反射望远镜的发展历程(2)

　　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（Copley Medal），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's Astronomer），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。

赫歇尔的“大炮”

　　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，他也不免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。

      约翰·赫歇尔的南天星空观测、出身名门却钟情天文的罗斯伯爵、以大海怪命名的巨无霸望远镜、M51和M1的素描图、意义非凡的发现、罗斯伯爵冒险事业的重要成果、纳史密斯和拉塞尔对反射望远镜的改进。
　　约翰·赫歇尔的南天星空观测
　　威廉·赫歇尔的独生子约翰·赫歇尔（John Frederick William Herschel，1792～1871）生于英国白金汉郡的斯劳，1807年入剑桥大学圣约翰学院，学业极佳，21岁便当选为皇家学会会员，他是英国天文学会理事会创始人之一。

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约翰·赫歇尔于1828年所绘的M51素描

　　1816年约翰·赫歇尔接替78岁高龄的父亲，承担了大量的观测工作。他在父亲的指导下，重新抛光了父亲的那架6米长的反射望远镜，这样他就有了理想的仪器，可以对父亲观测和研究过的星云进行再度观测和重新排序。1834年初他携全家前往非洲好望角，希图把父亲的巡天和恒星计数的工作扩展到南天。重新抛光的6米长反射望远镜，设立在距离开普敦几英里的费尔霍森临时天文台上。由于海风的吹拂，反射镜过几天就会失去光泽，需要重新打磨。他预见到这种情况，特地带了3面备用的镜子，其中一面是父亲磨制的，另一面是他自己磨制的，还一面是他们父子磨制的。他在那里工作了4年。历时9年编撰的《在好望角天文观测的结果》于1847年发表。为了纪念约翰·赫歇尔对科学的贡献，在他死后英国为他举行了国葬，安葬在威斯敏斯特教堂中距离牛顿墓很近的地方。
　　赫歇尔家族的辉煌时代已经成为过去，更大更好的望远镜还将继续不断涌现，一位英国天文学家继承了反射望远镜的事业，决心在这方面超过赫歇尔，这就是声名卓著的罗斯伯爵。

　　威廉·帕森斯（William Parsons，1800～1867）生于英国的约克。英国与爱尔兰有错综复杂的关系，1801年英国正式吞并爱尔兰，在帝国议会中给爱尔兰100个席位，直到20世纪中叶爱尔兰才成为独立国家。这种历史渊源使不少著名人物很难简单地说成是英国的还是爱尔兰的。威廉·帕森斯的情况就是如此，他的家庭在爱尔兰拥有领地。他1822年牛津大学毕业，就进入议会呆了12年。1841年他子袭父位，成为第3代罗斯伯爵（3rd Earl of Rosse），后世的天文学家普遍称他为罗斯。1845年爱尔兰将他选入上议院。他是一位真正的贵族，在著名天文学家中，出自如此高贵门第的人极少。

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罗斯伯爵的直径91厘米反射望远镜

　　罗斯的最大嗜好是建造设计最大的望远镜。他花了5年时间，才研究出一种适合制造反射镜的铜锡合金。从1827年开始先后制造了直径38厘米、61厘米的反射望远镜，1840年又造出了直径91厘米的反射望远镜，后者已经几乎与赫歇尔最大的反射望远镜一样大了。这些望远镜都安置在他自家的领地上，那里的地名叫比尔，几乎位于爱尔兰岛的正中央。
　　以大海怪命名的巨无霸望远镜
　　1842年罗斯伯爵开始制造一块直径1.84米的反射镜，其面积是赫歇尔那架最大的望远镜的2.25倍，足以供一个身材高大的壮汉伸开四肢，躺在上面。如此巨大的镜面，制造起来谈何容易，尝试了五次才告成功。

19世纪末的比尔城堡大海怪

　　在研磨镜面的同时，他又着手给镜子配镜筒，筒长17米，直径2.4米，选用厚木制成。为了挡风，镜筒安置在两道高墙之间，每道墙高17米、长22米，沿南北走向。这块反射镜重达3.6吨，把它装入镜筒，很不容易。直到1845年2月这架巨型反射望远镜才彻底安装完成，可以调试校准后即正式使用了。
　　罗斯的这架巨大反射望远镜，通常以“列维亚森”（Leviathan）著称。“列维亚森”原是《圣经·旧约》中描述的一种大海怪，见《约伯记》第41章。英语中常用“列维亚森”来称呼那些庞然大物。

