哈勃与加州的威尔逊山天文台

徐志摩的思路,徐霞客的文笔。天马行空,喜欢写作。阅读历史、地理等知识,追寻探险背后的故事。曾上电视参加益智类竞赛节目-金头脑,并夺得月优胜。这就是我,一个爱好广泛的小伙子。
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今年是哈勃太空望远镜升空三十周年。这座以已故天文学家爱徳温.哈勃(Edwin Hubble)而命名的太空望远镜,为人类拍摄了大量太空照片,和发现了很多宇宙奥秘。

虽然哈勃望远镜离我们很远,但天文学家哈勃生前曾工作过的地方 - 威尔逊山天文台(Mount Wilson Observatory), 却离我们很近。也正是在这座洛杉矶附近的天文台里,哈勃发现了大多数星系都存在红移的现象,建立了哈勃定律,并成为证明宇宙膨胀的有力证据。

威尔逊山天文台的历史可追溯至十九世纪末。1892年,哈佛大学准备为新的天文台选址,以取代因天气原因而无法有效运作的旧天文台。南加州的威尔逊山成为其中一个候选地点。

威尔逊山,海拔1741米,离洛杉矶市区约20英里。由于洛杉矶常年晴空万里,比周边地形高出一大截的威尔逊山很适合作为天文台。这里最大的缺点在于交通困难。当时只有一条羊肠小道从南面步行四个小时登上山顶,而且只能让人通行,连驮马也无法通过,很不方便。因此,在威尔逊山山顶修建天文台的计划被暂时搁置。

几年后,威尔逊山逐渐成为了旅游景点。随着越来越多的本地市民上山游玩、赏景、甚至露营,有几位商人发现了商机,集资扩建山路,把原来仅够一人通行的步道扩建为六米宽可供马车上下的收费道路。

1903年,天文学家乔治.海尔(George Hale)访问威尔逊山,对这里的条件赞不绝口。在他的倡仪下,一年后天文台开始在此兴建,所需资金大部分由钢铁大王卡内基名下的科学研究所捐赠。

为了加快天文台的建设进度,进山的十英里道路由马车道升级为公路。尽管这条公路路面狭窄,崎岖难行,但是至少能把急需的建材和物资运上山顶。经过数年的安装调试,口径60英寸(1.52米)的反射望远镜在威尔逊山山顶正式启用,这是当时世界上最大的望远镜。这让威尔逊山天文台在光谱分析、视觉测量、星云观测和测光等领域拥有世界领先的设备。

几年后,天文台长海尔希望能在山顶上建立更大的望远镜。口径达100英寸(2.54米)的反射望远镜应远而生。1917年,经过九个小时的艰难运输,这台近一吨重的装备终于被汽车运上山顶,并在当年11月安装使用。

就在威尔逊山天文台的建设有条不紊地进行时,本文的另一个主角 - 埃德温.哈勃,还在芝加哥大学攻读博士学位。

哈勃,1889年出生在密苏里州的一个中产家庭里。年青时的他热爱体育运动,并多次获奖。尽管他自小就喜欢天文学,但在他父亲的要求下,哈勃在大学里读的是法律专业。1913年,哈勃的父亲去世。翌年,哈勃开始在芝加哥大学攻读博士学位,主修天文学。1917年,美国参加一战,已获得博士学位的哈勃自愿参军。但当第二年他所在的部队奔赴欧洲战场时,一战结束,哈勃逐退役返回芝加哥大学继续他的天文学研究工作。1919年,哈勃获得了海尔台长的聘用,担任威尔逊山天文台研究员,从此开始了他的人生巅峰。

 

两年前的夏天,我们驾车开上了威尔逊山山顶。从这里往山下的洛杉矶盆地望去,房子就如同棋盘般大小。真有种会当凌绝顶 一览众山小的感觉。

天文台在山顶的后方。我们首先来到的是博物馆,里面展示了天文台的成就和发现。从介绍中可知,当时在天文台的工作人员大多是学术界大牛,皆是一时之豪杰。即使是在里面的休息室或者餐厅里面闲聊,也是谈笑有鸿儒,往来无白丁

再往前走,就可见两个巨大的穹顶建筑,里面分别存放着60英寸和100英寸的反射望远镜。我在想,时年三十岁的哈勃在第一次接触这些当时最先进的天文设备时,他的内心是什么感受?是否会如同我们这般兴奋?

