大瘟疫在1665年降临伦敦时，八岁的哈雷（Edmond Halley）没能按期入学，在学校关闭后随家人到乡下避难。一年多后，学校在伦敦大火中被焚毁，再次延缓他的求学1。家里几所房产也在火灾中化为灰烬。好在他父亲是成功的肥皂商，家道足够殷实未受实质影响。哈雷从小喜爱在泰晤士河边观望来来往往的帆船，偶尔能听到天边英国与荷兰海军鏖战的炮声隆隆。他悉心钻研数学、天文以及指南针等实用知识技能，向往着扬帆远行，在无边无际海洋中熟练地定位、导航。父亲是孩子的强有力后盾，不惜代价为他购买各种仪器。当17岁的哈雷在1673年来到牛津大学时，他搬进宿舍的装备让同学们大开眼界。其中一具七米多长的望远镜足以让校园内外专家学者艳羡。
那正好是虎克以奴仆学生身份进入牛津的二十年后。哈雷属于既非贵族也不是奴仆的“普通”学生。但他显然不同寻常，还带来一张自己测量绘制的伦敦市区“磁偏角”（magnetic declination）地图。
公元十一世纪，北宋的沈括在《梦溪笔谈》里记叙有方家“以磁石磨针锋，则能指南”。那可能是指南针（compass）最早的文字记录。“磁石”（lodestone）则早在公元前世界各地的古籍中已有记载。这类石头无需接触互相吸引或排斥，也能“超距离”吸引铁器。古人深觉这个“超距作用”（action at a distance）之神奇，推测磁石有治病疗伤功效。《梦溪笔谈》描述的是磁石另一重大实用价值：磨成锋利细针状的磁石浮在水面、置于碗沿或悬挂在空中可以转动时会自动指向南方或北方。这是野外定向的利器，在无法看到北极星或太阳的恶劣天气中尤为珍贵。大约两百年后，指南针也在欧洲出现2。
沈括也表明指南针“常微偏东，不全南也”。即磁针所指的方向只是接近南北，并不与以天球或地球转轴确定的经线严格一致。两者之差就是磁偏角。
《梦溪笔谈》的磁石篇以“磁石之指南，犹柏之指西，莫可原其理”作为结语。伴随着指南针的普及使用，人们对“其理”有过很多遐想。最大的可能无疑是远方有巨大的磁石在吸引各地的磁针，也许是北极星，也许在大陆边缘甚至地球极地蕴藏有着巨大的磁石“岛”。然而磁针只是指向北方，并没有表现出被吸引着往那里移动的迹象。在十六世纪中后期，分别在德国和英国制作指南针的哈特曼（Georg Hartmann）和诺曼（Robert Norman）相继发现磁针不只是水平地转动，在垂直方向也会倾斜。指向北方的尖端下坠，形成一个与磁偏角相辅相成的“磁倾角”（magnetic inclination）。他们必须调整两端重量比例才能保持指南针的平衡。这说明吸引磁针的力不都来自远方，也有脚底下大地的贡献。
伦敦的名医吉尔伯特（William Gilbert）在1600年出版《论磁与磁体，以及作为大磁体的地球》3汇报自己的研究所得。他没能找到磁石的医药效用，但一语道破指南针的原理：地球就是一块巨大的磁石。
每块磁石有两个磁性最强的“磁极”，分别位于两端位置。磁极之间或者互相吸引或者排斥，可依此分为两类：同性相斥异性相吸。吉尔伯特指出地球也同样，磁极正好在南极和北极附近，只是略有偏差。地面上的磁石受地球磁力所迫，都会尽可能地顺南北方向排列，遂有指南针。磁石的两个磁极于是按照它们的指向分别称作“南极”和“北极”。只是地球比较特殊。因为同性相斥异性相吸，地球在北极附近的磁极是其磁南极，正好与其它磁石的朝向相反。
吉尔伯特还选取较大的圆球性磁石充当“小地球”4，以一个小小的磁针在其附近模拟地面的指南针。他实际地观察到磁针的磁倾角决定于它所在的“纬度”：在小地球“赤道”为零，随纬度增高逐渐变大直至在北极点附近达到九十度。磁倾角在南半球的表现也相似，只是倾斜的方向相反，北端朝上而南端下沉。吉尔伯特据此发明不依赖太阳或星座的纬度测量仪，方便远洋船员。他更希望发明的还是能测量经度的仪器，一举解决最大历史难题。但无论是磁倾角还是磁偏角都无济于事。磁偏角虽然是地理和磁两个极点方向间的夹角，却也因地而异，不是一个常量。经过测量调查，吉尔伯特失望地承认磁偏角的变化与所在经度无关，没有一定之规。
哈雷在中学时接触到指南针中暗藏的这一奇妙，兴致勃勃地带着仪器在伦敦附近四处游荡测量，绘制出磁偏角分布地图。他可能不会意识到自己正在实践科学革命新时代的经验主义方法。
吉尔伯特在《论磁》问世一年后被女王伊丽莎白一世（Elizabeth I）聘为宫廷御医。在两年后的1603年辞世。
