不一樣的天文學(xué)家：他曾激勵(lì)達(dá)爾文，還改進(jìn)了照相術(shù)

王善欽

在人類(lèi)歷史的長(zhǎng)河里，出現(xiàn)了許多橫跨多個(gè)學(xué)科的杰出學(xué)者，這些學(xué)者在自己感興趣的多個(gè)領(lǐng)域里都取得了出色的成就，以博學(xué)家的身份名垂青史。約翰·赫歇爾就是其中的一員。

約翰·赫歇爾1792年出生于一個(gè)天文學(xué)家族，父親威廉·赫歇爾是天王星的發(fā)現(xiàn)者、紅外線的發(fā)現(xiàn)者、恒星天文學(xué)之父，姑姑卡羅琳·赫歇爾也是著名的天文學(xué)家。

雖然身處這樣一個(gè)在當(dāng)時(shí)極具名望的天文學(xué)家庭，但約翰·赫歇爾一開(kāi)始并未專(zhuān)注于天文學(xué)研究。他15歲進(jìn)入劍橋大學(xué)圣約翰學(xué)院，21歲畢業(yè)，不僅獲得了劍橋大學(xué)每年僅有兩三個(gè)名額的史密斯獎(jiǎng)，還在劍橋大學(xué)的數(shù)學(xué)榮譽(yù)學(xué)位考試中獲得第一名，從而獲得被譽(yù)為“在英國(guó)可獲得的最高智力成就”的“一等優(yōu)勝者”稱號(hào)。歷史上獲得這項(xiàng)榮譽(yù)的人，大多成為杰出的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家或其他行業(yè)的佼佼者。這一年，他還因?yàn)閿?shù)學(xué)方面的才能而被選為皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。

畢業(yè)之后，約翰開(kāi)始學(xué)習(xí)法學(xué)。1816年，24歲的約翰回到了故鄉(xiāng)斯勞，此時(shí)他的父親威廉已78歲高齡，并在8年前就已無(wú)法從事勞累的天文觀測(cè)。約翰接手了父親未竟的事業(yè)，一邊在父親的指導(dǎo)下制造望遠(yuǎn)鏡、整理父親的一些觀測(cè)材料，一邊繼續(xù)研究數(shù)學(xué)和化學(xué)。1819年，27歲的約翰發(fā)現(xiàn)硫代硫酸鈉可以溶解碘化銀、溴化銀等含銀的鹵化物，這為他后來(lái)的一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)埋下了伏筆。

1821年，29歲的約翰因?yàn)閿?shù)學(xué)方面的突出成就獲得了英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的科普利獎(jiǎng)。也是從這一年開(kāi)始，約翰與合作者用兩年時(shí)間核對(duì)威廉留下的星表，這個(gè)星表里記錄了大量由兩顆恒星構(gòu)成的雙星系統(tǒng)。約翰從星表中發(fā)現(xiàn)了525個(gè)星云與星團(tuán)，因此于1825年、1826年先后獲得了法蘭西學(xué)會(huì)頒發(fā)的拉朗德獎(jiǎng)與英國(guó)皇家天文學(xué)會(huì)頒發(fā)的金質(zhì)獎(jiǎng)。1825年，約翰發(fā)明了化學(xué)光度計(jì)，用以直接測(cè)量陽(yáng)光的照射功率。

除了數(shù)學(xué)、天文學(xué)與化學(xué)，約翰對(duì)地質(zhì)學(xué)、語(yǔ)言學(xué)等學(xué)科也有濃厚的興趣。1831年，他出版了《試論自然哲學(xué)研究》，這本書(shū)提倡用歸納的方法研究科學(xué)實(shí)驗(yàn)與理論，對(duì)科學(xué)哲學(xué)學(xué)科做出了重大貢獻(xiàn)。這本書(shū)對(duì)物種演化尤為關(guān)注，將其稱為“謎中之謎”，這使當(dāng)時(shí)在劍橋大學(xué)讀書(shū)的達(dá)爾文對(duì)物種起源等問(wèn)題產(chǎn)生了“燃燒的熱情”。

此時(shí)的赫歇爾雖然不到40歲，卻已在數(shù)學(xué)、天文學(xué)、化學(xué)與科學(xué)哲學(xué)等領(lǐng)域都有了一定的成就。但他并不滿足于此。為了觀測(cè)南半球的天空，約翰于1833年年底出發(fā)，前往非洲好望角，在那里工作了4年。在南非期間，他于1836年再次獲得皇家天文學(xué)會(huì)頒發(fā)的金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)?，并因?yàn)?年前發(fā)表的一篇關(guān)于星云與星團(tuán)的論文而首次獲得皇家獎(jiǎng)?wù)隆?836年6月，達(dá)爾文在南非拜訪了約翰，并在后來(lái)稱他為“我們最偉大的哲學(xué)家之一”，部分原因是達(dá)爾文后來(lái)出版的《物種起源》受到了這次交流的巨大影響。

