三寸

優(yōu)秀的基因、聰明的頭腦、強大的家族，此等受上帝垂青之人實在難得。而他們但凡出現(xiàn)，大都會“驚天地、泣鬼神”，在人類發(fā)展史上留下濃墨重彩的一筆。在科學界，有許多這樣的例子，比如成績斐然的科學家夫妻錢三強與何澤慧，或者“家族顯赫”、功勛卓著的居里一家等等。而在天文學界，要說哪個家族最赫赫有名、貢獻非凡，恐怕非赫歇爾家族莫屬。

威廉·赫歇爾被譽為恒星天文學之父，是恒星天文學的創(chuàng)始人，同時也是著名的古典作曲家、音樂家；他的妹妹卡羅琳·赫歇爾作為首位發(fā)現(xiàn)彗星的女科學家而被人熟知，她也曾經(jīng)是哥哥所在威廉圣樂團的主音；他的兒子約翰·赫歇爾繼承父業(yè)，首次創(chuàng)立了以儒略紀日法來記錄天象日期的方法，他亦在攝影發(fā)展方面作出過重大貢獻；他的孫子亞歷山大·赫歇爾也是以研究彗星和流星雨著名的天文學家。

當音樂遇上科學

1981年4月25日，“紀念赫歇爾音樂演奏會”在英國格林尼次海軍大學舉行。演奏會現(xiàn)場“鑼鼓喧天、鞭炮齊鳴、紅旗招展、人山人?！?。那天演出的所有節(jié)目，不論是交響樂、奏鳴曲，還是協(xié)奏曲，全都是當年威廉·赫歇爾創(chuàng)作的作品。所有與會的音樂家和天文學家，都稱贊威廉是世上少有的“音樂界和天文學界的雙星”。

威廉在音樂上的杰出成就，大概也與遺傳基因有關。他的父親艾薩克是一位雙簧管手，在禁衛(wèi)軍樂團服役。因此，威廉從小就喜歡音樂，并且很早就顯露出了這方面的天賦。他4歲時就跟隨父親學習拉小提琴，后來開始學習吹奏雙簧管，并很快成為一名出色的雙簧管演奏者。由于家境遇到困難，16歲的威廉離開了學校，和父親一樣加入了禁衛(wèi)軍樂團，在那里擔任小提琴和雙簧管演奏員?！捌吣陸?zhàn)爭”爆發(fā)后，威廉不堪忍受戰(zhàn)爭之苦，于是設法脫離軍隊，逃亡到英國，并憑借著自己在音樂上的才華，成為了一個小有名氣的作曲家，還先后擔任過音樂教師、演奏師，每周指導的學生多達35名。

威廉在演出和作曲之外，利用閑暇時間學習英文、意大利文和拉丁文，同時，廣泛閱讀牛頓、萊布尼茨等科學家的自然哲學、數(shù)學、物理學著作。據(jù)說，威廉的父親不僅精通樂理，而且是一名天文愛好者。在父親的影響下，威廉也對天文知識產(chǎn)生了濃厚的興趣。為了研究樂理，他開始鉆研劍橋的羅伯特·史密斯的《注音》。結果他意外地從該書提供的線索中，買到了史密斯撰寫的兩卷本經(jīng)典著作《光學》，這是一部能夠在理論和實踐上對制作望遠鏡和顯微鏡有指導性作用的光學著作，其中一章名為“望遠鏡對恒星的發(fā)現(xiàn)”，這些內(nèi)容激發(fā)了威廉從事觀測、研究天體的強烈愿望和雄心。從此，他走上了研究星星的路程。

當望遠鏡遇上天王星

天王星是太陽系由內(nèi)向外的第七顆行星，其體積在太陽系中排名第三，質(zhì)量排名第四。天王星的發(fā)現(xiàn)，在天文學領域引起了巨大的轟動，因為這不僅首度擴展了太陽系已知的界限，也是第一顆使用望遠鏡發(fā)現(xiàn)的行星。發(fā)現(xiàn)天王星的人，正是威廉·赫歇爾，而他發(fā)現(xiàn)這顆星星所用的望遠鏡，也是他自己發(fā)明制作的。

在天文望遠鏡的發(fā)展史上，威廉的貢獻是無與倫比的，他本人也是制造望遠鏡最多的科學家。據(jù)說，他一生共制作了四百多支望遠鏡，這些望遠鏡不少還賣給其他天文學家，據(jù)說其中有一臺還被送往了中國。而他制作的這些望遠鏡的鏡頭，全部都是他親手磨制而成的。

