仰望星空:伽利略与第一部天文望远镜

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公元1609年8月21日,执教欧洲名校帕多瓦大学的物理大神伽利略,在实验室制作了能放大32倍的望远镜。这是人类历史上第一部天文望远镜。他用这个跨时代的发明聚焦夜空,首次以较为清晰的视野,饱览了浩瀚宇宙的美妙风景。

保存至今的伽利略天文望远镜

首先映入眼帘的就是皎洁如圆盘的月球,以及上面清晰可见的环形山与沟壑。这一发现让伽利略异常兴奋,直接手绘了第一幅月面图来作为纪念。但如此小打小闹,根本无法满足科学大咖的旺盛求知欲。他很快就将视角对准了太阳系的外侧,并在这个领域内创下多个第一。

今人推测的木星结构图

木星是太阳系最大的行星,在夜空中也比较容易被找到。伽利略就用自制的天文望远镜对其进行了观测,不但看到了它表面的大红斑,还发现了围绕其转动的4个小光点。后来的我们知道,这些小光点分别是卫星木卫一、木卫二、木卫三和木卫四。

伽利略发现的4颗木星卫星

伽利略当然不是第一个看到并记载木星的人。但他却是通过天文望远镜清楚观测其表面及其四颗卫星,并确定其天文学地位的首位学者。许多早期文明都提到过对木星的观察,甚至偶尔有发现其周围的卫星存在。但只有到了伽利略的时代,人类才能首次清楚的看到以上全部事实。因此,这4颗卫星被后人被命名为了“伽利略卫星”,以纪念他所作的贡献。

今人推测的土星结构图

观测完木星后,伽利略又把镜头转向土星。这颗巨大的行星,也能被肉眼在夜空中发现。但还是伽利略第一次发现了环绕其轨道的美丽光环,只不过被他以为是土星的某些卫星。直到后来的惠更斯有更高倍数天远镜,才确定它是行星环。但不管怎样,伽利略也是土星样貌及特性的最初发现者。

17世纪的天文手稿中的土星

土星与她的卫星们

伽利略的象征意义非凡,但终究只是一个伟大时代的开始。正式由于他的成功,引发了全欧洲天文学的革命性进步,并让更多人遵从他的科学方法进行深入观察。

恒星天文学之父 威廉-赫歇尔

有恒星天文学之父称号的英国人威廉-赫歇尔,生活在比伽利略晚100年的时代。1774年,他制作了一个可以放大40倍左右的牛顿式反射望远镜。此后,没事就磨一磨镜面,然后向着苍穹一探究竟。结果,他发现了将主镜略微偏置而减少折射光损失的聚光方法。这样就可以看得更远且更清楚。

赫歇尔的40倍天文望远镜复制品

正与妻子一起打磨镜片的赫谢尔

经过此番改良,他发明出了自己的“赫歇尔望远镜”。可以放大到900多倍观测,这就比伽利略的初代产品厉害不少。

1871年的3月13日的晴朗夜空,赫歇尔用自己特制的望远镜观测双子星座,突然发现一个从未见过的靛蓝色小点。他连续10个晚上注意这颗星球,发现它缓慢地移动着,运转轨道是椭圆形。开始他误以为这是一颗彗星,后来观测发现它离太阳的距离要比土星远过一倍,表明其实是颗新发现的行星!

可放大到900多倍观测的 赫歇尔望远镜

赫歇尔发现天王星的消息,很快被当时的法国物理学家拉普拉斯了解。他计算出了确切的轨道,进一步确定了天王星的行星属性。这个发现也在西方天文学界引起了轰动,很多人支持以赫歇尔的名字命名。但赫歇尔为了感谢支持他天文观测的英王乔治三世,想将这颗行星命名为“乔治之星”。后来赫歇尔去世,英国皇家天文学会最终确定,以希腊神话中的天空之神乌拉诺斯为行星的正式名称。今天的中文翻译也直接沿用,称之为天王星。

今人推测的天王星结构图

伽利略虽然不曾看到天王星,却有关注距离更远的星空。在长期实践中,他一度发现深蓝色的海王星。可惜由于当时的海王星都和木星在天空中挨的很近,让他误以为那是一颗恒星,从而错过了“发现”行星的机会。

海王星的正式发现者 勒维耶

一直到19世纪,英国天文学家约翰-柯西-亚当斯才根据布瓦尔所出版的天王星行星轨道表,计算出应该存在的第八颗行星轨道。在法国工艺学院执教的天文学教师奥本-勒维耶对此颇有兴趣,也独自进行了轨道推算,并说服柏林天文台的伽勒一起参与搜寻。在他的帮助下,勒维耶预测天区的最新星图被制作出来。

人类对海王星的认识 源自轨道计算

1846年9月23日的晚上,柏林天文台根据勒维耶和亚当斯的轨道推算结果,终于发现了海王星的身影。实际观测结果与勒维耶的轨道近相差1度,和亚当斯推算的结果也不过差了10度。虽然有这样的差别在,但是勒维耶、亚当斯和伽勒三人都可以并称海王星的发现者。

今人推测的海王星结构图

由于这三人分别有英国和法国的国籍,所以两国都想以自己国家的名字来命名新发现。英国人觉得这颗星球的外表深蓝似海,主张以海洋(Oceanus)为其命名。法国人则坚持以勒维耶的名字直接套用。最后,勒维耶说服英国经度委员会,将海王星命名为Neptune,即罗马神话中掌管海洋的海神。当今中文名里的海王星称号便由此而来。

肩负访问以上行星任务的旅行者2号

进入20世纪,火箭技术的发展让人类终于有机会在更近距离上观测行星。过于的可远观而不能亵玩,已经随着诸多探测器的升空而成为历史。

现代航天探索者们,也从未忘记望远镜时代的众多先贤。例如肩负摸索太阳系外围星球使命的旅行者2号,其升空时间特意定为8月20日,也就是伽利略制成首部天文望远镜的前一夜。这不得不说是对历史的继承,也是对未来的无限期望。

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