广西相对论天体物理重点实验室

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《科技日报》:海耳的望远镜
2018-10-10 21:42   审核人:   (点击: )

作者:王善钦

发表日期:2018年10月12日

 

1868年,乔治·埃勒里·海耳出生于美国一个富商家庭。海耳从小就对科学有浓厚兴趣,他曾把自己住的小屋改造成一个化学实验室,还制造了小望远镜。16岁时,海耳就利用棱镜分解星光,拍摄天体的光谱。1890年,22岁的海耳从麻省理工学院物理系毕业,两年后,成为芝加哥大学天文学的副教授。

海耳自身的主要科学成就在于太阳物理学,而他为天文学所做的贡献却远不止于此——他曾先后成功劝说多个富商建设各种大型望远镜,也由此推动天文学、宇宙学乃至于物理学的发展,催生了多项划时代的发现。

第一个全力支持海耳的,是他因制造水力升降机而致富的父亲。早在海耳的少年时代,父亲就买了一个口径10.2厘米的天文望远镜送给他;海耳20岁时,父亲又出资帮他建立了一个分光实验室;在大学毕业前一年,海耳打算制造太阳单色照相仪,父亲又为他购买了一台30厘米口径的望远镜,这个望远镜在当时属于世界一流。1896年,即海耳28岁那年,父亲更是出手惊人:为海耳购置了一台152厘米口径的反射望远镜送给他。这个望远镜后来被运到1907年建成的威尔逊天文台,于1908年底开始投入观测,成为当时世界上运行的最大的望远镜,并保持纪录长达9年。

有轨电车大王叶凯士是海耳全力说服的第二个富商。1892年,刚成为芝加哥大学副教授的海耳得知望远镜大王克拉克父子开的公司有两块102厘米口径的镜片闲置后,成功地劝说叶凯士出资购买来捐给芝加哥大学,并建造了一个用来安放望远镜的天文台。这个望远镜成为当时世界上最大的折射望远镜;这个天文台被命名为“叶凯士天文台”,有“现代天体物理学的诞生地”之美誉。至今,叶凯士购买的那个望远镜依然是世界上最大的被使用过的折射望远镜。2018年10月1日,芝加哥大学关闭叶凯士天文台,但留下了17万照相底板作为档案供天文学家查阅。

钢铁大王卡耐基成为第三个帮助海耳实现雄心壮志的富商。1904年,海耳得到卡耐基的资助,开始在威尔逊山上面筹建威尔逊天文台,并将父亲送给自己的152厘米望远镜运到那里,供那里的天文学家使用。此后,卡耐基研究院一直支付威尔逊天文台的运行费用与天文学家的薪水。

胡克是资助海耳望远镜计划的第四个富商。在建立威尔逊天文台期间,海耳就开始游说胡克出资购买更大的望远镜。1906年,胡克投巨资购买了254厘米口径的反射望远镜,卡耐基则捐资建造圆顶室来安放这个望远镜。1917年秋,这个庞然大物被安装到威尔逊天文台30米高的圆顶里面,并于1919年9月正式启用,打破了152厘米望远镜保持的世界纪录。直到1949年,它都是有史以来最大的望远镜。

海耳的志向远不止于制造254厘米望远镜。在1930年之前,他就希望制造508厘米望远镜。出资建造这个望远镜的是洛克菲勒基金会。然而,海耳没有等到这个望远镜运行就于1938年春去世。508厘米望远镜于1949年初首次被启用,被命名为“海耳望远镜”,此后25年一直是世界上最大的望远镜。现在,海耳望远镜已被升级为现代化望远镜,依然在每个晴朗的夜空进行观测。

不难看出,海耳筹资建造的望远镜,都在启动之后成为当时世界上最强有力的望远镜并保持多年的绝对优势。

然而,它们存在的意义不在于在规模方面打破世界纪录并保持若干年,而在于培育了数目众多的天文学大师,并由此催生了大量划时代的发现。甚至可以说,在推动了大半个世纪观测天文学发展的人物中,海耳是最杰出的代表。

例如,152厘米望远镜观测到大量新的恒星和星系,获得了大量有价值的观测成果。254厘米望远镜的意义更是举足轻重:1923年,哈勃用254厘米望远镜测出仙女星系的距离,证明后者位于银河系之外,从而创立了星系天文学;1929年,哈勃用这个望远镜证明星系的退行速度与距离成正比,从而证实宇宙在膨胀;几年后,兹威基用这台望远镜发现了暗物质存在的证据;利用这台望远镜,天文学家们还首次测量出恒星大小、完成恒星分类。

1960年到1963年间,桑德奇和斯密特用508厘米海耳望远镜首先发现了类星体,这是20世纪60年代天文学四大发现之一,也是当前天文的几大主流研究领域之一;桑德奇还用海耳望远镜观测到了大量遥远星系,得到了相当精确的“哈勃常数”,后者是宇宙学中最重要的几个物理量之一。

即使是看上去比较平凡的叶凯士天文台,也是卧虎藏龙。例如,哈勃于1914年开始在叶凯士天文台完成博士期间工作,钱德拉塞卡、斯特鲁维、柯伊伯、萨根等著名天文学家也都在这里工作过。钱德拉塞卡还在叶凯士天文台工作期间担任了《天体物理学杂志》总编约20年,多个获得奖诺贝尔物理学奖的成果相关的论文发表于这个杂志,而这个杂志的创始人正是海耳。

原文链接:http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2018-10/12/content_405402.htm?div=-1

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