2 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(yè)，其中最出色的職業(yè)——天文學家——不僅出現(xiàn)在對常人來說很難有開創(chuàng)性成就的后半生里，而且從某種意義上講，就像他對新行星的發(fā)現(xiàn)一樣，是一個無心插柳的故事。

英國天文學家
赫歇耳（1738—1822）

赫歇耳于1738年11月15日出生在當時屬于英王領(lǐng)地的德國中北部城市漢諾威（Hanover）的一個音樂之家^[1]。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(chuàng)作的交響曲和協(xié)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^[2]，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并無經(jīng)驗。但他敏銳地發(fā)現(xiàn)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贊賞，而且讓他們深感神秘（當然，他順理成章地成為了優(yōu)勝者）。赫歇耳在這一競爭中顯示出過人的動手及設計能力，將為他日后的天文生涯立下汗馬功勞。

圖2 赫歇耳位于巴斯的住所
（已辟為博物館）

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(zhèn)，在一所教堂擔任風琴演奏師，開始了他在那里長達16年的生活（圖2）。這座當時人口僅有兩千的觀光小鎮(zhèn)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?shù)匾魳窌目偙O(jiān)，并開班講授音樂課程。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，并接到巴斯。

與赫歇耳一樣，卡洛琳也是一位頗有音樂天賦的人，但她一生注定要跟隨哥哥去走一條未曾規(guī)劃過的道路。在接卡洛琳到巴斯之前，已成為鎮(zhèn)上知名音樂家的赫歇耳潛心學起了數(shù)學。赫歇耳學數(shù)學的本意是想多了解一些和聲的數(shù)學機理，從而加強自己的音樂素養(yǎng)。但結(jié)果卻因?qū)W數(shù)學而接觸了光學，又因接觸光學而對天文學產(chǎn)生了濃厚的興趣，最終走上了一條業(yè)余天文學家之路。而卡洛琳則成為了他在天文觀測上不可或缺的助手^[3]。

赫歇耳所走的這條業(yè)余天文學家之路，不僅為他自己走出了一片絢爛的天地，也成就了業(yè)余天文學的一段——也許是最后一段——黃金歲月。18世紀的許多職業(yè)天文學家過分沉醉于由牛頓（Isaac Newton）所奠定，并經(jīng)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。他們熱衷于計算各種已知天體的軌道，以此檢驗牛頓力學，同時也為經(jīng)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(yè)天文學家變得精于驗證性的計算，卻疏于探索性的觀測。在這種情況下，自赫歇耳之后半個多世紀的時間里，業(yè)余天文學家們對天文學的發(fā)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(fā)現(xiàn)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。由于當時高質(zhì)量的望遠鏡極其昂貴，赫歇耳決定自己動手制作望遠鏡（也順便可以實踐因?qū)W數(shù)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(fā)明者現(xiàn)已無從追溯，但德國裔荷蘭人利普歇（Hans Lippershey）于1608年最早為自己制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(fā)明者。1609年，科學巨匠伽利略（Galileo Galilei）在得知了有關(guān)望遠鏡的消息后，很快制作出了自己的望遠鏡。伽利略制作的望遠鏡在結(jié)構(gòu)及放大率上都大大優(yōu)于包括利普歇在內(nèi)的同時代人制作的望遠鏡。并且他也是最早將望遠鏡用于天文觀測的人^[4]。通過望遠鏡，伽利略獲得了一系列前所未有的天文發(fā)現(xiàn)，其中包括發(fā)現(xiàn)月球上的環(huán)形山、太陽黑子及木星的四顆衛(wèi)星（現(xiàn)在被稱為伽利略衛(wèi)星）等。不過伽利略所用的是折射望遠鏡，這種望遠鏡由于透鏡（主要是物鏡）所具有的色差等當時技術(shù)難以消除的效應而無法達到很高的放大率。17世紀后期，另一位科學巨匠牛頓發(fā)明了反射望遠鏡^[5]，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。赫歇耳所制作的就是反射望遠鏡，這種望遠鏡的反射面可以用金屬制作而無需使用玻璃。

為了制作望遠鏡，赫歇耳將自己在巴斯的住所改造成了望遠鏡“夢工廠”：客廳被用來制作鏡架與鏡筒，臥室變成了研磨目鏡的場所，廚房里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，最后選擇了用71%的銅與29%的錫組成的合金，作為制作反射面的材料。在制作望遠鏡期間，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。赫歇耳一生制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(shù)目不菲的額外收入。在長期的制作中，他的作坊也一度發(fā)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，奇跡般地未造成人員傷亡。

圖3 赫歇耳的“七英尺望遠鏡”

1778年，赫歇耳的家庭作坊制作出了一架直徑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，被后世稱為“七英尺望遠鏡”（圖3）。后來的檢驗表明，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）皇家天文臺的望遠鏡。赫歇耳用自己的雙手制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(lǐng)域的優(yōu)勢不僅在其有生之年從未被反超過，甚至在去世之后仍保持了很長時間。

三年后的一個春季的夜晚，一顆略帶圓面的星星出現(xiàn)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(fā)現(xiàn)來臨了。