曾被牛津拒绝的青年，最终成为横跨十余学科的科学全才

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曾被牛津拒绝的青年，最终成为横跨十余学科的科学全才

哈雷（Edmond Halley，1656-1742）因为发现“哈雷彗星”的运行规律以及帮助牛顿出版《自然哲学的数学原理》而被后人铭记。然而，他一生的成就远不止于彗星的研究，其身份也远不止于“牛顿好友”以及《原理》的助产士。事实上，哈雷是一个伟大的全才科学家。除了在天文学方面有众多伟大成就，他还是地球物理学的奠基人之一，同时也是一位优秀的数学家，在地质学、工程学、气象学、大气学、测地学、动物学、植物学、人口学、精算学、考古学等多个学科也都取得了成果。有人认为：“他似乎不是一个人，而是全人类的缩影。”

撰文 | 王善钦、邹莎莎

少年哈雷

1656年11月8日（儒略历10月29日），哈雷出生在米德尔塞克斯（Middlesex）的哈格斯顿（Haggerston）。他的父亲老埃德蒙·哈雷（Edmond Halley Sr. 约 1630-1684）是一个非常富裕的商人，从事地产、肥皂制造和食盐买卖。他的母亲是安妮·罗宾逊（Anne Robinson，1634-1672）。

1666 年的伦敦大火烧掉了老哈雷的部分房产，但其他生意依然蒸蒸日上，因此依然很富有。哈雷小时候，老哈雷安排家庭教师到家里为他授课。后来，老哈雷把他送进圣保罗学校（St Paul's School）读书，这是当时英国最好的学校之一。

哈雷从小就对数学很感兴趣。中学时，他对天文学的兴趣与日俱增，老哈雷为哈雷买了一架 24 英尺（7.3 米）长的望远镜。1673 年 7 月，哈雷带上这架望远镜和其他仪器，进入牛津大学女王学院（Queen's College），继续在课余时间进行观测。

1675 年，18 岁的哈雷写信给首任皇家天文学家弗兰斯蒂德（John Flamsteed，1646-1719），指出后者关于木星和土星位置的表格存在错误。他还指出，第谷（Tycho Brahe，1546-1601）的观测也有错。

这封信让他得到弗兰斯蒂德的欣赏，并因此成为后者的助手。1676 年，哈雷完成了他的第一篇关于行星轨道的论文。在弗兰斯蒂德的帮助下，此文发表在英国皇家学会的《哲学汇刊》（Philosophical Transactions）。这是当时欧洲顶尖的科学期刊。


Richard Phillips 绘制的哈雷画像，绘制于 1722 年之前。图源：Richard Phillips

“南天第谷”的丰富研究

当时，弗兰斯蒂德正在努力编制北半球星表。而欧洲还没有南半球上空恒星的星表，哈雷认为有必要为此付诸行动，随即申请休学。

他选择了英国在南大西洋的殖民地圣赫勒拿（Saint Helena）岛，这里位于南纬 16 度，可以观测到所有南天恒星，而且还可以观察到一部分北方的恒星，方便与北天星表相互参照、校正。该岛后来因成为拿破仑（Napoleon Bonaparte，1769-1821）流放之地而名声大噪。

在国王查理二世（Charles II，1630-1685）的特许下，哈雷被批准前往圣赫勒拿岛。老哈雷出手阔绰，给予每年 300 英镑经费赞助这次远行。作为对比，当时弗兰斯蒂德的年薪为 100 英镑。

1676 年底，哈雷登陆圣赫勒拿岛，在岛上海拔 680 米的最高峰建立了简易天文台，并放置了一个配备望远镜的大型六分仪。他发现，那里的观测条件远不如传言的那么好，大多数时间不是阴天就是雨天。此后一年多的时间里，哈雷只能在难得的晴空的晚上观测。


哈雷建在圣赫勒拿岛的天文台旧址。图源：Kevstan

幸运的是，哈雷还观测到各种奇异天象。比如 1677 年 11 月 7 日，哈雷观测了水星凌日现象，这次凌日持续了大约 5 小时。当时观测这次水星凌日的还有在英国西北部的兰开夏郡（Lancashire）的博学家汤利（Richard Towneley，1629-1707）。


