尋找太陽系的疆界：樂師星匠

赫歇耳的一生非常出色地實踐了兩種截然不同的職業，其中最出色的職業——天文學家——不僅出現在對常人來說很難有開創性成就的後半生里，而且從某種意義上講，就像他對新行星的發現一樣，是一個無心插柳的故事。

赫歇耳於1738年11月15日出生在當時屬於英王領地的德國中北部城市漢諾威（Hanover）的一個音樂之家。赫歇耳具有很高的音樂天賦，他14歲就參加樂隊，不僅擅長多種樂器，而且還能獨立作曲，他親自創作的交響曲和協奏曲就有幾十首之多。1757年秋天，19歲的赫歇耳移居到了英國，以演奏及講授音樂為生。

赫歇耳的音樂成就以常人的標準來衡量應該說是頗為可觀的，但放在他的簡歷中，卻無可避免地要被他巨大的天文成就所淹沒。不過他在英國的音樂生涯中有一件事情值得一提。那是在18世紀60年代中期，當時英國的教會剛剛開始引進風琴，需要招募一批風琴演奏者，年輕的赫歇耳也參加了一個風琴演奏職位的競逐。當時的競爭頗為激烈，而赫歇耳在風琴演奏上並無經驗。但他敏銳地發現當時英國教會引進的風琴與歐洲大陸的風琴相比有一個缺陷，那就是缺少控制低音部的踏板。為了彌補這一缺陷，聰明的赫歇耳對兩個低音琴鍵進行了改動，從而演奏出了通常需要低音踏板的配合才能演奏出的低音部。他的表演不僅贏得了評審的一致讚賞，而且讓他們深感神秘（當然，他順理成章地成為了優勝者）。赫歇耳在這一競爭中顯示出過人的動手及設計能力，為他日後的天文生涯立下汗馬功勞。

1766年，赫歇耳遷居到了英國西南部的一座名叫巴斯（Bath）的小鎮，在一所教堂擔任風琴演奏師，開始了他在那裡長達16年的生活。這座當時人口僅有兩千的觀光小鎮因而有幸見證了赫歇耳一生最輝煌的工作。在巴斯期間，赫歇耳的音樂生涯達到了巔峰，他不僅是風琴演奏師，而且還擔任了當地音樂會的總監，並開班講授音樂課程。1772年，收入已頗為殷實的赫歇耳給他母親寄去了足夠雇一位傭人的錢，從而把他妹妹卡洛琳（Caroline Herschel）從母親為她安排的枯燥繁重的家務勞動中解救了出來，並接到巴斯。

與赫歇耳一樣，卡洛琳也是一位頗有音樂天賦的人，但她一生註定要跟隨哥哥去走一條未曾規划過的道路。在接卡洛琳到巴斯之前，已成為鎮上知名音樂家的赫歇耳潛心學起了數學。赫歇耳學數學的本意是想多了解一些和聲的數學機理，從而加強自己的音樂素養。但結果卻因學數學而接觸了光學，又因接觸光學而對天文學產生了濃厚的興趣，最終走上了一條業餘天文學家之路。而卡洛琳則成為了他在天文觀測上不可或缺的助手。

赫歇耳所走的這條業餘天文學家之路，不僅為他自己走出了一片絢爛的天地，也成就了業餘天文學的一段——也許是最後一段——黃金歲月。18世紀的許多職業天文學家過分沉醉於由牛頓（Isaac Newton）所奠定，並經歐拉（Leonhard Euler）、拉格朗日（Joseph Louis Lagrange）、拉普拉斯（Pierre Simon Laplace）等人所改進的輝煌的力學體系之中。他們熱衷於計算各種已知天體的軌道，以此檢驗牛頓力學，同時也為經緯及時間的確定提供精密參照。在一定程度上，當時的許多職業天文學家變得精於驗證性的計算，卻疏於探索性的觀測。在這種情況下，自赫歇耳之後半個多世紀的時間裡，業餘天文學家們對天文學的發展起了重要的補充作用，這一時期天文學上的許多重大的觀測發現就出自他們之手。

常言道：「工欲善其事，必先利其器。」對天文觀測來說，必備的工具是望遠鏡。由於當時高質量的望遠鏡極其昂貴，赫歇耳決定自己動手製作望遠鏡（也順便可以實踐因學數學而接觸的光學知識）。望遠鏡的問世是在17世紀初，其確切的發明者現已無從追溯，但德國裔荷蘭人利普歇（Hans Lippershey）於1608年最早為自己製作的望遠鏡申請了專利，從而留下了文字記錄，因此人們一般將他視為望遠鏡的發明者。1609年，科學巨匠伽利略（Galileo Galilei）在得知了有關望遠鏡的消息後，很快製作出了自己的望遠鏡。伽利略製作的望遠鏡在結構及放大率上都大大優於包括利普歇在內的同時代人製作的望遠鏡。並且他也是最早將望遠鏡用於天文觀測的人。通過望遠鏡，伽利略獲得了一系列前所未有的天文發現，其中包括發現月球上的環形山、太陽黑子及木星的四顆衛星（現在被稱為伽利略衛星）等。不過伽利略所用的是折射望遠鏡，這種望遠鏡由於透鏡（主要是物鏡）所具有的色差等當時技術難以消除的效應而無法達到很高的放大率。17世紀後期，另一位科學巨匠牛頓發明了反射望遠鏡，用反射面替代了折射望遠鏡中的物鏡，從而避免了透鏡色差帶來的困擾。赫歇耳所製作的就是反射望遠鏡，這種望遠鏡的反射面可以用金屬製作而無需使用玻璃。

為了製作望遠鏡，赫歇耳將自己在巴斯的住所改造成瞭望遠鏡「夢工廠」：客廳被用來製作鏡架與鏡筒，卧室變成了研磨目鏡的場所，廚房裡則架起了熊熊的熔爐。赫歇耳細心試驗了許多不同成分的合金，最後選擇了用71%的銅與29%的錫組成的合金，作為製作反射面的材料。在製作望遠鏡期間，除妹妹卡洛琳外，赫歇耳還得到了弟弟亞歷山大（Alexander Herschel）的幫助。赫歇耳一生製作的望遠鏡有幾百架之多，不僅滿足了自己的需要，而且還通過出售望遠鏡使家庭獲得了數目不菲的額外收入。在長期的製作中，他的作坊也一度發生過嚴重的事故，導致熔融的金屬四處飛濺，幸好大家閃避及時，奇蹟般地未造成人員傷亡。

1778年，赫歇耳的家庭作坊製作出了一架直徑6.2英寸、焦距7英尺的反射望遠鏡。這架望遠鏡在天文史上有著重要的意義，被後世稱為「七英尺望遠鏡」。後來的檢驗表明，赫歇耳這架「七英尺望遠鏡」的性能全面超越了當時英國格林威治（Greenwich）皇家天文台的望遠鏡。赫歇耳用自己的雙手製造出了當時全世界最頂尖的觀測設備，為自己的天文觀測之路邁出了無比堅實的第一步。終其一生，赫歇耳孜孜不倦地建造著更大的望遠鏡，一次再次地刷新著自己——從而也是整個天文學界——的紀錄，他在這一領域的優勢不僅在其有生之年從未被反超過，甚至在去世之後仍保持了很長時間。

三年後的一個春季的夜晚，一顆略帶圓面的星星出現在了赫歇耳那架「七英尺望遠鏡」的視野里，他一生最偉大的發現來臨了。

書名：尋找太陽系的疆界（天文篇）

作者：盧昌海 編

出 版 社：清華大學出版社

定價：￥15.00

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