阿来
穿越时空的视线
穿越时空的视线
1999 第4期   - 

阿来


    很多发明都曾在战争中发挥过巨大的作用。

    16世纪的荷兰眼镜制造商汉斯·里帕席把两片透镜安放在金属管内适当的位置。从而在观察时将远处景物放大。他把这一新发明献给荷兰政府，用于战地观察，在荷兰反抗西班牙的独立战争中发挥了重要作用。

    剩下来的事情只是等待一个人把它转向天空，这个人就是伽利略。1609年，当时任数学教授的他去威尼斯访问，在这里，他获得了荷兰人制成能将远处物体放大的筒形眼镜的消息。伽利略立即想到，这种新发明可以用于观测天体，于是，他亲自设计和制造了第一架天文望远镜。他将一块平凸透镜和一块平凹透镜装在一根直径4.2厘米，长60厘米的管的两端。为了能够伸缩调整，以适应远近不同的物体与观察者不同的视力，他还用一粗一细的两根相套的空管来调节两片透镜的距离。在一个晴朗的夜晚，伽利略把这具能把物体放大三倍的仪器对准了月亮，于是，世界上便产生了第一架天文望远镜。

    这是一个具有非常意义的时刻。英国著名的科普作家呵普里尔德说：“这一时刻，对世界的意义是如此重大，以至于人们将它与耶稣的诞生相提并论。”因为，“自这一时刻，人类生活中的不可能成为可能。”有人把这一时刻定义为现代科学的创世纪般的起点。当然，这一刻所蕴含的伟大意义，当我们从数百年后的今天回眸瞩望时才完全显示出来。仅仅从科幻的眼光来看，没有这一刻，我们很难断定凡尔纳会写下鲁迅译为《月界旅行记》的那部成为一切太空题材科幻小说鼻祖的伟大作品。

    从此，这个世界上便多了一种时时想把天空看得更清楚、更深远的人。

    德国人开普勒将伽利略望远镜的目镜与物镜都改为平凸透镜，并相应加长了望远镜镜身。如此一来，观测到的景物就倒置了。不过，对悬浮在宇宙中的天体而言，也无所谓正看与倒看。真正让人感到遗憾的是，开普勒因为视力不好，并没有从望远镜里看到什么。最先用开普勒望远镜观测行星的，是意大利天文学家弗朗西斯科·冯塔那，他看到了木星上的横带与火星上的模糊斑纹。后来，意大利人里希奥利用这种望远镜看到了木星卫星被太阳投射到木星上的影子，从而证明木星也像地球一样，是靠反射阳光才发亮的天体。

    在天文望远镜的发展初期，就被像差问题所困扰。所谓像差，是指光线经过透镜后不能准确汇聚于焦点而使图像模糊的这一缺陷。荷兰数学家斯内列斯用数学方式研究了像差问题，从而发现了入射角与折射角的正弦之比保持不变的规律，从而对开普勒望远镜为何需要加长的镜身，作出了理论解释。

    在科学史上，很多时候都是先有理论，再由实验求证，而在望远镜的历史上，却是发明在实践中产生后再获得理论支持。十七世纪，荷兰人惠更斯从另外一个角度论证了长身望远镜的必要性。他发现，曲率越小，透镜成像质量越好。而曲率越小，焦距便越长，望远镜的镜身也就必须随之加长，因此，他亲手制造的望远镜竟达到了37米的长度。1659年，他向全世界宣布了几年来用长镜身望远镜获得的惊人观测结果：土星被一道又薄又平的光环围绕着，而且，光环的任何一处都不与土星表面相接触。于是，一个长镜身望远镜的时代便到来了。有的望远镜的前端要吊在高高的桅杆上，还需要许多工人使用绳索才能使之起落升降。当时的人们并不懂得，决定望远镜放大倍数的，是透镜的直径而不是焦距的长短。因此，望远镜的长度才有增无减，最长的竟达到了65米。