2006 年 11 月 8 日被观测到的水星凌日。图源：NASA

哈雷结合了他与汤利的观测，计算出太阳视差为 45 角秒，据此得到日地距离仅有 3000 万千米。这个距离远小于真实值（约为 1.5 亿千米），主要在于两个地方的观测精确度不足。

此后多年，哈雷发表数篇论文改进了计算，并建议后代观测金星凌日以计算日地距离。这些论文为 1761 年与 1769 年的金星凌日全球联合观测提供了基础。利用这两次金星凌日数据，并使用哈雷的计算方法，天文学家于 1770 年得到太阳距离的值约为 1.517 亿千米。

在圣赫勒拿岛期间，哈雷发现，从英国带过去的摆钟无法准确计时，而钟表是当时天文观测最重要的工具之一。后来人们知道，这是因为不同纬度处的地球半径以及离心力效应都不同，导致各地重力加速度有差异，因此摆动周期略有不同。哈雷还研究了信风和季风的规律。他指出，太阳加热是风产生的原因。

1678 年 5 月，哈雷回到英国，用他的观测数据，制作了第一份南天恒星的星表——《南天星表》（catalogue us Stellarum Australium），将它交给皇家学会的胡克（Robert Hooke，1635-1703）。这份星表描述了 341 颗恒星的位置，其中大部分无法在欧洲被观测到。这份星表还包括了哈雷发现的一个星团——半人马座 ω 星团（ω Centauri）。


欧洲南方天文台（ESO）2.2 米 MPG/ESO 望远镜拍摄的半人马座 ω 星团。图源：ESO

哈雷还绘制了一个平面天体投影图，并将其副本献给查理二世。

哈雷申请复学时，牛津大学拒绝了他，因为他没有满足学校规定的住校年限要求。哈雷向查理二世上诉。查理二世签署了一封信，发给牛津大学副校长，要求牛津大学无条件授予哈雷硕士学位。哈雷因此于 1678 年 12 月 3 日被牛津大学授予硕士学位。

在获得硕士学位几天前，22 岁的哈雷因为《南天星表》与平面天体投影图而当选皇家学会会员。

1678 年底，《南天星表》出版，第二年法文版出版。这份星表让哈雷年少成名，被誉为“南天第谷”（the southern Tycho）。

但泽之行与彗星观测

1679 年 5 月，哈雷代表皇家学会来到但泽（Danzig），验证天文学家赫维留（Johannes Hevelius，1611-1687）的观测结果是否精确。赫维留当时在使用六分仪等仪器测定恒星位置时，依旧使用目视法；弗兰斯蒂德和胡克则在六分仪上配备望远镜，他们质疑赫维留的观测不够精确。

哈雷来到但泽后，和赫维留一起观测。哈雷使用望远镜作为瞄准具，赫维留使用目视法瞄准，二者的观测精度不相上下。他向弗兰斯蒂德和胡克汇报，声称赫维留的观测是精确的。不过后来的发展趋势表明，配备望远镜的仪器的测量精度远超过目测法。

哈雷的汇报可能引起弗兰斯蒂德对他的不满。或许在弗兰斯蒂德看来，哈雷拿着望远镜瞄准还是无法胜过用目视法瞄准的赫维留，表明他的观测能力不足。弗兰斯蒂德此后对哈雷越来越轻视乃至敌视，可能源自于此。而且，哈雷的观测技能与对精度的要求确实不如弗兰斯蒂德。

1680 年 11 月 14 日，德国天文学家科奇（Gottfried Kirch，1639-1710）发现了一颗正在向近日点回归的彗星——“科奇彗星”（Kirch's Comet）。这颗彗星后来变得非常壮观，甚至可以在白天被看到，从而被归类为“大彗星”（Great Comet）与“白昼彗星”，也被称为“1680 年大彗星”（Great Comet of 1680）。


