在这座天文“圣地”，寻找星际间的辉映

作者│杜恋

审核│丁乙

编辑│赵经远

威尔逊山天文台│图源：Mount Wilson Observatory

在美国加州帕萨迪纳附近的威尔逊山上，有一座闻名遐迩的天文台，它就是威尔逊山天文台。1904年，美国天文学家乔治·埃勒里·海尔（George Ellery Hale）在华盛顿卡耐基研究所的支持下主持建造了这座天文台。

乔治·埃勒里·海尔│图源：Mount Wilson Observatory

威尔逊山天文台目前有两架可供公众使用的望远镜——60英寸望远镜和100英寸胡克望远镜。这两架望远镜曾经产出了璀璨辉煌的科学成果，如今它们虽已基本不再用于科学研究，但却成为了公众的福利，给公众带来无与伦比的观测体验。

60英寸望远镜

60英寸望远镜的建造过程十分曲折。其1.5米直径的镜坯是1896年由海尔的父亲威廉·海尔（William Hale）赠送给叶凯士天文台（海尔于1892年建立的一座天文台）的，威廉承诺出资打磨该望远镜。但世事难料，两年后威廉去世，海尔不得不重新为60英寸望远镜筹集资金。1902年，海尔向卡内基研究所申请在威尔逊山建立一个新的天文台，两年后威尔逊山天文台成立，海尔获得了足够的资金，60英寸望远镜的研制工作也正式开始。在经历了多次挫折后，1908年12月，60英寸望远镜终于开光，拍摄了第一张照片。在1917年100英寸胡克望远镜建成之前，60英寸是世界上运行中的口径最大的光学望远镜。

一位游客使用60英寸望远镜观测│图源：Mount Wilson Observatory

60英寸望远镜有许多重要创新，其中一项便是通过增加和改变副镜，使望远镜拥有多个焦点：卡塞格林焦点、牛顿焦点以及折轴焦点等。这是第一台使用折轴焦点的大型望远镜，在望远镜设计方面意义重大。

在用于科学研究的几十年里，60英寸望远镜取得了大量科学发现，例如1918年美国天文学家哈洛·沙普利（Harlow Shapley）使用它发现太阳不是银河系的中心，打破了当时的认知。而现在，60英寸望远镜虽然已经退役，但它也承担起了新的角色：向公众展示宇宙之美。

100英寸胡克望远镜

在建造60英寸望远镜的同时，海尔有着更大的雄心，在美国企业家约翰·胡克（John Hooker）的资助下，他计划建造一架100英寸（即2.5米）口径的望远镜。从1906年开始铸造镜坯，由于尺寸巨大，这个过程并不顺利，铸成的第一块镜坯里有气泡，第二块和第三块镜坯在冷却时碎裂，第四块镜坯过薄，在使用中很可能会产生形变……在受到多次打击后，海尔等人决定尝试使用那块有气泡的镜坯。最终，1917年，这架100英寸直径的望远镜建成了，以资助者胡克的名字命名，在1949年之前它是世界上口径最大的光学望远镜，其主镜至今仍是最大的实心玻璃。

充满气泡的胡克望远镜主镜│图源：Mount Wilson Observatory

而在1917年11月1日晚，也就是开光的那一夜，人们对于这块并不完美的主镜仍然充满了疑虑。当晚天黑后，人们将胡克望远镜转向观测目标，随后便露出了目瞪口呆的表情，因为他们看到了重重叠叠的六七个像，而不是正常情况下的一个像。随后海尔等人想到可能是白天安装调试望远镜时打开了圆顶，使得圆顶内的温度有所升高，巨大的主镜可能因此产生了形变。所以那一晚人们能做的只有等待镜面冷却。次日凌晨，海尔等人将胡克望远镜对准另一个目标，他们观察到了一个清晰、明亮的星点，这架望远镜终于取得了成功！

100英寸胡克望远镜圆顶│图源：Mount Wilson Observatory

胡克望远镜曾被许多著名的天文学家使用过，可谓是世界遗产级的科学仪器。1920年，美国物理学家阿尔伯特·迈克尔逊（Albert Michelson）和弗朗西斯·皮斯（Francis Pease）使用胡克望远镜测量了参宿四的直径，这是人类首次测量除太阳外的恒星直径。美国天文学家埃德温·哈勃（Edwin Powell）曾用它确定了“旋涡星云”其实是与银河系一样的星系，这些星系位于银河系之外，结束了一场旷日持久的争论。哈勃还使用它发现了星系的红移与距离成正比，这一结论表明宇宙在膨胀，改变了人们对宇宙本质和大小的认知，并引发了一场持续至今的天文学革命。1931 年冬天，美国物理学家阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）访问了威尔逊山天文台，在哈勃与台长沃尔特·亚当斯（Walter Adams）的配同下，爱因斯坦通过胡克望远镜观察了宇宙。现在，这架历史悠久的望远镜已对公众开放，想象一下：亲自使用迈克尔逊、哈勃和爱因斯坦等人用过的望远镜来观测天体是不是一件很酷的事呢？

