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第6章 天文学家的故事(6)

查尔斯·梅西耶,法国天文学家,他通过观察,研究,给星云、星团和星系编上了号码,并制作了著名的“梅西耶星团星云列表”。

梅西耶在巴黎的法国海军天文台工作期间,曾是天文官的助手,也是从那时起,梅西耶开始沉迷于对彗星的观察。他根据观测,搜索预料会出现的彗星。然而,搜索的工作并不顺利。在梅西耶的时代,星云是一个用来表示深空中任何模糊不清光源的术语。在他当时的小望远镜中,星云和彗星看上去是一样的。

不久,梅西耶接任天文官的职务。在搜寻彗星的过程中,苦于彗星、星云和其他天体经常模糊混淆的梅西耶,开始制作一张彗星和星际间朦胧天体的列表,以便能更好地区分星云和彗星。

几个月后,他做成了一张包含40多个天体的列表,此后,于发现大犬座的M41后,他又在列表中追加了M41-M45等五个天体。直到现在,许多最著名的星云依然沿用梅西耶星云星团表上的编号来称呼。

1769年,在白羊座附近发现了大彗星,梅西耶因此成为柏林科学院的外国人院士。次年,他又发现了一颗彗星,并成为了巴黎学士院的正式成员。

梅西耶在一生中总共发现了12颗彗星。他发表的《梅西耶星团星云列表》中的天体,都被称为“梅西耶天体”。

后人为了纪念他,将月球上一个陨石坑命名为“梅西耶”,另外,7359号小行星也以他的名字命名。因为,梅西耶一生发现彗星数量之多,法国国王路易十五称他为“彗星猎人”。

探索的道路坎坷不平,任何困难都可能出现,只有抱着“有条件要上,没有条件创造条件也要上”的战胜一切困难的信念,成功才会在你脚下出现。

恒星天文学之父——威廉·赫歇尔

威廉·赫歇尔,英国著名天文学家,恒星天文学的创始人,被誉为恒星天文学之父。

威廉·赫歇尔出生于汉诺威郡,曾获选英国皇家学会会员,获乔治三世接见,并被任命为“皇家天文官”,年薪200英镑。威廉·赫歇尔是反射望远镜大型化的一代宗师,恒星天文学的创始人,他最重大的贡献,莫过于对银河系结构的研究,他是第一个确定了银河系形状大小和星数的人。

威廉·赫歇尔的父亲是一位双簧管手,在禁卫军乐团服役。威廉4岁即从父学习小提琴,稍大又学吹双簧管。父亲用以施教的乐理教材,其中有史密斯的《和声学》。根据该书提供的线索,威廉找到了史密斯的另一专著《完整的光学系统》,很早就掌握了望远镜的基础知识。而老艾萨克又多才多艺,在夜晚教授子女音乐之余,常常指点他们认识星空,谁知却有了意外的收获。

子承父业,16岁的威廉为减轻家庭负担被迫辍学,进军乐团吹起了双簧管。然而,英法爆发“七年战争”,威廉不堪战争之苦,于第二年只身渡海逃往伦敦。于是,他就白天从事音乐,晚间研习天文和磨制望远镜,每逢晴夜,则坚持观天以自娱。开始时,他是借用别人的小型望远镜,不久威廉便产生了想看得更清楚、更深远的强烈愿望。但是稍大些的望远镜,其价格的高昂足以吓退薪俸微薄的打工仔。他深知,欲探索宇宙的奥秘,只有凭借望远镜才能延长人的视力;而望远镜口径越大,视力贯穿星空的本领就越强。他决心把视界扩大到更遥远的星空,于是凭着自己的智慧和双手自行设计和建造望远镜。这是一条充满荆棘的道路,一条勇敢者的道路。

