被遺忘的天文氣候學家——詹姆斯·克羅爾

說起歷史上著名的天文學家或者氣候學家，很少有人會想到詹姆斯·克羅爾。這位19世紀的英國科學家揭示了地球為何出現周期性冰期的奧秘，是天文氣候學最早的奠基者。而且，在英國的維多利亞時代，克羅爾曾受到查爾斯·達爾文、威廉·湯姆遜（即開爾文勛爵）等科學巨匠的極力推崇，但他最終在貧困中死去，他的名字也很快變得鮮為人知。這樣一位有著傑出學術成就的科學家，為何會被世人遺忘呢？

熱愛科學的門衛

1821年，克羅爾生於蘇格蘭的佩思郡，他的父親是位農場的石匠。克羅爾從小在鄉間長大，常常需要幫父母幹活，只能斷斷續續地去學校聽課。然而，即使是這樣非正式的學校教育也沒能持續多久，11歲時，克羅爾早早地退學，專心在農場里幹活。恰在1832年，英國誕生了世界上最早的廉價期刊——《一便士雜誌》，這本雜誌內容豐富，淺顯易懂，深受英國大眾歡迎。無書可讀的克羅爾只能常常閱讀《一便士雜誌》，他很喜歡其中的哲學版和科學版，從中了解了許多有趣的自然現象，知識面大開。

14歲時，克羅爾已經對科學有了初步的認識，他意識到，自然現象背後存在著嚴格的法則，這些法則讓他感到驚奇。為了探尋這些法則，克羅爾開始自學力、熱、光、磁等物理學科，一學就是幾十年。雖然克羅爾對科學充滿著憧憬，但他畢竟沒有文憑，也沒有錢，只能找些別的工作自謀生路。

在成為一名科學家之前，克羅爾幾乎什麼都干過。16歲時，年輕的克羅爾走出家門，成為一個居無定所的零工工匠，每天輾轉於蘇格蘭各地的農場倉庫。25歲的時候，克羅爾肘部患上了難以治癒的炎症，無法繼續從事體力勞動，於是轉行販賣茶葉、推銷保險、經營旅館，但每一次都只賠不賺，最終破產。不知不覺，克羅爾已經30多歲了，他又找到一份新工作，在格拉斯哥市的斯特拉斯克萊德大學當起了門衛。這份工作雖然不足以改善經濟狀況，卻能讓克羅爾有機會進入大學的圖書館。在那裡，克羅爾繼續自學物理、數學、天文學、流體靜力學以及其他一些新興學科，並結識了大名鼎鼎的科學家——威廉·湯姆遜。

用天文學解釋冰期

威廉·湯姆遜當時任教於格拉斯哥大學，是物理學界的權威。湯姆遜在鼓勵克羅爾學習科學知識的同時，也建議後者要勇於獨立地進行科學研究。沒多久，克羅爾在圖書館中碰巧看到了約瑟夫·阿德馬爾的天文學著作，對地球冰期產生了研究興趣。

19世紀時，歐洲的地質學家已經發現，歐洲大陸曾經多次經歷冰期，被冰川覆蓋，然後每隔一段溫暖的時間，冰期又會返回。科學家試圖找到冰期出現的原因，而法國人約瑟夫·阿德馬爾就是首次嘗試用天文學來研究這個課題的天文學家。阿德馬爾提出，由於歲差的存在，地球在繞著太陽做橢圓運動的時候，南北半球的季節會出現長短不一的情況，只要某個半球的夏季短、冬季長，那麼這個半球就會遭遇冰期。不過，其他科學家很快證明，阿德馬爾的觀點是錯誤的，雖然南北半球季節的長短會由於歲差而變化，但南北半球實際接受的熱量是大致相同的——或者是較短、較熱的夏季，或是較長、不太熱的夏季。

克羅爾覺得，阿德馬爾的理論過於簡單粗糙，但研究方向其實是正確的。所以，克羅爾繼續試著用地球和太陽之間的天文變化來解釋冰期。通過大量的數學計算，克羅爾終於提出了關於地球冰期的偏心率理論。他發現，地球繞太陽運動的軌道是橢圓的，如果將橢圓軌道的長軸視為遠日軸，短軸視為近日軸，那麼遠日軸比較穩定，而近日軸的長短一直在伸縮，導致公轉軌道會從橢圓變成近圓再變成橢圓。也就是說，地球公轉軌道的偏心率一直在周期性地變化。

然而，考慮到太陽、月亮、歲差等諸多因素的影響，在公轉軌道從橢圓變成近圓再變成橢圓的每一次周期中，偏心率變化的最大幅度也是不同的。在某個特定的時間，比如3億年前的二疊紀和200萬年前的更新世，地球公轉軌道會達到罕見的極高的偏心率。這種情況下，南北半球氣候將出現巨大的差異，一方極端寒冷，出現大量冰川，反射太陽光，另一方非常溫暖，改變洋流的方向，減少熱量傳到另一半球。這些效果綜合起來，會導致某個半球完全被冰川覆蓋。

被遺忘的科學家

1864年，克羅爾將自己的理論發表於當時的頂級科學期刊——《哲學雜誌》，立即在科學界引起轟動。在克羅爾之前，從未有人從天文學的角度對冰期做出過富有說服力的解釋。當學者們了解到論文的作者並不是大學中的教授，而是一位民間科學家的時候，他們在認可之餘，也感到非常驚訝。

1867年，克羅爾得到賞識，在蘇格蘭地質勘查局謀得了一個職位，終於可以全心全意研究科學。這時，克羅爾已經和查爾斯·達爾文建立了友誼，兩人常常交流思想。在達爾文的鼓勵下，克羅爾自己著書，於1875年寫完《氣候與時間》一書。在這本著作中，克羅爾提出了一些開創性的研究——冰川如何運動、洋流如何產生、南極洲冰蓋有多厚，受到好評。《氣候與時間》出版幾個月後，克羅爾被倫敦皇家學會以及紐約科學學會吸納為會員，並獲得了斯特拉斯克萊德大學的榮譽學士學位。

雖然克羅爾已經非常有名，但由於他出身貧寒，在英國派系林立的科學家圈子裡沒有太多朋友。1880年，克羅爾的健康狀況已經很差，不得不退休。達爾文、湯姆遜等人多次為克羅爾爭取公務員退休金，但兩任英國首相都拒絕了他們的請求。10年後，克羅爾在貧病交加中去世，他的葬禮很簡單，訃告對他的評價只有短短几個字——「最重要的，同時也是最早用物理研究氣候的科學家」。很快，英國科學界再沒有人談論克羅爾。

1930年，米盧廷·米蘭科維奇，一位南斯拉夫地球物理學家，在克羅爾的基礎上進一步明確了地球軌道的不規則變化與冰期之間的關係，那就是著名的「米蘭科維奇循環」。米蘭科維奇之後，知道克羅爾的人更少了。如今，蘇格蘭皇家地理學會在英國帕斯市為克羅爾立有一個塑像，這是人們對克羅爾表示的唯一一份紀念。

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