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不一样的天文学家:他曾激励达尔文,还推动了照相术

约翰·赫歇尔(1792年—1871年)

人类历史的长河里,出现了许多横跨多个学科的杰出学者,这些学者在自己感兴趣的多个领域里都取得了出色的成就,以博学家的身份名垂青史。约翰·赫歇尔就是这些博学家中的重要一员。

约翰·赫歇尔1792年诞生于一个天文学家族之中,父亲威廉·赫歇尔是伟大的天文学家、天王星的发现者、红外线的发现者、恒星天文学之父,姑姑卡洛琳·赫歇尔也是著名的天文学家。

虽然身处这样一个当时最强的天文学家庭,约翰·赫歇尔一开始却并未专注于天文学研究。他15岁进入剑桥大学圣约翰学院,21岁毕业,不仅获得了剑桥大学每年仅有两三个名额的斯密斯奖,还在剑桥大学的数学荣誉学位考试中获得第一名,从而得到被誉为“在英国可获得的最高智力成就”的“一等优胜者”称号。历史上获得这个荣誉的人中,有多位成为杰出的数学家、物理学家或其他行业佼佼者。这一年,他还因为数学方面的才能而被选为皇家学会会员。

毕业之后,约翰学习法学。1816年,24岁的约翰回到了故乡斯劳,此时他的父亲威廉已78岁高龄,并在8年前就已无法从事劳累的天文观测。约翰接手了父亲未竟的事业,一边在父亲指导下制造望远镜,整理父亲得到的一些观测材料,一边继续研究数学和化学。1819年,27岁的约翰发现硫代硫酸钠可以溶解碘化银、溴化银等含银卤化物,这为他后来的一个重大发现埋下了伏笔。

1821年,29岁的约翰因为数学方面的成就获得了英国皇家学会的科普利奖。也是从这一年开始,约翰与合作者用两年时间核对威廉留下的星表,这个星表里记录了大量由两个恒星构成的双星系统。约翰从星表中发现了525个星云与星团,因此于1825年与1826年先后获得了法兰西学会颁发的拉朗德奖与英国皇家天文学会颁发的金质奖。1825年,约翰发明了化学光度计,用以直接测量阳光的照射功率。

除了数学、天文学与化学之外,约翰对地质学、语言学等领域也有强烈兴趣。1831年,他出版了《试论自然哲学研究》,这本书提倡用归纳的方法研究科学实验与理论,对科学哲学有重大贡献。这本书对物种演化尤为关注,将其称为“谜中之谜”,这使当时在剑桥大学读书的达尔文对物种起源等问题产生了“燃烧的热情”。

此时的赫歇尔虽然不到40岁,却已在数学、天文、化学与科学哲学领域都有了成就。但他并不满足于此。为观测南半球的天空,约翰于1833年底出发,前往非洲好望角,在那里工作了4年。在南非期间,他于1836年再次获得皇家天文学会颁发的金质奖章,并因为3年前发表的一篇关于星云与星团的论文而首次获得皇家奖章。1836年6月,达尔文在南非拜访了约翰,并在后来称他为“我们最伟大的哲学家之一”,部分原因是因为达尔文后来出版的《物种起源》受到了会见交流的巨大影响。

在南非的4年时间,被约翰认为是自己一生中最快乐的时光。他在天文观测之余,和妻子玛格丽特·斯蒂华一起研究了当地的多种花,他用描像器画出花的轮廓,然后让妻子填补细节,二人用这种方式画出了131种植物的高质量图像。这些画像在1996年被出版成书,书名为《赫歇尔之花》。

约翰在照相术方面获得的多个重要进展大大提高了他的知名度。照相术于1817年法国艺术家尼普斯发明并于1839年被达盖尔改进为银版照相术。这种底片未感光的部分遇光还会变黑,因此只能放在暗室中。约翰于1839年首次使用“摄像”这个词,并在论文中指出硫代硫酸钠可以将未感光的碘化银溶去,将影像固定,底片就不会再变化,这个技术就是“定影”,他将这个方法告诉了达盖尔等人。这个技术可以追溯到他20年前的发现。因为在照相术方面的重大贡献,他在1840年第二次获得皇家奖章。在照相术方面,约翰还发明了此后长期流行的“蓝晒法”等重要的照相技术。

由于底片上光照最强的部分最黑,光照最弱的地方最白,与实际的黑白相反,约翰将底片称为“负片”;这个称谓,连同他发明的名词“正片”与“摄像”,一直沿用至今。在约翰的重大突破之后,经过多位化学家的接力,照相术迅速成熟。照相术大大推动了天文学的发展。因此,约翰在照相术方面的贡献,也是对天文学的重大贡献。

1847年,耗时9年的《好望角天文观测结果》一书出版。这本书记录下了南天68948个恒星、星团、星云、双星等天体的亮度与位置。因为这个成就,他在这一年第二次获得科普利奖。在这本书里,约翰还为7颗土星卫星命了名。

1849年,约翰出版了《天文学概要》,很快成为当时天文学的标准教材并被翻译成多国文字,这本书的中文版由李善兰和伟烈亚力翻译后改名为《谈天》,1859年在中国出版。1864年,约翰出版了《星云与星团总表》,将他父亲威廉与自己的相关观测工作会集其中。

1871年,约翰在肯特郡逝世,享年79岁。他被公认为那个时代最杰出的科学家之一,在多个领域留下了不朽的成就,先后获得1次拉朗德奖、2次科普利奖,2次皇家天文学会金质奖,2次皇家奖,3次当选皇家天文学会主席(1827年、1839年与1847年);他研究了数学、天文学、化学、实验照相学、植物学与科学哲学等多个领域,并在这些领域都成名成家;他既有杰出的理论才能,又擅长观测与发明。

为纪念约翰这位伟大的科学大师,英国为他举行了国葬,将他安葬在威斯敏斯特大教堂离牛顿墓很近的区域。当年深受约翰影响的达尔文去世后,也被安葬在威斯敏斯特大教堂,他的墓碑紧挨着约翰的墓碑,一白一黑。???

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