從1773年起，威廉就開始了磨制望遠鏡鏡頭的工作，而這一磨就是半個世紀。這是一項極為枯燥又繁重的工作，要把一塊堅硬的銅盤磨成規(guī)定的極其光潔的凹面形，表面誤差比頭發(fā)絲還要細許多倍，中途還不能停頓，其難度可想而知。有時，威廉要連續(xù)工作10多個小時，吃飯時只能由妹妹喂他。剛開始制作時更是接連失敗了200多次，以至于他的弟弟都失去了耐心，離他而去。堅韌的威廉終于在自己的努力下取得了成功，1774年，他終于制成了一架口徑15厘米、長2.1米的反射望遠鏡。此后，他開始使用這架望遠鏡進行星空“巡視”觀測工作。

威廉的星空巡視工作，對于天文學的發(fā)展有著重要的意義。被后人稱為“第一期星空巡視”的工作歷時長達19年。1781年，在第三次全面觀測星空的過程中，威廉發(fā)現(xiàn)了一顆新的行星。經(jīng)過一段時間的觀測之后，天文界終于確定這是太陽系中的一顆新行星，它與太陽之間的距離，比當時所知最遠的行星土星的距離遠了一倍。威廉發(fā)現(xiàn)新行星的消息引起了極大的轟動，它后來被命名為天王星（取自希臘神話中土星父神的名字），而威廉也隨之聲名大噪。榮譽和名氣成為了威廉刻苦研究的動力，在英王喬治三世的大力支持下，通過3年多的不懈努力，1789年，威廉又制造出了稱雄世界多年的最大望遠鏡。它的鏡筒直徑達1.5米，差不多要3個人才能合圍，鏡筒長12.2米，豎起來有4層樓高，光是鏡頭就重2噸。這架像巨型大炮似的望遠鏡在使用的第一夜，就發(fā)現(xiàn)了土星的第一顆衛(wèi)星——土衛(wèi)二，2個月后又發(fā)現(xiàn)了土衛(wèi)一。威廉的這些成就，全部都是他自學成才的結果。

當星星遇上星星

在太空中，也存在著形影不離、互相繞轉著的“星界鴛鴦”，稱為雙星。雙星是觀測天文學的名詞，是指在空間中視位置比較靠近的兩顆星。由于彼此引力作用而沿著軌道互相環(huán)繞運動的，稱為物理雙星。遠看彼此很靠近，實際上在空間相距很遠，并不互相環(huán)繞運動的兩顆星，稱為光學雙星。組成雙星的兩顆星均稱為雙星的子星。天狼、南門二、五車二、南河三、角宿一、心宿二、北河二、北斗一和參宿三等著名亮星都是雙星。

雙星的顏色五彩繽紛，兩顆子星又雙雙爭艷。雙星的主星質(zhì)量有比伴星大的，也有比伴星小的。從雙星的子星分類來看，五花八門，應有盡有，有的子星是爆發(fā)變星，有的則是脈動變星，還有的是白矮星，也有的是中子星，甚至是黑洞。有的雙星包含在聚星之中。許多星團又包括了雙星。

雙星是天體物理學中一個重要研究課題，雙星的研究在天文學中占有重要的地位，分析雙星的軌道運動，首次在太陽系外驗證了有萬有引力定律。大輻射X射線雙星是探測黑洞最有希望的場所。通過對某些雙星的研究，能可靠地直接定出子星的質(zhì)量。對食雙星光變曲線的研究可得知其子星的形狀和大小。endprint

1782年，威廉編制成了第一個雙星表，他還發(fā)現(xiàn)了多數(shù)雙星不是表面上的“光學雙星”，而是真正的“物理雙星”。威廉在一生中共發(fā)現(xiàn)了848對雙星，并證實了維系著雙星的是牛頓的萬有引力理論，其運動則遵循著開普勒定律。而威廉的兒子約翰發(fā)現(xiàn)的雙星則多達3 347對。

兄與妹

威廉的妹妹卡羅琳·赫歇爾堪稱一位了不起的女性，她終生未婚，與哥哥朝夕相處了50年。在威廉的所有天文成就中，幾乎都有她的一份功勞。

早在威廉做音樂時，他就說服了母親，把妹妹帶到英國幫他操持生活。卡羅琳曾經(jīng)是威廉圣樂團的主音，并獲邀出席伯明翰音樂節(jié)，但她卻推辭了這個演出機會。后來威廉全身心投入天文學，卡羅琳則成為了他的全職助手。她不僅悉心照料家務，而且用極詳細的日記，留下了威廉整整五十年的工作史。每天晚上，只要不受月光和天氣等觀測條件的妨礙，她總要陪同哥哥一起觀測夜空。同時，她也向威廉學習英語和數(shù)學。