    针对这种情形，英国人胡克为了缩短望远镜镜身又保持物像清晰，提出了反射镜的最初构想。最后，还是科学巨人牛顿把这一设想变成了现实，他于1668年亲手制造了第一架长度仅15厘米的短身望远镜。但这并不意味着一个新的观天时代已经到来，望远镜在解决了像差问题后，还被色差问题所困扰。所谓色差，是指望远镜图像周围出现彩色环使观察目标模糊的缺陷。牛顿用一棱镜使白光折射，形成了红、橙、黄、蓝、绿、紫的光谱色带，说明白光实际上是不同颜色光的混合体。牛顿认识到，色差是光通过透镜折射形成光谱的必然结果。

    牛顿科学地解释了光谱现象，却又认为这是永远无法纠正的。由此，使人联想到在量子力学领域有过重大发现，却又得出错误结论的爱因斯坦。对此，有人很快提了质疑。苏格兰数学家格雷戈里问：眼睛就是一块透镜，为什么就没有造成色差?

    英国律师兼数学家霍尔设计把两块透镜组合在一起，从而成为一个双凸透镜，使光会聚到焦点，而不致使颜色光散开。他把这个新装置叫做消色差镜。1733年，霍尔终于制出了物镜直径为6.5厘米．镜身仅长50厘米的消色差折射望远镜。这才宣告了短镜身望远镜时代的真正来临。

    消色差望远镜虽然消除了色差，但当时的技术条件只能制造出直径10厘米的透镜，而透镜的大小则决定了星空观测者的视界。直到1744年，英国天文学家威廉·赫歇耳制造出一块直径为45厘米的反射镜，并把它装到一架6米长的望远镜里，并于1781年发现了太阳系的第七大行星—天王星。这是伽利略首次把望远镜用于天象观测后，用望远镜发现的第一颗行星。

    1786年，赫歇耳决定制造一架反射镜口径为122厘米，镜身长12·2米的大型望远镜。为此，英王乔治三世捐赠2000英镑。1786年，这架巨大的望远镜终于竖立起来，犹如一尊重型大炮直指天空，从此揭开了望远镜巨型化的新纪元。巨型望远镜宽广的视野，使人们可以同时观测足够多的恒星，从而把人类的目光引出了太阳系外，引向了整个宇宙空间。1805年，赫歇耳就提出了太阳以每秒17·5公里的速度朝武仙座方向运动的论断。这一结论是革命性的，在伽利略、开普勒、牛顿之后，阐明了太阳和太阳系在银河系中的运动，从而宣告了太阳不是宇宙的中心。

    现代望远镜技术的发展，以美国1895年制造的巨型望远镜为开端。这架望远镜用一块101厘米直径、230千克重的透镜装在18米长的镜身里，整座望远镜的重量达到一万八千多公斤。本世纪二十年代，施密特又将反射望远镜和折射望远镜两者的长处加以综合，提出一种新式巨型望远镜的方案。1930年，第一架施密特望远镜问世，它令人吃惊地增加了大型望远镜的效能，可用于宽视场的巡天工作，配合新发明不久的望远镜照像机，取得了多达100万颗星象和10万个以上星系的照片。

    1910年，芝加哥大学天文学系毕业了一位名叫哈勃的学生，这个在未来天文学界将独树一职的人物，却收拾行装去英国改学法律，并于1913年回国在肯塔基州从事法律工作。第一次世界大战爆发的1914年，他又突发奇想，回到天文界并获得博士学位。1919年，他进入威尔逊山天文台工作三十多年，直到离开这个世界。他是星系天文学的开创者。就像人类社会存在着人、家庭、乡镇、城市和国家之类的组织，宇宙中也存在着相似的阶层构造：星球、星团、星系、星系团、超星系团。将人类维系在一起的有多种多样的因素，而把宇宙间的众多天体维系在一起的，却只有一种力量：引力。大约一百个星系构成星系团，它们之间完全靠彼此间的重力吸引而保持着聚合状态。每一个天才的天文学家把眼睛离开望远镜时，都会告诉他们的同类些什么，伽利略是这样，牛顿是这样，哈勃也是这样。

    被哈勃窥破的最大的宇宙秘密是红移，那是光所透露出秘密。这种光线在另一双眼睛里根本就不算什么，那不过是几束略略有些变化的光罢了，但哈勃告诉我们，那是星球在离我们远去，虽然，我们不知道它们将去到哪里。但我们从此知道，从无限扩展的空间里，我们也能看到时间。一个超新星爆发的光芒到达地球时，光已经很冷很冷了，因为它已经在茫茫天宇里旅行了数十万光年，那就是过去的时间。而一些星星正在死去，那就是我们太阳系将来的时间。

