《仰望星空》12 - 初窥银河
1846年9月23日，德国柏林天文台台长加勒收到一封陌生人的来信，发信人叫做勒维耶。信中这么写道：尊敬的台长，请在9月23日晚上，将望远镜对准摩羯座δ星之东约5度的地方，你就能找到一颗新的行星，它的圆面直径约3角秒，每天运动69角秒。
加勒大吃一惊，和助手们依照这个神启开始了观测，一切都精确得令人难以置信。几天后，加勒向全世界宣布：那颗影响了天王星的未知行星找到了，它被命名为海王星。
一个月后，当加勒站到那个寄信人勒维耶面前时，又大大地吃了一惊——居然是一个30出头的年轻人。当加勒问他是如何发现海王星时，勒维耶拿出了厚厚一叠稿纸说：我用纸笔计算了好多年。加勒几乎用了一辈子在望远镜中寻找海王星，但一直未果，没想到这个年轻人仅仅用纸笔就战胜了自己的设备和经验。以万有引力定律为核心的天体力学真是威力无穷，海王星的发现再次证明了万有引力定律的正确性。
在英国，皇家天文学会的会长艾里在得知了加勒的发现过程后，悔得肠子都青了。原来，早在一年前，青年人亚当斯带着他的论文求见了艾里，但是傲慢的艾里没把这个毛头小伙子放在眼里，论文没怎么仔细看就束之高阁了。现在，艾里一看，亚当斯的计算结果与勒维耶几乎一模一样。最终天文学界一致决定，让勒维耶、加勒和亚当斯共享海王星的发现权，皆大欢喜。
海王星距离地球约30AU，公转周期165年，太阳系的疆域又扩大了一倍。
此时的人类已经认识到，小小的太阳系的尺度与遥远的恒星世界比起来，根本不值一提。于是，天文学家找到了另外一个更好的单位——光年。也就是光在一年中走过的距离。用这个单位，那么半人马座α离我们就只有4.3光年了。
4.3光年又是什么样的一种概念呢？我们坐飞机飞去半人马座α星，需要多久呢？计算结果是46亿多年。换个说法，用旅行者1号太空探测器飞到半人马座α星，也需要4.3万年。注意，这还仅仅是离我们最近的一颗恒星。人类意识到几千年以来，我们当作整个宇宙的太阳系只不过是宇宙中小小的一粒微尘，外面的世界很大很大，要真正认识宇宙，人类只不过刚刚起步而已。
在古时候，夜空中最壮观的天象便是横亘在天空中，犹如一条大河般的银河了。因此，对于银河，自古就有许多种传说。传说当然是不靠谱的。
第一个看到银河真相的人又是我们的老熟人伽利略先生，当他用望远镜对准银河后，他发现银河那看上去像牛奶一样的白雾，实际上是由无数的极为暗弱的恒星构成的，多得简直难以置信。后来一代又一代的天文学家用望远镜仔细地观测银河，证实了银河确实是由难以计数的恒星组合在一起形成的。那位发现天王星的赫歇尔首先开始探索恒星世界的奥秘。他发现，所有的恒星似乎都聚集在一个状如“磨盘”的系统里面。人们把这个发现称之为“圆盘理论”。
老赫歇尔的儿子叫约翰·赫歇尔，他做了一件让所有人都瞠目结舌的事情，他把老爸的那尊著名的大炮望远镜拆卸装船，不远万里运到了南非的好望角，在那里建了一个观测站。小赫歇尔按照他老爸传授给他的方法，把天空分成了更细小的3000个区域，用了3年的时间观测了6.9万颗恒星，他的统计结果证实了老赫歇尔的圆盘理论是对的。
尽管在赫歇尔之前也有一些人提出过类似银河系结构的理论，例如英国的哲学家赖特和德国的哲学家康德，他们凭借着一颗哲学家的想象力丰富的大脑，用哲学思辨的方式，凭空创想了银河的结构和形状。尽管他们的不少设想与我们今天知道的银河有类似的地方，但在天文学界，正式得到承认的是赫歇尔父子而不是他们之前的赖特和康德。为什么？因为科学重视的不仅仅是结果，更重视方法和过程。哲学家可以在头脑中随意地创造各种各样的理论，他们只关心自己的理论是否听上去能自圆其说，往往不会关心如何通过观测和实验检验自己理论的正确性。真正的科学工作者在创立一套理论、提出一个模型之前，必然要经过艰苦卓绝的观察和实验，用数学的方法对自己的理论不但要定性，还要定量，同时还要做出可以被检验的预言。老赫歇尔正是这样的一位天文学家，这位乐师出身的“非科班”的“业余”天文学家做出了举世公认的伟大成就，没有人会质疑他的专业性，因为他第一个用科学的方法初步建立起了银河系的正确模型。
赫歇尔父子建立的仅仅是一个初级的银河系观念，再讲讲老赫歇尔的另外两个重大发现，这两个发现为后人打开了一扇窥视宇宙的窗户。
哈雷首次发现了恒星的“自行”现象，这个自行的现象让许多天文学家发出了这样的问题：自行现象的真实原因到底是恒星在运动还是太阳在运动，亦或是两者皆有呢？老赫歇尔对这个问题的思考结论是：都在动。那么，如何证实太阳在运动呢？赫歇尔则想出了一个绝妙的方案，这个方案在当时来说，绝对是了不起的。他的方案是这样，如果太阳确实在带着地球一起朝某个方向运动的话，那么应该就能在地球上观测到“路灯效应”。
（图 从车头看过去，两边的路灯是从中心向两侧散开运动）
（图 从车尾看过去，两边的路灯是从两侧向中心汇聚运动）
依照路灯效应的原理，如果太阳朝某个方向运动，那么在运动方向上的恒星是向四周散开；而另一个背向运动的方向上，看起来所有的恒星则是向某一点聚拢。当然，如果恒星本身也在运动的话，规律可能不是那么容易发现，但只要观测的恒星足够多，路灯效应还是一定可以被观测到的。赫歇尔按照这个思路开始了小心地求证，这就是我前面说的，科学要提出预言，然后再检验。