反射望远镜的发展历程(4)

　　1931年大科学家爱因斯坦造访威尔逊山天文台，他强调说，哈勃的观测结果更正了自己的相对论对宇宙的推测，这令威尔逊山天文台和哈勃都声名大噪。
　　哈勃利用威尔逊山天文台强大的胡克望远镜所进行的工作，获得了公认的成就。他是公

认的星系天文学创始人和观测宇宙学的开拓者。为纪念哈勃的贡献，2069号小行星、月球上的哈勃环形山以及哈勃空间望远镜均以他的名字来命名。

为星系天文学和宇宙学做出巨大贡献的胡克望远镜

哈勃序列的音叉图哈勃提出的星系分类法，由于它的图形表示法很像音叉的形状，所以也称为哈勃音叉图。
该图由左方开始，椭圆星系是其基础，依照外观的扁平程度从E0至E7，E代表是椭圆，数字是椭圆的程度。
在椭圆星系之后，图形分为二支。在上面的分支是螺旋星系，从S0开始（S的意思是旋涡，0则表示没有旋臂），由卷得很紧的Sa到卷得松散的Sc。
在下面的分支称为棒旋星系，代表的符号是SB，随后的小写字母则表示旋臂的状态。
我们的银河系现在被认为是SBb的棒旋星系，在过去则被归类为Sb，与巨大的仙女座大星系属于同一类。

多普勒效应图:向着观测者运动的光波挤成较短的波长，
远离观测者运动的光波拉成较长的波长。

这张图表示星系光谱的多普勒效应。
图中光波从星系中（居中）发出，根据光源和观察者的相对位置的移动情况，光波发生红移或者蓝移。
图下方的4条点线表示光源不移动的时候，光谱或者光的颜色的位置。如果光源向离开观察者的位置移动，
线（图中的实线）向光谱红的一端移动，这就是我们所说的“红移”。|
红移是一种表明宇宙膨胀的关键证据。

哈勃发现，星系正在相互远离，它们之间的距离越来越远，像是一个正在膨胀着的气球上面的点，这似乎说明宇宙在膨胀。
1927年比利时数学家勒梅特（Georges Henri Joseph Eduard Lemaitre，1894～1966）认为宇宙起源于一个原初原子，然后一次大爆炸使它向外膨胀。

宇宙学地平线图:来自宇宙地平线的光（红箭头）向红端位移到无穷大，因为那些星系正在后退；
当宇宙膨胀时，地平线甚至膨胀得更快（蓝箭头），从而把新的景观带进视野。

这幅概念化的艺术品描绘了大爆炸，就是宇宙学家相信宇宙诞生时的巨大爆炸。
它发生大约发生于120亿至150亿年之前，虽然准确的数字尚不能确定。
这些理论是基于如下事实：可观测的宇宙还在从一中心点向外膨胀，以及发现了被认为是爆炸余辉的微波背景辐射。

　　胡克望远镜对恒星天文学的贡献
　　1881年美国物理学家迈克尔逊（Albert Abraham Michelson，1852～1931）发明了“干涉仪”。这种装置能够将单独一根光线分裂为二，并又将其合二为一，使这两条光线互相“干涉”，从而产生一些明暗交替的带，或者说“干涉条纹”。根据这类条纹的宽度，可以做出一些极其精致的推论。
　　1891年迈克尔逊懂得：如果将恒星发来的光，按这种方法一分为二，然后合二为一；那么就可以得出恒星的真实直径。如果恒星是个点光源，那么所有的光线都将是平行的，不可能得到干涉条纹。恒星越大，光线就越被平行，从恒星的一边发出的光线向我们的方向，将与从该星的另一边发出的光线来的方向稍微有些不同，这在干涉仪中间还会显示出来。
　　必要的条件是望远镜要足够大，以期能够将恒星放大到使这种精巧的干涉仪能够开始产生人们所需要的干涉条纹。胡克望远镜的问世正好提供了这种条件。
　　1920年一套干涉仪设备接到胡克望远镜上，第一次用以测量密近双星之间的距离，它无论比直接用眼睛测量还是用照相机测量都更精细。接着，1920年12月13日迈克尔逊尝试用这台仪器测量了如参宿四（猎户座α）的直径。之所以选择参宿四，那是因为它既亮且红，按照天文学家埃希纳•赫茨普龙（EjnarHertzsprung，1873～1967）的推测，它应该是一颗非常巨大的恒星。赫茨普龙是丹麦著名天文学家，他最早提出绝对星等的概念；并提出恒星有巨星和矮星之分，是著名的赫罗图的两位作者之一。
　　赫茨普龙果然是正确的，参宿四的直径只有0.045弧秒，考虑到该星的距离，这个微小的视直径意味着其真直径非常大，现在天文学家发现，参宿四的直径是不定的，由最小的290,000,000公里到最大的480,000,000公里，比木星围绕太阳的公转轨道的直径还要大。
　　赫罗图的另一位作者亨利•诺利斯•罗素（Henry Norris Russell，1877～1957）还使用胡克望远镜的数据制定了他对恒星的分类。
　　功勋卓著的胡克望远镜于1986年停用了，但是1992年安装了自适应光学系统后又重新开始运用。在此后数年中，胡克望远镜又成为世界上分辨率最高的望远镜之一。今天这个地位虽然被其他望远镜取代，但它仍然是20世纪最重要的科学仪器之一。