    是的，从此我们的视线在穿越空间的同时，也正在穿越时间。现代天文学为我们建立起了一个崭背后的时空观。正由于此，美国宇航局在1990年把第一架被美誉为“最新型的观测宇宙的眼睛”的太空望远镜发射到地球轨道上时，要用哈勃来命名。

    哈勃太空望远镜几乎就是好事多磨的故事里的典范。早在1977年美国便通过了预算，并订于1981年正式升空。最初的延误出现在可视为望远镜生命的主镜片上，为了达到太空总署的严格的技术指标，这块直径达2.4米的巨型镜片完全靠人工研磨，一下就花去了五年时间。后来，又是电脑程序缺陷再次延误了升空时间。等到这一切问题解决后，又出现了1986年挑战者号爆炸事件。这次，不止是哈勃望远镜，美国所有的太空计划全线推迟。直至1990年4月10日，哈勃终于站在了发射台上，却又在发射前五分钟出现油压系统故障，在最后一分钟发射被迫取消，让两千多名屏息静待的天文学家的希望再次落空。

    1990年4月24日，在耗费了九年时间和七亿美元之后，哈勃望远镜终于升人太空。从这一天起，天文望远镜就可以克服地球大气带来的障碍，来捕获来自更大空间与更远时间的光线了。

    哈勃望远镜在升空一个多月后正式运行。这时，天文学家们却发现，因为焦距调整问题，哈勃传回地面的信号模糊不清，它的画面解析能力仅达到原设计水平的二十分之一。问题就出在主镜片上，它的边缘比预计的平坦了0.002厘米，从而造成了难以克服的球面像差。要知道，人们将哈勃送进太空，就是为了观测遥远的天体，探索宇宙初期、也就是时间开始时的状况，如此一来，这些计划便无从实现了。

    于是，科学家们决定进行太空维修，为其加装一个名叫COSTAR的修正装置，并添加隐形镜片，以恢复主镜片的功能。1993年12月2日，七名宇航员搭乘奋进号航天飞机升空，执行维修哈勃的任务。他们用机械手臂将望远镜收回到货物舱中，直到12月10日，经过维修的哈勃脱离了太空船，回到了它自己的轨道上。按维修小组的话说：他们“终于完成了病人的眼部手术”。为了检验维修效果，地面控制人员将其对准了位于室女座星系团的M100涡漩星系。天文学家们欣喜地发现，即使是数千万光年之遥的星系，也像是三十光年距离的物像一样清晰。对于这样一个成果来说，任何失败与曲折都是可以承受的了。

    但人们又在期待依靠哈勃作出更多的发现，于是，便有了第二次维修哈勃的行动。1997年2月11日，发现号航天飞机升空。太空人在此次飞行中共进行了四次太空行走，为哈勃增加了红外线观测装置一台分光仪。哈勃提供的更多的深空信息，鼓励天文学家们计划在以后的年代再对它进行一两次武装，使其在正式退役前，为我们勾勒出一幅更加；青晰的宇宙图景，提供更多的讯息，让我们描绘宇宙初始与终结时的情态。

    伽利略把望远镜对准月亮那一刻，数十倍地扩展了我们的视场。哈勃望远镜却将我们的视线在几乎穿透空间的同时，也穿透了时间。

    仅仅从科幻创作的眼光来看，这一系列的发明引发了时空观念的改变，这其实也为科幻小说家们重新考虑时空以及这个世界的关系提供了新的视角。美国科幻作家特德·奇昂在其新作《巴比伦塔》里，就以古老的圣经故事为题材，对地狱与天堂的关系进行了一种纯空间意义上的想像。

    而爱因斯坦们、霍金们在探索追问望远镜在我们面前展开的时空何以如此时，都在设想超越这一切宏大无边之上的终极力量。对于这一切，阿西莫夫却只写了一篇精巧的短篇《眼睛不仅用来看东西》，描绘出一种梦境般的力量，一种律动不已的欲望。今天，我们相信，科幻小说还有着许多已矢口与未知的空间，因为，还有许多望远镜等待开启，茫茫太空中还有许多的光线、许多的信号，正要抵达，或者刚刚出发。