最初得知南大天文系小院楼顶的11英寸克拉克望远镜的事情是在2004年,当年2月号的Sky & Telescope杂志上刊登了一篇短短的介绍。考上天文系后,却一直没有机会进入圆顶参观。当然,以现在的眼光来看,这架19世纪中后期落成的望远镜虽然系出名门,又顶着种种光环,性能上却是早已过时,加之南京市中心日益严重的光污染,用它再做观测已经是不可能的事情了,于是多年来一直被闲置。不知道为什么,最近又想起了关于这架望远镜的种种,干脆写点东西吧。
克拉克指的是Alvan Clark与儿子Alvan Graham Clark和George Bassett Clark,也算是制造折射镜的一代宗师,他们于1846年成立了Alvan Clark & Sons公司。不妨罗列一下公司所承造的望远镜名单:18.5英寸迪尔波恩折射镜(1856年)、美国海军天文台26英寸折射镜(1873年,美国第一架消色差镜,Asaph Hall用其发现了火星卫星)、俄罗斯普尔科沃天文台30英寸折射镜(1883年)、麦考密克天文台26英寸折射镜(1885年)、利克天文台36英寸折射镜(1887年)、洛威尔天文台24英寸折射镜(1896年)、叶凯士天文台40英寸折射镜(1897年)……其中最后一架是迄今最大的折射镜,落成100多年来没有人能超过。
克拉克父子还有一个为人称道的地方是无意发现天狼星的白矮星伴星。当然,这是以自家望远镜像质优异为前提的,因为当时他们打算做的仅仅是测试新镜。
单纯凭借网络,11英寸克拉克望远镜的历史还是比较难考证的,甚至连落成年代都无从查找。可能是与众多知名天文台的主力望远镜相比,它还算不上是克拉克的“拳头产品”。何况这架望远镜的经历也是比较复杂,期间多次易主,只能尽量搜罗线索。
不妨先转述一下Sky & Telescope上的简要介绍:拍摄了第一张深空天体照片;为5000余课恒星进行光谱分类;发现了矮星与巨星的线索;发现首颗分光双星……最后将它送给中国的则是大名鼎鼎的沙普利,也是时任哈佛大学天文台台长。看这样的经历,足以用传奇来形容了。
最初这架望远镜是天体摄影先驱亨利·德雷珀的财产,专为天体摄影而设计。亨利·德雷珀的父亲约翰·德雷珀是第一次拍摄月球的人,他本人早年则首次用底片记录下了恒星光谱。首次拍摄深空天体是在1880年9月30日,拍摄对象是猎户座大星云,使用溴化银板曝光51分钟。
第一张深空天体照片——猎户座大星云,亮星曝光严重过度,星云的细节却几乎没有显现。但不论如何,这却算是天文史上的一大里程碑。(图片提供:Harvard College Observatory Photo Collection) 德雷珀1882年的猝然逝世让早期天体摄影和分光工作一度中断。作为纪念,德雷珀的遗孀Anna Mary Palmer将11英寸望远镜的主镜捐给了哈佛大学天文台,并赞助该台继续进行恒星光谱研究。联合该台自有的15英寸望远镜一道,最终编成了德雷珀星表。
不得不提的就是当时哈佛大学天文台台长皮克林手下的众女将们,有发展出恒星光谱分类标准的Annie Cannon,也有发现造父变星周光关系的Henrietta Leavitt。与11英寸望远镜相关的则是Antonia Maury(右图),也是亨利·德雷珀的侄女,于1889年加入哈佛大学天文台。Maury的主攻方向也是北天恒星的光谱分类。不过比Cannon更进一步的是,她利用这架望远镜拍下的光谱分出了子类,依据是谱线外形:一般的谱线为a类,线形模糊者为b类,锐线则归为c类,并附有过渡类别。首批结果发表在哈佛大学1896年的年报上。
虽然这一分类法与皮克林的观点冲突,进而导致Maury在1892年离开哈佛大学,它还是引起了赫茨普龙(也就是赫罗图的提出者之一)的注意:c类实际上要比a、b两类恒星亮度更高,属于巨星之列。这反映到了稍后出现的赫罗图上。1922年,国际天文学联合会在Maury的基础上正式公布了光谱分类准则,而直到1943年,叶凯士天文台方提出了二元光谱分类,Maury当年的成果也才为大众所重视。
发现分光双星是1889年的事情,目标开阳。发现的功劳亦要归于Maury。她在拍下的开阳A光谱中发现了双K线,以52天的周期变化。对此最合理的解释就是,开阳A实际上由两颗亮度接近的恒星组成,轨道周期104天。在1889年12月8日召开的美国国家科学院会议上,皮克林正式宣布了这一发现。
1887年3月27日(上)与4月5日(下)拍摄的开阳A光谱,右侧为钙元素的K线,左侧为H-epsilon线。可见在不到10天的时间里,K线从双线变为了单线。(图片提供:Harvard College Observatory and Martha Hazen) 不过事情没有这么简单,开阳A的谱线变化难以用单纯的双星来解释。直到10多年后,来自德国波茨坦天文台的底片才揭开了真相:双星轨道实际是偏心率很大的椭圆,且长轴垂直于视线。关于轨道周期,只有区区的12天半。
11英寸克拉克望远镜的另一贡献与早期天体摄影导星技术的发展有关。为抵消大气的扰动,同样效力于皮克林的E. S. King发展出了一套计算方法,根据天体的高度确定跟踪的速率。部分实验就是利用这架望远镜完成的。如1899年的那次,由于采用了恰当的补偿方式,King可以做到不导星拍摄两小时,获得的星象直径也不超过2角分。
沙普利将望远镜送给中国是1948年的事情了,是以二战结束后促进中国天文事业恢复的名义。不清楚最初名镜落入谁手,据说是中山大学。可以确定的是南大天文系建立时即已获得了它。但在E. S. King之后捐赠之前望远镜又进行了什么工作,已是无处查找。有说是这架望远镜还进行过南天巡天并编制星表,但似乎不甚准确,先放过一马吧。
Sky & Telescope杂志上刊登的11英寸望远镜照片,为南大天文系系庆50周年时拍摄。 至于克拉克父子的产业,在父子3人相继过世后,资产为Sprague-Hathaway制造公司最终获得。但由于二战的影响,大部分设备遭到了破坏,而Sprague-Hathaway也在1950年代破产。固然可以说,现今折射镜早已辉煌不再,一代名家沦落至此,却也足以让人唏嘘了。 |