镜中宇宙
银镀层
1870年代，当墨尔本大型望远镜失败后，大型金属反射镜的时代丢人地结束了。然而业余界受到了1850年代的两项技术突破的激励，继续进行着实验创新。
1856年，德国化学家尤斯图斯·冯·李比希（Justus von Liebig）发现了利用硝酸银、氢氧化钾、氨水和糖在玻璃上沉积出一层银反射膜的方法。之后不久，巴黎的物理学家列昂·傅科（Léon Foucault）和慕尼黑的光学设计师卡尔·奥古斯特·冯·斯坦海尔（Carl August von Steinheil）独立地将这一技术应用于制造口径4至13英寸的望远镜反射镜上。1864年，傅科使用他的技术为马赛天文台建造了311/2英寸的镀银玻璃反射式望远镜。
新型反射镜带来了希望。镀银玻璃反射镜比镜用合金反射镜更轻，却没有后者那般易碎，且反射率更高，更易于加工。此外，给玻璃重新镀上反射膜也不象给金属镜重新抛光和重塑外形那样需要那么多的专业技术。还是在1850年代，傅科发展了他那灵敏的刀口检测法，这项技术利用一束照明光来检测反射镜表面，能达到可见光波长几分之一的精度。反射镜第一次可以在安装到望远镜上之前，在工厂中将问题精确地诊断出来。
纽约医生亨利·德雷珀（Henry Draper）在1862年采用了第一架镀银玻璃反射望远镜，此时距离傅科311/2英寸望远镜的落成还有两年。德雷珀受罗斯在爱尔兰的72英寸巨镜视力所鼓舞，打算建造自己的151/2英寸镜用合金反射望远镜，但他无法将其精密抛光成合适的形状。不过他却完善了一架同样大小的镀银玻璃反射镜，放大倍率超过了1200倍。
德雷珀出版于1864年的《如何建造使用镀银玻璃望远镜》一书成为写给反射望远镜制造者的实用建议（外加诱惑）标准纲要。1872年，他制成了一架28英寸的卡塞格林反射镜，并用它拍摄了第一条恒星光谱（织女星）。
1879年，英国业余天文学家安德鲁·安斯利·康芒（Andrew Ainslie Common）从经验丰富的仪器制造者乔治·卡尔弗（George Calver）那里得到了一架36英寸镀银玻璃反射望远镜，并对其进行了改造，以使其能够充分利用新式干板底进行长时间曝光。康芒在1880年代早期拍摄的猎户大星云底片是类似现代影象的最早照片，而1883年的一次长时间曝光使他获得了皇家天文学会的金质奖章。
为了他那雄心勃勃的60英寸反射望远镜建造计划，康芒于1885年将36英寸镜卖给了英国纺织品制造商爱德华·克罗斯利（Edward Crossley），后者又将其捐给了加州利克天文台。1890年代，天文学家詹姆斯·基勒（James Keeler）在汉密尔顿（Hamilton）山顶使用由利克（Lick）重命名为克罗斯利的望远镜进行了破天荒的地面旋涡星云巡天。基勒的旋涡看起来是仙女大星云M31的缩小变暗版，这暗示给人们一个充满星云的庞大宇宙。康芒的60英寸反射镜最后被哈佛大学买去，但从来没有获得与它的小兄弟相当的声誉。
上图：安德鲁·安斯利·康芒在1883年2月26日拍摄的猎户大星云，曝光时间1小时。这张照片是使用他的36英寸反射镜在故乡英格兰拍摄的之后望远镜被搬到了加州的利克天文台，并更名为克罗斯利反射镜。这是接近当代天文学图象的照片中最古老的一张。直到那时，著名星云的细节只在素描簿中有所记录。
康芒反射镜的上述命运预示了大口径望远镜的未来。这些仪器将被安装到山顶上，在这里它们可以最终服务于科学而非为建造者的便利。配备着大型望远镜的天文台将成为拥有全职专业员工的事业机构。原先对天文学没有兴趣的有钱人将被劝说为大型望远镜的建造支付款项；这仅仅是因为罗斯伯爵、拉塞尔和康芒这样对天文学感兴趣的赞助者太少了。
追求最佳
1908年：60英寸，乔治·埃勒里·海尔（George Ellery Hale）在威尔逊山建造的两架大型望远镜中较为古老的一架于1908年开光。
Copyright 1953 Huntington Library
美国天文学家乔治·埃勒里·海尔是新兴天体物理学的热心拥护者。从儿时被光谱迷住，到为了拍摄太阳爆发而发明了太阳分色照相仪，再到他参与创办《天体物理学杂志》，海尔取得的科学进步都是这场运动的标志。海尔回忆说：“我天生就是个实验主义者。我必定会寻找物理学和化学与天文学结合的方法。”
1892年，海尔成为了芝加哥大学的教工，并在科学与经济两方面固执地推动着天体物理学的进程。1897年，叶凯士40英寸折射镜的落成是海尔为建造世界上最大的实用望远镜而进行的四次筹款中的第一次。但甚至早在为建造新的叶凯士天文台而垒砖砌石的时候，海尔就在制订60英寸反射镜的计划了。这块由海尔的父亲出资购买的反射镜于1896年运抵叶凯士，但在研磨抛光后，正当海尔为了它的安装而寻求资金支持时，它却被人忽略在地下室中。同时，海尔正打算为新的天文台寻找只存在于他的想象中的台址：一群最杰出的天文学家在山巅的研究室中用大型望远镜探索宇宙。
