海爾與望遠(yuǎn)鏡和天文臺的故事

郭紅鋒

一、天文學(xué)家海爾

美國天文學(xué)家喬治·海爾（以下簡稱海爾）畢生從事太陽觀測研究。1891年，海爾發(fā)明了太陽單色光照相儀，并用它拍到了史上第一張?zhí)枂紊瘛?9 08 年，海爾在威爾遜山太陽觀測臺主持建造第一座高達(dá)18米的太陽塔，首次發(fā)現(xiàn)太陽黑子周圍有磁場，并且發(fā)現(xiàn)了太陽耀斑的存在。之后他又組織了首次世界性的太陽觀測網(wǎng)，因此，海爾被稱為“現(xiàn)代太陽觀測天文學(xué)之父” 。

同一時期，海爾還參與創(chuàng)辦了直到今日仍是國際天文屆最著名的學(xué)術(shù)期刊：《天文學(xué)和天體物理學(xué)》及《天體物理學(xué)報》，并創(chuàng)立了“Astrophysics”（天體物理）這個新的天文學(xué)名詞。他一生發(fā)表論文和文章400余篇，出版多部著作。這些工作已經(jīng)可以使任何一個科學(xué)家引以為傲了，但是海爾更為人知的貢獻(xiàn)是籌資建造了史上最知名的幾個大型望遠(yuǎn)鏡和相應(yīng)的天文臺。

著名的葉凱士天文臺是他游說金融家葉凱士出資建造的。該臺因安裝了世界上最大的1.02米折射望遠(yuǎn)鏡（1897年落成）而聞名至今。1895年至19 05年，海爾任葉凱士天文臺首任臺長。

1904年，海爾主持建成威爾遜山天文臺并首任臺長。1908年，在該臺建造了1. 5米反射望遠(yuǎn)鏡。他又游說商人胡克出資在威爾遜山天文臺建立2.54米反射望遠(yuǎn)鏡，1917年建成后命名為胡克望遠(yuǎn)鏡，從此，該望遠(yuǎn)鏡雄踞世界最大口徑望遠(yuǎn)鏡30年。著名天文學(xué)家沙普利和哈勃都用該望遠(yuǎn)鏡取得了巨大成果，使人類能夠估量到自己所在星系的大小和性質(zhì)，估量出河外星系的本質(zhì)和運(yùn)動。

1928年，海爾又獲得洛克菲勒基金會600萬美元捐款，興建帕洛馬山天文臺，并于1948年在帕洛馬山天文臺建成了當(dāng)時最大口徑的5.08米反射望遠(yuǎn)鏡。它能拍攝23等的暗星，能探測距離我們遠(yuǎn)達(dá)幾億光年的暗弱星系。為了紀(jì)念海爾的不朽業(yè)績，這架望遠(yuǎn)鏡被命名為“海爾反射望遠(yuǎn)鏡”（以下簡稱“海爾望遠(yuǎn)鏡”）。

二、海爾望遠(yuǎn)鏡

海爾望遠(yuǎn)鏡的建造是當(dāng)時天文屆一項空前浩大的工程，為了減小主鏡玻璃厚、導(dǎo)熱慢而造成的形變，整個玻璃的背面被澆鑄成蜂窩狀，最后成型時反射鏡口徑5.08米，自重達(dá)13噸，整個望遠(yuǎn)鏡的轉(zhuǎn)動部分重481噸！然而這樣一個龐然大物卻能夠被驅(qū)動而運(yùn)轉(zhuǎn)自如，成為世界著名的大型天文望遠(yuǎn)鏡之一。

雖然1975年蘇聯(lián)建造了結(jié)構(gòu)類似、口徑6米的反射望遠(yuǎn)鏡，但其解析力和觀測效率等指標(biāo)都沒有發(fā)揮出來。因此，直到1993年，海爾望遠(yuǎn)鏡的綜合性能才被凱克望遠(yuǎn)鏡（10米拼接鏡面反射望遠(yuǎn)鏡）超越。

三、海爾天文臺

1969年，威爾遜山天文臺和帕洛馬山天文臺合并時，統(tǒng)一改名為“海爾天文臺”。1969年，在洛杉磯以東160千米處建成的大熊湖太陽觀測站也歸屬到海爾天文臺。20世紀(jì)70年代，美國科學(xué)機(jī)構(gòu)把帕洛馬山天文臺、威爾遜山天文臺、大熊湖太陽觀測臺和拉斯康帕納斯天文臺組成的一群天文臺總稱為“海爾天文臺”。

威爾遜山天文臺是1904年在海爾領(lǐng)導(dǎo)下建成的，位于洛杉磯市西北3 2千米處，海拔1742米。臺內(nèi)有1917年落成的2.54米反射望遠(yuǎn)鏡，它對天文學(xué)的發(fā)展起了非常重大的作用。此外，臺內(nèi)還有口徑為1.52米和1.01米的反射望遠(yuǎn)鏡各一臺，高度為18.3米和45.7米的太陽塔各一座。

帕洛馬山天文臺是1928年由洛克菲勒基金會捐款，并在海爾領(lǐng)導(dǎo)下籌建的，位于加利福尼亞州圣地亞哥東北80千米處，海拔1706米。臺內(nèi)安裝的口徑為5.08米的反射望遠(yuǎn)鏡于1948年落成，在此后20多年中一直是世界上口徑最大的望遠(yuǎn)鏡。自1948年投入使用以來，一直是世界上最優(yōu)秀的望遠(yuǎn)鏡之一，對星系學(xué)、超新星、射電源以及紅外天文學(xué)等方面的研究起到了極為重要的作用。該臺還有物鏡口徑為1.86米、改正鏡口徑為1.22米的施密特望遠(yuǎn)鏡和口徑為1.52米的反射望遠(yuǎn)鏡各一臺。

著名的帕洛馬天圖就是帕洛馬天文臺和美國地理學(xué)會，于20世紀(jì)50年代用口徑122厘米的施密特望遠(yuǎn)鏡拍攝的北天藍(lán)紅雙色深空照相天圖。它包括935個天區(qū)的北天藍(lán)、紅和近紅外3色深空照相星圖，成為當(dāng)時天文學(xué)文獻(xiàn)中的基本工具和認(rèn)證光學(xué)對應(yīng)天體的權(quán)威性依據(jù)。

1993年3月24日晚，蘇梅克夫婦及列維在帕洛馬天文臺用0.4 6米施密特望遠(yuǎn)鏡觀測研究近地天體時發(fā)現(xiàn)了蘇梅克-列維九號（SL9）彗星，并計算出SL9彗星將于1994年7月撞擊到木星上，引起了全球天文學(xué)界和公眾極大的振奮。1994年7月16日至22日，已經(jīng)被木星巨大的潮汐力撕成21個碎片的SL9彗星與木星迎頭相撞，這是人類史上首次直接觀測到的天體相撞事件。