迈克尔逊: 美国物理学家，以测量光速，
尤其是迈克耳逊－莫雷实验而闻名。1907年诺贝尔物理学奖获得者。

一架光学台上的迈克尔逊干涉仪

这是用于测量恒星直径的、22英尺的迈克尔逊干涉仪，
它曾安装在胡克望远镜上，现在却为美国纽约的新海登天文馆所收藏，并展出。

参宿四图像: 左上为哈勃空间望远镜拍摄的参宿四，左下为参宿四的射电图像。
右为参宿四大小示意图。

罗素美国天文学家

赫茨普龙丹麦著名天文学家

今天的胡克望远镜

　   当5米的海尔望远镜从帕洛马山指向天空时，它将亿万个到那时还没有观察过的星辰和许多星系收入了人类的眼帘。

　　5米海尔望远镜——将梦想变为现实

　　在主持了一系列大望远镜的建造之后，1928年海尔又开始为一架5米（200英寸）的卡塞格林式望远镜筹集资金。他找到著名的石油大亨洛克菲勒家族，此时他已经名声远扬，因此他的筹款工作马到成功，筹到600万美元。
　　海尔原先打算把它安放在威尔逊山，但那里的天空随着洛杉矶地区城市的发展与扩张已经变得越来越亮，无法满足对遥远星系照相观测的长时间曝光要求了。而帕洛马山附近的地区还是比较荒凉偏僻，开发商们还没有兴趣关注那里。因此，海尔选择了威尔逊山东南100千米的帕洛马山，新望远镜就打算安放在那里。
　　他集合了一批当时顶尖的天文学家、工程师和技术人员组成工作团队。这次他们要制造的镜面比以往曾经制造过的任何镜片都要大，都要重。而从以前望远镜制造中获得的经验表明，望远镜在使用中镜面很容易受到温度变化的影响，使得图像变形。所以，他们开始尝试普通玻璃以外的材料来制作镜面，包括不锈钢、金属合金材料、熔石英和康宁公司新发明的一种派热克斯玻璃。
　　开始试验的是熔石英，比玻璃硬，不易划伤，抛光后很亮。更重要的是它的膨胀系数小，温度变化产生的形变极小。但熔石英玻璃内部经常有气泡，而在研磨中靠近表面的气泡会崩裂玻璃，因此很难加工成功，最后用熔石英做成的最大的镜面只达到1.7米。1934年，工作小组的目光转向通常用来制作玻璃炊具的派热克斯玻璃。这种玻璃熔化时不太产生气泡，成形后，热胀冷缩的变化比一般玻璃小很多。
　　这个镜坯并没有被铸造成实心的大圆盘，而是通过把熔融的玻璃倒入一个铸模，将镜坯的背面做成了一种筋状结构。与普通镜坯比，这种结构的镜坯拥有同样的强度，但厚度减小了一半，重量也大为减轻。由于镜体变薄，更容易与周围的空气达到热平衡，减小了形变。
　　为了避免产生气泡和瑕疵，整块玻璃用了10个月的时间慢慢地冷却，然后被从康宁的工厂运到位于加州的帕萨迪纳。
　　巨大的而娇贵的镜坯装在5米多高的箱子里由火车装载着，只在白天以不超过40千米的时速慢慢行进。它必须选择一条能避开隧洞、桥梁和两边没有障碍的路线。道路两旁聚集着好奇的人们目睹这一庞然大物的奇妙旅程，而镜子的制造商和承运人也不失时机地在车厢外边上贴满了自己的广告。
　　海尔迎接这块巨镜来到加利福尼亚，他意识到仅仅这块镜子中心的圆孔就和他的第一个大工程——1米叶凯士折射镜的镜片一样大。他写道：“当我回忆起1897年，1米望远镜的主镜抵达叶凯士天文台时的情景还历历在目。没有其他的东西能如此地打动我”。
　　除了主镜，包括圆顶观测室在内的望远镜其他的部分在1941年都已经准备完毕。但这时美国加入了第二次世界大战，工业界都动员起来为战争出力，加工工作暂时搁置，镜坯被保存起来。直到1947年，镜坯最终被加工成镜面并安装到望远镜上。
