打虎亲兄妹上阵父子兵

三寸

优秀的基因、聪明的头脑、强大的家族，此等受上帝垂青之人实在难得。而他们但凡出现，大都会“惊天地、泣鬼神”，在人类发展史上留下浓墨重彩的一笔。在科学界，有许多这样的例子，比如成绩斐然的科学家夫妻钱三强与何泽慧，或者“家族显赫”、功勋卓著的居里一家等等。而在天文学界，要说哪个家族最赫赫有名、贡献非凡，恐怕非赫歇尔家族莫属。

威廉·赫歇尔被誉为恒星天文学之父，是恒星天文学的创始人，同时也是著名的古典作曲家、音乐家；他的妹妹卡罗琳·赫歇尔作为首位发现彗星的女科学家而被人熟知，她也曾经是哥哥所在威廉圣乐团的主音；他的儿子约翰·赫歇尔继承父业，首次创立了以儒略纪日法来记录天象日期的方法，他亦在摄影发展方面作出过重大贡献；他的孙子亚历山大·赫歇尔也是以研究彗星和流星雨著名的天文学家。

当音乐遇上科学

1981年4月25日，“纪念赫歇尔音乐演奏会”在英国格林尼次海军大学举行。演奏会现场“锣鼓喧天、鞭炮齐鸣、红旗招展、人山人海”。那天演出的所有节目，不论是交响乐、奏鸣曲，还是协奏曲，全都是当年威廉·赫歇尔创作的作品。所有与会的音乐家和天文学家，都称赞威廉是世上少有的“音乐界和天文学界的双星”。

威廉在音乐上的杰出成就，大概也与遗传基因有关。他的父亲艾萨克是一位双簧管手，在禁卫军乐团服役。因此，威廉从小就喜欢音乐，并且很早就显露出了这方面的天赋。他4岁时就跟随父亲学习拉小提琴，后来开始学习吹奏双簧管，并很快成为一名出色的双簧管演奏者。由于家境遇到困难，16岁的威廉离开了学校，和父亲一样加入了禁卫军乐团，在那里担任小提琴和双簧管演奏员。“七年战争”爆发后，威廉不堪忍受战争之苦，于是设法脱离军队，逃亡到英国，并凭借着自己在音乐上的才华，成为了一个小有名气的作曲家，还先后担任过音乐教师、演奏师，每周指导的学生多达35名。

威廉在演出和作曲之外，利用闲暇时间学习英文、意大利文和拉丁文，同时，广泛阅读牛顿、莱布尼茨等科学家的自然哲学、数学、物理学著作。据说，威廉的父亲不仅精通乐理，而且是一名天文爱好者。在父亲的影响下，威廉也对天文知识产生了浓厚的兴趣。为了研究乐理，他开始钻研劍桥的罗伯特·史密斯的《注音》。结果他意外地从该书提供的线索中，买到了史密斯撰写的两卷本经典著作《光学》，这是一部能够在理论和实践上对制作望远镜和显微镜有指导性作用的光学著作，其中一章名为“望远镜对恒星的发现”，这些内容激发了威廉从事观测、研究天体的强烈愿望和雄心。从此，他走上了研究星星的路程。

当望远镜遇上天王星

天王星是太阳系由内向外的第七颗行星，其体积在太阳系中排名第三，质量排名第四。天王星的发现，在天文学领域引起了巨大的轰动，因为这不仅首度扩展了太阳系已知的界限，也是第一颗使用望远镜发现的行星。发现天王星的人，正是威廉·赫歇尔，而他发现这颗星星所用的望远镜，也是他自己发明制作的。

在天文望远镜的发展史上，威廉的贡献是无与伦比的，他本人也是制造望远镜最多的科学家。据说，他一生共制作了四百多支望远镜，这些望远镜不少还卖给其他天文学家，据说其中有一台还被送往了中国。而他制作的这些望远镜的镜头，全部都是他亲手磨制而成的。

