格林尼治天文臺

江玉安

《科學(xué)西游記》的第十二站，我們來到倫敦東南部的格林尼治小鎮(zhèn).去訪問曾經(jīng)的英國皇家天文臺——格林尼治天文臺。

1884年，國際經(jīng)度會議在華盛頓召開。決定以經(jīng)過格林尼治星儀的經(jīng)線為本初子午線，作為世界計算時間及地理經(jīng)度的起點，向東稱東經(jīng)，向西稱西經(jīng)，各為180度。每15度為一個時區(qū)，相鄰時區(qū)相差1小時，格林尼治天文臺大鐘指示的時間就是世界各國通用的“格林尼治標(biāo)準(zhǔn)時間”。格林尼治和附近的花園在1997年被確定為世界文化遺產(chǎn)，格林尼治作為天文學(xué)的地標(biāo)當(dāng)之無愧。

英國皇家天文臺成立于1675年，當(dāng)時的國王是查理二世，皇家的也就是“國立”的。這和法王路易十四宣稱“朕即國家”如出一轍，英國國王設(shè)置了皇家天文學(xué)家的職位，就像我國古代的欽天監(jiān)，是官員，吃皇糧。格林尼治天文臺也許不是世界上最早的“國立”天文臺，但它是英國皇家天文學(xué)會的中心，英國皇家天文學(xué)會及皇家天文臺起點高、持續(xù)保持高水平、傳奇色彩濃郁。

仰望星空，探索真理是人類文明發(fā)達(dá)起來的主要標(biāo)志之一，在中國古代有天圓地方之說，古希臘哲學(xué)家亞里士多德在他的《論天》一書中論證了地是圓的。第一，他認(rèn)為月食是由于地球運行到太陽與月亮之間而造成的，地球在月亮上的影子是圓的，這只有在地球本身為球形的前提下才成立。第二，希臘人從旅行中得知，在越往南的地區(qū)看星空，北極星則顯得越靠近地平線。亞里士多德認(rèn)為地球是不動的，太陽、月亮、行星和恒星都以圓周為軌道圍繞著它轉(zhuǎn)動，后來托勒密根據(jù)亞里士多德的思想提出一個完整的宇宙模型，地球處于正中心，包圍它的是8個天球，這8個天球分別負(fù)載著月亮、太陽、恒星和當(dāng)時已知的5個行星：水星、金星、火星、木星和土星。這5顆行星是漢語譯名，是按照中國“陰陽五行”觀念中的“五行”（金、木、水、火、土）來譯制的。

1514年，波蘭天文學(xué)家哥白尼為了更好地解釋行星的運動規(guī)律，提出了“日心說”。1609年，意大利天文學(xué)家伽利略在世界上第一次使用望遠(yuǎn)鏡觀測夜空，發(fā)現(xiàn)有幾個小衛(wèi)星圍繞木星轉(zhuǎn)動。這表明并不是所有的天體都圍繞地球運動，“地心說”不能自圓其說，哥白尼的“日心說”被廣泛接受。德國的開普勒根據(jù)第谷的觀測數(shù)據(jù)總結(jié)出行星運動三定律，證明行星運動的軌道是橢圓形，而不是一直以為的圓形。1687年，英國出版了牛頓的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，牛頓提出的萬有引力定律是開普勒定律的升級版。牛頓的理論總結(jié)得益于皇家天文臺提供的觀測數(shù)據(jù)，皇家天文臺的首任天文學(xué)家，也即臺長是約翰·弗蘭斯蒂德。

萬有引力定律的第一個勝利是“哈雷彗星”，哈雷是牛頓的好朋友，皇家天文臺的第二任臺長。他在1682年觀察到“哈雷彗星”，后來根據(jù)萬有引力定律計算得出，它應(yīng)該在76年后的1758年再次出現(xiàn)。當(dāng)然，哈雷和牛頓都沒有親眼看到“哈雷彗星”的回歸，但后來者看到了。