此图绘制了 1681 年 1 月在荷兰阿尔克马尔（Alkmaar）目睹科奇彗星的情景。图源：公共版权

在此期间，哈雷刚好要去欧洲大陆处理公务。从 1680 年 11 月开始，哈雷在伦敦、英吉利海峡的船上、巴黎天文台持续观测这颗彗星。巴黎天文台台长卡西尼（Giovanni Cassini，1625-1712）也在观测，并把自己的观测记录交给哈雷，并提出一个观点：这颗彗星和 1577 年及 1665 年出现的彗星是同一颗彗星，它绕太阳公转。

事实上，这三颗彗星并不是同一颗彗星的三次出现。但卡西尼提出的“彗星绕封闭轨道运动并可能回归”的观点，对于至少一部分彗星而言，是正确的。这个观点也影响了此后哈雷研究彗星的思路。

1682 年 4 月，26 岁的哈雷与 22 岁的玛丽·图克（Mary Tooke，1660-1736）结婚，并在伊斯灵顿（Islington）定居，此后他们养育了三个孩子。在新婚那一年的夏天，哈雷看到了另一颗彗星，它是那一年出现的第二颗彗星。他没有想到的是，这颗彗星此后会助他名垂青史。

牛顿《原理》的助产士

除了彗星外，哈雷对行星的运行规律与物理起因也很感兴趣。此前开普勒（Johannes Kepler，1571-1630）已提出著名的行星运动三大定律，其中的一条指出：行星公转轨道为椭圆，其焦点之一为太阳所在位置。但开普勒没有给出椭圆轨道的物理起因。

此后世界上有多位学者猜测太阳对行星的引力与二者距离的平方成反比。1684 年 1 月，哈雷与胡克、雷恩（Christopher Wren，1632-1723）在一家咖啡馆讨论这个问题。胡克说，他已经证明引力与距离平方成反比，并据此推导出开普勒的行星运动三大定律。但是，几个月时间过去，胡克依然没有给出证明。

1684 年 8 月，哈雷去剑桥拜访牛顿。他问牛顿，如果行星受到的引力与它们到太阳的距离的平方成反比，那么行星的运行轨迹是什么曲线？牛顿立刻回答说：是椭圆。哈雷惊喜交加，问牛顿如何确定是椭圆。牛顿说他此前已经计算过了。

牛顿没有当场找到自己的计算手稿，但他答应哈雷，自己会重新计算一遍，然后寄给他。大约 3 个月后，牛顿将重新计算的结果写为 9 页的短论文交给哈雷。这篇论文从引力的平方反比定律推出开普勒的行星运动三大定律，哈雷立即被此文在数学和物理上的高度原创性所折服，并认识到它被应用于天文学的巨大潜力。哈雷再次访问牛顿，请求牛顿将自己在这方面的研究全部写出，由他安排出版。

哈雷的这个建议激发了牛顿的积极性。牛顿很快停下自己在其他领域的工作，一边扩展自己在力学方面的研究，一边将结果写入著作中。经过一年半时间的奋战，牛顿写出了不朽的巨著《自然哲学的数学原理》（Philosophiae Naturalis Principia Mathematica），简称《原理》（Principia）。

《原理》的前两卷建立起力学的庞大体系，第三卷将这个力学体系应用到天体力学现象，包括万有引力定律，行星、卫星和彗星等天体的运动，岁差的形成，潮汐现象等。

与此同时，哈雷于 1686 年初放弃了皇家学会会员资格，竞选上皇家学会书记员（clerk），年薪 50 英镑。这份薪水不高，但哈雷可以管理学会的各类信件和会议，并编辑《哲学汇刊》，及时了解欧洲的学术动态。他担任此职到 1698 年，然后恢复了皇家学会会员身份。

1686 年 4 月，牛顿将《原理》的第一卷提交给皇家学会，稍后提交了第二卷。胡克很快知道此事，他认为是他先提出“引力与距离平方成反比”与椭圆轨道之间的关系，牛顿应该在著作的前言中强调他的优先权。

牛顿得知胡克的言论后，一开始还能控制情绪，但在此后半个月时间里越想越气，终于勃然大怒。他在信中告诉哈雷，他要扣留尚未发出的第三卷。哈雷闻讯后大惊失色，立即劝说牛顿，让他不要为胡克的夸大其词而恼怒。哈雷强调，这本书如果没有了第三卷，就只能吸引数学家。在哈雷的安抚下，牛顿同意出版全书。