从1773年起，威廉就开始了磨制望远镜镜头的工作，而这一磨就是半个世纪。这是一项极为枯燥又繁重的工作，要把一块坚硬的铜盘磨成规定的极其光洁的凹面形，表面误差比头发丝还要细许多倍，中途还不能停顿，其难度可想而知。有时，威廉要连续工作10多个小时，吃饭时只能由妹妹喂他。刚开始制作时更是接连失败了200多次，以至于他的弟弟都失去了耐心，离他而去。坚韧的威廉终于在自己的努力下取得了成功，1774年，他终于制成了一架口径15厘米、长2.1米的反射望远镜。此后，他开始使用这架望远镜进行星空“巡视”观测工作。

威廉的星空巡视工作，对于天文学的发展有着重要的意义。被后人称为“第一期星空巡视”的工作历时长达19年。1781年，在第三次全面观测星空的过程中，威廉发现了一颗新的行星。经过一段时间的观测之后，天文界终于确定这是太阳系中的一颗新行星，它与太阳之间的距离，比当时所知最远的行星土星的距离远了一倍。威廉发现新行星的消息引起了极大的轰动，它后来被命名为天王星（取自希腊神话中土星父神的名字），而威廉也随之声名大噪。荣誉和名气成为了威廉刻苦研究的动力，在英王乔治三世的大力支持下，通过3年多的不懈努力，1789年，威廉又制造出了称雄世界多年的最大望远镜。它的镜筒直径达1.5米，差不多要3个人才能合围，镜筒长12.2米，竖起来有4层楼高，光是镜头就重2吨。这架像巨型大炮似的望远镜在使用的第一夜，就发现了土星的第一颗卫星——土卫二，2个月后又发现了土卫一。威廉的这些成就，全部都是他自学成才的结果。

当星星遇上星星

在太空中，也存在着形影不离、互相绕转着的“星界鸳鸯”，称为双星。双星是观测天文学的名词，是指在空间中视位置比较靠近的两颗星。由于彼此引力作用而沿着轨道互相环绕运动的，称为物理双星。远看彼此很靠近，实际上在空间相距很远，并不互相环绕运动的两颗星，称为光学双星。组成双星的两颗星均称为双星的子星。天狼、南门二、五车二、南河三、角宿一、心宿二、北河二、北斗一和参宿三等著名亮星都是双星。

双星的颜色五彩缤纷，两颗子星又双双争艳。双星的主星质量有比伴星大的，也有比伴星小的。从双星的子星分类来看，五花八门，应有尽有，有的子星是爆发变星，有的则是脉动变星，还有的是白矮星，也有的是中子星，甚至是黑洞。有的双星包含在聚星之中。许多星团又包括了双星。

双星是天体物理学中一个重要研究课题，双星的研究在天文学中占有重要的地位，分析双星的轨道运动，首次在太阳系外验证了有万有引力定律。大辐射X射线双星是探测黑洞最有希望的场所。通过对某些双星的研究，能可靠地直接定出子星的质量。对食双星光变曲线的研究可得知其子星的形状和大小。endprint

1782年，威廉编制成了第一个双星表，他还发现了多数双星不是表面上的“光学双星”，而是真正的“物理双星”。威廉在一生中共发现了848对双星，并证实了维系着双星的是牛顿的万有引力理论，其运动则遵循着开普勒定律。而威廉的儿子约翰发现的双星则多达3 347对。

兄与妹

威廉的妹妹卡罗琳·赫歇尔堪称一位了不起的女性，她终生未婚，与哥哥朝夕相处了50年。在威廉的所有天文成就中，几乎都有她的一份功劳。

早在威廉做音乐时，他就说服了母亲，把妹妹带到英国帮他操持生活。卡罗琳曾经是威廉圣乐团的主音，并获邀出席伯明翰音乐节，但她却推辞了这个演出机会。后来威廉全身心投入天文学，卡罗琳则成为了他的全职助手。她不仅悉心照料家务，而且用极详细的日记，留下了威廉整整五十年的工作史。每天晚上，只要不受月光和天气等观测条件的妨碍，她总要陪同哥哥一起观测夜空。同时，她也向威廉学习英语和数学。