构筑梦想
1917年：100英寸，海尔的100英寸胡克望远镜在30多年间保持着“世界最大”的头衔。
乔治·埃勒里·海尔（右，Copyright 1905 Huntington Library）建造了世界上最大的实用望远镜——共计四次。值得一提的是，这些仪器[伊利诺伊州的40英寸叶凯士折射镜、加州威尔逊山顶的60英寸和100英寸反射镜（左），以及帕洛玛（Palomar）山以他的名字命名的200英寸望远镜]都还在使用着。
1904年12月20日，华盛顿的卡内基学院同意为在加州帕萨迪那附近一英里高的威尔逊山建立天文台提供支持，海尔梦中的设施变成了现实。1905年夏，一架反射式太阳望远镜已投入使用，在随后的几年中落成了两架垂直的“塔式望远镜”，它们也是用于拍摄太阳的。从叶凯士的地下室中挽救出来的60英寸反射镜由火车运往加州，并于1908年12月首度指向天空。海尔写道：“恒星看上去就是黑天鹅绒上的宝石，天空富饶而黑暗，每颗星都是光辉而鲜活的亮点。”
绝妙的视野只是加强了海尔超越60英寸望远镜的决心，这是在骡队将一吨重的反射镜运往山顶之前即已考虑过的计划。1906年夏，洛杉矶商人约翰·D·胡克（John D Hooker）同意为100英寸反射镜的建造付帐。
在安装60英寸反射镜的同一天，重5吨、厚13英寸的玻璃盘片运抵帕萨迪那。在随后的5年中进行的是艰难的研磨、抛光、镀银、光学测试工作，还与望远镜的赞助人争吵不休。不过1917年，在海尔接近神经崩溃边缘的时候，100英寸胡克望远镜终于完工了。
它是赫歇尔、罗斯伯爵、拉塞尔的大型望远镜的后继者，但远比前任复杂。装配完毕的庞然大物重达100吨，但只需手推一下就可以让它运动起来。跟踪是由一台重物驱动的转仪钟机构完成的，转仪钟与直径17英尺的驱动轮连接，驱动轮的精度足以进行长达好几个小时的曝光。灵活的光学系统可以采用牛顿式、卡塞格林式和折轴焦点式结构，它可以探测世界上其他设备都探测不到的深层空间。
在海尔设立的舞台上，大步走来了另一位适于作出历史性发现的演员。埃德温·哈勃（Edwin Hubble）是个天赋颇高且不屈不挠的暗淡星云观测者，他的研究计划充分利用了胡克望远镜的能力。哈勃在1923年拍摄的仙女大星云照片揭示了一颗空前暗淡的造父变星，这暗示仙女大星云（范围可扩展到所有旋涡星云）必定位于银河系之外很远的地方。在一次观测绝技的展示过程中，哈勃及其同事米尔顿·赫马森（Milton Humason）将威尔逊山庞大的天体物理机器的触及范围拓展到了已知宇宙的边陲。结果是，他们证实了星系的径向速度随着距离的增长而增加——这就是宇宙膨胀的证据。
对于海尔来说，他本能地展望着未来，用“星光降落在地球表面的每一平方英里上，我们当前所做到的最佳工作就是收集并汇聚落在直径100英尺区域上的光线”来游说捐资者。这场战役的结果将是如今在帕洛玛山之巅以他的名字命名的200英寸反射镜。
1948年：200英寸，帕洛玛天文台的200英寸海尔望远镜预示着当代巨型反射镜的出现。直到今天它仍旧负担着大量科研工作。
图片提供：Scott Kardel/Palomar Observatory/Caltech
在一个世纪的大半时间里，天体物理学的先驱者们发起的观测方法明显区别于古典同行。他们相信，宇宙不仅仅是对目镜中所见的光点和细束连续的计算，更是广布的天体群，它们的本质也许能够通过它们发射的光线探测出来。为了这个目的，目光长远的观测者推进了新一代设备，以图更有效地收集光线，虽然用于解释它的理论框架尚不存在。装备了照相机和分光仪的巨型反射望远镜占据了自艾萨克·牛顿时代以来的技术成就金字塔的顶点。这是一座由创新与实验之石堆砌而成的金字塔，将石块粘合到位的是物理学、化学以及发明家的汗水。在20世纪20年代砌就的最后一块砖石标志着摄影术、光谱学和望远镜创造力的整合。在它的帮助下，羽翼渐丰的实测天体物理学转变成了今日发现的引擎。
科学史家Alan W. Hirshfeld是马萨诸塞大学达特茅斯分校的物理学教授。这篇文章是一系列凸显将天文学推进到现代科学的技术进步的文章之三。其他两篇发表在本刊2004年4月号和8月号上。译文见本站的拍摄天空与星光侦探。
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