如何利用万有引力定律发现星体？相对论如何弥补万有引力的不足？

万有引力定律的发现是牛顿一生中最伟大的贡献之一，而关于牛顿发现万有引力的故事有很多不同的版本，不过这无关紧要，重要的是万有引力定律是正确的。

怎么知道万有引力定律是正确的呢？牛顿在发现万有引力定律之后已经通过地月检验的方式来进行了验证。什么是地月检验？简单来讲，月球在地球的引力范围之内，受到地球的引力作用，在这一点上，月球与地球表面的任何物体都没有不同。在地球表面，当物体从空中下坠的时候，会存在着一个加速度，而月球同样也存在着一个指向地球的加速度，通过计算可知，月球的加速度是地球表面物体加速度的1/3600。将万有引力公式与牛顿第二定律结合起来看就会发现，月球月地球表面物体的唯一差异就是与地球的距离不同。

地球表面物体距离地球中心的距离为6400公里，而月球的轨道半径为380000公里，是地球表面物体的60倍。

将地球表面物体与月球的半径分别代入牛顿第二定律之中，计算出的结果就是1/3600，于是，牛顿通过计算，从理论上验证了万有引力定律的正确性。当然，一个理论要让人们彻底信服，只有数据和理论是不够的，还需要在现实之中得到验证，于是天文学家们开始将万有引力定律应用于天文观测之中，效果卓然。

根据以往的天文观测记录，在1531年、1607年和1682年，人类分别观测到了一颗彗星，而有趣的是，这三颗彗星的轨道是完全一样的。牛顿的朋友哈雷根据牛顿的万有引力定律，对这个问题进行了思考，并且对摄动现象进行了计算，所谓摄动就是彗星轨道上的天体对于彗星所产生的引力作用。

哈雷计算后发现，在1531年、1607年以及1682年所出现的三颗卫星实际上是同一颗，据此，哈雷预测这颗彗星的回归周期大概为75到76年左右，并预言了下一次彗星到来的时间。

哈雷的计算和预测是准确的，遗憾的是他并没有亲眼看到彗星回归的那一刻，因为在此之前哈雷就去世了。后来，人们为了纪念哈雷，就将这个彗星命名为哈雷彗星。之所以哈雷彗星如此出名，是因为哈雷彗星是一个人一生中唯一一颗可以见到两次的彗星。万有引力定律不仅可以应用于彗星的发现，还在行星的发现上大展拳脚。现在我们的太阳系共有八大行星，但这八颗行星并不都是通过观测发现的，通过观测发现的行星只有七颗，最后通过观测发现的行星就是天王星，它的发现者是英国天文学家赫歇尔。

人们在计算天王星轨道的时候，发现通过牛顿定律计算所得的数据与实际观测数据之间存在着偏差，偏差大概在2分左右，一度是60分。

牛顿定律是经过时间检验的，应该没有错，而观测同样也不可能出错，那么问题在哪呢？一个大胆的假设出现了，那就是在天王星的外侧还存在着一颗行星，这颗行星的引力作用对天王星的运行产生了影响，所以才会出现偏差，终于在1845年的时候，法国天文学家勒维列通过计算找到了天王星外侧行星的准确位置，后来的观测证明，他的计算是完全正确的。有趣的是，在人们找到天王星外侧的海王星之后，发现海王星的轨道同样存在着偏差，吸取上次的经验，人们很快想到海王星外侧也有一颗行星，于是又找到了冥王星。冥王星自己可能不会想到，作为最后一颗被找到的行星，有一天会被踢出行星的行列。

万有引力定律虽然做出了卓越的贡献，但其本身并不完美，现在我们知道，万有引力定律不过是宏观低速环境下的一种特例，所以它的不足迟早会显现。

终于在计算水星进动的时候，问题出现了。水星是距离太阳最近的行星，它与其它行星不同，它的轨道方向是会发生变化的，它的近日点和远日点并不永远在同一个位置，这就是水星进动。还是勒维列，他计算得出的水星进动速度是每100年38秒，一度是3600秒。遗憾的是，这个计算结果是错误的，与实际情况并不一致。最后，这个问题被爱因斯坦所破解了，爱因斯坦提出了广义相对论，将引力的本质描述为时空的弯曲，根据相对论公式计算得出的水星进动值为每100年43秒，答案是正确的。后来，相对论所预言的现象又一一得到了验证，比如引力透镜效应就是其中典型的一个，大质量天体周围的时空会发生弯曲，光线在经过附近区域的时候会改变方向，事实的确如此。