1686 年 6 月 30 日，皇家学会主席批准了这本书的出版。然而，此前皇家学会在《鱼类志》（De Historia piscium）的出版上消耗完出版经费，而且此书销量不佳，无法回本。为了能让牛顿的《原理》尽快出版，哈雷自掏腰包，支付出版费，并负责编辑与校对。

经过哈雷一年的紧张工作，长达 550 页的《原理》第一版于 1687 年 7 月面世。物理学与天文学的一个新纪元诞生了。在序言中，哈雷热烈赞颂了牛顿的这本巨著。《原理》能够如此迅速出版，哈雷功不可没——他是这本书的助产士。有人甚至说，没有哈雷鼓励牛顿出版并积极协助，牛顿的这本书不会出现。

在哈雷帮牛顿出版了这本巨著后，皇家学会通知他，以滞销的 50 本《鱼类志》来抵他的年薪，另外赠送 20 本。哈雷领了 70 本《鱼类志》回家了。

落选萨维里天文学教授

1691 年，牛津大学第五任萨维里天文学教授（Savilian Professor of Astronomy）伯纳德（Edward Bernard，1638-1697）辞去教职，去当牧师。这个教席与萨维里几何学教授（Savilian Professor of Geometry）席位都由牛津大学莫顿学院（Merton College）曾经的院长萨维里（Henry Savile，1549-1622）于 1619 年设立。两个席位分别只给一人，在当时的英国具有崇高的声誉。

哈雷开始竞争萨维里天文学教授的席位。此时，弗兰斯蒂德对哈雷的敌视已经公开，他直接反对哈雷担任此职，并写信给牛顿。牛顿回信建议和解。

对哈雷来说，真正的障碍来自教会势力。英国圣公会认为，哈雷此前关于《圣经》中的大洪水发生时间的研究，是在质疑《圣经》中给出的地球年龄，因此他不能担任这个教授。实际上，哈雷只是指出：当时的理论得到的结果与《圣经》中给出的地球年龄不符合。他认定《圣经》中地球年龄正确，并假定有彗星撞击地球，引起大水，以解决这个“矛盾”。

最终宗教势力的阻挠导致哈雷落选。他的朋友格里高利（David Gregory，1659-1708）获得这个席位。格里高利也是牛顿阵营的人，得到了牛顿的大力支持。

哈雷并未因为这次挫败停止水与地球年龄的关系的研究。他假设海洋刚形成时不含盐，注入海洋的河水为海洋带来盐。通过海水盐度的变化，哈雷计算出地球的年龄最少为 1 亿年。这个数字远超过《圣经》所暗示的六千年，进一步激怒了他的宗教敌人。


Thomas Murray 绘制的哈雷画像，大约绘制于 1690 年，此时哈雷约 33 岁。图源：Thomas Murray

哈雷对水的研究不止于此。1691 年，他设计了一种潜水钟与潜水头盔。在一次演示中，他和五名同伴潜入 18 米深的河水下，并在那里停留了一个半小时。经过他的改进，下潜时间被延长到 4 个多小时。这些潜水装置是当时最先进的。哈雷很快成立了一家上市公司，从事打捞业务。

他对潜水的兴趣还促进了光学的发展。他多次潜水，在不同的深度观察阳光的颜色，并将结果报告给牛顿。这些结果被牛顿写入他的著作《光学》中。

人口学与精算学

哈雷对人口学与精算学也有浓厚的兴趣。在前往巴黎（1680）前，哈雷就研究了伦敦的人口密度、出生率、结婚率与死亡率。到巴黎后，他通过步行，丈量了巴黎城大小，计算出巴黎的人口密度、出生率、结婚率与死亡率。

通过计算，哈雷得到一个结论：“假定这种情况一直不变，那么人类中有一半的人将未婚而死，每对已婚夫妇平均必须生育四个孩子，才能使人类数量保持稳定。”哈雷的这项研究是人口学重要的早期研究。

