落秋文学

天空与地球（第1页）

天空与地球

有史以来，人类一直在观察天空，试图理解他们在夜空中看到的点点繁星。自从哥白尼发表日心说，开普勒发表有关行星轨道的工作以及康德在18世纪对星云的研究以来，到了19世纪，理论已经走过了一段漫长的道路。

自从伽利略在1610年首先把望远镜用于天文学以来，关于宇宙的研究迈出了巨大的一步。现在天文学家已经探明木星的四大卫星、土星光环和月亮的表面。到18世纪，由于望远镜的改进，威廉·赫歇尔发现了第七颗行星——天王星，这是自古代以来首次看到的新行星。不过天王星的轨道有些奇怪，这一遥远的漫游者似乎暗示至少还有一个行星存在于太阳系。但是它在哪里呢?

此外还有其他的问题困惑着天文学家。18世纪梅斯尔详尽列出的星云究竟是什么?它们也许离得太远，以至于在望远镜里看上去只是一个斑点?或者它们会不会就是有人所假设的气体云?怎样才能弄清楚?太阳是由什么组成的?恒星呢?

更好的检测方法是获得进展的关键。人们需要更高的精确度，更有效的计算方法和更好的仪器。为了回应这一挑战，许多富有**、奉献精神和聪慧机敏的头脑被吸引到这个领域。但是在19世纪里，有两项非凡进展大大推动了天文学家的工作：一项令人惊奇的技术是（通过光谱仪）可以测定恒星由什么组成，另一项技术是（用1826年发明的照相术）可以记录望远镜所指向的天体。

看得更好

19世纪天文学的进展很大程度上可追溯到一家光学店，那里有一位执著的“磨镜师，”他的名字叫夫琅和费。在当时的化学、物理学或天文学界，这一名字无人不知。正如前文所述，这位曾经身无分文的孤儿不仅发现了以他名字命名的光谱线，而且还因他那精心磨制的透镜和做工精细、包装在摩洛哥红皮革里的望远镜而闻名遐迩。

德国天文学家贝塞耳（FriedrichBessel，1784—1846）应用夫琅和费的一台望远镜，第一次成功测量了一颗名叫天鹅座61星的距离。天文学家在3个世纪里，一直在试图测定任一恒星的视差。视差是指从两个不同地点看同一个天体在位置上的表观移动。测定了视差，天文学家就可以利用三角测量法确定恒星到地球的距离。但是恒星距离如此之远，即使从地球轨道相差6个月的位置进行测量（这是地球上的天文学家所能得到的最大基线），也从未得到满意的结果。贝塞耳选择了天鹅座61星，是因为这颗恒星虽然较为暗淡，却有比较快的固有运动（恒星相对于固定背景的表观运动），在所有恒星中，它的这一运动速度最快。他训练可信赖的夫琅和费从事这项工作，用了一台名叫太阳仪的特殊仪器——由他自己亲自设计，并由夫琅和费制作。通过耐心细致的长期观测，贝塞耳测量到了天鹅座61星微小的位移，这样就能把它的位置与附近更为暗淡的另外两颗恒星相比较。令他惊奇的是，天鹅座61星的视差表明，它距离地球大约相当于现在所说的6光年，而牛顿认为这个距离大约相当于现在所说的2光年，所以这一发现大大改变了天文学家对宇宙尺度的观念。

1838年，贝塞耳宣布这一成果，哥白尼的谜团再次得到有力澄清，哪怕是恒星有极小的视差，也说明了地球是在太空里运动。

贝塞耳还用他的太阳仪观察了两颗恒星：天狼星和南河三。这两颗星都有微小的偏差，无法解释成视差，也许更像是在颤抖。1841年，贝塞耳假设这两颗星分别围绕着一个看不见的伴星在旋转。

故事的其余部分属于第二位精密透镜制作者马萨诸塞州的克拉克（AlvanClark，1832—1897）。他和夫琅和费一样，做出了世界闻名的透镜。1862年的一个夜晚，克拉克正在测试他和他父亲正在加工的18英寸透镜，这时他对准天狼星，认出了这颗星附近的一个微小的光斑，这正是21年前贝塞耳预言的伴星。

