第二十章 美国天文学的过去和未来 人们在这个领域中所做的一切都是微不足道的――可以说天文学这门学科不过 才刚刚开始；然而比起过去整整一个世纪该领域空空如也的状况，这一切可谓硕果 累累了。当然，在那些继往开来的后辈子孙眼中，我们的知识则不过是一些粗浅贫 乏的童稚之见；然而，这没有什么可值得鄙薄的，因为正是凭借这一星半点的可怜 知识。我们才得以在黑暗中摸索前进，并终于触摸到了上帝长袍的边缘。 艾格尼丝・M．克拉克（Agnes M.CIerke）《天文学史概论》 （亚当和查尔斯・布莱克，1893，伦敦） 1899年以来，世界发生了巨大的变化，然而几乎没有哪个领域――在基本理论 的发展中，在新现象的发现中――其变化能比得上天文学那样惊天动地了。这里只 要读一读最近在一些科学杂志，如《天体物理学杂志》和《洲际宇宙火箭》上刊登 的几篇论文的标题就可窥豹一斑了。这些论文的标题是：《G240－72：一颗带有不 寻常极化的新磁性白矮星》、《相对论性的恒星稳定性；最佳结构效应》、《星际 甲胺的检测》 、《52颗衰变星的最新一览表》、《半人马座a星的年龄》、《OB逃 逸使伴星坍缩了吗？ 》 、《中子星中有限核体积对中微子偶韧致辐射的影咖》、 《来自星际衰变过程的万有引力辐射》、《探寻M31方向上软性X－射线背景的宇宙 学成分》、《含钛大气中碳氢化合物的光化学》、《金星8号测定的金星岩石中铀、 钍和钾的含量》、《来自科霍特克彗星的氰化氢无线电发射》、《金星局部的射电 亮度和标高图像》 以及《水手9号拍摄的火星卫星的照片图册》。我们的天文学祖 先们恐怕已从这些题目中悟出一鳞半爪的含义了吧，但是我想，他们的主要反应恐 怕不过是疑团满腹而已。 1974年，当我被邀担任美国天文学会周年纪念委员会主席时，我由衷地庆幸自 己得到一次赏心乐事的难得机会，于是，我开始专心致志地了解上一个世纪以来我 们这个学科的发展状况。我兴趣盎然地追溯我们以及我们的前人在过去和现在所取 得的成就，如果可能的话甚至将来所要达到的一些目标。1897年，耶基斯天文台正 式举行落成仪式，该台有世界上最大的望远镜。举行仪式期间还同时召开了天文学 家和天体物理学家的科学会议。1898年在哈佛大学天文台召开了第二次会议，1899 年在耶基斯天文台召开了第三次会议，至那时为止，美国天文学会才算正式成立了。 1897至1899年的天文学似乎是朝气蓬勃、充满活力的，是由极少数几个强有力 的名人支配的。那一时期的天文学论文能在非常短暂的时间里获得发表，从而促进 了天文学的繁荣。在此期间，《天体物理学杂志》审阅论文的平均时间――从送交 稿件到正式发表，似乎比现在的《天体物理学论坛》还要迅速。许许多多稿件则是 来自编辑该杂志的耶基斯天文台，这一事实也许与上述异常短暂的发表时间有些关 系。威斯康星州威廉海湾的耶基斯天文台的正式落成日――盖有1895年印章――则 由于地板的倒坍而被耽误了一年多的时间，这次事件险些使天文学家E．E．巴纳德 （E．E．Barnard）送命。在《天体物理学杂志》第六期149页上提到过这一事件， 但是在报道中，却没有发现一点对玩忽职守者的批评迹象。然而，英国杂志《天文 学》 （第二十期393页），则清楚地暗示了这一建筑的粗制滥造，但又采取了掩盖 手法庇护了这一事件的直接责任者。我们还在《天文台》杂志同一页上发现，为了 向耶基斯先生――这位靠残酷剥削致富的美国资本家捐助人――的旅行计划提供食 宿，庆祝耶基斯天文台落成仪式被延迟了几个星期。《天体物理学杂志》报道中说， “庆祝耶基斯天文台落成仪式有必要从1897年10月1日向后延期， ”但却没有讲明 原因。 《天体物理学杂志》 是由耶基斯天文台台长乔治・埃勒里・海耳 （George Euery Hale）以及詹姆斯・E・基勒（Jam－es E．Keeler）负责编辑的。詹姆斯・ E・基勒于1898年担任了加利福利亚哈密尔顿山的利克天文台台长。 