帕洛瑪山天文台的48英寸施密特望遠鏡

　 　另一種望遠鏡

　　多朗德還指出，牛頓關于透鏡的色差永遠不可避免的觀點肯定是錯了。這說明，即使像牛頓那樣偉大的人物也有可能出錯，能夠認識到這一點實在是件大好事。

　　牛頓是個遺腹子，又是早產兒，並且差點夭亡。他年幼時，對周圍的一切充滿好奇，但並不顯得特別聰明。十來歲時，他在學習上似乎還相當遲鈍。 1660年，牛頓在舅父的促成下進了劍橋大學，1665年畢業，成績並不突出。接著，為了躲避倫敦大火引發的瘟疫，牛頓回到了母親的農場。

　　就在1665年到1666年這段時間，牛頓在數學方面奠定了微積分的基礎，在力學方面奠定了如今我們稱為“牛頓力學”的基礎，在光學方面奠定了光的顏色的理論基礎，並且形成了萬有引力定律的基本構想……在一年之中，這個24歲的青年人卻作出了如此眾多、如此重大的驚人發現，實在是人類文明史上的一大奇跡。後來，人們就把1666年稱為牛頓的“奇跡年”。

　　1696年，政府委任54歲的牛頓為造幣廠總監，1699年又升任總裁。這兩個職位薪俸優厚，地位顯赫，只有牛頓才當之無愧。但是，這卻斷送了牛頓的科學工作。他辭去教授職務，專心從事新職；他改善了造幣廠的工藝，令偽造者喪膽。他還任命多年的好友哈雷做自己的下屬。

　　1727年3月20日，牛頓在倫敦逝世，安葬在威斯敏斯特大教堂。他有兩句眾所周知的不朽名言，一句是“如果我比別人看得更遠些，那是因為我站在巨人們的肩上”，出自他于1676年寫給胡克(Robert Hooke)的一封信；另外，據說他還說過︰“我不知道世人對我怎樣看，但在我自己看來，就像一個在海濱嬉戲的孩子，不時為找到一個比別人更光滑的卵石或更美麗的貝殼而高興，而我面前浩瀚的真理之海，卻完全是個謎。”

　　現在我們再來看看，牛頓本人為了避免色差，是如何另闢蹊徑的。他決定用反射代替折射，走反射望遠鏡之路。那時的反射鏡，鏡面都是金屬的。

　　從古代起，人們就知道曲面反光鏡也可以聚光。平行光線從一個凹面鏡上反射，也會發生會聚。反射鏡以完全相同的方式反射所有各種顏色的光，因此不會產生色差。

　　然而，反射望遠鏡也有問題︰光從鏡筒的一端進來，投射到反射鏡上，又返回到同一端。俯身在那兒察看物像的觀測者本身就會擋住光線的入射。

　　為此，牛頓用了兩面鏡子︰主鏡是一塊球面鏡，副鏡是一塊平面鏡。光從一端進入望遠鏡筒，射到另一端的球面主鏡上，經它反射的光在到達焦點之前，又射到小小的平面副鏡上。副鏡的方向與主鏡交成45°角。射到副鏡上的會聚光線轉過90°反射出來，並進一步會聚而通過目鏡，目鏡就裝在望遠鏡鏡筒邊上光線入射處附近。誠然，副鏡會擋掉一小部分入射光，但是損失並不大。

　　1668年，26歲的牛頓親手制成第一架真正投入使用的反射望遠鏡。它長約15厘米，主鏡直徑約2.5厘米，看起來像個小玩具。但是，它產生的物像卻可以放大40倍。1672年1月11日，他將第二架反射望遠鏡送達皇家學會，並一直留存至今，其主鏡口徑為5厘米。

　　反射望遠鏡面臨的困難之一是，不容易獲得高反射率的金屬反射鏡。例如，牛頓本人的鏡子只能反射16%的入射光。這就使反射望遠鏡產生的物像要比同樣大小的折射望遠鏡產生的物像暗淡。其次，金屬反射鏡會逐漸失去光澤，從而大大削弱反射能力，因此經常需要拋光。折射望遠鏡則除了偶爾需要清除積塵外，可以一直工作下去。