1782年，威廉被英王喬治三世聘用為天文學家，卡羅琳亦隨他遷往斯勞。在那里，卡羅琳協(xié)助威廉觀測及計算數(shù)據(jù)。她空余的最大興趣是透過一臺小型牛頓式反射望遠鏡欣賞星空，這臺望遠鏡讓她于1783年發(fā)現(xiàn)3個星云，于1786年至1797年發(fā)現(xiàn)8顆彗星，其中5顆在歷史上曾被人觀測過，包括恩克彗星。她于1786年8月1日發(fā)現(xiàn)的第一顆彗星——35P/HerschelRigollet也是首顆被女性發(fā)現(xiàn)的彗星，讓她贏得了不少贊譽。翌年，她被喬治三世發(fā)薪聘用為威廉的助手。1797年，她向英國皇家學會提交了一份弗蘭斯蒂德觀測資料的索引，并給出了561顆英國星表（British Catalogue）中遺漏的恒星和勘誤表。

在威廉去世后，卡羅琳回到家鄉(xiāng)，但她并沒有放棄天文研究。1828年，她整理好自1800年起威廉發(fā)現(xiàn)的2 500個星云列表。1828年，英國皇家天文學會向她頒發(fā)金獎章，并于1835年推選她為該會的榮譽會員。1846年，她獲普魯士國王頒發(fā)金獎章。為紀念她在天文學上的貢獻，小行星281“盧克雷蒂婭”以她中間的名字命名，此外在月球的虹灣上亦有一個名為叫C. 赫歇爾的環(huán)形山?？_琳的一生發(fā)現(xiàn)了14個星云、8顆彗星，對星表做了修訂、補充了561顆星。1848年，98歲的卡羅琳永遠地離開了我們。

父與子

由于天文學研究需要花費大量的時間，威廉直到50歲才娶了一位非常富有、同時又全力支持他工作的寡婦瑪麗為妻。1792年，約翰出生于威廉的觀測樓內(nèi)。而威廉的這個獨生子出世時，他已是54歲的老人了。

俗話說，“虎父無犬子”，在這樣一個天文學世家里，約翰的科學成就自然十分卓著。他是英國著名的天文學家、數(shù)學家、化學家及攝影師，是英國天文學會理事會創(chuàng)始人之一，而且是它的第一任國外書記。他甚至被譽為是“一個時代最偉大的科學家之一”。

約翰·赫歇爾于1807年進入劍橋大學圣約翰學院，成績十分優(yōu)異。他早期的數(shù)學成就已頗不平凡，21歲便當選為皇家學會會員，但他卻轉而去學習法律了。

1816年，24歲的約翰回到斯勞，接替78歲高齡的父親承擔大量的觀測工作，在父親指導下制造望遠鏡，同時還繼續(xù)研究純數(shù)學。為了將父親的巡天和恒星計數(shù)工作擴展到南天，約翰于1834年初攜妻子和3個孩子前往非洲好望角，在那里工作了4年，編制了南天的星云星團表。1838年他返回倫敦，花費了數(shù)年時光撰寫南天普查工作的詳細總結，但直到1847年才發(fā)表。他還寫了一本科普書《天文學概要》，綜合當時天文系發(fā)展的最新成就，于1849年出版，很受歡迎，被翻譯成多國文字出版，并于1859年由李善蘭和偉烈亞力合作翻譯成中文，書名為《談天》，在當時的中國引起了不小的反響。他于1849年寫成的《天文學綱要》，在幾十年內(nèi)一直是普通天文學的標準教本。

在核對父親的雙星聚星表的過程中，約翰從中新發(fā)現(xiàn)了525個星云星團；在對南天進行觀測的過程中，他共記錄68 948個包括恒星、星團、星云、雙星等在內(nèi)的天體，并測定了許多恒星的亮度。他們父子均獲得了英國皇家學會的柯普萊獎章。為紀念他對天文學的貢獻，國際天文學聯(lián)合會把第2000號小行星命名為赫歇爾小行星。

約翰·赫歇爾其他方面的興趣包括化學和照相術，他首次發(fā)現(xiàn)了硫代硫酸鈉能作為溴化銀的定影劑，發(fā)明了很多有關照相的技術。他提出的"photography"（攝影）、"negative"（負片）及"positive"（正片）等名詞，至今仍為攝影家使用。古典攝影工藝藍曬法（Cyanotype）是他另一項重要的發(fā)明。1837年，在維多利亞女王加冕典禮上，約翰被封為準男爵。他的一生從未在任何科研機構任職，總是設法靠自己的私人財產(chǎn)從事自己喜愛的研究。赫歇爾一家的努力，開辟了觀測天文學時代，為20世紀的天文學發(fā)展建筑了舞臺。endprint