然而，《天体 物理学杂志》却受到威廉斯・贝（Williams Bay）的某种控制，也许这是因为利克 天文台在同一时期还控制了《太平洋天文学学报》（PASP）。《天体物理学杂志》 第五卷中的有关耶基斯天文台的整页插图不下十三张，其中包括一个发电站插图。 第六卷前50页也有十二、三张耶基斯天文台的整页插图。第一届美国天文学和天体 物理学学会会长是华盛顿海军天文台的西蒙・纽科姆（Simon Newcomb） ，而第一 任副会长则是杨（Young） 和海耳，这一事实反映了美国天文学会对美国东部的控 制。当时，西海岸的天文学家在赶赴耶基斯天文台召开的天文学家和天体物理学家 第三次会议的旅途中遇到了种种困难，为此，他们怨天尤人，牢骚满腹，同时似乎 又对由于阴雨天气而不得不使庆祝耶基斯天文台落成仪式延期举行一事，感到了某 种欣慰，这种欢欣的气氛成了预示耶基斯天文台的40英时折射望远镜首次表演获得 成功的好兆头。这是天文台相互之间积怨甚多的最典型的例子了。从这两本杂志中， 我们都可以找到彼此相互怨恨的踪迹。 mpanel(1); 然而，在这同一时期，《天文台》杂志对美国天文学界的流言蜚语已早有所闻， 非常敏感。从《天文台》杂志上，我们发现利克天文台发生了一场“内战”，人们 竞相传言的“丑闻” 则是与爱德华・霍尔登（Edward Holden，他是利克天文台台 长基勒的前任）密切相关的。人们传说，是他让耗子进入哈密尔顿山天文台的食用 水中的。《天文台》还发了一篇关于预定在美国旧金山湾海域，进行化学爆炸实验， 以及该实验将受到哈密尔顿山的地震仪的监测报道。在约定的时间，除了霍尔登外， 全体工作人员中无一人能辨认出地震仪器指针微小的偏差变化。而霍尔登却果断地 立即派出了一个信使下山，想提醒人们注意利克测震表的高灵敏度。然而，信使刚 去不久，另一个信使上山带信来了，告诉实验已延期了。紧接着，利克天文台又派 出一个跑得飞快的信使去追赶先派下山去的那个信使。《天文台》的评论说，将使 利克天文台感到狼狈不堪的处境，终于这样勉勉强强地避开了。 1900年的那个值得自豪的宣告，即伯克利天文系将自此从加利福尼亚大学土木 工程系中独立出来的宣告，雄辩地反映出，这一时期的美国天文学正昂首步入它的 青年时代并焕发着青春的气息。1832年，乔治・艾里（Georye A iry）教授，后来 英国最出色的天文学家，发表过一番评论，对无法报道美国天文学方面的进展，羞 愧地感到无地自容，因为实质上，美国天文学无任何进展。若是在1899年，那他就 不会这样说了。 人们还从来没有看到外界政治对这些杂志有过多的干涉（如遭到大学师生们的 反对） 。只是偶尔看到一些比如像学会会长麦金利（Mckinley）任命T．J．J．西 伊（See） 为美国海军的数学教授之类的布告，以及利克天文台和波茨坦（德国） 天文台的天文学家们在一些科学争端上无休止的论战。 偶而也透露出一些有关十九世纪九十年代流行观点的痕迹。 比如， 乔治亚 （Georgia）在一篇关于1900年5月28日在西罗亚池（耶路撒冷附近之一池）观测食 象的详尽考察报告中提到：“甚至有些白人对行星食象的观测方法都缺乏深刻的了 解。很多人认为，这不过是赚钱的勾当，而常被人提起的非常重要的问题是我究竟 打算对参加者收缴多少费用。另一个观点是，行星的食象只能在我的天文台里观测 到……正是在这一点上，我希望表达我对学会团体崇高的道德风尚的敬意，这是因 为，这个包括关系最密切的邻里在内的、全体成员总数不过一百人的学术团体，供 养着两个白人教堂和两个黑人教堂，然而在我居住期间，我从未听到过一句亵渎宗 教的言词……由于我是一个虽生活在美国南部，但对南方的生活方式却很不习惯的 涉世也不深的新英格兰人（北方人），我自然而然的犯下了很多小错误，而人们并 没有把这些过错真正当回事。人们对我在我的黑人助手的名字前使用尊称的嘲笑， 迫使我将其改称为上校，这一称呼使每个人都感到非常满意。” 