《人类科学技术史-284》近代后期天文学

近代后期天文学
1.19世纪天文望远镜的进步

天文望远镜的不断进步对天文学的发展起着有力的推动作用。在17世纪，色差曾对天文望远镜的成象产生了严重的影响，后来牛顿指出望远镜的色差是由于透镜对不同色光有不同折射率的缘故，他利用反射光原理制造出第一台全金属反射望远镜，从根本上消除了色差。

反射式望远镜在18世纪发展很快。1781年，W.赫歇尔(1738-1822年，英国）曾用一台直径15cm自制反射天文望远镜首次观测到天王星。这使他大受鼓舞，接连磨制出口径不断增大的反射望远镜。1789年，他制成直径1.22米，焦距12.2米的大型反射式望远镜，投入使用不久便观测到土星的两颗卫星。这一成就奠定了赫歇尔的近代大型反射式望远镜开创者的地位。

1845年，帕森斯(1800-1867年，英国）制成了直径达1.83米的金属反射式望远镜，镜筒长度达到17米，它架在南北走向的两堵高墙之间，只能在东西方向上略作调整。利用这台望远镜在观测星云M51时，首次发现了旋涡结构，后来又发现了几个类似的结构。后来帕森斯在观测M1星云时发现它的形状象一只螃蟹，便定名为"蟹状星云"。为了使大型望远镜能够灵巧地运动，以便适应观测的需要，工程师纳史密斯(1808-1890年，英国）和天文学家拉塞尔(1799-1880年，英国）对大型望远镜作了大量改进。1839年，纳史密斯设计了一种转动机构，使观察者只要坐在目镜旁边，转动手轮就能自由调节望远镜的位置和角度，从而观察到天空的任意部分。

1846年，拉塞尔首创赤道式大型反射望远镜，直径为61厘米，配备了跟踪天体周日视运动的机械装置，他用这台望远镜发现了海卫1.1851年，他又相继发现天卫1和天卫2.1861年，他又研制了一台更大的赤道式反射望远镜，直径达到1.22米。

折射天文望远镜在消除色差方面也取得了重要突破。1730年，数学家C.M.霍尔(1703-1771年，英国）发现，用冕牌玻璃做凸透镜和火石玻璃做的凹透镜构成透镜组可以消除色差。后来光学家多朗德(1706-1761年）详细研究了消色差理论。由于当时无法制造直径大于十几厘米的大块优质玻璃，因而限制了消色差折射望远镜的发展。

19世纪初，吉南德(1748-1824年，瑞士）利用匀均扰动玻璃液的方法制成了大直径的优质玻璃。在此基础上光学家夫琅和费(1787-1826年，德国）与他合作，共同制成一架消色差折射望远镜，直径达到24厘米，焦距4米。这台望远镜也是赤道式的，配有跟踪装置。1847年，德国的默茨等人发展了这一技术，他们研制出直径达到38厘米的消色差折射望远镜。这样，在19世纪不仅有大型的金属反射望远镜，还有了大型消色差折射望远镜，从而大大推进了天文学的发展。

2.恒星研究和宇宙构造学说

恒星观测和研究始于哈雷，他在18世纪比较了喜帕恰斯、第谷等人列出的星表座标，发现在长约19个世纪里，天狼星、南海3和大角这三颗恒星的位置有明显的移动，于是断定恒星在宇宙中存在真实的运动。

18世纪末，W.赫歇尔发现太阳也在运动，他说："我想我们无权说太阳是静止的，正如我们不应该否定地球的周日运动那样。"但19世纪初有人对此产生了怀疑。1837年，阿格朗德尔(1799-1875年，德国）研究了390颗恒星的自行现象，结果证实了太阳在运动的结论。

还在18世纪天文学家们就在思考：既然太阳与恒星相仿，那么恒星是否组成了一个更大的天体系统呢？1750年，赖特(1711-1786年，英国）提出银河与所有恒星构成天体系统的假说。此后，哲学家康德和数学家拉普拉斯等人又提出过进一步的星云假说。

杰出的天文学家赫歇尔一家，通过长期观测研究最先验证了天体的银河系假说。赫歇尔自制了一架直径46厘米的反射望远镜，他细致地观测了事先选定的天区，一一找到并数出区道中的星数、亮星与暗星的比例。这种方法现在叫统计取样方法。他发现银河附近比起远离银河的地方恒星数目更加稠密，暗星数增加更快。他共数了683个取样天区中的117600颗恒星，绘出了一幅银河系结构图，这幅图中银河系形状扁平，轮廓稍模糊，太阳居中。W.赫歇尔开创了用统计取样方法研究银河系结构；用统计恒星自行方向研究太阳运动；以及对双星、星团、星云的观测。他开创了恒星天文学分支，因此被尊称为"恒星天文学之父"。卡罗林.赫歇尔(1750-1848年，英国）是W.赫歇尔的妹妹。她终生协助哥哥工作，独自发现了14个星云和18颗彗星。晚年整理了W.赫歇尔遗留下的大批观测资料，于1828年出版了当时篇辐最大、最具权威性的星团、星云表。

J.赫歇尔(1792-1871年，英国）是W赫歇尔的独子。1820年，他曾受父亲委托参与创建英国皇家天文学会的工作。他的天文研究侧重在对双星、星团和星云观测，并核查了他父亲的观测结果，这使他发现了347对双星。

1833年，他刊布了一本包括2307个星团和星云的表。他还提出过一种确定双星轨道运动的图解方法。1833年，他在非洲好望角建立了天文观测站，从1834至1837年他共观测双星2102对，星云和星团1707个。在南半球的天文观测中他运用了取样统计方法，共统计了3000个选区中的68948颗恒星，完全证实了上述银河系结构的论断。1838年以后，他专事天文资料的整理和出版。1849年出版了《天文学纲要》，此书于1859年在中国翻译出版，书名叫《谈天》。

由于赫歇尔一家人的成就，使银河系概念在19世纪中叶得以确立。

自哥白尼以来，人们长期寻求三角视差的测定，以便确定恒星到地球的距离。这一工作因天文仪器的进步终于在19世纪30年代取得了成果。

贝塞尔(1784-1846年，德国）任柯尼斯天文台台长期间，长期从事恒星位置的精密观测。他主编了著名的《波恩巡天星表》。1837年，他认为研究恒星视差问题的条件已经成熟，决定选择天鹅座61号星为观测对象。1838年，他宣布天鹅座61号星的视差是0″。31，由此推算该星座距地球为11光年。同一时期，斯特鲁维(1794-1864年，俄国）选择织女星为观测对象从事视差测定研究。1837年，他向彼得堡科学院报告织女星视差测量结果是0″。125±0″。065，计算出织女星距地球27光年，此外他还将精密的测量方法引入到双星观测中，共发现220对新的双星。1839年，亨德森(1789-1844年，英国）在好望角测出人马座α星的视差是0″。91，但这个值并不准确，后来经别人修正为0″。76，距地球4.3光年。此后，类似的测量结果不断有报道。19世纪共测出70颗恒星对地球的视差和距离。