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及時章巨鏡時代

及時節地面望遠鏡的"變形記"

一、伽利略的視覺奇遇

說起來，在望遠鏡出現以前，我們頭頂上的星空是非常簡單的，只有太陽、月亮、幾千顆肉眼可見的恒星和五顆行星，即水星、金星、火星、木星和土星，除此之外，就是偶爾出現在天空中的彗星。當然，人們還會看到"天河"，那是銀河系的一部分；如果運氣好，還會看到一顆陌生的"新星"，那是一顆恒星發生了爆炸。

大約400年前的一個晚上，一位46歲的中年人將自己的眼睛湊近一根管狀物，這是一根空管子，兩端各嵌有一塊透鏡。誰也沒有料到的是，就在他把這根管子指向天空時，星空發生了改變，因為從此以后，在人類的視野中，星空就再也不是原來的那個模樣了。圖1.1伽利略像

這位中年人名叫伽利略(圖1.1)，是一名意大利天文學家，當時正在威尼斯附近的帕多瓦大學持教。他聽說荷蘭人發明了一種新奇的名為"窺視鏡"的東西，主要部分是兩塊眼鏡片，當把這兩塊鏡片一遠一近地固定在眼前時，遠處的景物就會拉近，變大。這個消息讓伽利略非常興奮，于是自己也"如法炮制"起來，他找來一根管子和兩塊透鏡，將管子的一端嵌上凹透鏡，作為供眼睛窺視的目鏡，另一端嵌上凸透鏡，作為指向目標的物鏡。就這樣，一番調試后，人類歷史上及時架天文望遠鏡就誕生了(圖1.2)。圖1.2伽利略向別人介紹如何使用望遠鏡

現在想來，當伽利略帶著這架簡陋的望遠鏡走上塔樓時，他一定非常興奮，好奇心強烈地沖擊著他，布滿星辰的夜空深深吸引著他。接下來發生的事對當時的人來說無異于一次令人驚訝萬分的"視覺奇遇"：伽利略看到木星有4顆衛星，看到月亮上有不少隕石坑，還明白了月亮和行星發出的光是太陽的反射光(圖1.3)。圖1.3伽利略用望遠鏡觀測木星的原始記錄

在一個霧氣朦朧的黃昏，伽利略開始用他的望遠鏡觀察太陽。透過蒙蒙的霧靄，伽利略發現了太陽黑子(用望遠鏡直接觀察太陽是危險的，會傷害眼睛。正確的方法是采用"投影法"：將物鏡一端對準太陽，讓陽光透過望遠鏡從目鏡一端投射到一個白色表面上。調節焦距，可清晰地顯示太陽黑子。伽利略雖然用望遠鏡直接觀測了太陽，但他選擇黃昏時段，又有霧靄，所以問題不大。后來伽利略也使用投影法觀測太陽了)。連續觀測了一段時間后，伽利略認定，那些黑子是太陽表面的一部分，于是就此推測了太陽的自轉，認識到太陽在以大約每25天一周的速度自轉著。

伽利略在觀測土星時，也發生了奇怪的事，他看到土星呈現出一種古怪的形狀，好像長了兩只"耳朵"。伽利略懷疑那耳朵是土星的兩顆衛星。

今天我們知道，那兩顆"衛星"就是土星的光環。由于伽利略的望遠鏡倍率太小，光環的形狀看上去有點古怪，所以像兩只耳朵。后來，人們用更精密的望遠鏡觀察土星，才真正發現了土星環，不過那已經是半個多世紀以后的事了。

二、從"越來越長"到"越來越胖"

就這樣，伽利略啟動了一次嶄新的"視覺革命"，天文望遠鏡也從此走上了一條極不平凡的發展之旅，形形色色的望遠鏡層出不窮，它讓人類的視覺體驗了從未有過的刺激。但總的來說，望遠鏡的作用就是通過光學原理將遠處的物像"放大"和"加亮"，從而有了"望遠"和"看清"的效果。在后來的幾百年里，不論望遠鏡發展得多么復雜，除了個別特殊的望遠鏡外，它們最基本的原理和作用都并沒有太大的改變。

伽利略發明了天文望遠鏡后，折射望遠鏡統治了半個多世紀的天文觀測，人們在這段時間里不斷通過延長望遠鏡的焦距來消除影響觀測效果的物像變形，望遠鏡因此也被做得越來越長。例如，荷蘭科學家惠更斯就把他的望遠鏡做到了將近40米長，望遠鏡的物鏡吊在一根高高的桅桿上，目鏡則用一根繩子與物鏡相連，這種望遠鏡操作起來很不方便。但長焦距也確實管用，前面說到，伽利略曾把土星的光環當成了衛星，而土星環的真正發現是在半個多世紀后。這發現了土星環的人就是惠更斯，而他用以觀測土星的就是這架怪模怪樣的望遠鏡。

然而惠更斯的望遠鏡也并不是最長的，還有人制造了更長的望遠鏡。從理論上說，望遠鏡可以長得不可思議，而這種只存在于構想中的望遠鏡甚至可以看清月面上極小的細節。大約也就是在這個時候，反射望遠鏡出現了，這時人們意識到，物鏡的口徑越大，收集到的光線就越多，分辨率也越高，于是，望遠鏡開始變得越來越"胖"，而不是越來越長了。這種"胖"望遠鏡的制作競賽也"催生"了不少牛人，其中英國天文學家威廉 赫歇爾和愛爾蘭天文學家羅斯伯爵就是赫赫有名的人物。

赫歇爾一生制作了幾百架望遠鏡，磨制的鏡片不計其數。由于專注于磨鏡，他有時騰不出手吃飯，他的妹妹就喂他吃飯。1789年，赫歇爾制作了一架口徑為1.22米的大望遠鏡(圖1.4)，他用這架望遠鏡發現了土衛一和土衛二。

和赫歇爾一樣，羅斯伯爵也對大望遠鏡情有獨鐘，他出身于門第顯赫的貴族，較大的心愿是制造一架當時較大的望遠鏡觀測星空。他磨制了一塊金屬反射鏡面，這個鏡面是分塊磨制然后焊接在一起的，重達3.6噸，口徑1.84米，人們費了好大的勁才把它裝進了一個17米長的鏡筒中。圖1.4赫歇爾制作的口徑為1.22米的大望遠鏡羅斯伯爵的這架望遠鏡非常龐大，大家因此用《圣經》中的大海怪"列維亞森"稱呼它(圖1.5)。"列維亞森"圖1.5羅斯伯爵的

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