愛德蒙.哈雷:不只是一顆彗星

有這樣一些人，雖然一輩子可能在不停地忙碌，做了很多事，但因為當中某一件事實在太有名了，最終大家往往會以為這家伙一輩子啥事沒干，就干這事去了。就好比很多“只紅一首歌”的歌手，出來打打醬油的電影配角，甚至一些名家大腕，也逃不掉這樣的規律。就拿這次我們要介紹的愛德蒙·哈雷(EdmondHalIev)來說，大家都知道著名的哈雷彗星是以他的名字命名，但在彗星之外呢，我們似乎就什么也說不上來了。但實際上，作為一名杰出的Geek，哈雷一生有相當多的成就。正如早期很多厲害的家伙(達芬奇、達爾文、亞里士多德等)一樣，哈雷也跨界廣泛，在天文、航海、地理、統計、工程、力學、物理等多個領域都有很高的造詣，遠不是一顆彗星就能概括的。

忙碌的一生

哈雷出生于1656年的英國倫敦，他與他的父親同名(哈雷的兒子也叫“愛德蒙”，這一家人……”)。一般來說，厲害的兒子離不開父親的培養，與其他不少成功人士一樣，哈雷的父親為了培養哈雷也是不遺余力。哈雷的父親是一個肥皂商，當時正值肥皂在歐洲流行起來的時候，現在看起來很不怎么樣的生意在當時可是非常搶手，哈雷一家在當時也比較富裕，這讓哈雷的父親能夠在對小哈雷的教育方面有大量投入：請家庭教師、買很貴的儀器以及對哈雷的很多學習和試驗計劃完全資助。即便在哈雷十歲的時候父親的生意因為倫敦的一場大火而受到重創，但哈雷始終能夠享受當時最好的教育——父愛真偉大。

當然，哈雷本人也非常爭氣，他從小就表現出在很多學科上的發展潛質。小時候他對數學和天文都很感興趣，隨后父親先把他送到了私立的圣保羅學校(St’Poul’sSchool)學習。在17歲時，哈雷進入牛津大學王后學院，當時他就已經是個小有名氣的天文學家，進校之后他在研究方面更加如魚得水，19歲時就協助第一位皇家天文學家弗拉姆斯蒂德(John Flamsteed)進行觀測，并得到了后者的欣賞。加上哈雷生性開朗，極為擅長與人打交道，他也迅速得到更多前輩的肯定和提拔。

厲害的人都有著自己的行為方式，哈雷在牛津大學王后學院的課程并沒有讀完(后來因為名氣太大，英國國王查理二世下令直接授予哈雷學位)，就離開學校，去了南大西洋圣赫勒納島建立了一座天文臺，從此哈雷走上自己的研究道路。首先在天文方面，哈雷有編制第一個南天星表、利用牛頓的萬有引力定律預言哈雷彗星等成就，后來他還先后擔任過船長、地圖繪制員、牛津大學教授、皇家造幣廠副廠長等職位，并在多個學科上都有自己的研究與突破。最后他在居住了20多年的格林威治(了解一點地理常識的同學對這個地方一定不陌生)逝世，享年86歲。

哈雷與天文學

接下來我們就來具體看看哈雷在各個學科上的成就，首先當然是我們很熟悉的天文學。在哈雷進入牛津之前，17歲的他就已經在天文學研究方面小有名氣，在進校之后，哈雷除了在他感興趣的數學和天文學方面繼續發展，還師從弗拉姆斯蒂德，直接進入到研究的“實戰”階段。在大學的他參與了1675年剛成立的格林威治天文臺的建設(最后當哈雷老了，這里還真成為他的家了)，同時協助弗拉姆斯蒂德繪制北半球星圖。在這一過程當中，一向以性格嚴肅甚至到死板著稱的弗拉姆斯蒂德對哈雷贊不絕口，當時還在大二的哈雷，已經逐漸成為科學界所關注的焦點。

