哈勃與加州的威爾遜山天文台

今年是哈勃太空望遠鏡升空三十周年。這座以已故天文學家愛徳溫.哈勃(Edwin Hubble)而命名的太空望遠鏡,為人類拍攝了大量太空照片,和發現了很多宇宙奧秘。

雖然哈勃望遠鏡離我們很遠,但天文學家哈勃生前曾工作過的地方 - 威爾遜山天文台(Mount Wilson Observatory), 卻離我們很近。也正是在這座洛杉磯附近的天文台裏,哈勃發現了大多數星係都存在紅移的現象,建立了哈勃定律,並成為證明宇宙膨脹的有力證據。

威爾遜山天文台的曆史可追溯至十九世紀末。1892年,哈佛大學準備為新的天文台選址,以取代因天氣原因而無法有效運作的舊天文台。南加州的威爾遜山成為其中一個候選地點。

威爾遜山,海拔1741米,離洛杉磯市區約20英裏。由於洛杉磯常年晴空萬裏,比周邊地形高出一大截的威爾遜山很適合作為天文台。這裏最大的缺點在於交通困難。當時隻有一條羊腸小道從南麵步行四個小時登上山頂,而且隻能讓人通行,連馱馬也無法通過,很不方便。因此,在威爾遜山山頂修建天文台的計劃被暫時擱置。

幾年後,威爾遜山逐漸成為了旅遊景點。隨著越來越多的本地市民上山遊玩、賞景、甚至露營,有幾位商人發現了商機,集資擴建山路,把原來僅夠一人通行的步道擴建為六米寬可供馬車上下的收費道路。

1903年,天文學家喬治.海爾(George Hale)訪問威爾遜山,對這裏的條件讚不絕口。在他的倡儀下,一年後天文台開始在此興建,所需資金大部分由鋼鐵大王卡內基名下的科學研究所捐贈。

為了加快天文台的建設進度,進山的十英裏道路由馬車道升級為公路。盡管這條公路路麵狹窄,崎嶇難行,但是至少能把急需的建材和物資運上山頂。經過數年的安裝調試,口徑60英寸(1.52米)的反射望遠鏡在威爾遜山山頂正式啟用,這是當時世界上最大的望遠鏡。這讓威爾遜山天文台在光譜分析、視覺測量、星雲觀測和測光等領域擁有世界領先的設備。

幾年後,天文台長海爾希望能在山頂上建立更大的望遠鏡。口徑達100英寸(2.54米)的反射望遠鏡應遠而生。1917年,經過九個小時的艱難運輸,這台近一噸重的裝備終於被汽車運上山頂,並在當年11月安裝使用。

就在威爾遜山天文台的建設有條不紊地進行時,本文的另一個主角 - 埃德溫.哈勃,還在芝加哥大學攻讀博士學位。

哈勃,1889年出生在密蘇裏州的一個中產家庭裏。年青時的他熱愛體育運動,並多次獲獎。盡管他自小就喜歡天文學,但在他父親的要求下,哈勃在大學裏讀的是法律專業。1913年,哈勃的父親去世。翌年,哈勃開始在芝加哥大學攻讀博士學位,主修天文學。1917年,美國參加一戰,已獲得博士學位的哈勃自願參軍。但當第二年他所在的部隊奔赴歐洲戰場時,一戰結束,哈勃逐退役返回芝加哥大學繼續他的天文學研究工作。1919年,哈勃獲得了海爾台長的聘用,擔任威爾遜山天文台研究員,從此開始了他的人生巔峰。

 

兩年前的夏天,我們駕車開上了威爾遜山山頂。從這裏往山下的洛杉磯盆地望去,房子就如同棋盤般大小。真有種會當淩絕頂 一覽眾山小的感覺。

天文台在山頂的後方。我們首先來到的是博物館,裏麵展示了天文台的成就和發現。從介紹中可知,當時在天文台的工作人員大多是學術界大牛,皆是一時之豪傑。即使是在裏麵的休息室或者餐廳裏麵閑聊,也是談笑有鴻儒,往來無白丁

再往前走,就可見兩個巨大的穹頂建築,裏麵分別存放著60英寸和100英寸的反射望遠鏡。我在想,時年三十歲的哈勃在第一次接觸這些當時最先進的天文設備時,他的內心是什麽感受?是否會如同我們這般興奮?

1919年,當哈勃來到威爾遜天文台時,100英寸的望遠鏡已經在那裏運作了兩年。研究員可以用它精確地測量恒星的大小和距離。

當時的主流天文學家認為,天空中的所有天體都是屬於銀河係。但是哈勃卻發現,很多被聲稱為星雲的天體,如仙女座星係等,實在太大和離我們太遠。這些星雲不太可能屬於銀河係,隻能是一個獨立於銀河係外的星係。1924年,哈勃把自己的發現發表在紐約時報上。一個月後的美國太空協會的年會上,哈勃把發現的證據向與會者作了說明。經過其他天文學家的觀測計算,大家也逐漸認可了哈勃的發現。

隨著越來越多的銀河外星係被發現,哈勃著手把它們編列分類。哈勃把它們分為橢圓星係、螺旋星係、和透鏡星係,並認為這幾種類別的星係存在先後演化的關係。人們把這種星係型態分類法稱為哈勃序列(Hubble sequence)。時至今日,哈勃序列仍是最常用的星係分類法。

哈勃最重要的貢獻則是發現了哈勃定律。經過幾年時間的觀測、計算,哈勃發現離地球越遠的星係,隨著時間推移,會離地球越來越遠。而它們離去的速度,則和星係離地球的距離成正比。1929年,哈勃正式把這一發現公之於眾。這個被稱為哈勃定律的發現,為宇宙大爆炸理論提供了有力的支持。

哈勃的這些發現讓科學界對宇宙的認識上了一個新的台階,也讓哈勃獲得了榮譽和獎項。在榮譽麵前,哈勃沒有自滿,依然兢兢業業地在威爾遜山天文台上又工作了幾十年,期間還發現了一顆圍繞太陽公轉的小行星。

1953年,哈勃在南加州聖馬利諾因腦血栓逝世,享年63歲。

為紀念哈勃的貢獻,小行星2069,月球上的哈勃環形山,以及哈勃太空望遠鏡均以他的名字來命名。此外,他還出現在2008年的一枚美國郵票上,他的出生地也把他選入名人堂

 

後記:上世紀四十年代後,隨著洛杉磯地區人口膨脹,越來越嚴重的燈光汙染阻礙了威爾遜山天文台的觀測能力,使它的重要性已經大不如前。如今的天文台除了承擔高分辨率天文中心CHARA”等一些科研項目外,大部分的區域都對公眾開放,成為一個科普基地。

值得一提的是,當從西邊後山通往威爾遜山天文台的加州二號公路開通後,曾為天文台建設和運營立下汗馬功勞的南邊前山道路於1936年結束了運輸任務。現在這條曾經的道路成為了登山客和自行車愛好者的樂園;而寬闊平坦的二號公路則讓汽車司機開得更加舒暢。我們上次去威爾遜山天文台也是沿著二號公路開上去的,全程約二十英裏,用時40分鍾。

今年九月份,聖蓋博山區山火肆虐,並一度逼近威爾遜山天文台附近,最近隻差一百碼。在消防人員的努力下,天文台主體建築最終得以保全,但是周圍的景色已經被燒得麵目全非。




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