　　1948年6月3日人们在巨镜下举行了隆重的落成典礼。这架5米望远镜于1949年1月26日开光，在美国天文学家哈勃的指导下，瞄准的目标是NGC2261 ，结果发表在1949年5月7日出版的科利尔杂志（Collier's Magazine）上。
　　海尔在1938年这项工作正在进行当中就去世，未能亲眼目睹望远镜的落成。为了纪念这位坚韧不拔、高瞻远瞩的领导者，这架5米望远镜被命名为海尔望远镜，这的确是非常恰当的。
　　海尔望远镜对天文学的伟大意义
　　由于海尔望远镜的聚光能力为胡克望远镜的四倍（它能拍摄到暗至23等的暗星），所用的衍射光栅又更好，照相机的速度也更快，照相底版更灵敏，以及有了光电倍增管，因此，新望远镜可以在不到一小时之内做完老望远镜必须数个夜晚进行的工作。更重要的是，海尔望远镜是如此之大，以至于在焦点处足以容纳一个观测者的升降机，被挡掉的光也只占总光量中无关紧要的一小部分。
　　到1956年，用30小时或更长一点的曝光时间，就可获得了远达十亿光年的星系光谱。精度可达0.5%的红移测量表明，那些遥远星系正以每秒6万千米的速度退行——这是光速的五分之一。
　　海尔望远镜对于天文学的意义，可以从过去由于其他仪器的发展而导致的各项发现中加以认识。托勒密在编著《天文学大成》时，除了计时用的日晷以及量角的六分仪之外，没有其他仪器。如果伽利略没有发明天文望远镜，那么哥白尼的日心说或许会像古希腊天文学家阿里斯塔克的日心说一样被湮灭。如果第谷·布拉赫不改进测量角度仪器的大小和精度，开普勒就缺少发现太阳系诸定律所必须的准确资料。贝塞耳（Friedrich Wilhelm Bessel，1784～1846）在19世纪初为普鲁士王在哥尼斯堡建立了一座天文台，并且装置了当时空前新颖而精密的各种仪器，只有这时他才能够首先测量恒星（天鹅座第61号星）的视差。罗斯伯爵由于建造了“列维利亚”，才能够发现河外星云的旋涡结构。
　　当5米的海尔望远镜从帕洛马山指向天空时，它将亿万个到那时还没有观察过的星辰和许多星系收入了人类的眼帘。胡克望远镜曾使人类有可能估量到自己所在星系的大小和性质，估量河外星系的本质和运动，并提出了由于极其遥远的过去发生的一次宇宙爆炸而产生了宇宙膨胀的观念。海尔望远镜对这一切做出了确凿的证明。
　　6米的俄罗斯大望远镜

　　海尔望远镜就像半个世纪前的的叶凯士天文台1米折射望远镜一样，似乎预示着一种特定类型的望远镜已经发展到了登峰造极的地步了。
　　诚然，1948年以后，还建造了一些大型反射望远镜，但是没有一架超过海尔望远镜。直到上个世纪七十年代苏联想在望远镜方面领导世界新潮流，制造了一架直径6米的反射望远镜，安装在高加索的泽连丘斯卡亚（海拔2070米）。
　　镜子在莫斯科附近一家专门为此建造的玻璃厂里浇注，仅冷却时间就足足花了两年。这块新的反射镜从海尔望远镜的经验中得到裨益，也用派热克斯玻璃制成，背面也呈筋状结构。望远镜本体则在当时的列宁格勒附近制造和装配，使用地平装置，镜长25米，尽管重达77吨，但是运转起来却很方便。此望远镜于1970年运抵前苏联的特殊天体物理台台址，1975年开光，1976年正式投入使用。这架望远镜论其大小堪称反射望远镜中的第一，被称为俄罗斯大望远镜，或者大地平式望远镜，但是就其性能而言，它仍然没有能超过5米的海尔望远镜。此望远镜最成功的成就是在于计算机控制的地平式装置的设计，对于以后的望远镜很有影响，现在有很多超大型望远镜采用计算机控制的地平式装置。
　　望远镜最初是伽利略和牛顿制造的，它们发展到目前所介绍的这种程度，已经达到了自己的一个极限或者说一个瓶颈。倘若人类要继续探索宇宙，势必要在技术方面发生一场革命，制造出新的仪器。