P.S.哈雷與弗拉姆斯蒂德的恩怨

對于哈雷來說，弗拉姆斯蒂德絕對是有著知遇之恩的人，弗拉姆斯蒂德從一開始也對哈雷青睞有加，很多研究項目都點名讓哈雷參與，這讓哈雷迅速成為圈子里面的明星。不過隨著時間的推移，兩個人的關系開始惡化，這主要還是性格問題：哈雷生性活潑，腦子里很多天馬行空的幻想，說話也愛開玩笑，這和弗拉姆斯蒂德嚴肅古板的性格完全背道而馳，弗拉姆斯蒂德完全不能接受哈雷大大咧咧地搞研究，后來也不斷指責哈雷浮夸，“只靠想像力就能在皇家學會混”。

另外，哈雷才華橫溢，且不按常理出牌(比如突然退學去南半球建立天文臺這類的做法)，逐漸也讓弗拉姆斯蒂德心生嫉妒。加上哈雷一直試圖用科學的道理來解釋《圣經》當中的事件，這被弗拉姆斯蒂德認為是“對神不敬”。面對弗拉姆斯蒂德后期的大肆誹謗，在當時被公認為度量很大的哈雷也很受不了，認為弗拉姆斯蒂德“嫉妒心極強”，脾氣怪異又喜歡欺負后輩。就這樣，兩個人從_開始的志同道合，到后來的針鋒相對。而兩個人的恩怨，以弗拉姆斯蒂德去世，哈雷接替弗拉姆斯蒂德擔任格林威治天文臺第二任臺長而宣告結束。

協助繪制北半球星圖顯然沒有滿足哈雷。在大三那年，哈雷的父親去世，留給了哈雷一筆不多不少的遺產，20歲的哈雷在同年決定中斷學業，利用父親的遺產踏上了遠行之路。他帶上了一具半徑為1.5米多的六分儀和一架鏡身長7米多的望遠鏡，乘上東印度公司的一條商船，與助手一起經過100多個日夜的顛簸，到了距離英國11000多公里的南大西洋圣赫勒納島。哈雷在那里建立了一座簡易的臨時天文臺(這也是南半球第一個天文臺)，在隨后的一年時間當中，他繪制出了第一張南天星表，表上包括381顆南天恒星的黃道坐標，另外哈雷還觀測到水星凌日和一些恒星的數據。說起來，相比留在學校按部就班地完成學業，開拓南半球，將知識完全整理和組合到一起，對于哈雷日后的研究有著至關重要的意義。

回到倫敦之后，哈雷發布了南天星表，頓時名聲大振，并迅速被選為英國皇家學會會員，當時他才22歲。隨后哈雷并沒有閑著，兩年后，他與巴黎天文臺第一任臺長卡西尼合作，觀測了當年出現的一顆彗星，這又再次激發了哈雷對天文進一步研究的熱情。很快，哈雷在整理各種彗星的觀測記錄時，發現1682年出現的一顆彗星的軌道根數，與1607年開普勒觀測到的、1531年阿根延觀測到的兩顆彗星的軌道根數相近，它們出現的時間間隔都是75或76年。然后，哈雷緊追不放，通過運用牛頓的萬有引力定律反復推算，得出這幾顆彗星其實都是同一顆的結論，并預言這顆彗星將會在1758年再度出現。后來在1758年底1 759年初，彗星果然出現，這時哈雷已經去世了16年，人們為了紀念哈雷，就將這顆彗星命名為“哈雷彗星”。按照哈雷的計算，彗星還會在1835年、1910年、1986年出現，這些都最終得到印證。

