伽利略于1612年12月28日首次观测并描绘了海王星，次年1月27日再次记录，但由于其位置接近木星，误将其视为恒星。这一误解源于海王星初期逆行运动微弱，伽利略的望远镜未能捕捉到位置变化。

到了19世纪，Alexis Bouvard出版的天王星轨道表与后续观测数据不符，暗示存在未知摄动体。1843年，John Couch Adams计算出影响天王星运动的第八行星轨道，但他的成果未得到及时回应。同年，巴黎工艺学院的Urbain Le Verrier在缺乏同事支持的情况下，独自完成了海王星位置的预测。同时，John Herschel倡导用数学方法搜寻新行星，促成了James Challis的参与。

Challis的搜索工作拖延至1846年7月，几乎与此同时，Le Verrier说服柏林天文台的Johann Galle加入搜寻。柏林天文台的学生Heinrich d'Arrest提议使用最新星图辅助找寻，终于在9月23日发现了海王星，与Le Verrier预测的位置高度吻合，而与Adams的预测有所偏差。实际上，Challis之前曾两次观测到海王星，却未深入核查。

海王星的发现引发了英法两国之间的荣誉争议，民族情绪使这一科学成就蒙上了阴影。经过长时间的讨论，勒维耶和亚当斯最终都被认可为共同发现者。然而，1998年，历史学家在回顾Olin Eggen遗留的文件后，对亚当斯的贡献提出了不同看法。

最初，海王星被称为“天王星外行星”或“勒维耶行星”。命名提议众多，包括Janus、Oceanus及直接以勒维耶命名等。最终，基于Le Verrier通过经度委员会的提议，“Neptune”（海王星）得到了国际认可，象征着海洋之神，符合行星以古代神话人物命名的传统。

在不同文化中，海王星有着相应的名称，如印度神话中的Varuna，与希腊罗马神话中的海神Poseidon相对应。中文、韩文、日文和越南文均采用“海王星”的汉字表示。

整个过程，尽管伽利略最早观测到海王星，但该行星的正式命名归功于Le Verrier的努力与提议。

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