用克拉克的望远镜还作出了两项重大发现。1877年，火星正处于近地点时，康涅狄格州的霍尔（AsaphHall，1829—1907），在他夫人斯提克里（Aiey）坚持“再试一个晚上”的请求下，发现了火星的两颗卫星。1892年，巴纳德（EdwardEmersonBarnard，1857—1923），发现了木星的第五颗卫星，这是三个世纪以来的第一次发现。

罗塞的第三伯爵帕森斯（arsons，1800～1867），用他自己的巨型72英寸反射式望远镜（名为利维坦，意为巨兽）也作出了重要发现，他从1842年开始在爱尔兰他的庄园里自行建造这台巨型望远镜，1845年完成并准备开始观察。然而他的家乡总是雾天，直到1848年罗塞伯爵才有可能研究巨蟹座星云。这是他起的名字。他识别了好几个旋臂状的天体，后来证明是非常遥远的星系。

与此同时，夫琅和费和克拉克在改进透镜上的成功，激励了好几台反射式巨型望远镜在19世纪末建造成功，其中包括1888年在加利福尼亚州的里克天文台建造的一台36英寸孔径的望远镜；一台在芝加哥附近的孔径为40英寸的耶基斯天文台，由克拉克监制，1897年开放，现在仍在使用。

遗失的行星

当古人环视夜空时，他们看到了称之为“漫游者”的天体，这就是行星，它们以奇特的方式穿越天空，分别被取名为水星、金星、火星、木星与土星。当然，今天我们知道地球也是行星，但是当时没有人认为它是行星。威廉·赫歇尔在1781年发现天王星令所有人大跌眼镜。（实际上，他并不是第一个看见天王星的，这颗星不需要望远镜就可以看见。但他确是第一个证实了天王星是行星。）威廉·赫歇尔运用系统搜索、出色的望远镜和优秀的眼力，并且得到他妹妹凯洛琳·赫歇尔的帮助。

但是也许还有更多的行星。许多天文学家被水星轨道的偏离现象所困扰，威耶（Urbain-Jean-JosephLeVerrier，1811—1877）确信，这一现象可用水星和太阳之间存在另一个行星来说明。经过计算，预言它的轨道和尺寸（直径1000米），还给它起了一个名字，叫做祝融星（Vul）。但是，尽管很多天文学家试图去寻找，却始终没有发现。（爱因斯坦后来解释了为什么水星的轨道不符合牛顿物理学，与另外一颗行星的存在无关。）

天王星的轨道也有同样的问题。威耶的运气则要好得多。他再次进行数学计算并列出方程组。然后，他和柏林的伽勒（JohannGalle，1812—1910）联系，告诉他什么位置可以找到。1846年9月23日，几乎就在威耶指出的地方，伽勒幸运地发现了新行星——海王星，它是和天王星大小差不多的另一颗巨星。这一发现是天文学作为一门科学的胜利。

正如曾经发生过的，往往会有不止一位科学家热衷于同一现象，而要获得发现者殊荣，则取决于运气。就海王星这一例子，剑桥的亚当斯（Johns，1819—1892）在伽勒发现之前几个月也曾作出同样的计算，但是他没有获得望远镜的支持。

夫琅和费谱线

当39岁的夫琅和费在1826年6月7日去世时，他留下的遗产不仅有那些精致的透镜，而且还有许多神秘的谱线。后来在1859年，基尔霍夫和本生宣布发明光谱仪，于是有了一系列元素的发现。

一天傍晚，基尔霍夫和本生正在海德堡的实验室工作，这时他们看见十英里远处曼海姆城附近大火燃烧。他们把光谱仪瞄准大火，发现从火焰的谱线排列可以检测到现场有钡和锶的存在，即使相隔这样远的距离。本生开始想到，有没有可能让光谱仪瞄准太阳光，检测太阳有什么元素呢?他咕哝道：“但是人们会以为我们疯了，竟然梦想做这样的事情。”

1861年，基尔霍夫把这一想法付诸实验，从太阳发出的光中，他成功地辨认了九种元素：钠、钙、镁、铁、铬、镍、钡、铜和锌。真是令人惊讶，天空中曾经被古人崇敬为神的巨大光源，竟然含有和地球完全一样的元素。基尔霍夫打开了两门新科学的大门——光谱学和天体物理学，同时在地球上的物理学与化学和统治恒星的物理学与化学之间建立了另一种联系。这是又一个极好的例证，说明曾经被认为是完全分离的各个领域原来是互相联系的。