那些創(chuàng)造了天文學(xué)歷史的底片

辛西婭·亨特

1908年圣誕節(jié)的早晨，黎明還未觸及威爾遜山下綿延1700多千米的洛杉磯，喬治·威利斯·里奇正在捕捉任何人都沒有見過(guò)的獵戶座大星云最壯觀的景象。將近4小時(shí)，他一直站在巨大的鋼鐵邊框的望遠(yuǎn)鏡底部，在望遠(yuǎn)鏡追蹤從夜空中經(jīng)過(guò)的星云的時(shí)候，對(duì)它進(jìn)行著細(xì)微的調(diào)整。

這是里奇參與設(shè)計(jì)和建造的直徑152.4厘米的反射式望遠(yuǎn)鏡，當(dāng)時(shí)世界上規(guī)模最大、功能最強(qiáng)的望遠(yuǎn)鏡。它巨大的曲形鏡面收集來(lái)自星云的光線，入射的光子緩慢地將差不多iPad大小的照相玻璃底片上的感光乳劑曝光。之后，一名助理制作了負(fù)片，并將其標(biāo)記為“Ri-0”——里奇那臺(tái)代表當(dāng)時(shí)最先進(jìn)技術(shù)水平的望遠(yuǎn)鏡拍攝的首個(gè)科學(xué)圖片。

今天，Ri-0是加州帕薩迪納卡耐基天文臺(tái)主辦公室內(nèi)存檔的20萬(wàn)張?zhí)煳膶W(xué)底片之一。這些底片的拍攝日期在1892年到20世紀(jì)90年代早期，使用包括威爾遜山、帕洛馬山（圣迭戈附近）、拉斯坎帕納斯（位于智利）、肯伍德（位于芝加哥）天文臺(tái)的望遠(yuǎn)鏡，底片的尺寸范圍從1平方厘米到臺(tái)式電腦屏幕大小。

這一系列藏品的規(guī)模在美國(guó)屬第二，包含了20世紀(jì)最重要的一些天文觀測(cè)。正是這些圖片，激發(fā)了埃德溫·哈勃對(duì)膨脹宇宙的領(lǐng)悟，引導(dǎo)喬治·埃勒里·海耳發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)磁場(chǎng)，為恒星和星系形成的理論提供了觀測(cè)基礎(chǔ)，也為人類與太空的故事譜寫了新的篇章。

以下是其中一些最著名、最令人震撼的照片。

太陽(yáng)磁場(chǎng)

1908年年初，太陽(yáng)天文學(xué)家、望遠(yuǎn)鏡工程師喬治·埃勒里·海耳開始擺弄專門對(duì)紅色（長(zhǎng)）光波敏感的照相底片。他尤其喜歡在被稱為H- 阿爾法的紅色波長(zhǎng)處觀測(cè)太陽(yáng)，該波長(zhǎng)的光線是恒星大氣層的重要特征。他花了一個(gè)月的時(shí)間來(lái)完善這項(xiàng)技術(shù)。1908年，他得到了第一張?zhí)?yáng)磁場(chǎng)的清晰圖像，顯示了圍繞太陽(yáng)黑子的奇怪旋渦，海耳把它們稱為譜斑。雖然他錯(cuò)誤地假設(shè)譜斑是充滿旋轉(zhuǎn)電子的氣體龍卷風(fēng)，但這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)還是使他得出了正確的結(jié)論，即太陽(yáng)能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)。

海耳開始通過(guò)能夠?qū)⒐饩€分離成頻譜的光譜儀尋找太陽(yáng)磁場(chǎng)存在的直接證據(jù)，這些光譜通過(guò)一系列垂直的線條來(lái)表示。為了將這些線條展開到能夠讓他清晰地看見細(xì)節(jié)，海耳把一臺(tái)9米的光譜儀放在威爾遜山152.4厘米太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡下方的混凝土井里。他用43厘米長(zhǎng)的玻璃底片來(lái)捕捉投射的光譜，就像那張可能是由他本人制作的底片一樣。當(dāng)對(duì)太陽(yáng)表面光譜線和太陽(yáng)黑子的光譜線進(jìn)行比較時(shí)，他發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)黑子在對(duì)光進(jìn)行極化的同時(shí)，將其中一些線條分裂成了若干條。在太陽(yáng)光譜的底片中，被分裂的線條被標(biāo)注為K 和H。這種分裂叫作“塞曼效應(yīng)”，為地球之外存在磁場(chǎng)提供了第一個(gè)確切的證據(jù)。

哈勃有名的“VAR！”啟示

1923年秋季的一個(gè)夜晚，埃德溫·哈勃對(duì)當(dāng)時(shí)叫作仙女座星云的天體進(jìn)行了45分鐘曝光。當(dāng)時(shí)，天文學(xué)家在爭(zhēng)論他們通過(guò)望遠(yuǎn)鏡看到的這個(gè)螺旋狀的斑點(diǎn)（或者叫作“星云”），是在我們銀河系內(nèi)的小型星團(tuán)，還是遠(yuǎn)處大很多的“宇宙島嶼”。哈勃希望能夠徹底平定這場(chǎng)爭(zhēng)論。