　　在折射望遠鏡方面，初期的消色差透鏡直徑很難指望超過10厘米。反射望遠鏡卻能做得更大，因為鑄造大塊的金屬要比制造大塊優質的玻璃更容易。況且，玻璃透鏡必須整個都完好無瑕，而金屬反射鏡只要鏡面形狀確當並具有足夠高的反射率即可。

　　反射望遠鏡和消色差折射望遠鏡各有所長，亦各有所短。它們仿佛在展開一場真正的競賽︰雙方都在努力克服自身的缺陷，哪一方取得突破性的進展，這一方就會受到更多天文學家的青睞。到了18世紀末葉，競爭的優勢漸漸倒向了大型反射望遠鏡。

　　這時，由于威廉.赫歇爾的工作，望遠鏡和天文學進入了一個新時代。

　　 十八、十九世紀的望遠鏡

　　赫歇爾兄妹

　　1738年11月15日，威廉?赫歇爾生于德國的漢諾威城。父親是軍樂隊的雙簧管手，6個孩子中，威廉排行第三。他15歲就在軍隊中當小提琴手和吹奏雙簧管，志向是當一名作曲家。但是，他又將大量業余時間用于研究語言和數學，後來還加上了光學，並產生了用望遠鏡親眼觀看各種天體的強烈願望。

　　1756年，七年戰爭來臨了。戰爭的起因是英國與法國爭奪殖民地以及普魯士與奧地利爭奪中歐霸權。結局是普魯士戰勝奧地利，成為歐洲大陸的新興強國；英國戰勝法國，獲得法屬北美殖民地，並確立了在印度的優勢。威廉厭惡戰爭，遂設法于1757年脫離軍隊，偷渡到英國，先是在利茲，後來又到了勝地巴斯。音樂天賦幫助威廉?赫歇爾在巴斯站住了腳。到1766年，他已經成為當地著名的風琴手兼音樂教師，每周指導的學生多達35名。

　　當時的英國正處于漢諾威王朝前期。先前，1714年8月，英國斯圖亞特王朝的安妮女王駕崩，因無後嗣，而由54歲的喬治一世繼位。喬治原是漢諾威選帝侯，他不會講英語，只好用法語與臣下交談。1727年，喬治一世回到漢諾威，因中風于6月11日亡故，剛好死在他出生的那間房間里。

　　喬治一世之子繼任英王，是為喬治二世，1727年~1760年在位。他熱愛軍事，是最後一位出現在戰場上的英國國王。他還熱愛音樂，是德國音樂家亨德爾的贊助人。1760年，喬治二世心髒病發作去世，其孫子繼位為喬治三世。後者生于1738年，與威廉?赫歇爾同庚，在位長達60年之久。

　　威廉?赫歇爾的妹妹卡羅琳比他小12歲，1750年3月16日生于漢諾威，排行第五。1772年，威廉回漢諾威呆了一段時間，然後卡羅琳便隨他到了巴斯。她天生一付好歌喉，到巴斯後就接受歌唱訓練，每天至少上課兩次，同時向威廉學習英語和數學。她不僅悉心料理家務，而且用極詳細的日記，留下了威廉整整50年的工作史。當威廉整天不停地磨鏡，因而無暇騰出手來吃飯時，卡羅琳就親自一點一點地喂他吃東西。

　　威廉.歇爾于1773年用買來的透鏡造出了自己的第一架折射望遠鏡，焦距1.2米、可放大40倍。接著，他又造了一架9米多長的折射望遠鏡，並且租了一架反射望遠鏡來進行對比，結果對後者極為滿意。從此，他就潛心于制造反射望遠鏡了。

　　到1776年，威廉已經制造出焦距3米和6米的反射望遠鏡。有了精良的武器，他便從1779年開始“巡天”觀測。他特別關注近距雙星，即天空中看起來靠得特別近的兩顆星。兩年後他編出第一份雙星表，共列有269對雙星，1781年由英國皇家學會出版。