罗斯的M51素描图

罗斯的M1素描图

　　为了与赫歇尔一比高低，罗斯观测了赫歇尔曾经研究过的各种星云。他发现梅西耶星表中的M51看上去像是旋涡形状的，遂使人们在1845年知道了第一个“旋涡星云”。1848年罗斯发现梅西耶星表中的头号天体M1内部贯穿着许多不规则的明亮细线，他觉得这很像一只螃蟹，因此称它为“蟹状星云”，这个名字一直沿用至今。日后的事实证明，这两项发现都具有十分重大的意义。
　　罗斯伯爵冒险事业的重要成果
　　最初“比尔城堡大海怪”似乎可以将天文学革命化，然而，在后来的若干年中，它却未能继续创造奇迹。从技术的角度来说，这算是一架出色的仪器，可是，由于位于爱尔兰中央的比尔气候恶劣，望远镜的操作又不方便，并且不能远离子午线朝东西方向看，因此，实际使用起来非常麻烦。那些罗斯感兴趣的特殊天体，只有当它们接近子午线的时候，才能用“比尔城堡大海怪”观看，为观测一秒钟，就必须等待24小时，而连续两次宁静度都好的观测时机几乎从来也不曾有过。

　　罗斯和其他天文学家继续周期地使用“比尔城堡大海怪”前后大约有六十多年。罗斯死后四十一年，它变得摇摇欲坠而非常危险，终于被拆除下来，1914年直径1.84米的反射镜被送到伦敦国立科学产业博物馆展出。
　　罗斯伯爵冒险事业达成了三个重要成果。首先，他证明建造大型望远镜是切实可行的。罗斯不像赫歇尔，他公布了他的制镜方法，其他人可以用这些作指南，并作为继续改进的基点。其次，罗斯与天气斗争的悲惨失败，清楚说明如果气象条件不配合，那么望远镜再好也没有用处。天文学家开始不仅考虑望远镜的建造，而且注意选择望远镜安装的地点了。最后，尽管可以建造庞大的望远镜，但是如果找不到能使之运转自如的、并能指向天空任何部分的办法，那么望远镜就不能被很好使用。于是又有两位英国天文学家沿着这个思路，对反射望远镜进行改进。
　　纳史密斯和拉塞尔对反射望远镜的改进
　　曾以1839年发明汽锤而著称的英国工程师詹姆斯·纳史密斯（James Nasmyth，1808～1890），对于制造天文望远镜也非常感兴趣。他于1845年造出直径51厘米的反射镜，把它装到一架卡塞格林式和牛顿式相结合的光路系统中（称之为纳史密斯式），望远镜则置于一个很大的转台上，他舒适地坐着，眼睛对着靠近望远镜尾部的目镜，转动一个小小的手轮，便能使望远镜指向天空的任意部分。

拉塞尔制造的直径1.22米反射望远镜

　　威廉·拉塞尔（William Lassell，1799～1880）是英国的酿酒师，同时又纵情于天文学，他也想建造大型反射望远镜。就在1844年，拉塞尔参观了罗斯的比尔城堡，考察那个“大海怪”是如何制造的。他于1848年制造了一架直径61厘米反射望远镜，继而又于1863年建造了一架1.22米的。他的镜子不如罗斯的那么大，但是在另外两方面完全超过了罗斯。
　　首先拉塞尔率先把夫琅和费装在折射望远镜上的那种装置用到反射望远镜上，从而使操作变得非常方便。此外，他强烈地意识到天文台必须建造在大气条件适宜观测的地方，于是把自己的仪器运到了当时的英国属地——马耳他岛。
　　

　　新的反射镜
　　从牛顿到罗斯，在反射望远镜将近两个世纪的历史中，金属做的镜子乃是前进的障碍。铸镜用的青铜易于腐蚀，不得不定期重新抛光，结果消耗了大量时间和劳动。有些金属耐腐蚀性好，却比青铜要重，而且昂贵。