反射望远镜的发展历程(二)

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  哈德利和肖特的反射望远镜
  
  如上期所述,格里高里的反射望远镜设计是超前的,真正制作出第一块金属抛物面镜的人是一位英国的数学家约翰·哈德利(John Hadley,1682~1744)。他设计了一套方法,用来检测镜面聚焦的精度:制作了一个照明装置,使得只有当镜面能够把光线会聚到一点时,整个镜面才能被均匀地照亮;如果检测发现镜面某部分的照明不均匀,就着重研磨那个区域。
  这是一个漫长而困难的工作,但哈德利非常有毅力,终于在1721年制造了一架球差极小的、直径15厘米的格里高利式望远镜。成像可以媲美惠更斯设计的长达37.5米的折射望远镜。哈德利的反射主镜只比惠更斯的透镜小一点,但望远镜的长度却只有1.8米。
  英国仪器制造商詹姆斯·肖特(James Short,1710~1768)首先研究出了相当简便而精度又高的磨制抛物面镜的技术,它减少了用光学测试方法作最后修正所需要付出的劳动。他一生磨制和制作了1370架望远镜,主要是格里高里式望远镜,许多是很小的,另一些则是空前的大,直径达到45厘米,长度超过3.6米。
  哈德利和肖特的工作把反射望远镜的实验价值提到了一个新高度。使用金属镜面来反射光线,代替使用透镜折射光线,使得天文学家们能够制造出更短和更大威力的望远镜,大型反射望远镜变得越来越普及,在这方面做出突出贡献的首先是英国著名天文学家威廉-赫歇尔。
  弗里德里希·威廉-赫歇尔爵士(SirFriedrich WiIhelm Herschel,1738~1822),出生于德国汉诺威,英国天文学家及音乐家,曾做出多项天文发现,包括天王星等。被誉为“恒星天文学之父”。
  赫歇尔家共有十个兄弟妹,但其中四个早天。其父亲多才多艺,不仅是禁卫军乐团的乐师,精通音乐,还是天文爱好者,热爱星空,熟悉星座。在父亲的影响下,他15岁就在军中充当小提琴手和吹奏双簧管,志向当一名作曲家,但又把大量业余时间用于研究语言和数学,后来还加上光学,并产生了用望远镜亲眼观察各种天体的强烈愿望。
  当时,汉诺威王朝与英国组成共主邦联。1755年威廉·赫歇尔参加的乐团被派到英国,他很快便学懂英语,并在1557年为躲避战乱而移居英国。先在利兹任音乐教师及乐团领队,后在旅游胜地巴斯任公众音乐会的总监。除演奏管风琴及双簧管外,他也编写过多首乐曲,可是大部分已被人遗忘。1772年他把小妹妹卡罗琳·赫歇尔(CarolineLucretia Herschel,1750~1848)从汉诺威接到伦敦,帮助自己料理家务,以便使他能专心致志磨制望远镜。卡罗琳一辈子都是哥哥的忠实助手,后来她也成为颇有声望的天文学家。
  他在天文学上的兴趣自1773年开始浓厚,先是制造反射望远镜,后专门磨制反射望远镜。1774年他终于完成了第一架反射望远镜,直径12厘米,焦距1.7米,放大倍率40倍。1776年他一口气制作了直径分别为15厘米(焦距2米)、23厘米(焦距3米)和30厘米(焦距6米)三架望远镜。他最喜欢15厘米直径的那一架,使用起来得心应手。那时候,他主要观测月球,测量月球山峰的高度,以及编撰双星目录等。1781年3月13日,就在他观测双星时,他发现了一颗新的行星——天王星。起初他将新行星命名为“乔治之星”(Georgiumsidus)以歌颂英王乔治三世,但这个名称没有被其他天文学家接受。同年11月,他获授柯普莱勋章(CopleyMedal),并获选成为英国皇家学会会员。1782年,他获乔治三世接见,并被任命为“皇家天文官”(The King'sAstronomer),年薪200英镑。从此威廉赫歇尔成为职业天文学家。
  
  赫歇尔的“大炮”
  
  赫歇尔为自己的发现和新声誉所激励,决定制造一架望远镜,其反射镜口径达1.22米,要装入12.2米长的镜筒中。英王乔治三世慷慨解囊,拿出2000英镑资助他。这是一项令世人震惊的工程,所招聘的工人多达40名。1789年,赫歇尔的得意之作在巨大的构架中竖立起来,看上去活像一尊指向天空的“大炮”。
  庞然大物的时代再次到来,不过这次不是长而是胖。反射镜的聚光本领取决于其面积,而面积又取决于其直径的平方,因此,此反射镜的聚光本领是他发现天王星的那架15厘米反射望远镜的64倍。
  赫歇尔在制造此“大炮”时,改变了牛顿的设计,使主镜倾斜。这样,主镜直接将会聚的光束送到靠近前方镜筒口的焦点处,从而省去了牛顿式的平面副镜。这样做,可以大大减少磨镜的工作量,但也意味着天文学家必须在很高的地方进行露天观测,冒着摔下来的危险,事实上,从望远镜上摔下来的天文学家可以列出一个长长的名单。
  1787年8月的一天,乔治三世领着坎特伯雷大主教穿过“大炮”的镜筒,同时妙语打趣地说:“来吧,尊敬的主教,让我领你去参观天堂。”投入使用的第一夜,赫歇尔就将此镜转向他最喜欢观看的土星,立即发现了两颗新土卫——土卫一弥玛斯和土卫二恩刻拉多斯,使当时已知的土卫数目增加到七颗。
  “大炮”十分笨重,很难使用。在赫歇尔的有生之年里,他一直在使用一架直径45厘米、长6米的反射望远镜,天王星的两颗卫星,就是用这架望远镜发现的,而那架1.22米直径、12.2米长的庞然大物则成为了一个旅游景点。
  
  赫歇尔在天文学上的其他贡献
  
  威廉·赫歇尔编制了详尽的“星云”列表与“双星”列表。他首先发现大部分双星并非貌合神离的光学双星,而是互相具有引力关系。从研究恒星的自行,他也首先发现太阳系正在宇宙中移动,还指出该移动的大致方向。他研究银河的结构,提出银河呈圆盘状。
  他又于1800年左右,发现阳光中肉眼看不见的红外辐射。在奥尔伯于1802年发现智神星后,威廉·赫歇尔首先将这种天体名为小行星(asteroid),意指呈恒星状的小光点。
  尽管他曾做出不少科学发现,他也不兑和当时的一些科学家一样,做出过一些没有根据的猜想,例如他认为每颗行星上都有生物居住,甚至太阳也是。他认为太阳拥有一层能隔绝外层热力的云层,一些生物能适应那里的生活。
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