話題再轉回20多歲的哈雷。在預言哈雷彗星的回歸周期時，哈雷用到的是牛頓的萬有引力定律，同時對開普勒觀測的彗星也進行了推算驗證。這當中，哈雷開始對開普勒提出的運動定律產生了疑惑(具體來說，是哈雷利用開普勒第三定律，對太陽對行星的引力與距離的關系進行推導，得到的結果不能確定是否符合開普勒的第一定律)。這樣的疑惑從1680年開始，到1683年，哈雷與胡克(英國物理學家、天文學家，提出了著名的胡克定律，也稱為彈性定律)、雷恩又討論到這個問題。此時哈雷決定不能再糾結了，于是在1684年，哈雷直接到劍橋找到牛頓求教，兩個人一見如故，從此成為親密戰友。對于哈雷的問題，牛頓幾年前就自己解決了，而且與牛頓的合作，也讓哈雷在1705年發表《彗星天文學論》時，對彗星回歸的預測更有底氣和依據。

在彗星的研究之后，緊接著哈雷開始將目光放到行星和恒星等天體上。在1716年，哈雷發表論文，第一個提出一套利用觀測金星凌日來計算日地距離的方法。所謂“金星凌日”，就是當金星處于地球和太陽之間、三者一線的時候，這時在地球上的不同地點同時觀察金星凌日，就會發現金星在太陽上的投影不同，據此就可以求出金星的視差角，繼而求出金星到地球的距離，再根據開普勒第三定律求出日地距離——在當時的條件下，這是最方便、最可行和最有創意的一種測量方式。在早期的天文學領域，哈雷的這一貢獻重要性絲毫不亞于發現哈雷彗星。

此外，在提出用金星凌日計算日地距離的事實上，牛頓給后人留下的寶貴財富當中，《自然哲學的數學原理》這本重要的著作還有著哈雷的一份功勞。正是哈雷勸說牛頓決定出版這本書，并且在皇家學會無力承擔出一版費用的時候，自己出錢出力幫牛頓出版，在出版之后哈雷還努力為書進行宣傳。為了感謝哈雷，牛頓也力所能及地幫忙，除了在學術方面始終“罩”著哈雷，在哈雷經濟狀況不景氣的時候，還把哈雷安排到造幣廠工作。兩人的互相照顧和提攜成為了早期科學史上的一段佳話。

P.S.哈雷與牛頓的故事

雖然在很多史料當中，記載的都是牛頓性格怪異，甚至經常在爭奪功名的時候利用自己的權威地位，不擇手段給他人抹黑這些不怎么樣的歷史，但牛頓卻真的和哈雷—見如故，兩個相差14歲的人成了忘年交，此后在科學研究當中也成為彼此的得力伙伴。從這一點也可以看出哈雷真的非常擅長與人打交道。

牛頓與哈雷

兩年之后，哈雷在1718年發表了新的論文，這次哈雷提出了恒星有空間運動的觀點，并給出了大量資料。不僅如此，天狼星、南河三和大角這三顆星的自行以及月球長期加速現象也都是由哈雷首先發現并整理公布。不愧是自己的老本行，哈雷對早期天文學發展的貢獻可見一斑。

哈雷與航海學

哈雷在科學發展史上的另一大重要貢獻在航海學方面，這當然也與哈雷自己的成長經歷分不開。不僅英國本身就是個島國，哈雷在大學時退學去南太平洋觀測天文，也經歷過近半年的海上航行。如何才能更順暢更準確地在海上活動，哈雷的感觸應該比當時絕大多數科學家都要更深。因此在后來，哈雷不僅在自己出海時進行航海方面的觀測，也利用自己在皇家學會當中的地位，盡力去提拔一些有識之士。當然，這也得到了英國國王的大力支持，畢竟當時英國與荷蘭等國一樣，海路的通暢關系國計民生——英國當時甚至成立了經度局，就如何才能讓船只在海上按預定路線行進懸賞兩萬英鎊尋找解決方案，可見這一問題的迫切。(測定經緯度的歷史請見2010年4期《Geek》。)