1689 年，德国学者诺伊曼（Caspar Neumann，1648-1715）研究了布雷斯劳【Breslau，当时属于德国，现为波兰的弗罗茨瓦夫（Wroclaw）】的出生率与死亡率，并将相关论文提交给英国皇家学会。哈雷以诺伊曼的数据为基础，分析了死亡年龄，于 1693 年发表了一篇关于终身年金的论文。这篇论文使英国政府可以根据购买者的年龄适当制定终身年金的价格，有力推动了精算学的发展。

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彗星领域的继续研究

1695 年，哈雷第二次进入彗星研究领域。他整理了 1337 年至 1698 年之间被观测到的 24 颗彗星的观测数据，并计算出它们的轨道面与地球轨道面的夹角、近日点与太阳的距离、到达近日点时在天空中出现的位置等轨道参数。

由于 1531 年、1607 年与 1682 年都出现了彗星，且分别间隔 76 与 75 年。哈雷初步推测这三颗彗星是同一颗彗星的重复回归。

经过计算，哈雷发现，这三颗彗星的轨道特征几乎相同。因此，哈雷正式得出结论，这三颗彗星是同一颗彗星，它绕着椭圆轨道运动，大约每 75-76 年返回近日点，回归之间的时间间隔并不严格相等。是的，这就是那颗著名的“哈雷彗星”。

实际上，三次回归轨道略有差异，哈雷提出，可能的原因是这颗彗星每次回归时都受到木星和土星的干扰，粗略计算后，基本上可以解释不同时间回归时的轨道差异。

1696 年，哈雷发表了他的这些研究，但因为其他研究与任命而在此后中断了彗星研究。

1705 年，处理完各类事务的哈雷第三次深入研究彗星，并出版了《彗星天文学概论》（Astronomiae cometicae synopsis），系统总结了自己过去对彗星的研究成果。牛顿的《原理》的第三版（1726 年出版）在讨论彗星时，大量引用了哈雷在彗星领域的成果。

哈雷的《彗星天文学概论》预测“哈雷彗星”将在 1758 年底回归，并计算出它到达近日点时的位置等轨道特征。那时他将 102 岁，他知道自己活不到那一年，但希望后人在看到这颗彗星回归时，会承认他是第一个预测出这颗彗星回归时间的人。

探索地磁场

导致哈雷在 1696 年中断彗星研究的第一件事是造币厂的职务。这一年，牛顿被任命为皇家造币厂的厂长。为了报答哈雷此前出钱出力帮自己出版《原理》，牛顿提名哈雷为切斯特造币厂的副审计长。此后两年，身为副审计长的哈雷调查出厂内人员贪污的事实，因此受到排挤，深受这个工作的折磨。直到这个造币厂被关闭，他才得以解脱。

紧接着，哈雷于 1698 年 8 月被国王威廉三世（William Henry，1650-1702）任命为“帕拉莫尔”（Paramour）号的船长。这是一艘平底三桅小帆船，长度不足 20 米。

随后，哈雷指挥这艘船前往南大西洋，完成两次远航，研究沿路的磁场变化规律。1701 年，哈雷再次指挥帕拉莫尔号进行第三次航行，主要目的是研究英吉利海峡的潮汐。据说他同时勘查了法国港口防御工事（当时法国与英国之间关系紧张）。

1701 年，哈雷将远航过程中的地磁场探测结果发表在《罗盘变化通图》（General Chart of the Variation of the Compass）。这是世界上第一个地磁场分布研究。哈雷用虚线标记出地磁偏角相同的地点，这就是等磁偏线（isogonic lines），也被称为“哈雷线”（Halleyan lines）。

因为这个重要贡献，哈雷也被认为是地球物理学的奠基人之一。1702 年到 1703 年，哈雷被英国女王安妮（Anne，1665-1714）任命为外交官，负责与其他欧洲领导人的外交事务。

哈雷对地磁场的研究也延伸到对极光的研究。1716 年的极光出现后，哈雷根据自己搜集到的世界各地的观测报告，发现无论在何处观测，极光总是出现在北方。他因此猜测北极光与地磁场有关，并指出“极光是由粒子产生的，这些粒子受磁场影响，与地球磁场平行”。这个观点后来被证明是正确的。