《论磁》早于培根“首倡”经验主义的《新工具》整整二十年。吉尔伯特可能在1570年代初开始磁石实验。那时的伽利略还不到十岁，正由比萨迁往佛罗伦萨开始求学。波义耳等后辈在伦敦创立王家学会时极力推崇辞藻华丽的培根，却只字未提亲自动手实践的同胞吉尔伯特（或远在意大利的伽利略）。吉尔伯特留下的文件和实验仪器后来在1666年的伦敦大火中灰飞烟灭，本人也逐渐被科学史遗忘。
哈雷的父亲没有白费苦心。借助那具庞大、昂贵的望远镜，哈雷在大学期间很快脱颖而出。那正是天文学告别肉眼观察、拥抱望远镜的年月。
尽管在经度测量中“痛失”疆土，法国国王路易十四还是对天文观测和科学情有独钟，广泛招才纳贤。1666年，他模仿伦敦的王家学会成立自己的科学院（Académie des sciences），特意高聘荷兰的惠更斯前来领衔。一年后，路易十四斥资修建巴黎天文台（Paris Observatory），又从意大利请到知名天文学家卡西尼（Giovanni Domenico Cassini）。埃拉托色尼与喜帕恰斯当年定位于亚历山大港的本初子午线也被挪到巴黎，作为新的零度经线。
英国国王查尔斯二世不甘落后，也在1675年决定在伦敦近郊的格林威治兴建王家天文台（Royal Observatory, Greenwich）。他赐予年轻有为的弗拉姆斯蒂德（John Flamsteed）“王家天文学家”（Astronomer Royal）头衔，负责在格林威治用望远镜更新已有的星表并寻求经度难题的解决。两所皇家天文台由此开启明争暗斗，在其后两个多世纪各自坚持所在位置为本初子午线。直到1884年，本初子午线才被正式定位于格林威治。
弗拉姆斯蒂德收到聘书不到一个星期，又一封信不期而至。来信作者正是年方十八的哈雷，提请注意第谷留下的星表中木星和土星的位置存在明显偏差。弗拉姆斯蒂德自己尚未到而立之年，对来信印象深刻。哈雷由此进入学术圈，经常协助弗拉姆斯蒂德、虎克和雷恩等前辈观测天象。在伦敦大火后重建中立下不朽功绩的雷恩和虎克受命设计、建造格林威治的天文台，哈雷也鞍前马后地陪同选址。他的名字开始出现在虎克的日记和弗拉姆斯蒂德发表在《王家学会哲学会刊》5的报告之中。
《哲学会刊》是王家学会成立后即在1665年创办，旨在促进会员交流。它延续至今，是历史最为悠久的学术刊物。在最初的短短十年里，会刊忠实地转达波义耳、虎克等会员的大量成就，业已在欧洲各地享有盛誉。牛顿描述光和颜色新理论的信也是通过这份刊物广为传播。1676年，《哲学会刊》连续刊登哈雷署名的三篇论文，分别论述从行星位置推导其公转轨道大小的数学途径、由“太阳黑子”（sunspot）位置变动研判太阳的自转、依据弗拉姆斯蒂德与另一天文学家对月亮遮掩火星事件的一次观察数据计算两人所在地的经度之差。这些研究并不具开创性，引人注目的是它们出自一名“普通”大学生之手。
那是哈雷在牛津的第三年，离学士只一步之遥。可是他已按捺不住，因为大海在召唤。
从古希腊的喜帕恰斯到文艺复兴时的第谷，天文学家对头顶的北半球星空渐次熟知，将其主体群星列表备案。但他们对地平线下的南半球天空依然知之甚少。在大航海时代，人们早已走出地中海的赫拉克勒斯之柱，足迹遍布亚里士多德当年无从想象的赤道以南，见识惊艳的“麦哲伦星云”（Magellanic Clouds）6。哈雷知道已经有天文学家在赤道附近窥探南方的夜空。他等不及毕业，决定弃学远赴圣赫勒拿岛（Saint Helena）为南半球的众星测定制表。那将是天文观测的新突破，也会对在南半球巡航的船员大有帮助。这个大胆计划得到弗拉姆斯蒂德、王家学会和国王查尔斯二世的支持。哈雷的父亲又一次慷慨解囊，包揽全部费用和薪金。
1676年10月底，哈雷带着一名助手和几箱子仪器搭乘东印度公司的商船南下，航行三个月后抵达目的地。圣赫勒拿是南大西洋中的一座火山岛，当时英国统治地域的最南端。那里的纬度为赤道以南的16度，可以同时看到北半球和南半球的大部天穹，便于以第谷的星表作参照为南半球群星定位。然而岛上气候远不如预期，频繁云遮雾罩。哈雷的进展缓慢，在几乎一整年中只完成大约三百颗星的位置测量。即便如此，他带回的星表颇具历史意义。那是前所未有的南半球繁星定量记录，也是第一份完全通过望远镜观测的天文数据。弗拉姆斯蒂德虽然对这位年轻后辈的草率风格很有微词，还是大度地赞誉哈雷为“南方第谷”7。
哈雷在1678年5月底回到伦敦，在半年后的王家学会成立18年纪念日被接纳为会员。那时他刚过20岁，还不具学士资历。三天内，牛津大学奉国王圣旨纠正这一尴尬，直接授予他硕士学位。随后，志得期满的哈雷才踏上他姗姗来迟的壮游之旅，遍访欧洲各地天文台。他虽非初出茅庐的青少年，倒也还是仰仗父亲资助才得以见此世面。
