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罗斯伯爵的“城堡”——天文望远镜的发展

——罗斯伯爵的“城堡”——天文望远镜的发展

作者:佚名发布时间:2013年02月14日来源:本站编辑点击数:

罗斯伯爵的“城堡”——天文望远镜的发展

    赫歇尔的成就鼓舞了许多热爱天文学的后来人,爱尔兰的罗斯伯爵〔1800〜1868〗就是其中最突出的一个。罗斯伯爵倾注毕生精力研制望远镜,一心要超过赫歇尔。巨大的“城堡”望远镜是他最得意的作品,罗斯使用它获得了许多重大发现,在天文学历史上留下了辉煌的一页。

天文望远镜

1. 情有独钟爱天文

    罗斯伯爵原名威廉“帕森斯,出身名门望族。1822年毕业于牛津大学,1841年承袭父亲的头衔成为第三代罗斯伯爵,1845年又在议会的上院取得一个席位。但是,罗斯伯爵的心思并没有放在政治和仕途方面,他的兴趣和爱好只在天文学。他雄心勃勃地计划建造世界上最大的望远镜,决心要超过大名鼎鼎的赫歇尔。

    罗斯家里富有,这给了他制造望远镜的经费保证。但是,制造望远镜的技术问题成为他遇到的最大难题。因为赫歇尔当年十分注意保护自己的专利权,他在天文学发现和研究方面的论文很多,但在制造望远镜过程当中摸索出来的许多技术问题和成功诀窍却一篇文章也未留给后人。罗斯一切都得从头开始。

    怎样才能铸造出面积很大、中间又没有裂痕、反射率又高的金属反射镜是首当其冲的一大困难。罗斯开始自己研究试验各种金属合金,比较它“:的特性,花费了五年时间,他才找到一种比较满意的铜锡合金。但是这种—金比较脆,块太大了铸造时容易破碎。罗斯就把镜子分成一小块一小块地铸造,然后再把它们拼成一大块,用铆和焊的方法固定住。最后再在上面浇二一层经过加热熔化了的锡水,使镜面平整光滑。在研磨镜子的过程中,他:!发明了把镜子浸泡在恒温的水中进行研磨的方法,并用一架小型蒸汽引擎夹带动磨镜工具。

    罗斯从大学毕业后不久就开始了试制望远镜的工作。经过了17年的漫长岁月,他先后取得了制造出一面38厘米反射镜和一面61厘米反射镜的成功经验。到1840年,他终于造出了一面91厘米的反射镜,快赶上赫歇尔最大的、口径122厘米的望远镜了。罗斯认为赫歇尔倾斜式安置反射镜,观测者在贡〒口处观测时会使星像的明晰度受到影响,并且人体的体温会在周围的冷空〒中形成暖空气流,从而影响大气的宁静度,造成光线的不稳定。因此,罗斯的望远镜采用的是牛顿式。

    罗斯对空气温度的考虑是很必要的。后来,随着望远镜越做越好,人们发现由于气温变化而造成的对星像的细微影响也越来越明显。因为空气对光线的折射率不是一个固定值,而是随着温度的变化而变化。如果星光通这不均匀的空气层到达望远镜,.那么人们看到的星光就会闪烁,从而不能确定它的精确位置。清洁并且温度均匀的空气,即宁静度好的空气,最适宜天文观测。现代天文台在选址时大气宁静度是必须要考虑的因素之一。

2. 罗斯的“城堡”

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    罗斯对自己的91厘米望远镜非常满意,因为它比赫歇尔最大的122厘米的“大炮”使用起来方便多了。然而,罗斯并没有因此而感到满足,他还想在镜子的大小方面也超过赫歇尔,他决心要制造一架口径184厘米的反射镜。可想而知,以距今160多年以前的铸造工艺水平和各种技术水平,要造184厘米的镜子谈何容易。罗斯经过了一次又一次的失败,直到第五次,重达3600千克的巨大的主镜才铸造成功。

    在研磨镜面的同时,罗斯又着手给镜子配镜筒。镜筒选用厚木板做材料,外面再用铁箍加固。镜筒长17米,直径2.4米。怎么放置它呢?罗斯没有像赫歇尔那样搭一个巨型木质构架,而是顺着南北方向平行地砌了两堵高17米、长22米的大墙,镜筒就安放在这两堵高墙之间。1845年2月,这架巨型望远镜彻底安装完毕,可以调试校准后即正式投入使用了。