要按照預定路線行進，當時的共識是制造高精度海鐘，以此來確定經緯度(尤其是經度，因為緯度是自然規律決定的，通過測量太陽與海平面的夾角，計算起緯度來比較容易)。而海鐘的發展在當時分成了海鐘派和天鐘派兩個派別，受制于鐘表制造的技術局限，當時絕大多數的天文學家、數學家和航海專家都將希望寄托在了通過觀察星空的變化繪制經度圖的天鐘方案上，這當中也包括牛頓等。哈雷一開始沒有派別偏向，不過在一次接見了來自鄉下的木匠和鐘表匠約翰·哈里森之后，哈雷被哈里森的海鐘設計所打動，除了自己提出一些建議，更開始在資金和上流學界等多方面推動哈里森繼續研發。

說起來，當時的哈雷已經接任弗拉姆斯蒂德成為了第二任皇家天文學家，地位非常尊貴，能夠放下架子接見一個鄉下佬，足可見哈雷在科學研究與為人處世方面的平和謙遜。哈里森也確實要感謝哈雷，如果不是哈雷的鼎力支持，他根本不可能有足夠的資金在20年間改良出四代海鐘，甚至他的創造都不會有人問津(哈雷最后也幫哈里森拿到了經度局的懸賞錢)。雖然在哈雷之后，第三任皇家天文學家布拉得雷也是天鐘派的代表，但事實最終證明，哈雷的判斷是準確的，哈里森的海鐘就是現在航海導航的雛形，天鐘派的方案只是確定航程路線時的參考。

除了航海鐘，哈雷還自己出馬，解決了航海學方面的不少問題，比如發明深海潛水鐘等，這些都是哈雷留給后人的寶貴財富。而在1698年，哈雷擔任了皇家海軍軍艦派拉摩爾號船長，開始了兩年的航海，這更讓哈雷可以系統地進行研究。事實上，哈雷擔任船長就是得到了研究地球磁場的命令，在這兩年時間當中，哈雷的軍艦在大西洋上從北緯52度一直航行到南緯52度，歸來之后，哈雷繪制了一張顯示大西洋各地磁偏角的地圖(磁偏角就是指南針指示的北方與實際的正北方之間的夾角)，這是當時最詳細、完善和準確的示意圖。另外在1701年，哈雷還發表了《通用指南針變化圖》，這些都對當時的遠航船只起到了直接的幫助，也推動了此后航海學的發展。

哈雷與彈道學

哈雷的年代，正是海上航運剛剛起步的時候，一些新興國家正以海路交通為基礎，一方面迅速發現世界上越來越多的“新大陸”，同時開始在全世界范圍爭奪資源。因此，當時的科學研究幾乎都是為軍事服務，統治階級在支持科學研究方面往往也非常大方。拿哈雷的研究來說，天文學、航海學事實上都是為了讓軍艦或商船更好地通行，而牛頓、伽利略、笛卡爾、萊布尼茨、達芬奇這些不同時代的著名科學家，他們的工作其實也同樣完全與軍事掛鉤。另一方面，哈雷能在皇家學會左右逢源，性格好討人喜歡是一回事，更重要的是他完全清楚“上面的人”需要的是什么——“英國必須成為海洋的主人，英國的海軍力量必須超過任何鄰國”這句話就來自哈雷，哈雷也始終堅持將科學研究與軍事結合在一起。比如用牛頓的流體動力學來輔助外部彈道學的研究；把胡克的彈簧原理直接明確為軍事研究；還有之前我們提到的牛頓的《自然哲學的數學原理》，當中的兩部分也被哈雷直接應用在了研究炮彈的運動軌跡上。

可以說，包括牛頓在內的同時期的科學家們或許并沒有想到軍事這回事，比如牛頓和萊布尼茨，這兩位就完全在純粹的數學上鉆牛角尖，胡克這些物理學家也不過就是研究一些物體的運動軌跡什么的。而因為有哈雷的存在，這些研究被迅速地軍事化，很多科學上的純理論獲得了實際的應用。力學與外部彈道學、火藥與內部彈道學等都由哈雷推動，哈雷還大力鼓勵這些科學家繼續研究，并用簡單的語言把深奧的科學理論介紹給“上面的人”，這讓很多理論得到國家層面的重視。且不說擠掉西班牙、葡萄牙和荷蘭成為“日不落帝國”，英國在鴉片戰爭之前好幾個世紀的海上霸主地位，在當時就已經奠定了堅實的基礎。

