三寸

優(yōu)秀的基因、聰明的頭腦、強(qiáng)大的家族，此等受上帝垂青之人實(shí)在難得。而他們但凡出現(xiàn)，大都會(huì)“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(xué)界，有許多這樣的例子，比如成績(jī)斐然的科學(xué)家夫妻錢三強(qiáng)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(xué)界，要說(shuō)哪個(gè)家族最赫赫有名、貢獻(xiàn)非凡，恐怕非赫歇爾家族莫屬。

威廉·赫歇爾被譽(yù)為恒星天文學(xué)之父，是恒星天文學(xué)的創(chuàng)始人，同時(shí)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(xué)家而被人熟知，她也曾經(jīng)是哥哥所在威廉圣樂團(tuán)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(jì)日法來(lái)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(xiàn)；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(xué)家。

當(dāng)音樂遇上科學(xué)

1981年4月25日，“紀(jì)念赫歇爾音樂演奏會(huì)”在英國(guó)格林尼次海軍大學(xué)舉行。演奏會(huì)現(xiàn)場(chǎng)“鑼鼓喧天、鞭炮齊鳴、紅旗招展、人山人海”。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(dāng)年威廉·赫歇爾創(chuàng)作的作品。所有與會(huì)的音樂家和天文學(xué)家，都稱贊威廉是世上少有的“音樂界和天文學(xué)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(guān)。他的父親艾薩克是一位雙簧管手，在禁衛(wèi)軍樂團(tuán)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(shí)就跟隨父親學(xué)習(xí)拉小提琴，后來(lái)開始學(xué)習(xí)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(xué)校，和父親一樣加入了禁衛(wèi)軍樂團(tuán)，在那里擔(dān)任小提琴和雙簧管演奏員?！捌吣陸?zhàn)爭(zhēng)”爆發(fā)后，威廉不堪忍受戰(zhàn)爭(zhēng)之苦，于是設(shè)法脫離軍隊(duì)，逃亡到英國(guó)，并憑借著自己在音樂上的才華，成為了一個(gè)小有名氣的作曲家，還先后擔(dān)任過音樂教師、演奏師，每周指導(dǎo)的學(xué)生多達(dá)35名。

威廉在演出和作曲之外，利用閑暇時(shí)間學(xué)習(xí)英文、意大利文和拉丁文，同時(shí)，廣泛閱讀牛頓、萊布尼茨等科學(xué)家的自然哲學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)著作。據(jù)說(shuō)，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(duì)天文知識(shí)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(jié)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(xué)》，這是一部能夠在理論和實(shí)踐上對(duì)制作望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡有指導(dǎo)性作用的光學(xué)著作，其中一章名為“望遠(yuǎn)鏡對(duì)恒星的發(fā)現(xiàn)”，這些內(nèi)容激發(fā)了威廉從事觀測(cè)、研究天體的強(qiáng)烈愿望和雄心。從此，他走上了研究星星的路程。

當(dāng)望遠(yuǎn)鏡遇上天王星

天王星是太陽(yáng)系由內(nèi)向外的第七顆行星，其體積在太陽(yáng)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(xué)領(lǐng)域引起了巨大的轟動(dòng)，因?yàn)檫@不僅首度擴(kuò)展了太陽(yáng)系已知的界限，也是第一顆使用望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡，也是他自己發(fā)明制作的。

在天文望遠(yuǎn)鏡的發(fā)展史上，威廉的貢獻(xiàn)是無(wú)與倫比的，他本人也是制造望遠(yuǎn)鏡最多的科學(xué)家。據(jù)說(shuō)，他一生共制作了四百多支望遠(yuǎn)鏡，這些望遠(yuǎn)鏡不少還賣給其他天文學(xué)家，據(jù)說(shuō)其中有一臺(tái)還被送往了中國(guó)。而他制作的這些望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡鏡頭的工作，而這一磨就是半個(gè)世紀(jì)。這是一項(xiàng)極為枯燥又繁重的工作，要把一塊堅(jiān)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(xì)許多倍，中途還不能停頓，其難度可想而知。有時(shí)，威廉要連續(xù)工作10多個(gè)小時(shí)，吃飯時(shí)只能由妹妹喂他。剛開始制作時(shí)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(jiān)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(zhǎng)2.1米的反射望遠(yuǎn)鏡。此后，他開始使用這架望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行星空“巡視”觀測(cè)工作。