當(dāng)他拿到底片的時(shí)候，以為自己看到了一個(gè)處在仙女座外圍一條旋臂上的“新星”，或者叫作星體爆炸。他將小黑點(diǎn)標(biāo)為“N”。但是當(dāng)他將這張底片與其他不同日期拍攝的照片做比較的時(shí)候，意識(shí)到這顆星實(shí)際上是造父變星，一種產(chǎn)生有規(guī)律亮度變化的恒星。通過(guò)測(cè)量它相對(duì)于其他已知變星的周期和光度，哈勃計(jì)算出了它的距離，因此證實(shí)仙女座是銀河系之外很遠(yuǎn)地方的一個(gè)巨型恒星系統(tǒng)。在激動(dòng)中，哈勃?jiǎng)澋袅恕癗”，并在其位置上寫下了“VAR！”。

為了尋找更多造父變星來(lái)證實(shí)他最初的發(fā)現(xiàn)，哈勃拍攝了數(shù)十張仙女座的底片。與他所處時(shí)代的很多天文學(xué)家一樣，他給這些底片加上了彩色的注釋，用圓圈和箭頭標(biāo)識(shí)出候選的造父變星、參照恒星，以及其他值得注意的天體。他給每一個(gè)經(jīng)過(guò)確認(rèn)的造父變星寫了編號(hào)，通常后面帶一個(gè)感嘆號(hào)，就好像他在抑制內(nèi)心的激動(dòng)。在那張1924年拍攝的底片的數(shù)字翻印版中，你可以在左下角看到標(biāo)注“V4?。。　?。

“ 我的上帝，全是恒星！”

雖然哈勃證實(shí)了仙女座是一個(gè)巨大的星系，很可能充滿了上百億顆恒星，天文學(xué)家卻花了將近20年才最終解析出它高密度中心區(qū)域的恒星。第一張照片拍攝在一張17厘米的底片上，它是在非同尋常的情況下產(chǎn)生的。

1943年，在第二次世界大戰(zhàn)的高潮時(shí)期，天文學(xué)家沃爾特·巴德在威爾遜山工作。作為一名德國(guó)籍公民，巴德被禁止參與戰(zhàn)爭(zhēng)任務(wù)，因此他晚上有時(shí)間凝視洛杉磯上方的星空。而此時(shí)因?yàn)閼?zhàn)時(shí)燈火管制，這片天空暗得令人欣喜。一天晚上，他將天文臺(tái)那架254厘米望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)了仙女座，第一次捕捉到了星系中央單獨(dú)的恒星。這張照片為巴德將恒星分為兩類奠定了基礎(chǔ)：占據(jù)著星系旋臂的年輕熾熱的恒星，以及位于星系中央年老冷卻的恒星。

在60多年之后，這張照片仍然令人震驚。美國(guó)航空航天局天文學(xué)家簡(jiǎn)·瑞格比2015年拜訪卡耐基天文臺(tái)的時(shí)候，在小型放大鏡下察看了這張底片，驚呼道：“我的上帝，全是恒星！”

奇怪星系里的超新星

剛剛離世的天文學(xué)家霍爾頓·阿爾普最著名的成就是他1966年出版的《罕見星系圖冊(cè)》，他為這本圖冊(cè)拍攝了數(shù)百?gòu)埦哂衅婀中螤詈托袨榈男窍嫡掌?，其中就包括斯特藩五重星系——遠(yuǎn)在3億光年之外、處于激烈碰撞中的5個(gè)密切互動(dòng)的星系。圖冊(cè)在圣迭戈帕洛馬天文臺(tái)發(fā)表5年后，在一張新拍攝的卓越照片中，他鑒定出了一顆超新星（右頁(yè)左上圖中標(biāo)注為“SN”），爆炸于一個(gè)月之前。這張底片上其他箭頭指向的是參照恒星，阿爾普用來(lái)計(jì)算該超新星在太空中的坐標(biāo)。

在一張拍攝于1964年較早期的照片中（右頁(yè)左上圖），這顆閃耀的爆炸體顯然消失了。

一次徹底的星系調(diào)查

20世紀(jì)70年代末期和80年代早期，哈勃曾經(jīng)的助手艾倫·桑德奇及其合作者對(duì)處女座星系團(tuán)進(jìn)行了一次徹底調(diào)查。處女座星系團(tuán)組成包括我們銀河系在內(nèi)的超星系團(tuán)的核心。為了進(jìn)行這項(xiàng)工作，天文學(xué)家制作了67個(gè)巨型的、50.8厘米的方形照相底片，它們一起將2096個(gè)星系編成了目錄。桑德奇煞費(fèi)苦心地對(duì)每一個(gè)星系進(jìn)行定位和測(cè)量，用紅色和綠色的墨水直接在底片上注釋它們的目錄號(hào)和量級(jí)。