对哈雷而言，远征圣赫勒拿岛的收获远远超越那份让他一鸣惊人的星表。最为快乐的是往返途中在海上度过的足足半年。哈雷充分利用时间学习航海本领，大圆少年之梦。他也携带着各种导航和气象仪器，随时随地进行测量。进入纬度不足15度的赤道海域后，他看到指南针不再有磁倾角，现场证实吉尔伯特近百年前的模拟试验。圣赫勒拿岛的天气严重阻碍哈雷的观测计划，也迫使他关注比天文更为迫在眉睫的气象。在结束欧洲壮游、娶妻生女安居乐业的日子里，哈雷时常回顾在岛上的经历，接连在《哲学会刊》发表与之相关的论文。
自从帕斯卡请姐夫佩里埃证明山顶的气压明显比山下低后，人们有了一个测定高度的方便手段：把气压计反过来用作“高度表”（altimeter）。不过气压虽然与高度密切相关，二者的换算却不那么直截了当。在协助波义耳获得揭示气体压强与体积关系的波义耳定律后，虎克曾在《显微图谱》中试图以该定律为据推导出气压与高度的关系，终因计算过于复杂知难而退。哈雷在圣赫勒拿岛也登山探谷，测试气压在不同高度的变化。他精通数学，回伦敦后学习数学家不久前发明的“对数”（logarithm）新概念，写出气压与高度的定量方程式。8
哈雷也注意到气压在大风中亦会降低，但没能找出相应的规律。圣赫勒拿岛上经常大风不止，带来让他仰头叹息的满天云彩。而且那一年里总是在刮东风，与亚里士多德《气象学》中的描述以及陆地居民的生活经验大相径庭。其实航海家早已熟知“信风”（trade winds）的稳定存在。那是扬帆远航最得力的天助。在赤道附近，信风常年由东向西肆虐，只略为偏向赤道方向。圣赫勒拿岛所在南半球的信风是东南风，北半球的信风则是东北风。哈雷效仿亚里士多德，在广泛问询东奔西走的东印度公司船长们后绘制出一幅世界范围信风图。
在地图日益完善的十七世纪，人类由此有了第一份依照实际证据绘制的气象图。哈雷以由细而粗的短线标志风向，生动地展现信风在各大洋的分布。
哈雷也在以经验主义手法积累证据的基础上进行演绎推理。受虎克的启发，哈雷认为信风起源于太阳光带来的热量。赤道的阳光最为强烈。那里的空气受热膨胀，变得稀薄轻灵后上升。南、北部较冷的空气不得不涌入填补。于是无论赤道南北，信风都偏向赤道方向。在赤道上升的热空气则在高空流向南北两极，冷却后下降。如此形成沿经线的大气环流：“经向反转环流”（meridional overturning）。每天，太阳加热的区域随其东升西落沿赤道挪移。冷空气也得在背后紧追慢赶，便有了恒定的东风。相似地，远离赤道的高纬度地区的风向与热带相反。那里的西风填补信风背后留下的空缺，即“纬向环流”（zonal circulation）。
古希腊的哲人早已想象大气层内存在剧烈的流动，以此解释云和风的存在。哈雷第一次将信风归因于全球范畴的大气循环，还进一步认定天上的太阳是地球表面大气环流的根源。他也认识到这样的信风只存在于一望无际的大洋之中。陆地上的风受大山等地理影响，会随季节改变方向，是为“季风”（monsoon）。信风和季风向来是远洋航行的必备知识，由此进入科学家的视野。
在大气环流论文发表的1686年，哈雷被王家学会选为书记员9，负责会议记录、出版及与会员和欧洲各地学者之间通信联络等具体事务。他那年刚好30岁，正面临人生转折点。父亲两年前的突然去世打破哈雷的安逸生活，也在无意中创造契机，促成他在科学革命进程中承担一个极为特殊而又关键的角色。
（待续）
哈雷的出生年月和上学经历都没有历史记录，只是估计。
这个工具在欧洲通常称为“指北针”，这里采用习惯名称。
De Magnete, Magneticisque Corporibus, et de Magno Magnete Tellure
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Philosophical Transactions of the Royal Society
参阅《宇宙膨胀背后的故事（之六）：在哈佛的后宫中丈量宇宙》
Southern Tycho
法国的马里奥特（Edme Mariotte）也已经指出气压是在高度成倍地增长时线性降低，但没能给得出具体的定量关系。马里奥特曾独立发现波义耳定律，令其在法国一直被称作“马里奥特定律”。他也是所谓“牛顿摆”（Newton's cradle）的发明者。
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