在妹妹卡洛琳的协助下,威廉自行设计和建造的第一架反射望远镜诞生了。其口径约为12.7厘米,焦距约为1.7米;为减少失光,威廉省去了牛顿式平面副镜,后世称为赫歇尔式望远镜。这是历经一年多不断试验、失败、再试验的结果。他选用不同配方的铜锑镍合金为镜胚,研磨、断裂、再研磨……滴滴汗水湿润着镜片,烛光映着星光,送走黑夜又迎来晨曦。苍天不负苦心人,威廉终于获得了成功。从此一发而不可收,仅一年之内,他便建成了3架自用的望远镜,最长的有6米,真是个庞然大物。可是,要自如地驾驭它,还得掌握高超的操作技术。

5年后,威廉建成了约9.1米的望远镜,镜面口径约为91厘米,两年后又配上口径约1.2米的巨型反射镜片。这是威廉研制的望远镜之最,也是当时世界之最。

天王星是天文学家用望远镜探测到的太阳系中的第一颗新行星。它距离太阳是日地平均距离的19倍,平均视亮度5.5星等,肉眼勉强可见。从1690年以来,它至少有19次被观测记录在案,但每次都被误认为是暗弱恒星而放过了。最后却被威廉·赫歇尔偶然间撞上了。

在天王星发现前3年,威廉在妹妹的支持下开始了工程浩大的两期“星空巡视”,目的是发现和测量双星。他用的是自制的约2.1米望远镜。第一期星空巡视,逐个观测亮于4星等的亮星;第二期星空巡视,换置更高倍的目镜和新反射镜片,逐个观测极限星等8星等的暗弱星。

一天,威廉·赫歇尔正考察双子座H星附近的一群小星时,发现了一个异常明亮的星。威廉有极其丰富的观测经验,他发现该星的直径随放大率而增大,肯定不是恒星。他意识到这是一条大鱼在咬钩了,在此之后威廉又跟踪观测了4夜。接着,他应邀在皇家学会宣读发现新天体的论文。不久,俄国的刘塞尔、法国的拉普拉斯同时计算出该星的轨道,确认它是土星之外的大行星。太阳系的疆界一下子扩大了一倍!

威廉确实幸运。他不仅获得了种种殊荣,而且流芳百世。但是这种幸运,这种不期而遇,正是同他向来重视改进科学工具,勤于系统观测的踏实作风,不怕艰难的惊人毅力,以及善于透过现象洞察事物本质的理论思维等科学素养分不开的。

这里有一段关于哲学家笛卡儿论星星的趣话。有一次笛卡儿坐在自己屋前的台阶上,正在凝视着落日后昏暗的地平线。一个过路人走近他的身旁,问道:“喂!聪明人,请问,天上有多少颗星星?”他回答道:“蠢人!谁也不能拥抱那无边无际的东西……”

赫歇尔就是天文学家中立志“数星星”的走在最前面的一个“大蠢人”。赫歇尔在历史上为恒星天文学的建立奠定了第一块基石。他第一次用实证科学而不是哲学思辨去揭示银河系的真面目。他雄心勃勃地制定并有效完成的星云巡天观测计划长达19年,硕果累累。他3次向皇家学会呈交的星云星团表,共记录了2500个星云和星团。此外,他开展了天文学史上前所未有的双星观测,由皇家学会3次发布星星表,共发现双星、三合星和聚星848个。“数星星”成了威廉最辉煌的天文业绩。他是第一个敢于“拥抱那无边无际”的人!他昔日在汉诺威禁卫军乐团、达勒姆郡军乐团任职,只是在管弦乐队里合奏高音的双簧管。而后,他的双簧管却和着宇宙深处传来的天籁之音,独奏恒星世界的群英谱。

立志做“数星星的蠢人”,这需要多大的勇气、多么惊人的毅力、多么超凡的耐心、多么高超的技巧以及多么繁重的脑力和体力劳动啊!为了数星星,他们数十年如一日默默无闻地劳作。赫歇尔兄妹从不轻易放过可观测的晴朗天气,无论是严寒的冬宵还是酷暑的夏夜,他们常常从夜幕降临干到晨曦初上,废寝忘食,彻夜不眠。威廉饿了、渴了,仍舍不得离开研磨望远镜镜面的活计,卡洛琳就用叉子汤匙一口口喂他。如此艰苦劳累,他俩却毫无怨言,乐此不疲,为了科学,虽苦犹甜。