    当时的人们将罗斯的184厘米反射望远镜称做“列维亚森”,列维亚森是《圣经“旧约》中的巨大海兽,人们常用此来比喻巨大的物体。实际上,远远看上去这个“列维亚森”倒很像是一座造型别致的城堡。所以很多人干脆就叫它是罗斯的“城堡”。巨大的镜筒被两堵大墙夹在中间,安全问题倒是解决了’可惜很不灵活,只能沿着南北方向上下移动,向东或向西最多只能移动15度。所以它每天只能朝着子午线方向,等观测目标经过子午线的时候才能进行短暂的观测。罗斯建造这架大望远镜至少用了三年时间,耗资12000英镑,要知道当时的英镑比现在值钱得多。罗斯不像赫歇尔那样保守自己的技术,他将自己制镜的方法公诸于众,以备后人参考和在此基础上进一步改进。

3. 卓著的功绩

    尽管罗斯的大望远镜操作起来并不方便,需要有两个壮汉通过巨大的绞盘来帮忙,并且它只能观测子午线方向,不能朝东或朝西方向看,然而,这架巨大的望远镜还是帮助罗斯臝得了永载史册的荣誉。

    罗斯一心想超过赫歇尔,因此他观测了许多赫歇尔以前曾经观测研究过的天体。特别是对于梅西叶天体M51和M1,他看到了许多前所未有的细节,获得了意想不到的、意义十分重大的发现。以至于后来人们看到这两个天体的时候都自然而然地就会联想到罗斯伯爵为此作出的贡献。

    M51是一个典型的旋涡星系,位于猎犬座。它既不太亮也不太大,视星等为9等,所张的角直径为10'x5'。它的实际大小还不到银河系的一半,而它却是第一个被发现具有螺旋结构的河外星系。1845年罗斯通过他的“城堡”发现了M51具有螺旋结构。因为当时人们还没有认识到河外星系的存在,所以把它叫做猎犬座螺旋星云。

    20世纪20年代,美国天文学家哈勃发现河外星系的存在之后,M51马上就被确认为旋涡星系。实际上M51是一对互扰星系,在主星系的旁边还有一个较小的伴星系,看起来好像有一个发光的物质桥将它们维系在一起,因此它颇受天文学家的关注。天文学家分析几亿年前它们曾经非常靠近,伴星系的结构受主星系的引力作用而发生了畸变。而主星系靠近伴星系的旋臂,因受伴星系的强烈扰动作用而大大偏离了正常位置,直奔伴星系而去,形成了连接它们的物质桥。人们戏称M51为带孩子的星系。

    M1是金牛座中一个颇具魅力的星云。1758年法国天文学家梅西叶首先发现了它,当年梅西叶并没有看出它的形状像螃蟹,更没有给它取“蟹状星云”这个名字。1850年罗斯用他的“城堡”反复观测了这个星云,看到它的南端有许多纤维状物质伸出来,就像是一只只的螃蟹腿,他猜想可能是有一种强大的动力将这些纤维带到外面来。罗斯将它命名为蟹状星云,随着岁月的流逝,蟹状星云的名字不但没有被人们遗忘反而是越叫越响亮了。

    与M51类似,蟹状星云既不亮也不大,目视星等约9等,所张的角直径约为10'x5'。那么它的魅力来自何方呢?原来蟹状星云不同于一般的气体星云。天文学家对它进行了位置、年龄和距离等各方面的考证以后,确认它是公元1054年爆发的一颗超新星的遗迹。这颗超新星在中国宋代的史书中有比较详细的记载,因此被称为中国新星。

    超新星爆发是大质量恒星演化到晚期必然要经历的一次巨大灾难,整个星体突然爆炸了,亮度一下子增加了许多倍,然后慢慢地暗淡下去,爆发遗留物慢慢地扩散为星云,即超新星遗迹。超新星遗迹是天文学家研究恒星晚期演化的活样本。而且,20世纪70年代之前蟹状星云是这方面独一无二的样本,因此它受到天文学家格外的重视。天文学家从这个样本中获得了许多宝贵的信息并且进一步从中得出大量有关恒星演化的新理论。20世纪70年代以后,人们又陆续发现了一些与蟹状星云类似的超新星遗迹,"其中最引人注目的是位于大麦云内的超新星1987A的遗迹。像蟹状星云一样,超新星1987A也为天文学家提供了许多宝贵信息。

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