把它捧在手里,眼睛凑到镜头前,你会惊奇地发现远方的山峰就像近在眼前,相信每个人第一次接触望远镜的时候都会感受到它的神奇,它就是望远镜。如果你的望远镜够好,它还可以让你看到月球、太阳,甚至银河外的图像。人们第一次感受到望远镜给人的感官和头脑带来的震撼还是在400年前。
为了纪念望远镜诞生400周年,各方举办了各种活动,“伽利略望远镜”展览就是其中之一。这个展览于10月15日在北京天文馆A馆东厅开始展出,伽利略一直是意大利的骄傲,在意大利科学史博物馆等单位的努力下,一件件精美的历史文物和复制品仿佛把观众带到了那个激动人心的年代。
孕育 光学发展催生望远工具
自从人类诞生之日起,就有人想借助某种神奇的放大工具瞭望远方。但这个目标直到1608年才得以实现。望远镜发明的前提条件是光学的发展。在16世纪,光学的名字叫“透视学”,基本是数学家的事情。通过阿拉伯学者的研究,人们掌握了一些关于光的折射的现象,这成了后来欧洲学者研究折射现象的重要参考资料。同时,磨制玻璃镜片的技术也在提高。早在十三世纪,最初的老花眼镜就已经在欧洲流行。开始的时候,人们从球面玻璃上切割镜片,15世纪末期的时候,德国玻璃制造商们开始用平板玻璃打磨镜片,精度大为提高。
直到16世纪,人们一直认为宇宙学是哲学家的钻研领域,其目的是探询宇宙的物理结构,而天文学的主要任务则是负责记录各个天体的具体位置,是数学家的研究范畴,因此,数学家们研制了许多用肉眼观测天文现象的带刻度的工具。可笑的是,当时的天文学家自以为已经了解了所有的行星,并且对所有的恒星进行了认识和记录,除了偶然遇到的彗星和新近生成的星体之外,即使是最精确的观测也不会有任何创新性的发现。谁也没有想到,自从有了一种在管子两头添加两块眼镜片制成的工具,人类将会有多么惊人的发现。
1608年,人类历史上第一个望远镜终于诞生了,不过,它的发明人可不是伽利略!
发明 人人争当“望远镜之父”
1608年10月2日,荷兰眼镜制造商利普赫(Hans Lippershey)准备为一种光学放大工具申请专利。他把一个老花镜片和一个近视镜片分别固定在金属管的两端,造就了世界上第一个望远镜。不过,利普赫很快就遇到了挑战者。同月,一个名叫詹森的人也声称自己发明了一件类似的工具。同年,还有一个叫梅提斯的眼镜商向政府提交了类似的专利申请。荷兰政府对这种新型观测工具在军事上的应用表现出了极大的兴趣,要求他们继续改进技术。但1608年底,荷兰政府居然决定不批准其中任一专利申请,理由是这一装置实在是太简单了既然没有专利保护,这种单筒望远镜的制作方法很快传遍欧洲。
1608年至1609年,伽利略被这种仪器的潜力吸引,并立刻加以改进。1609年末到1610年初,他终于成功地将望远镜的放大率从原有的两三倍提升至大约30倍。
随后,伽利略公布了自己借助望远镜所观测到的首批惊人的天文学发现:银河是由无数星体构成的、月球表面高低不平、木星周围有四颗卫星等。伽利略的发现震惊了整个欧洲。
需要特别强调的是,伽利略的研究绝没有现代人想象得那么简单。在“伽利略望远镜”展览上,我们可以看到伽利略望远镜的复制品,通过用它观测布置在展览远角的细小图画,我们可以了解伽利略观测的艰难。20倍的望远镜视场极小,必须在眼睛对正的时候才能看到。
发展 疯狂的长度竞赛
在伽利略望远镜研制成功的20年里,居然没有人能够突破他创造的30倍放大倍率。主要原因是伽利略式望远镜有一个很大的缺陷,因为不同颜色的光线折射率不同,所以通过折射望远镜看到的图像会存在色差。为了解决这个问题,天文学家用镜面较平、折射率较小的镜片制造望远镜,但带来的问题是需要相应地增大两个镜面之间的距离。17世纪早期,伽利略式望远镜最长不过1.2米。1647年,波兰啤酒匠兼议员赫维留制造了3.6米长的望远镜,这种望远镜能放大50倍,但这只是开端。惠更斯也制作出几架“长镜”,最终制作出了一架37米长的望远镜,正是通过这些望远镜他观测到了土星的光环。而赫维留又制造了一架46米长的望远镜。46米实在太长了,以至于无法安在一个筒子里,于是赫维留将透镜安装在一个木架子上,然后将整个架子吊在一个90英尺高的木杆上,由好几个人通过绳子和滑轮来进行操作。
18世纪,英国人切斯特·莫尔·霍尔和约翰·多洛德发明了可以消色差的折射望远镜,从此越长身望远镜像恐龙一样灭绝了。