在南非的4年時(shí)間，被約翰認(rèn)為是自己一生中最快樂(lè)的時(shí)光。他在天文觀測(cè)之余，和妻子瑪格麗特·斯圖爾特一起研究了當(dāng)?shù)氐亩喾N花。他用描像器畫(huà)出花的輪廓，然后讓妻子填補(bǔ)細(xì)節(jié)，兩人用這種方式畫(huà)出了131種植物的高質(zhì)量圖像。這些畫(huà)像在1996年被出版成書(shū)，書(shū)名為《赫歇爾之花》。

約翰在照相術(shù)方面取得的多個(gè)重要進(jìn)展大大提高了他的知名度。照相術(shù)于1817年由法國(guó)藝術(shù)家尼普斯發(fā)明，并于1839年被達(dá)蓋爾改進(jìn)為銀版照相術(shù)。這種底片未感光的部分遇光還會(huì)變黑，因此只能放在暗室中。約翰于1839年首次使用“攝像”這個(gè)詞，并在論文中指出硫代硫酸鈉可以將未感光的碘化銀溶去，將影像固定，底片就不會(huì)再變化，這個(gè)技術(shù)就是“定影”，他將這個(gè)方法告訴了達(dá)蓋爾等人。由于在照相術(shù)方面的重大貢獻(xiàn)，他在1840年第二次獲得皇家獎(jiǎng)?wù)隆Ｔ谡障嘈g(shù)方面，約翰還發(fā)明了此后長(zhǎng)期流行的“藍(lán)曬法”等重要技術(shù)。

由于底片上光照最強(qiáng)的部分最黑，光照最弱的地方最白，與實(shí)際的黑白相反，約翰將底片稱為“負(fù)片”;這個(gè)稱謂，連同他發(fā)明的名詞“正片”與“攝像”，一直沿用至今。在約翰的重大突破之后，經(jīng)過(guò)多位化學(xué)家的接力，照相術(shù)迅速成熟。照相術(shù)大大推動(dòng)了天文學(xué)的發(fā)展。因此，約翰在照相術(shù)方面的貢獻(xiàn)，也是對(duì)天文學(xué)的重大貢獻(xiàn)。

1847年，約翰耗時(shí)9年的《好望角天文觀測(cè)結(jié)果》一書(shū)出版。這本書(shū)記錄下了南天68948個(gè)恒星、星團(tuán)、星云、雙星等天體的亮度與位置。因?yàn)檫@項(xiàng)成就，他在這一年再次獲得科普利獎(jiǎng)。在這本書(shū)里，約翰還為7顆土星衛(wèi)星命了名。

1849年，約翰出版了《天文學(xué)概要》，這本書(shū)很快成為當(dāng)時(shí)天文學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)教材并被翻譯成多種文字，其中文版由李善蘭和偉烈亞力翻譯后改名為《談天》，于1859年在中國(guó)出版。1864年，約翰出版了《星云與星團(tuán)總表》，他將父親威廉與自己的相關(guān)觀測(cè)工作匯集其中。

1871年，約翰在肯特郡逝世，享年79歲。他被公認(rèn)為那個(gè)時(shí)代最杰出的科學(xué)家之一，在多個(gè)領(lǐng)域留下了不朽的成就，先后獲得1次拉朗德獎(jiǎng)、2次科普利獎(jiǎng)、2次皇家天文學(xué)會(huì)金質(zhì)獎(jiǎng)、2次皇家獎(jiǎng)，3次當(dāng)選皇家天文學(xué)會(huì)主席（1827年、1839年與1847年）;他研究了數(shù)學(xué)、天文學(xué)、化學(xué)、實(shí)驗(yàn)照相學(xué)、植物學(xué)與科學(xué)哲學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域，并在這些領(lǐng)域都成名成家;他既有杰出的理論才能，又擅長(zhǎng)觀測(cè)與發(fā)明。

為紀(jì)念約翰這位偉大的科學(xué)大師，英國(guó)為他舉行了國(guó)葬，將他安葬在威斯敏斯特大教堂離牛頓墓很近的區(qū)域。當(dāng)年深受約翰影響的達(dá)爾文去世后，也被安葬在威斯敏斯特大教堂，他的墓碑緊挨著約翰的墓碑，一白一黑。