萨维里几何学教授

1703 年年底，第三任萨维里几何学教授沃利斯（John Wallis，1616-1703）去世。哈雷被牛顿视为最佳继任者，予以强烈推荐。弗兰斯蒂德依旧强烈反对，他写信给二人的共同好友，说哈雷 “现在他说话、骂人、喝白兰地时，都像一个海船船长。”他批评牛顿：“ I. 牛顿爵士偏爱 E. 哈雷，这使我们的皇家学会陷入混乱。”这个指控当然不正确，但牛顿喜爱哈雷却是事实。

弗兰斯蒂德的反对意见自然不足以击倒哈雷。更重要的是，哈雷的宗教敌人此时已经去世，再也没人能够继续阻挠他。1704 年，哈雷被任命为第四任萨维里几何学教授。这一职位的年薪是 150 英镑，还配备牛津皇后巷的一个雅致住宅。

为了让自己称职，哈雷开始整理古希腊几何学著作，特别是古希腊数学家和天文学家阿波罗尼乌斯（Apollonius，约前 240 - 约前 190 ）的《圆锥曲线论》。当时《圆锥曲线论》的希腊语版本已无法找到，存世的只有阿拉伯学者翻译出的阿拉伯语版本。伯纳德在莱顿和牛津大学的博德利图书馆（Bodleian Library）找到其中的第五到第七卷并进行翻译，但没有完成。

当时格里高利正在翻译这本书的前四卷。哈雷自学了阿拉伯语，然后开始翻译《圆锥曲线论》第五到第七卷。格里高利于 1708 年去世后，哈雷接手了前四卷的翻译工作，并重新整理、翻译了第八卷。

1710 年，哈雷出版了完整的八卷本《圆锥曲线论》的第一个拉丁文版。同年，他被牛津大学授予法学荣誉博士学位。此后别人经常称呼他为“哈雷博士”。

从 1713 年起，哈雷担任皇家学会秘书（secretary）一职。

恒星自行与无限宇宙

1717 年至 1718 年，哈雷将自己的天文观测结果与古希腊天文学家喜帕恰斯（Hipparchus，约前 190 - 约前 120 ）的观测相比较。二人的观测时间相距 1800 多年。哈雷发现，亮星天狼星（大犬座 α ，Sirius）、大角星（牧夫座 α ，Arcturus）与毕宿五（金牛座 α ，Aldebaran）的位置与喜帕恰斯星表中的位置存在明显的差异。其中，天狼星向南移动了 30 角分（大约是月亮的视直径）。哈雷得出的数据与现代对毕宿五的测量不符。不过，他对天狼星和大角星的运动的判断是正确的。

哈雷指出，这是因为恒星自身在宇宙中运动导致的，还断言其他暗星的移动不明显，是因为它们距离地球更远——这就是恒星的自行（proper motion）。哈雷的这项工作意味着恒星不“恒”，只要经过足够长时间，或者拥有足够精密的观测仪器，就可以发现它们的运动。后代的观测证实了哈雷的结论。此后至今，天文学家制作星表时不仅要记下恒星的位置，还要记下恒星的自行。

哈雷还注意到，每当望远镜的放大倍率提高，就会观测到更多更暗的恒星，它们可能更远。因此，哈雷于 1720 年的一篇论文中提出一个猜测：宇宙是无限的，我们每次看到的恒星都只是其中距离我们最近的那部分，还有无数我们看不到的恒星在更远处。

哈雷还指出，由于宇宙无限，因此就不存在“恒星因为引力而会聚”的问题，这是对宇宙的引力稳定性问题的一个早期探索。

月球观测与海上经度测定

1720 年，63 岁的哈雷被任命为第二任皇家天文学家，兼任格林尼治天文台台长。他从英国海军申请到 500 英镑资金，然后用这笔钱给格林尼治天文台购买了新的仪器与一个精确的摆钟。

哈雷所在的时代，作为航海大国的英国，最关注的核心问题之一是精确测定海上经度，协助船只精确导航。“月距法”被认为是很有前途的方法之一。该方法需要提前计算出月球在未来某个时期内的每隔一段时间（如相隔几小时）的精确位置，从而得到其与一些明亮恒星的精确距离，据此提前制作出航海天文历，为月距法测定海上经度提供基础。