威廉的星空巡視工作，對(duì)于天文學(xué)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(shí)長(zhǎng)達(dá)19年。1781年，在第三次全面觀測(cè)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(shí)間的觀測(cè)之后，天文界終于確定這是太陽(yáng)系中的一顆新行星，它與太陽(yáng)之間的距離，比當(dāng)時(shí)所知最遠(yuǎn)的行星土星的距離遠(yuǎn)了一倍。威廉發(fā)現(xiàn)新行星的消息引起了極大的轟動(dòng)，它后來(lái)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(yù)和名氣成為了威廉刻苦研究的動(dòng)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(yuǎn)鏡。它的鏡筒直徑達(dá)1.5米，差不多要3個(gè)人才能合圍，鏡筒長(zhǎng)12.2米，豎起來(lái)有4層樓高，光是鏡頭就重2噸。這架像巨型大炮似的望遠(yuǎn)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(gè)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(xué)成才的結(jié)果。

當(dāng)星星遇上星星

在太空中，也存在著形影不離、互相繞轉(zhuǎn)著的“星界鴛鴦”，稱為雙星。雙星是觀測(cè)天文學(xué)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(yùn)動(dòng)的，稱為物理雙星。遠(yuǎn)看彼此很靠近，實(shí)際上在空間相距很遠(yuǎn)，并不互相環(huán)繞運(yùn)動(dòng)的兩顆星，稱為光學(xué)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(zhēng)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(lái)看，五花八門，應(yīng)有盡有，有的子星是爆發(fā)變星，有的則是脈動(dòng)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(tuán)又包括了雙星。

雙星是天體物理學(xué)中一個(gè)重要研究課題，雙星的研究在天文學(xué)中占有重要的地位，分析雙星的軌道運(yùn)動(dòng)，首次在太陽(yáng)系外驗(yàn)證了有萬(wàn)有引力定律。大輻射X射線雙星是探測(cè)黑洞最有希望的場(chǎng)所。通過對(duì)某些雙星的研究，能可靠地直接定出子星的質(zhì)量。對(duì)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(gè)雙星表，他還發(fā)現(xiàn)了多數(shù)雙星不是表面上的“光學(xué)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(duì)雙星，并證實(shí)了維系著雙星的是牛頓的萬(wàn)有引力理論，其運(yùn)動(dòng)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(dá)3 347對(duì)。

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(shí)，他就說(shuō)服了母親，把妹妹帶到英國(guó)幫他操持生活。卡羅琳曾經(jīng)是威廉圣樂團(tuán)的主音，并獲邀出席伯明翰音樂節(jié)，但她卻推辭了這個(gè)演出機(jī)會(huì)。后來(lái)威廉全身心投入天文學(xué)，卡羅琳則成為了他的全職助手。她不僅悉心照料家務(wù)，而且用極詳細(xì)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(cè)條件的妨礙，她總要陪同哥哥一起觀測(cè)夜空。同時(shí)，她也向威廉學(xué)習(xí)英語(yǔ)和數(shù)學(xué)。

