。数学家卡尔·弗里德里克·高斯（Carl Friedrich Gauss）也认为美国的研究非常顺利。他尊重皮尔斯在这场争论中保持的态度并对皮尔斯之后在力学分析中的研究印象深刻。以挑剔闻名的杂志《天文学新闻》准备发表皮尔斯与沃克的轨道运算。
皮尔斯以及有相同思考的美国人希望海王星之争只是与外国研究者对话的一个开始――尤其是理论及观测天文学。1846年，哈佛天文台发表的报告体现了一种加强合作的意向。特别是，天文台的主管希望“建立一种与英国皇室天文学家及欧洲大陆的主要天文台主管的常规联系”。皮尔斯也获得了在伦敦雇佣一名代理人的权利，以更快地与英国皇家天文学家们进行交流。
这时，欧洲科学组织传来的自大态度使美国的一些科学家感到苦恼，海王星之争使他们能够增加美国科学的防御。当一些英法的科学家以及管理者仍旧诡辩他们的优势时，皮尔斯以及沃克――这些崛起的美国科学家们――敢于质疑勒维耶的数据。尽管欧洲的形形色色答复中仅有英法点了头，但这证明美国的数学研究者以皮尔斯为首登上了国际舞台。
这是值得纪念的――美国科学家以19世纪中期最前沿的问题挑战了英国的科学地位，并获得了胜利。就像艾里1847年所写下的那样：“历史在发现行星之后变得远比发现之前有趣了”。
海王星一剧的主演们
乔治·菲利普·邦德（1826-65），观测天文学家。他与其父1950年首次在美国的天体摄影术中使用银版照相法。
威廉·克兰奇·邦德（1789-1859），哈佛天文台的第一任主管（任期1839-59），他与其子乔治于1848年发现了土卫七海伯利安。
阿萨·格雷（1810-88），植物学教授，1838至1842年授课于密歇根州立大学，1842至1873年于哈佛大学授课。在向美国国内介绍查尔斯·达尔文的自然选择方面有所贡献，格雷同时建造了哈佛的干燥标本集，写下了意义重大的植物学教材，并通过交换标本与学术访问使美国与欧洲的植物学家有所联系。
本杰明·皮尔斯（1833-80），自学成才的数学家，并是一名在哈佛执教的教授。于1867至1874任美国海岸测量局主管，编写了《线性结合代数》，对哈佛大学数学课程的发展有极大助益。他的儿子，查尔斯·桑德斯·皮尔斯（1839-1914），是一名哲学家、逻辑学家以及符号学的创始人。
希尔斯·库克·沃克（1805-53），天文学家。1846年供职于美国海军天文台前，沃克就职于费城高中天文台。由于与海军天文台主管莫瑞相处不欢，1847年沃克离台前往美国海岸测量局经度部门。在那里，他参与开发了一项借助电报机来测量经度偏差的方法。
资料来源 Physics Today
责任编辑 彦 隐
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本文作者黛博拉·肯特（Deborah Kent），密歇根州希尔斯代尔大学数学系的助理教授。