夫琅和费的自动跟踪系统和分光镜——天文望远镜的发展

    与赫歇尔同时代，德国有一位英年早逝的传奇人物约瑟夫.冯.夫琅和费(1787~1826)，他在研制望远镜特别是分光镜方面取得了永载史册的光辉业绩。对太阳光谱有所了解的人都知道，光谱中的暗线就叫做夫痕和费线。然而，夫琅和费研制望远镜的事迹，恐怕就未必人人皆知了。

1. 大难不死因祸得福

    夫琅和费是德国人，1787年3月诞生在德国南部巴伐利亚的一个十分贫穷的大家庭。家里共有11个孩子，他是最小的一个。他从小聪明好学，可惜只上了几年小学，他的父母便先后去世，家里没有钱再供他念书，不得不自己去做工谋生。12岁时他来到慕尼黑，找到一家制造玻璃镜子的作坊当小学徒。他的老板为人既吝啬又凶狠，对年纪轻轻的小夫琅和费更是百般虐待，白天干活挨打挨骂，晚上睡觉就睡在楼梯下的角落里。出于对玻璃仪器的兴趣和爱好，再苦再累他也没有离开那里。

    非人的日子过了两年多，1801年7月的一天夜里，这座小楼突然倒塌了，老板一家和其他工人都被砸死，只有小夫琅和费逃过了此劫，是楼梯帮他减轻了重物砸向他的力量。即使如此，当人们把他从瓦砾渣土当中救出来时，他也因失血过多而奄奄一息了。

    有一个当时正好从这里经过的好心的贵族，看到这个男孩子小小年纪就遭遇如此大难，便拿出18枚金币送给他，希望他今后能过上不愁吃穿的好日子。然而，14岁的夫琅和费心怀大志，他用那些钱买了许多书籍和仪器设备，自己开了一个制造玻璃镜子的小作坊。可是由于他年纪太小，缺乏经营管理经验，几年之后这个小作坊就倒闭了。

2. 可以自动跟踪的折射镜

    1806年，19岁的夫瑰和费来到慕尼黑一个光学研究所工作。研究所有一位名叫路易斯丨吉南德的技术权威，因发明了制造大块均匀的光学玻璃的方法而名声大噪。大块均匀玻璃的最大特点是整块玻璃到处都能均匀地折射光线。聪明好学的夫琅和费很受吉南德的欣赏。在吉南德的教导下，夫琪和费的理论水平和操作技艺飞快地提高起来。

    1817年，30岁的夫琅和费磨成了一块质量非常好的透镜，它的直径达24厘米。与赫歇尔的庞大金属反射镜相比，24厘米的直径算不上什么，但作为玻璃透镜来说，这么大的口径已经是史无前例了，伽利略磨制的望远镜物镜口径只有4厘米多，后来的赫维留斯和惠更斯等人制造的长镜筒望远镜物镜口径也没增大多少。另外，赫歇尔的大型金属反射镜也有许多地方让人苦恼，那就是金属镜面很容易被空气腐蚀，用不了多长时间就要想办法重新抛光，这么大的镜面，操作起来实在是非常令人烦恼的事情。而采用优质玻璃透镜做物镜的折射望远镜就会省去这些麻烦。

    夫琅和费制造的这架望远镜被俄国买走，最初安装在多尔巴特〖今爱沙尼亚共和国境内）后又转移到圣彼得堡以南10多千米的普尔科沃天文台。望远镜安装好以后，马上显示出它的极大的优越性：第一，是我们前面已经说过的它可省却经常要抛光的麻烦；第二，它装在一根可以上下移动的轴上，而轴又装在一个可以在水平方向任意转动的轮子上，因此它使用起来非常方便灵活，不需要像赫歇尔的“大炮”那样要几名壮汉通过滑轮帮助运作，而是只需用手轻轻一推便可调节到任何需要的位置；第三，夫玻和费为这架望远镜装上了最原始的自动跟踪系统，将望远镜上下调节到一定的赤纬以后固定住，然后利用钟表的机械装置带动望远镜非常缓慢地移动，移动速度恰好与地球自转速度相同、方向相反，这样就可以长时间保持望远镜始终对准同一个目标了。实际上，这就是现代望远镜上用来跟踪天体周日运动的机械装置转仪钟的雏形。

    夫浪和费制造的口径24厘米折射镜，是当时全世界最好的天文望远镜，很多年都没有人能超过他。俄籍德国天文学家斯特鲁维曾经使用这架望远镜发现了一大批新的双星。

3. 他让人类接近了恒星

    夫琅和费一生中最辉煌的成就除了这架令世人折服的折射望远镜外，更重要的还有他发明的观看天体光谱的仪#1光谱仪。夫琪和费在磨制透镜的过程中，就对光的各种折射情况以及各种玻璃的折射特性十分注意。1814年，夫琅和费在反复钻研了牛顿的分光实验祐，研制成功了他的观看天体光谱的仪器，并命名为分光镜。

    这架分光镜的主要装置除了有一个狭缝、一块棱镜外，还有一架可把来自天体的光线聚焦在狭缝上的小望远镜，以及一个可以精确测量光线折射角度的装置。这架分光镜虽然体积不大，而且夫琅和费本人当时也没有认识到它的重要性，但是它的意义确实非同一般。

    夫琅和费通过他的分光镜发现太阳的彩色连续光谱上有许多粗细不同且分布不均匀的暗黑的线，通过长期的观察，他一共数出了大约570多条，他用各种不同的字母符号来区分它们，并且仔细地记录下它们所在的位置。

    夫痕和费用他的分光镜观测了月亮和一些行星的光谱，发现这些天体光谱上的暗黑线的位置等特征与太阳光谱是一样的。这一观测事实再次证明月亮和行星都是靠反射太阳光才发亮的。夫琼和费又把他的分光镜对向一些较亮的恒星一他是世界上第一个研究恒星光谱的人，他发现，这些恒星的光谱各不相同，有的与太阳相似，有的则相差甚远。

    太阳和恒星光谱上这许多黑色谱线是怎么产生的？通过它们我们能够了解到这些天体的哪些信息？夫琅和费当时还没有得到这些问题的答案。

    直到半个世纪之后，才由德国物理学家基尔霍夫揭开了这里面的奥秘。基尔霍夫有一个好朋友名叫本生，是个化学家。本生发明了一种可以任意调节火焰大小和温度的新式煤气灯’后人将这种灯叫做本生灯。基尔霍夫利用本生灯探寻光谱的秘密’发现了三条定律：1.炽热的物体发出连续光谱；低压稀薄的炽热气体发出某些单独的明亮谱线；较冷的气体在连续光源前面产生暗黑谱线’也叫做吸收谱线。

    有了基尔霍夫的三条定律，还有不断发展的物理学理论，人们逐步地揭开了恒星光谱的秘密。根据它们的连续光谱和谱线的特征，天文学家步步深入地分析出了它们各自的成分、物态和结构等各种性质。光谱分析成为现代天体物理学最基本最重要的武器。19世纪末期，天文学家用大型的光栅光谱仪得到十几米长的太阳光谱，并发现那上面的吸收谱线共有20000多条。为了纪念夫琼和费开拓性和先驱性的工作，人们将天体连续光谱上的暗黑线即吸收谱线叫做“夫琅和费线”。

    1825年，夫痕和费患上了当时还无药可医的肺结核，一年后便离开了人世，年仅39岁。人们在他的墓碑上刻上了这样一句话：“他让人类接近了恒星。