1782年，威廉被英王喬治三世聘用為天文學(xué)家，卡羅琳亦隨他遷往斯勞。在那里，卡羅琳協(xié)助威廉觀測(cè)及計(jì)算數(shù)據(jù)。她空余的最大興趣是透過一臺(tái)小型牛頓式反射望遠(yuǎn)鏡欣賞星空，這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡讓她于1783年發(fā)現(xiàn)3個(gè)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(cè)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(yù)。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(guó)皇家學(xué)會(huì)提交了一份弗蘭斯蒂德觀測(cè)資料的索引，并給出了561顆英國(guó)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(gè)星云列表。1828年，英國(guó)皇家天文學(xué)會(huì)向她頒發(fā)金獎(jiǎng)?wù)?，并?835年推選她為該會(huì)的榮譽(yù)會(huì)員。1846年，她獲普魯士國(guó)王頒發(fā)金獎(jiǎng)?wù)?。為紀(jì)念她在天文學(xué)上的貢獻(xiàn)，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(gè)名為叫C. 赫歇爾的環(huán)形山。卡羅琳的一生發(fā)現(xiàn)了14個(gè)星云、8顆彗星，對(duì)星表做了修訂、補(bǔ)充了561顆星。1848年，98歲的卡羅琳永遠(yuǎn)地離開了我們。

父與子

由于天文學(xué)研究需要花費(fèi)大量的時(shí)間，威廉直到50歲才娶了一位非常富有、同時(shí)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(cè)樓內(nèi)。而威廉的這個(gè)獨(dú)生子出世時(shí)，他已是54歲的老人了。

俗話說(shuō)，“虎父無(wú)犬子”，在這樣一個(gè)天文學(xué)世家里，約翰的科學(xué)成就自然十分卓著。他是英國(guó)著名的天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家、化學(xué)家及攝影師，是英國(guó)天文學(xué)會(huì)理事會(huì)創(chuàng)始人之一，而且是它的第一任國(guó)外書記。他甚至被譽(yù)為是“一個(gè)時(shí)代最偉大的科學(xué)家之一”。

約翰·赫歇爾于1807年進(jìn)入劍橋大學(xué)圣約翰學(xué)院，成績(jī)十分優(yōu)異。他早期的數(shù)學(xué)成就已頗不平凡，21歲便當(dāng)選為皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，但他卻轉(zhuǎn)而去學(xué)習(xí)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(dān)大量的觀測(cè)工作，在父親指導(dǎo)下制造望遠(yuǎn)鏡，同時(shí)還繼續(xù)研究純數(shù)學(xué)。為了將父親的巡天和恒星計(jì)數(shù)工作擴(kuò)展到南天，約翰于1834年初攜妻子和3個(gè)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(tuán)表。1838年他返回倫敦，花費(fèi)了數(shù)年時(shí)光撰寫南天普查工作的詳細(xì)總結(jié)，但直到1847年才發(fā)表。他還寫了一本科普書《天文學(xué)概要》，綜合當(dāng)時(shí)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(guó)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(dāng)時(shí)的中國(guó)引起了不小的反響。他于1849年寫成的《天文學(xué)綱要》，在幾十年內(nèi)一直是普通天文學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)教本。

在核對(duì)父親的雙星聚星表的過程中，約翰從中新發(fā)現(xiàn)了525個(gè)星云星團(tuán)；在對(duì)南天進(jìn)行觀測(cè)的過程中，他共記錄68 948個(gè)包括恒星、星團(tuán)、星云、雙星等在內(nèi)的天體，并測(cè)定了許多恒星的亮度。他們父子均獲得了英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的柯普萊獎(jiǎng)?wù)隆榧o(jì)念他對(duì)天文學(xué)的貢獻(xiàn)，國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)把第2000號(hào)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(xué)和照相術(shù)，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(guān)照相的技術(shù)。他提出的"photography"（攝影）、"negative"（負(fù)片）及"positive"（正片）等名詞，至今仍為攝影家使用。古典攝影工藝藍(lán)曬法（Cyanotype）是他另一項(xiàng)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(zhǔn)男爵。他的一生從未在任何科研機(jī)構(gòu)任職，總是設(shè)法靠自己的私人財(cái)產(chǎn)從事自己喜愛的研究。赫歇爾一家的努力，開辟了觀測(cè)天文學(xué)時(shí)代，為20世紀(jì)的天文學(xué)發(fā)展建筑了舞臺(tái)。endprint