除了引入新的理論，推動內部和外部彈道學的發展，哈雷還致力于改善現有的彈道技術，他試圖用科學來減少軍事方面的成本，他的多篇相關論文在皇家學會上宣讀，這在后來被總結成了經濟彈道學。在當時，哈雷主要解決的是具體的問題，比如哈雷強調“炮彈與炮膛越吻合，就越能夠為國王節省火藥的消耗”。很多類似的細節問題，被哈雷通過科學一點一點地印證和完善，加上諸如哈雷催促沃利斯進行空氣對射彈阻力的研究等工作，讓后人對哈雷“功利主義時代的產物”的評價完全在情理之中。

當然，這樣的評價并不是貶義，當時的世界局勢急需如此，而且堅持用科學和數學理論提高經濟效益，這在現在更是被反復強調。所謂“經濟理性主義”，從哈雷所處的17世紀就已經非常明確，哈雷本人就是引領者和推動者。

哈雷與地理學

大家都知道，很多學科都是相互關聯、層層遞進的，哈雷的研究尤其如此。從天文到航海，再從航海到地理，每一門學科的突破，都會進入到新的學科領域。哈雷的幾次航海，除了在天文方面的觀測，測量地球磁場等其實已經進入到地理學的范疇，加上他對哈里森海鐘的大力支持，在經緯度的研究上也早有積累。在此基礎上的進一步發展，讓哈雷成為了第一位揭示海洋信風分布的人，他分析了風向變化的原因，總結了信風的規律，這很快應用到了英國的船只上，無論軍艦還是商船，出海時都能更好地利用風力，這當然也為地理學的發展做出了重要的貢獻。

不只是信風，哈雷還在海洋鹽分變化的研究上有過自己的嘗試。哈雷研究海洋鹽分的變化其目的主要是計算地球的年齡，1715年，哈雷先確定了海水當中含有豐富的鹽分，進而又發現了海洋蒸發、陸地降水、河流再重回到海洋的水循環規律。然后哈雷提出，只要“假設海洋本來是淡水”，那么只要“計算出每年注入海洋的鹽量”，就可以知道海水經歷了多少年才變成現在這么成——這樣的方式當然在現在看來有些“科幻”，因為哈雷有很多方面欠缺考慮。比如在哈雷的時代，歐洲部分注入海洋的鹽量或許能夠統計得到，但其他大陸就完全沒有辦法。最后哈雷得到了“10億年”這個數字，這和現在我們通常認為的“45.4億年”有比較大的出入。不過無論如何，哈雷成為嘗試用科學方法探究地球年齡的第一人，他對海洋鹽分變化的研究也被計入了地理學的發展史。

不過，人無完人，何況在那個時代。哈雷在研究當中也犯過錯誤，他最自豪的理論之一“地球空心論”就是錯誤的代表。1692年，哈雷用錯誤的地球物質密度數據，計算出地球內部的空心部分大概有40％，進而哈雷宣布，地球是由三層同心地殼和最里面的一個地核所組成，人類只是居住在最外層的地殼上。因為哈雷當時的地位和其他科學家研究方向的不同，這一錯誤的地理學說在較長時間之后才被論證。而這樣一開始就搞錯，后面越來越錯的情況，想必我們每個人上學那會應該都遇到過吧。