1782年，威廉被英王喬治三世聘用为天文学家，卡罗琳亦随他迁往斯劳。在那里，卡罗琳协助威廉观测及计算数据。她空余的最大兴趣是透过一台小型牛顿式反射望远镜欣赏星空，这台望远镜让她于1783年发现3个星云，于1786年至1797年发现8颗彗星，其中5颗在历史上曾被人观测过，包括恩克彗星。她于1786年8月1日发现的第一颗彗星——35P/HerschelRigollet也是首颗被女性发现的彗星，让她赢得了不少赞誉。翌年，她被乔治三世发薪聘用为威廉的助手。1797年，她向英国皇家学会提交了一份弗兰斯蒂德观测资料的索引，并给出了561颗英国星表（British Catalogue）中遗漏的恒星和勘误表。

在威廉去世后，卡罗琳回到家乡，但她并没有放弃天文研究。1828年，她整理好自1800年起威廉发现的2 500个星云列表。1828年，英国皇家天文学会向她颁发金奖章，并于1835年推选她为该会的荣誉会员。1846年，她获普鲁士国王颁发金奖章。为纪念她在天文学上的贡献，小行星281“卢克雷蒂娅”以她中间的名字命名，此外在月球的虹湾上亦有一个名为叫C. 赫歇尔的环形山。卡罗琳的一生发现了14个星云、8颗彗星，对星表做了修订、补充了561颗星。1848年，98岁的卡罗琳永远地离开了我们。

父与子

由于天文学研究需要花费大量的时间，威廉直到50岁才娶了一位非常富有、同时又全力支持他工作的寡妇玛丽为妻。1792年，约翰出生于威廉的观测楼内。而威廉的这个独生子出世时，他已是54岁的老人了。

俗话说，“虎父无犬子”，在这样一个天文学世家里，约翰的科学成就自然十分卓著。他是英国著名的天文学家、数学家、化学家及摄影师，是英国天文学会理事会创始人之一，而且是它的第一任国外书记。他甚至被誉为是“一个时代最伟大的科学家之一”。

约翰·赫歇尔于1807年进入剑桥大学圣约翰学院，成绩十分优异。他早期的数学成就已颇不平凡，21岁便当选为皇家学会会员，但他却转而去学习法律了。

1816年，24岁的约翰回到斯劳，接替78岁高龄的父亲承担大量的观测工作，在父亲指导下制造望远镜，同时还继续研究纯数学。为了将父亲的巡天和恒星计数工作扩展到南天，约翰于1834年初携妻子和3个孩子前往非洲好望角，在那里工作了4年，编制了南天的星云星团表。1838年他返回伦敦，花费了数年时光撰写南天普查工作的详细总结，但直到1847年才发表。他还写了一本科普书《天文学概要》，综合当时天文系发展的最新成就，于1849年出版，很受欢迎，被翻译成多国文字出版，并于1859年由李善兰和伟烈亚力合作翻译成中文，书名为《谈天》，在当时的中国引起了不小的反响。他于1849年写成的《天文学纲要》，在几十年内一直是普通天文学的标准教本。

在核对父亲的双星聚星表的过程中，约翰从中新发现了525个星云星团；在对南天进行观测的过程中，他共记录68 948个包括恒星、星团、星云、双星等在内的天体，并测定了许多恒星的亮度。他们父子均获得了英国皇家学会的柯普莱奖章。为纪念他对天文学的贡献，国际天文学联合会把第2000号小行星命名为赫歇尔小行星。

约翰·赫歇尔其他方面的兴趣包括化学和照相术，他首次发现了硫代硫酸钠能作为溴化银的定影剂，发明了很多有关照相的技术。他提出的"photography"（摄影）、"negative"（负片）及"positive"（正片）等名词，至今仍为摄影家使用。古典摄影工艺蓝晒法（Cyanotype）是他另一项重要的发明。1837年，在维多利亚女王加冕典礼上，约翰被封为准男爵。他的一生从未在任何科研机构任职，总是设法靠自己的私人财产从事自己喜爱的研究。赫歇尔一家的努力，开辟了观测天文学时代，为20世纪的天文学发展建筑了舞台。endprint