雖然伽利略用望遠(yuǎn)鏡觀測星空，拓展了人類的視野，但伽利略的望遠(yuǎn)鏡是折射望遠(yuǎn)鏡。由于透鏡的色差而無法達(dá)到很高的放大率，一代天驕伽利略也沒能發(fā)現(xiàn)新的行星，真是“巧婦難為無米之炊”。1781年3月13日，威廉·赫歇爾在英國小鎮(zhèn)巴斯發(fā)現(xiàn)了太陽系的第七顆行星，赫歇爾成為幾千年來發(fā)現(xiàn)新行星的第一人，是天文學(xué)上劃時代的明星。

威廉·赫歇爾，1738年11月15日出生在當(dāng)時屬于英王領(lǐng)地的德國中北部城市漢諾威的一個音樂之家，具有很高的音樂天賦。1766年，赫歇爾遷居到英國西南部的巴斯小鎮(zhèn)，不僅擔(dān)任教堂的風(fēng)琴演奏師，還兼任當(dāng)?shù)氐囊魳窌偙O(jiān)，收入頗豐。赫歇爾為了了解音樂和聲的數(shù)學(xué)機理而開始學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)，因?qū)W習(xí)數(shù)學(xué)而接觸光學(xué)，并進一步對天文學(xué)產(chǎn)生濃厚興趣，成為一位業(yè)余天文學(xué)家?！肮び破涫?，必先利其器?！焙招獱栔?，要想有新發(fā)現(xiàn)，必須自己動手制作先進的望遠(yuǎn)鏡。他超越伽利略，改做牛頓發(fā)明的反射望遠(yuǎn)鏡，也許是音樂家靈巧的雙手幫助了赫歇爾?？傊招獱柕耐h(yuǎn)鏡出類拔萃，獨步當(dāng)時。1778年，赫歇爾制作出一架焦距7英尺的反射望遠(yuǎn)鏡：被后世稱為“七英尺望遠(yuǎn)鏡”，性能超越了格林尼治皇家天文臺的望遠(yuǎn)鏡。

天文觀測從此成為赫歇爾的最愛，他如此癡迷，以至為了不間斷地觀測。要妹妹卡洛林用勺子喂他吃飯，只有在陰雨無光難以觀測時，他才會躺下休息睡覺。幸運只眷顧勤奮者，1781年3月13日那個春天的夜晚，赫歇爾發(fā)現(xiàn)了太陽系的第七大行星——后來被命名為“天王星”。8個月后，英國皇家學(xué)會將最高獎——考普雷獎授予了赫歇爾。并接納他為皇家天文學(xué)會會員，英王喬治三世親自接見了他，還特意征召他為皇家天文學(xué)者，并為他提供了津貼，還安排他遷居到溫莎城堡附近，以便及時請教。只不過，國王提供的職位津貼比不上原來干音樂的收入，但赫歇爾認(rèn)為國王的任命不能拒絕，他只好與妹妹一起制作望遠(yuǎn)鏡售賣，賺點外快，以彌補損失。然而最終解決收入難題的辦法是娶個富豪寡婦，那是1788年的事。

天王星實際上被多次發(fā)現(xiàn)過，最早的一次就是皇家天文臺首任天文學(xué)家約翰·弗蘭斯蒂德在1690年發(fā)現(xiàn)的。只不過，約翰·弗蘭斯蒂德并沒有意識到那是顆行星，誤以為是恒星。

赫歇爾于1816年被封為爵士，1821年當(dāng)選首任皇家天文學(xué)會會長，赫歇爾的妹妹卡洛林終生未嫁，享年98歲。把一生獻給了天文事業(yè)，月球上的一個環(huán)形山就是以她的名字命名的。赫歇爾的兒子小赫歇爾（威廉·赫歇爾）也是位著名的科學(xué)家，他最著名的成果是老式攝影的“定影”方法。英文“攝影”“正片”“副片”等名詞都是他創(chuàng)造的。小赫歇爾逝世后安葬在西敏寺，與牛頓、達(dá)爾文相伴，赫歇爾家族是天文史上著名的家族。

責(zé)任編輯 彭德利