月球的运动规律存在 18 年零 11 天的周期（223 个朔望月，即“沙罗周期”， 这也是日食重复发生的周期）。如果可以完整观测一个沙罗周期，就可以得到月球运动的基本规律、精确确定月球运行轨道，为编制航海天文历提供基础。

因此，哈雷制定了一个长达 18 年的月球观测计划。为了专心工作，他于 1721 年辞去皇家学会秘书一职。1731 年，哈雷发表了一种利用月距法测海上经度的方法，该方法在赤道处的误差不超过 20 里格（约 100 千米，取决于里格的定义），显著降低了误差。

不过，由于月球受到地球与太阳的引力作用，其运动涉及复杂的三体运动问题，精确预测其未来轨道的难度很高。哈雷在世时还没有人可以解决这个问题。月球轨道的精确预测问题直到 1755 年才被德国天文学家迈耶（Tobias Mayer，1723-1762）解决；月距法也因此在那之后迅速走向实用。

测定海上经度的另一个方案是制造出可以在海上使用的钟表。1730 年，钟表匠哈里森（John Harrison，1693-1776）带着自己改进后的航海钟方案拜访哈雷。听完哈里森的讲解后，哈雷非常赞赏，将他介绍给著名的仪器制造商格雷厄姆（George Graham，1675-1751）。后者也非常欣赏哈里森，并为他提供了无息贷款，使其有了制造出精确航海钟的启动资金。

月距法与航海钟都提高了海上经度测定的精确度与海上航行的安全性。哈雷不仅推动了月距法的研究，也因为推荐哈里森而造就了一个科学史佳话。

人生的最后一杯酒

1736 年，陪伴哈雷 54 年的妻子玛丽去世，此时哈雷已经 80 岁。不久后，哈雷中风了。1741 年，哈雷的儿子埃德蒙三世（Edmond Halley, III）去世，年仅 42 岁。哈雷忍着丧妻丧子的悲痛，持续观测和研究到 1741 年底。

1742 年 1 月 25 日（儒略历 1 月 14 日），哈雷走到了人生的尽头。他的最后要求是喝一杯葡萄酒。喝完这杯酒后，哈雷溘然长逝，享年 85 岁。

死前，哈雷希望和妻子玛丽合葬。他被安葬在圣玛格丽特老教堂的墓地。后来，这个教堂被拆除、重建，他的墓碑被英国海军部转移，最后被嵌到格林尼治天文台的南墙。

1758 年底，人们果然看到了哈雷在世时预言的彗星回归，因此它很快被命名为“哈雷彗星”。这是一颗被确认的周期彗星。此后，这颗彗星多次回归。1986 年，哈雷彗星回归时，一座纪念哈雷的纪念碑在威斯敏斯特教堂的南回廊揭幕。


1986 年哈雷彗星回归时，W. Liller 拍摄的图像（1986 年 3 月 8 日）。图源：NASA/W. Liller - NSSDC's Photo Gallery (NASA)

“全人类的缩影”

哈雷兴趣广泛，勤于研究。17 世纪的自然科学尚未被充分细分，许多学者同时研究多个自然科学学科并都取得成就，成为全才科学家；有些科学家甚至同时研究工程学科与文科，成为全才学者。

哈雷处于那样的时代，也成为涉猎广泛的全才科学家。他一生的研究涉及天文学、物理学、数学、地磁学、地质学、工程学、气象学、大气学、测地学、动物学、植物学、人口学、精算学、考古学等多个学科。

在具体的研究课题上，哈雷除了在天文学（彗星研究、恒星观测、金星凌日的计算、月球运动观测）、地磁学、几何学领域获得很高成就外，还研究了信风与季风规律、海水蒸发、新星、星云、太阳黑子、土卫六轨道、极光成因、经度与纬度测定、原子的引力大小、温度测定、声速、厚透镜的焦距、光的本质、磁力、三次与四次方程理论、对数、数值求根法（“哈雷方法”）、摆线面积、无穷量，等等。作为一个出色的编辑，他还推动了牛顿《原理》的出版，翻译整理了众多著作，编辑了其他学者的大量论著。

