1728年的泰晤士河观测结果惊人

人们是这样测量恒星视差或距离的：

在图27中，S代表太阳，某一时候的地球位于E1，6个月后它运动到了E2。绝大多数恒星极其遥远，所以无论什么时候，它们的相对位置仿佛总是不变的，就像在一块无穷远的“天幕”上镶嵌着无数闪闪发光的宝石一般。这块“天幕”又叫“遥远星空背景”，在图27中用字母M表示。“天幕”上每颗星的方向仿佛都是不变的，它们可以很准确地予以测定；因此，任何两颗星之间相距多大的角度也可以量得十分准确。

图27　一颗近星P在“天幕”上的投影（P1、P2）和它的视差

图27　中的P代表一颗比较近的星。从E1处看，它仿佛在遥远星空背景上的P1处；从E2处看，它又好像在那块“天幕”上的P2处。这两个方向之差异是∠E1PE2或∠P1PP2；就好像P1处有一颗星，P2处又有一颗星一般。因为测量两颗星之间的角度是不难办到的，所以我们能够得知∠E1PE2的大小。它的一半，即∠E1PS或∠E2PS，叫做恒星P的“周年视差”，通常也将它更简单地直接称为恒星的“视差”。容易看出，视差也就是站在恒星处观看到的地球轨道半径所张开的角度。显然，越近的恒星视差就越大；恒星越远，视差就越小。已经讲过，最近的恒星是半人马α，它的视差是0.76″，比其他恒星都大。

一枚1元硬币的直径是2.5厘米。将它放到100米以外，我们看到它张开的角度是51.6″。这个角，比0.76″要大67.8倍；将1元硬币放在5千米以外，它对我们的张角减小到1.03″，这还比0.76″大35%。

对于近星，可以测出∠E1PE2的大小，也就是可以测出该星的视差。在△SPE1（或△SPE2）这个直角三角形中，既然已经知道视差角的大小以及一条直角边SE1（或SE2）的长度——它正是前面已经求出的一个天文单位之长，我们就可以立刻算出P这颗近星的距离了。

然而，要实际测量这么小的角度，技术上的困难是极大的，即使对于最近的恒星，也好像测量几千米外的一枚硬币的直径那么难。对于哈雷那个时代的仪器而言，这是完全不能胜任的。

哈雷的同时代人、爱尔兰天文学家莫利纽克斯（Samuel Molyneux，1689～1728年）作了这样的尝试：1725年，他在伦敦郊外宅地上安装了一架透镜直径9.4厘米、长7.3米的折射望远镜。它笔直地竖起来，活像个大烟筒。当天龙γ星从天顶附近经过时，它就会进入望远镜的视场中。

莫利纽克斯由于过多的政治活动不得不经常放弃观测，他那位年轻的合作者布拉德雷则始终坚守岗位。布拉德雷从1725年12月14日开始作一系列观测，到12月28日他就注意到天龙γ星的位置已经稍稍向南偏移了。

布拉德雷喜出望外，紧紧追随着这颗星毫不懈怠。日复一日，月复一月，只要这颗星还在夜空中，他就记录下它的方位。它继续朝南移动，然后又回向北方。一年中，它来回摆动了40″。(www.xing528.com)

这不是视差吗？很像，然而却又不是视差。因为，恒星视差是由于地球绕太阳运动而造成的，所以恒星应该在12月份时处在最南面，而布拉德雷观测的结果却是在3月份最偏南。直到1728年，布拉德雷还是无法解释自己的观测结果。

那一年，他有一次泛舟于泰晤士河上，注意到桅顶的旗帜并不是简单地顺风飘扬，而是按照船与风的相对运动变换着方向。布拉德雷想到，这种情况与你打着伞在雨中行走时是一样的。如果你将雨伞垂直地撑在头上，你就会走进从伞上往下滴的雨点中。但是，只要将雨伞稍稍朝你前进的方向倾斜些，那你就依然能保持干燥。你走得越快，雨伞就必须往前倾斜得越厉害，雨滴的下落速度与你行进的速度之比决定雨伞倾斜的程度（图28）。

图28　雨中的行人觉得雨滴是倾斜地往下落的

于是，布拉德雷终于找到了天龙γ星位置偏移的正确解释，他在写给哈雷的信中说道：“我终于猜出以上所说的一切现象是由于光线的运动和地球的公转所合成的。因为我查明，如果光线的传播需要时间的话，一个固定物体的视位置，在眼睛静止的时候，跟眼睛在运动、但运动方向却又不在眼睛与物的连线上时，将有所不同；而且，当眼睛朝各个不同方向运动时，固定物体的视方向也就有所不同。”换句话说，布拉德雷已经清楚地意识到：在这里，天文学家的望远镜是“伞”，而恒星射来的光线则是“雨点”，在行走的那个人便是我们的地球。

望远镜必须像雨伞一样朝着地球前进的方向略微倾斜，这才能使星光笔直地落到它的镜筒里，布拉德雷把这个倾斜角度称作“光行差”（图29）。

布拉德雷还是没有发现恒星的视差，这超出了他那架望远镜的能力，因为视差是一种比光行差还要小得多的位移。但是，光行差的发现也有其历史功勋。首先，假如地球静止不动的话，光行差就不会出现。因此，它与视差一样，同样明确地证实地球确是在绕太阳公转。其次，光行差既然已被发现，人们就可以在观测中扣除这种位移，于是由视差造成的更小偏离就有可能被真正地探测到了。只是又过了100多年，人们才好不容易勉强做到了这一点。

图29　光行差是怎样产生的

如果观测者是静止的（左），那么他看到的星光入射方向就是星光前进的真正方向；如果观测者沿横向AA′移动（右），那么他就会觉得星光是由AB′（或A′B）方向射来的。