威廉·赫歇尔逝世于斯劳的观测楼内,下葬于附近的教堂。因威廉·赫歇尔在天文学特别是恒星观察领域业绩卓著,后人将他誉为“恒星天文学之父”。

机会只留给那些有准备的人,正如跑步者只有不断地练习,才会有冲刺的可能。时刻准备着,机会就在你眼前。

把上帝赶出宇宙的拉普拉斯

拉普拉斯,法国著名天文学家,天体力学的主要奠基人,天体演化学的创立者之一。

拉普拉斯出生在法国诺曼底的波蒙镇,父亲是一个农场主,他从青年时期就显示出卓越的数学才能,18岁时离家赴巴黎,决定从事数学工作。于是他带着一封推荐信去找当时法国著名学者达朗贝尔,但被后者拒绝接见。拉普拉斯就寄去一篇力学方面的论文给达朗贝尔。这篇论文出色至极,以至于达朗贝尔忽然高兴得要当他的教父,并把拉普拉斯推荐到军事学校教书。这开启了拉普拉斯的研究之路。后来,他当选法国科学院院士,任巴黎综合工科学校教授,法兰西学院院士,并任该院院长。

拉普拉斯的主要注意力集中在天体力学的研究上面,尤其是太阳系天体摄动,以及太阳系的普遍稳定性问题。他把牛顿的万有引力定律应用到整个太阳系,解决了一个当时著名的难题:解释木星轨道为什么在不断地收缩,而同时土星的轨道又在不断地膨胀。拉普拉斯用数学方法证明行星平均运动的不变性,并证明为偏心率和倾角的3次幂。这就是著名的拉普拉斯定理,从此开始了太阳系稳定性问题的研究。

拉普拉斯求得天体对其外任一质点的引力分量可以用一个势函数来表示,这个势函数满足一个偏微分方程,即著名的拉普拉斯方程。

拉普拉斯证明行星轨道的偏心率和倾角总保持很小和恒定,能自动调整,即摄动效应是守恒和周期性的,即不会积累也不会消解。

拉普拉斯发现月球的加速度同地球轨道的偏心率有关,从理论上解决了太阳系动态中观测到的最后一个反常问题。

他的著作《宇宙体系论》提出了对后来有重大影响的关于行星起源的星云假说。

在这部书中,他独立于康德,提出了第一个科学的太阳系起源理论——星云说。他认为太阳系是从一团原始星云中形成的,原始星云由于运动和质点相互吸引而形成原始火球,原始火球进一步收缩,并且由于吸引和排斥的综合作用,逐渐分化形成太阳系各行星,最后构成了现在的太阳系。他对太阳系的特点进行推算,深刻地解释了太阳系各行星的运动和轨道。康德的星云说是从哲学角度提出的,而拉普拉斯则从数学、力学角度充实了星云说,因此,人们常常把他们两人的星云说称为“康德——拉普拉斯星云说”。

星云学说带来了宇宙观的变革,它指出宇宙是在自然界自身运动中发展产生的,将上帝驱逐出宇宙。当拿破仑问拉普拉斯为什么他的学说中没有上帝时,拉普拉斯自豪地说:“我不需要那个假设”。这成为当时无神论者藐视上帝的名言,影响了很多人。

拉普拉斯发表的天文学论文有一百多篇,一生专著合计有4006多页。其中最有代表性的专著为《天体力学》、《宇宙体系论》。他被誉为“法国的牛顿”和“天体力学之父”。

在神权充斥着整个欧洲大陆的时候,拉普拉斯秉承了康德的学说,最终将上帝赶出了宇宙。这是一个无畏者对自己最高的奖赏,同时,世人也给予崇高的敬意。

发现海王星的亚当斯

亚当斯,美国著名天文学家,海王星的发现者。

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