哈雷涉猎之广、成就之高，即使在那个盛产全才学者的时代，依然是同时代人物中的佼佼者。著名天文学家与科普大师萨根（Carl Sagan，1934-1996）与合作者在《彗星》（Comet）一书中评价道：“对大多数人来说，哈雷就像一位凭借一个非凡赛季甚至只是一次精彩表现而载入史册的运动员。我们查阅（哈雷的）资料时，期待找到的是一位像无数其他人一样为科学大厦添上一两块砖头的熟练工匠。然而，呈现在我们面前的却是一位建筑大师。”

著名科学史家、科普作家查普曼（Allan Chapman，1946–2026）认为：“无论以何种标准衡量，哈雷都是一位充满传奇色彩的人物，他的职业生涯涵盖了科学家、外交官、皇家海军舰长和探险家等多重身份，而且他还是个很会交际的人。”

查普曼的最后一个评价还体现在法国物理学家与天文学家麦兰（Jean-Jacques de Mairan，1678-1771）为哈雷写的悼文中。他评价了哈雷“赢得同辈喜爱的种种品质”：天性热情，为人坦诚，做事守时，判断公正，举止如一，性情温和，态度亲切，乐于交流。

后代许多学者认为，如果不是有牛顿，哈雷将是他那个时代最伟大的学者。不过，输给牛顿，并不是一件不光彩的事。相反，在牛顿的时代仅次于牛顿，是一种光荣。这也是哈雷从来不嫉妒牛顿的根本原因之一。

哈雷留下了众多著作和档案。令人遗憾的是，第二次世界大战期间，德军的一次空袭严重破坏了伦敦市政厅，哈雷的大部分档案随之遗失。

为了纪念哈雷，人们将他当年在圣赫勒拿岛进行观测的那座山命名为“哈雷山”（Halley's Mount），将南极的一个研究站命名为“哈雷研究站”（Halley Research Station）——人类在这里首次发现了臭氧洞。人们还将月球上一个直径35千米的环形山与火星上的一个陨击坑命名为“哈雷”。


阿波罗 16 号拍摄的哈雷环形山。图源：James Stuby based on NASA image - Arizona State University, Apollo Image Archive, Apollo Browse Gallery

正如英国物理学家与科学哲学家丁格尔（Herbert Dingle，1890-1978）在牛津大学的哈雷讲座（Halley Lecture）中总结的那样：“他似乎并非个体，而是全人类的缩影。”（He seems to be not one but all mankind's epitome.）

参考文献

[1] Edmond Halley, E. F. MacPike (ed. 1932) Correspondence and Papers of Edmond Halley, Clarendon Press
[2] Edmond Halley (1686), “An Historical Account of the Trade Winds, and Monsoons, Observable in the Seas between and Near the Tropicks, with an Attempt to Assign the Phisical Cause of the Said Winds”, Philosophical Transactions, 16:153–168
[3] David K. Love (2023), Edmond Halley: The Many Discoveries of the Most Curious Astronomer Royal, Prometheus, ISBN 10: 1633888916
[4] Carl Sagan & Ann Druyan(1997). Comet. New York: Random House. ISBN 978-0-3078-0105-0
[5] Allan Chapman (2018), “Comets, cosmology and the Big Bang: a history of astronomy from Edmond Halley to Edwin Hubble 1700-2000”, Lion Books, ISBN 10: 0745980317
[6] David K. Love (2023). Edmond Halley: The Many Discoveries of the Most Curious Astronomer Royal. ISBN 10: 1633888916
[7] David W. Hughes (1985). “Edmond Halley, Scientist”. Journal of the British Astronomical Association. 95 (5). London, UK: British Astronomical Association: 193
[8] Alan Cook (2001). "Edmond Halley and the Magnetic Field of the Earth". Notes and Records of the Royal Society of London. 55 (3): 473–490
[9] Michael White (1997). Isaac Newton: The Last Sorcerer. Fourth Estate Limited. ISBN 978-1-85702-416-6

原创  王善政  邹莎莎  返朴  2026 年 2 月 8 日 08:20  北京