1919年,当哈勃来到威尔逊天文台时,100英寸的望远镜已经在那里运作了两年。研究员可以用它精确地测量恒星的大小和距离。

当时的主流天文学家认为,天空中的所有天体都是属于银河系。但是哈勃却发现,很多被声称为星云的天体,如仙女座星系等,实在太大和离我们太远。这些星云不太可能属于银河系,只能是一个独立于银河系外的星系。1924年,哈勃把自己的发现发表在纽约时报上。一个月后的美国太空协会的年会上,哈勃把发现的证据向与会者作了说明。经过其他天文学家的观测计算,大家也逐渐认可了哈勃的发现。

随着越来越多的银河外星系被发现,哈勃着手把它们编列分类。哈勃把它们分为椭圆星系、螺旋星系、和透镜星系,并认为这几种类别的星系存在先后演化的关系。人们把这种星系型态分类法称为哈勃序列(Hubble sequence)。时至今日,哈勃序列仍是最常用的星系分类法。

哈勃最重要的贡献则是发现了哈勃定律。经过几年时间的观测、计算,哈勃发现离地球越远的星系,随着时间推移,会离地球越来越远。而它们离去的速度,则和星系离地球的距离成正比。1929年,哈勃正式把这一发现公之于众。这个被称为哈勃定律的发现,为宇宙大爆炸理论提供了有力的支持。

哈勃的这些发现让科学界对宇宙的认识上了一个新的台阶,也让哈勃获得了荣誉和奖项。在荣誉面前,哈勃没有自满,依然兢兢业业地在威尔逊山天文台上又工作了几十年,期间还发现了一颗围绕太阳公转的小行星。

1953年,哈勃在南加州圣马利诺因脑血栓逝世,享年63岁。

为纪念哈勃的贡献,小行星2069,月球上的哈勃环形山,以及哈勃太空望远镜均以他的名字来命名。此外,他还出现在2008年的一枚美国邮票上,他的出生地也把他选入名人堂

 

后记:上世纪四十年代后,随着洛杉矶地区人口膨胀,越来越严重的灯光污染阻碍了威尔逊山天文台的观测能力,使它的重要性已经大不如前。如今的天文台除了承担高分辨率天文中心CHARA”等一些科研项目外,大部分的区域都对公众开放,成为一个科普基地。

值得一提的是,当从西边后山通往威尔逊山天文台的加州二号公路开通后,曾为天文台建设和运营立下汗马功劳的南边前山道路于1936年结束了运输任务。现在这条曾经的道路成为了登山客和自行车爱好者的乐园;而宽阔平坦的二号公路则让汽车司机开得更加舒畅。我们上次去威尔逊山天文台也是沿着二号公路开上去的,全程约二十英里,用时40分钟。

今年九月份,圣盖博山区山火肆虐,并一度逼近威尔逊山天文台附近,最近只差一百码。在消防人员的努力下,天文台主体建筑最终得以保全,但是周围的景色已经被烧得面目全非。

nightrider 发表评论于
@湾区金头脑:

Incredible indeed. That was the first time I had ever seen the effulgent Milky Way for what it was and realized why it was called that. I grew up in the city and had never ever known what Milky Way truly meant up until then.
湾区金头脑 发表评论于
回复 'nightrider' 的评论 : Thank you for sharing your experience. I believe the view at night would be extraordinarily beautiful on the top of Mount Wilson
nightrider 发表评论于
I was doing an undergraduate research at UC Berkeley physics department studying supernovae explosions to use as standard candles a part of distance ladders for measuring the rate of the inflation of the universe which, as you said in your article, Hubble discovered. I had a wonderful time, enjoying both the work and the scenery. At night I was awestruck by the sight of the vast and brilliant Milky Way draping across the black sky.

I later went on to obtain a Ph.D. and became a theoretical physicist specializing in general relativity or gravitation.
湾区金头脑 发表评论于
回复 'nightrider' 的评论 : Thank you. What do you do there? How do you like it?
湾区金头脑 发表评论于
回复 'lin13590' 的评论 : 谢谢补充。我觉得缆车道不太可能。一来南坡太陡、二来附近有地震带、三来缺乏经济效益;再加上山火隐患,更加没人敢投资了
nightrider 发表评论于
Nice article. I have worked at the Mount Wilson Observatory for a while.
lin13590 发表评论于
谢谢这么详细的介绍,这个山我开车上去过3次,尤其喜欢在上面看大洛杉矶的夜景,其实这个天文台早年的时候爱因斯坦也上去过。我常想如果能建个缆车道到上山就好了,景色不会比温哥华的sea to sky 差,也不用从二号公路绕上山了。
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