《人類科學技術史-284》近代后期天文學

近代后期天文學
1.19世紀天文望遠鏡的進步

天文望遠鏡的不斷進步對天文學的發展起著有力的推動作用。在17世紀，色差曾對天文望遠鏡的成象產生了嚴重的影響，后來牛頓指出望遠鏡的色差是由于透鏡對不同色光有不同折射率的緣故，他利用反射光原理制造出第一臺全金屬反射望遠鏡，從根本上消除了色差。

反射式望遠鏡在18世紀發展很快。1781年，W.赫歇爾(1738-1822年，英國）曾用一臺直徑15cm自制反射天文望遠鏡首次觀測到天王星。這使他大受鼓舞，接連磨制出口徑不斷增大的反射望遠鏡。1789年，他制成直徑1.22米，焦距12.2米的大型反射式望遠鏡，投入使用不久便觀測到土星的兩顆衛星。這一成就奠定了赫歇爾的近代大型反射式望遠鏡開創者的地位。

1845年，帕森斯(1800-1867年，英國）制成了直徑達1.83米的金屬反射式望遠鏡，鏡筒長度達到17米，它架在南北走向的兩堵高墻之間，只能在東西方向上略作調整。利用這臺望遠鏡在觀測星云M51時，首次發現了旋渦結構，后來又發現了幾個類似的結構。后來帕森斯在觀測M1星云時發現它的形狀象一只螃蟹，便定名為"蟹狀星云"。為了使大型望遠鏡能夠靈巧地運動，以便適應觀測的需要，工程師納史密斯(1808-1890年，英國）和天文學家拉塞爾(1799-1880年，英國）對大型望遠鏡作了大量改進。1839年，納史密斯設計了一種轉動機構，使觀察者只要坐在目鏡旁邊，轉動手輪就能自由調節望遠鏡的位置和角度，從而觀察到天空的任意部分。

1846年，拉塞爾首創赤道式大型反射望遠鏡，直徑為61厘米，配備了跟蹤天體周日視運動的機械裝置，他用這臺望遠鏡發現了海衛1.1851年，他又相繼發現天衛1和天衛2.1861年，他又研制了一臺更大的赤道式反射望遠鏡，直徑達到1.22米。

折射天文望遠鏡在消除色差方面也取得了重要突破。1730年，數學家C.M.霍爾(1703-1771年，英國）發現，用冕牌玻璃做凸透鏡和火石玻璃做的凹透鏡構成透鏡組可以消除色差。后來光學家多朗德(1706-1761年）詳細研究了消色差理論。由于當時無法制造直徑大于十幾厘米的大塊優質玻璃，因而限制了消色差折射望遠鏡的發展。

19世紀初，吉南德(1748-1824年，瑞士）利用勻均擾動玻璃液的方法制成了大直徑的優質玻璃。在此基礎上光學家夫瑯和費(1787-1826年，德國）與他合作，共同制成一架消色差折射望遠鏡，直徑達到24厘米，焦距4米。這臺望遠鏡也是赤道式的，配有跟蹤裝置。1847年，德國的默茨等人發展了這一技術，他們研制出直徑達到38厘米的消色差折射望遠鏡。這樣，在19世紀不僅有大型的金屬反射望遠鏡，還有了大型消色差折射望遠鏡，從而大大推進了天文學的發展。

2.恒星研究和宇宙構造學說

恒星觀測和研究始于哈雷，他在18世紀比較了喜帕恰斯、第谷等人列出的星表座標，發現在長約19個世紀里，天狼星、南海3和大角這三顆恒星的位置有明顯的移動，于是斷定恒星在宇宙中存在真實的運動。

18世紀末，W.赫歇爾發現太陽也在運動，他說："我想我們無權說太陽是靜止的，正如我們不應該否定地球的周日運動那樣。"但19世紀初有人對此產生了懷疑。1837年，阿格朗德爾(1799-1875年，德國）研究了390顆恒星的自行現象，結果證實了太陽在運動的結論。

還在18世紀天文學家們就在思考：既然太陽與恒星相仿，那么恒星是否組成了一個更大的天體系統呢？1750年，賴特(1711-1786年，英國）提出銀河與所有恒星構成天體系統的假說。此后，哲學家康德和數學家拉普拉斯等人又提出過進一步的星云假說。

杰出的天文學家赫歇爾一家，通過長期觀測研究最先驗證了天體的銀河系假說。赫歇爾自制了一架直徑46厘米的反射望遠鏡，他細致地觀測了事先選定的天區，一一找到并數出區道中的星數、亮星與暗星的比例。這種方法現在叫統計取樣方法。他發現銀河附近比起遠離銀河的地方恒星數目更加稠密，暗星數增加更快。他共數了683個取樣天區中的117600顆恒星，繪出了一幅銀河系結構圖，這幅圖中銀河系形狀扁平，輪廓稍模糊，太陽居中。W.赫歇爾開創了用統計取樣方法研究銀河系結構；用統計恒星自行方向研究太陽運動；以及對雙星、星團、星云的觀測。他開創了恒星天文學分支，因此被尊稱為"恒星天文學之父"。卡羅林.赫歇爾(1750-1848年，英國）是W.赫歇爾的妹妹。她終生協助哥哥工作，獨自發現了14個星云和18顆彗星。晚年整理了W.赫歇爾遺留下的大批觀測資料，于1828年出版了當時篇輻最大、最具權威性的星團、星云表。

J.赫歇爾(1792-1871年，英國）是W赫歇爾的獨子。1820年，他曾受父親委托參與創建英國皇家天文學會的工作。他的天文研究側重在對雙星、星團和星云觀測，并核查了他父親的觀測結果，這使他發現了347對雙星。

1833年，他刊布了一本包括2307個星團和星云的表。他還提出過一種確定雙星軌道運動的圖解方法。1833年，他在非洲好望角建立了天文觀測站，從1834至1837年他共觀測雙星2102對，星云和星團1707個。在南半球的天文觀測中他運用了取樣統計方法，共統計了3000個選區中的68948顆恒星，完全證實了上述銀河系結構的論斷。1838年以后，他專事天文資料的整理和出版。1849年出版了《天文學綱要》，此書于1859年在中國翻譯出版，書名叫《談天》。

由于赫歇爾一家人的成就，使銀河系概念在19世紀中葉得以確立。

自哥白尼以來，人們長期尋求三角視差的測定，以便確定恒星到地球的距離。這一工作因天文儀器的進步終于在19世紀30年代取得了成果。

貝塞爾(1784-1846年，德國）任柯尼斯天文臺臺長期間，長期從事恒星位置的精密觀測。他主編了著名的《波恩巡天星表》。1837年，他認為研究恒星視差問題的條件已經成熟，決定選擇天鵝座61號星為觀測對象。1838年，他宣布天鵝座61號星的視差是0″。31，由此推算該星座距地球為11光年。同一時期，斯特魯維(1794-1864年，俄國）選擇織女星為觀測對象從事視差測定研究。1837年，他向彼得堡科學院報告織女星視差測量結果是0″。125±0″。065，計算出織女星距地球27光年，此外他還將精密的測量方法引入到雙星觀測中，共發現220對新的雙星。1839年，亨德森(1789-1844年，英國）在好望角測出人馬座α星的視差是0″。91，但這個值并不準確，后來經別人修正為0″。76，距地球4.3光年。此后，類似的測量結果不斷有報道。19世紀共測出70顆恒星對地球的視差和距離。