爱因斯坦使用胡克望远镜观测，从左到右：爱因斯坦、哈勃、亚当斯│图源：California Institute of Technology

其他设施

此外，威尔逊山天文台还有1905年建成的斯诺太阳望远镜（Snow Solar Telescope）、1908年建成的60英尺太阳塔和1912年建成的150英尺太阳塔以及2004年投入使用的高分辨率天文中心阵列（CHARA）等众多设施，下面简要介绍其中的一部分。

斯诺太阳望远镜是在威尔逊山天文台安装的第一架望远镜，也是世界上第一架固定台址的太阳望远镜。这架望远镜是由芝加哥的海伦·斯诺捐赠给叶凯士天文台的，后来被海尔带到威尔逊山，作为一台正式的科学仪器投入使用。它的主镜直径为61厘米，可搭配光谱仪对太阳和较亮的恒星开展光谱研究。

60 英尺太阳塔采用垂直塔设计，这使其太阳成像和光谱观测的分辨率远高于斯诺望远镜，名称中的“60英尺（18米）” 是其焦距。建成后不久，海尔就用它记录了太阳黑子光谱中的塞曼效应，这是首次在地球以外发现磁场的存在。20世纪60年代，美国天文学家罗伯特·雷顿（Robert Leighton）使用60英尺太阳塔首次观测到太阳表面的复杂振荡，由此开创了日震学这一领域。

150 英尺太阳塔的主镜直径是30厘米，其名称中的“150英尺（46米）”指的是焦距，它曾是世界上焦距最长的太阳望远镜。这一设施采用塔中塔设计，内塔支撑位于顶部的光学元件，外塔支撑建筑结构及圆顶，这种设计使光学元件免受风的影响，从而获得稳定的图像。天文学家使用它研究太阳自转、太阳黑子、太阳磁场和日震学。

150 英尺太阳塔的顶部│图源：维基百科

高分辨率天文中心阵列由六架 1 米望远镜组成，沿三个轴排列，基线最长为330米，曾是世界上最大的光学干涉仪。在近红外波段，其分辨率可达0.5毫角秒；而在光学波段，则可达0.2毫角秒。得益于其优异的分辨率，2007年天文学家首次直接测量了系外行星的直径；而在2013年，天文学家首次观测到了遥远恒星上的黑子。

高分辨率天文中心阵列的望远镜圆顶之一│图源：维基百科

如今，威尔逊山天文台向公众开放了包括望远镜观测、天文台音乐会、天文学讲座和艺术活动等各类活动，使天文台不再远离大众，让天文学不再高不可攀。笔者个人很认同这种形式，让专业设施持续开展天文观测研究，而使“退役”的望远镜逐渐走近大众，这未尝不是科普的一种好方法。

100英寸胡克望远镜穹顶音乐会│图源：Mount Wilson Observatory

参考文献

1、迈克·戴维斯著，林鹤译，水晶之城：窥探洛杉矶的未来，上海人民出版社，2010.1

2、Mount Wilson Observatory History，Mount Wilson Observatory，https://www.mtwilson.edu/history/

3、Telescope Observing，Mount Wilson Observatory，https://www.mtwilson.edu/observe/

4、Mike Simmons，Building the 60-inch Telescope，Mount Wilson Observatory，https://www.mtwilson.edu/building-the-60-inch-telescope/

5、Mike Simmons，Building the 100-inch Telescope，Mount Wilson Observatory，https://www.mtwilson.edu/building-the-100-inch-telescope/

6、黎耕，巨镜逐梦，中国国家天文，2023.2

7、Events，Mount Wilson Observatory，https://www.mtwilson.edu/events/

8、Sixty-inch Hale Telescope at Mount Wilson Review，http://www.scopeviews.co.uk/MountWilson60.htm

9、Mount Wilson Observatory，wikipedia，https://en.m.wikipedia.org/wiki/Mount_Wilson_Observatory

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