　　1781年3月13日，威廉在人類歷史上破天荒地發現了一顆比土星更遙遠的新行星——天王星。喬治三世為自己的漢諾威同鄉取得如此輝煌的成就滿心歡喜，便寬恕了赫歇爾早年擅離軍隊的過錯，並任命其為御用天文學家，從此威廉就不再靠音樂謀生而專致于天文研究了。

　　1782年下半年，威廉應國王邀請，移居位于倫敦西面、溫莎東側的白金漢郡達切特。4年後，他編制出第二份雙星表，其中包含434對新的雙星。他努力研究恆星的空間分布，成了研究銀河系結構的先驅。他于1784年向皇家學會宣讀了論文《從一些觀測來研究天體的結構》，首次提出銀河系形狀似盤，銀河就是盤平面的標志。在廣闊無垠的恆星世界中，太陽系只是微不足道的滄海一粟。早先，哥白尼將地球逐出了“宇宙的中心”；如今，赫歇爾又將太陽逐出了這一特殊地位。

　　1786年，他發表了《一千個新星雲和星團表》，除了梅西葉和其他人已列出的以外，還收錄了他本人的全部新發現。在所有這些繁重的工作中，威廉都得到了卡羅琳的全力幫助。移居達切特後，卡羅琳便完全從事天文工作了。威廉親自教她觀測，並給她一具小望遠鏡去搜索彗星。

　　1786年4月，威廉移居溫莎以北不遠的白金漢郡斯勞。在這里，他造出一架口徑達1.22米、焦距達12.2米的大型反射望遠鏡。它是18世紀天文望遠鏡的頂峰，一時間成了備受推崇的珍奇，喬治三世和外國的天文學家時常會來瞻仰。威廉將國王給他的津貼，全部用于維護望遠鏡以及支付工人的工資。他的經濟狀況依然拮據，有一段時間不得不繼續制作和出售望遠鏡。直到1788年，他50歲時娶了一位有錢的寡婦，情況方始徹底改觀。

　 　卓越的成就

　　對一架望遠鏡而言，凡是由于光線不能嚴格地會聚于一個焦點而造成的各種缺陷，包括色差在內，都統稱為“像差”。無論是折射鏡還是反射鏡，它們的表面最容易磨制成球面；而即使是同一種顏色的光線，經球面折射或反射後，也不可能全都聚集到一個嚴格的焦點上。這種像差稱為“球差”。此外，還有彗差、像散等等。

　　早期使用折射望遠鏡的人意識到，為了盡量減小像差，就應該采用表面彎曲程度非常小的透鏡。它們使光線產生的彎折非常小。但是，要使這些稍微彎曲的光線會聚到焦點，就必須經過很長很長的距離。

　　例如，在赫歇爾之前一個多世紀，第一代卡西尼在巴黎天文台建造了一些長鏡身的折射望遠鏡，最後一架的長度超過了40米！世界戲劇史上的重量級人物、年長卡西尼3歲的法國喜劇作家莫里哀把這些儀器稱為“大得駭人的望遠鏡”。在荷蘭，惠更斯也制造了一系列鏡身越來越長的望遠鏡，最後一架長達37米。他的成就鼓舞了但澤的赫韋留斯，後者于1673年造出一架長達46米的折射望遠鏡。

　　如此之長的金屬鏡筒必將重得根本無法操縱，所以赫韋留斯改用木頭來固定透鏡的位置。惠更斯則干脆省去了鏡筒，他把物鏡裝入一根短金屬管，然後接到一根高高的桿子上，並可以從地面上操縱。目鏡裝在另一根小管子里，置于一個木支架上。目鏡和物鏡之間有一段繩，拉緊時可使兩者對準。這種長鏡身望遠鏡使用起來很不方便，但是在更好的替代品問世之前，天文學家們還得依靠它們繼續奮戰。

　　幸好，在折射望遠鏡中，借助于不同玻璃制成的兩塊透鏡的巧妙配合，既可以消除色差，還能同時消除球差。在反射望遠鏡中，恰當地改變副鏡鏡面的形狀，同樣也可以消除球差。因此，自從消色差透鏡的秘密公開後，長鏡身的折射望遠鏡便壽終正寢了。