哈雷與其他學科

與不少人以為的哈雷就只有發現哈雷彗星一項成就不同，哈雷一生與很多學科都沾上了邊，如果說之前提到的軍事和地理等學科已經讓人感覺有些驚訝，那么哈雷早在1693年編制了生命表(死亡率表)，奠定了計算保險費與年金的基礎，哈雷本人被后人公認為“人壽保險的先驅”，這就更加的令人匪夷所思了，而且這還被認為是第一次真正意義上的社會統計學工作。當時的哈雷是以德國西里西亞勃斯洛市從1687到1691年按年齡分類的死亡統計資料為依據，盡可能精確地繪制了死亡率曲線，并首次將這樣的曲線(生命表)用于計算人壽保險費率——現在看來這樣的抽樣確實非常簡陋，不具有足夠的代表性，但這至少給后來的人提供了依據和方法的參考。此外，哈雷還涉足物理學、工程學等等，這也與他在皇家學會的重要地位有關，很多新技術都需要由哈雷過目或者親自推動(哈里森的海鐘就是如此)。與牛頓、胡克等人的良好關系，讓哈雷在物理學方面也有自己的見解；而將數學理論運用于軍事和經濟建設，哈利在早期的工程學方面同樣做出了重要的貢獻。

附錄：哈雷年表

1656年11月8日，出生于英國倫敦。

1673年，進入牛津大學王后學院學習。

1676年，父親去世。

1676年11月，放棄王后學院的學業，航海去到南大西洋的圣赫勒納島建立了一座臨時天文臺，經過長期觀測，編制了世界上第一個南天星表。

1678年，哈雷回到倫敦，刊發了南天星表及相關報告。同年被選為倫敦皇家學會會員。

1680年，與巴黎天文臺第一任臺長卡西尼合作觀測了一顆大彗星，從此開始對彗星產生興趣，并很快發現一顆有周期規律的彗星(也就是后來的哈雷彗星)，經過推算，哈雷對這顆彗星的回歸時間進行了預言并最終得到印證。

1682年，結婚，在伊斯林頓定居。

1684年8月，與牛頓第一次見面，兩人迅速成為最親密的合作者。

1685年，成為皇家學會副秘書長。

1687年，勸說并為牛頓出資，出版了牛頓著作《自然哲學的數學原理》。

1693年，出版死亡率表，為計算保險費與年金奠定了基礎。

1696年，應牛頓的邀請，擔任切斯特(Chester)造幣廠副廠長兩年。

1698年8月19日，擔任皇家海軍軍艦派拉摩爾號船長，并航海兩年。經過兩年航海，測出磁場變化并繪制出世界上第一張有等值線的海洋圖，現在我們熟悉的等高線地形圖、等氣壓線天氣圖都來自哈雷當年的創新。

1701年，出版磁場變化的海洋圖。

1702年，任外交官在歐洲大陸工作一年。

1704年1月8日，開始擔任牛津大學的薩維爾幾何學教授，直到逝世。

1705年，出版關于彗星的著作，預言1758年12月有彗星回歸(最終得到印證)。

1710年，獲得名譽法學博士學位。

1713年11月3日，成為皇家學會秘書長。

1716年，首次提出利用觀測金星凌日來計算日地距離的方法。

1720年2月9日，擔任皇家學會天文學家以及格林威治天文臺第二任臺長，開始居住在天文臺直到逝世。他在這里對月球]8年的周期運動進行了詳細的觀測。

1736年，妻子瑪麗去世。

1741年，兒子愛德蒙去世。

1742年1月14日，在英國格林威治逝世，享年86歲。

哈雷，成就遠不止一顆彗星

從哈雷的成長以及他在各學科上的成就可以看出，發現哈雷彗星其實只占哈雷一生的功績當中很少的一部分，在其他很多領域，哈雷做出的貢獻遠比發現一顆與普通老百姓沒啥關系的“掃帚星”要重要得多，他的很多研究和結論甚至影響至今。要說為什么哈雷的其他事跡少有人了解，一方面也許是哈雷彗星的話題太多，另一方面可能也和哈雷本人大方的性格和他所處的位置有關：他的工作并不是專職于某一學科，而是要推動當時所有科學的發展，是鼓勵專業的科學家和民間的愛好者努力鉆研的角色。這樣一個有才、有權又大氣的家伙，不僅自己可以有更好的發展，也確實是那個時代的英國之幸啊。