　　赫歇爾利用他那些反射望遠鏡對太陽系進行廣泛的研究。1787年，他發現了天王星的2顆衛星，後來分別稱為天衛三和天衛四。1789年，他將那架1.22米望遠鏡瞄準土星，當晚就發現了土星的2顆新衛星——土衛一和土衛二。同年，他發表了《又一千個新星雲和星團表》。

　　移居斯勞後，卡羅琳?赫歇爾先後發現了8顆新彗星。其中1795年那顆就是著名的恩克彗星，德國天文學家恩克于1819年計算出它的軌道，證明其運行周期僅為3.4年。它是人們發現的第一顆短周期彗星，也是繼哈雷彗星之後第二顆被預言回歸的彗星。

　　1801年，威廉?赫歇爾在拿破侖戰爭的一個短暫間歇期訪問了巴黎，會見了拿破侖本人。他發覺拿破侖有時會不懂裝懂，故對其印象不佳。1802 年，威廉發表了他的又一份星雲星團表。1819年，81歲的他進行了最後一次天文觀測。1821年，他被選為英國天文學會(後來變成皇家天文學會)的第一任主席。1822年8月25日，84歲的威廉在斯勞與世長辭。他是歷史上最偉大而全能的天文學家之一。

　　威廉死後，卡羅琳在1822年回到闊別半個世紀的故鄉漢諾威，以72歲高齡繼續編纂一份包括她哥哥觀測過的全部星雲和星團的表。1825年完工後，她將手稿寄給佷兒約翰，這對後者乃是一份無價之寶。1835年，85歲的卡羅琳被選為英國皇家天文學會名譽會員。這是一種破格的榮譽，因為當時依然限定會員只能由男子當選。1846年，96歲的卡羅琳接受了普魯士國王授予她的金質獎章。1848年1月，終身未嫁的卡羅琳在漢諾威逝世，享年98歲。

　　威廉的獨生子約翰?赫歇爾1792年3月7日生于斯勞，1807年入劍橋大學聖約翰學院，學業極佳，1813年畢業。他早期的數學工作已頗有水平，21歲便當選為皇家學會會員。可即使如此，他卻轉而去學習法律了。1816年，24歲的約翰回到斯勞，接替78歲高齡的父親承擔大量的觀測工作，在父親指導下制造望遠鏡，同時還繼續研究純數學。約翰是英國天文學會理事會創始人之一，而且是它的第一任國外書記。

　　為了將父親的巡天和恆星計數工作擴展到南天，約翰于1834年初攜妻子和3個孩子前往非洲好望角，在那里工作了4年。他歷時9年編纂的《好望角天文觀測結果》是一部杰作，于1847年發表。1848年，約翰?赫歇爾當選皇家天文學會主席。他于1849年寫成的《天文學綱要》在幾十年內一直是普通天文學的標準教本。此書由李善蘭和偉烈亞力(Alexander Wylie)合譯成中文，書名易為《談天》，1859年由上海墨海書館出版。書中關于哥白尼學說、開普勒行星運動定律和牛頓萬有引力定律的介紹，令當時的中國人耳目一新。1871年5月11日，79歲的約翰在肯特郡逝世，安葬在威斯敏斯特大教堂中離牛頓墓很近的地方。

　　赫歇爾一家在英國天文學史上的權威地位幾乎長達一個世紀。英國皇家天文學會的飾章圖案就是威廉那架巨炮似的大望遠鏡。1839年，這架勞苦功高的儀器終于變得搖搖晃晃、危在旦夕了。于是，人們把它拆卸、放倒，約翰率領家人進入鏡筒唱起了安魂曲。在一次暴風雨中，一棵大樹倒在上面，損傷了鏡筒。那面巨大的金屬反射鏡，最終也被砸壞了。

　　赫歇爾的輝煌時代雖已成為過去，更大更好的望遠鏡卻還將不斷涌現。