有一个参观团被委派去美国海军天文台解决一些（从未公开登载的）难题。这 个参观团的成员，包括两名参议员：爱德华・C・皮克林（Edward C.Pickering）， 乔治・C・康斯托克（George C．Comstock） ，以及海耳等教授，他们起草了一份 报告――我们之所以提到这份报告，是因为这份报告提到了一些天文台的开销费用。 我们发现世界上主要的天文台每年开销的费用是： 海军天文台，85，000美元；巴 黎天文台，53，000美元；格林威治天文台（英格兰），49，000美元；哈佛天文台， 46，000美元；普尔卡瓦天文台（俄国），36，000美元。美国海军天文台两位台长 的月薪均为4，000美元，哈佛天文台台长的月薪为5，000美元。这个参观团知名人 士建议，认真制定一项工资计划以便能吸引一批富有才华的优秀天文学家们进行工 作， 天文台台长的工资应该为6，000美元。在海军天文台，计算机每年要花费1， 200美元（工作人员的开销除外），但是，在哈佛天文台每年只需花费500美元，并 且几乎未雇用妇女。事实上，哈佛天文台所有人的工资，除台长以外，都明显低于 海军天文台。委员会宣称：“华盛顿天文台和坎布里奇天文台之间工资收入的巨大 差别，特别是低职官员的工资，大概是不可避免的。形成这种工资收入巨大差别的 部分原因是由于文职人员服务法则所规定的缘故。”天文学研究人员贫困的另一个 迹象，是在耶基斯天文台设置了“义务研究助理”，这一职位虽然没有收入，但是 据说可为学生获得高学位提供丰富的经验。 那时，天文学也象现在这样，遭到一些反论家的围攻，即遭到那些喜好阐发皮 相之谈或各种奇谈怪论的建议家的围攻。曾有人建议使用按顺序装有九十一副透镜 的望远镜来替换透镜数量较少，但孔径较大的望远镜。在这期间，英国天文学也遭 受了同样的干扰，但或许是以一种较平缓的方式。例如，英国皇家天文学学会月报 第五十九卷226负刊登的亨利・佩里哥（Henry Perigal）的讣告告诉我们，死者在 1850年被推选为皇家天文学会会员之前，就曾以皇家学会会员的身份来庆祝他九十 四岁生日。然而，“我们的报刊杂志却没有登载过他的任何作品。”讣告描述道， “佩里哥先生以他那富有魅力的个性为自己赢得了一个位置，这一位置对于持有他 这样观点的人来说似乎本来是不可能得到的。因为无需掩饰的事实说明，他是一个 既单纯又直率的反论家，他的主要观点是月球不运转，而他一生中主要的天文学目 标是尽力说服他人，特别是劝阻年青人不要顽固不化地坚持站在他认为极其错误的 对立观点上，为了达到这一目标，他绘制了图解，构筑了模型，抒写诗句，怀着英 雄自有高见的乐趣，耐心忍受着接踵而来的失望，因为他发觉，他的一切努力都是 徒劳的。尽管如此，只要撇开这一不幸的误解，他还是工作得相当出色的。 在这段时间里，美国天文学家为数很少。美国天文学和天体物理学学会的细则 规定该学全法定人数为20人。 到1900年为止，在美国天文学界只授予了9名博士学 位。而在1900年则有4名天文学学者获得博士学位：有两位是来自哥伦比亚大学的G ・N・鲍尔（G・N．Bauer） 和卡罗林・弗内斯（Ca－rolyn Furness）；一位是来 自芝加哥大学的福雷斯特・雷・莫尔顿（Forest Ray Moulton）；还有一位是普林 斯顿大学的亨利・诺里斯・罗素（Herry Norris Russell）。 在这一期间，对科学成果是否重要的判断，主要依据能否获奖而定。E・E・巴 纳德之所以获得了皇家天文学学会的戈尔德奖章，部分原因是由于他发现了木星的 卫星“木星5号” 以及他发明的使用一个照相镜头的天文学摄影术。然而，他乘坐 的轮船在大西洋上遇到了狂风巨浪，因而他没有准时到会参加庆典。据说由于风暴 的折磨， 他的身体需要好几天才能复原，为此英国皇家陆军（RAS）医院又款待他 吃了第二顿丰盛宴席。巴纳德的学术报告颇洋洋大观，该报告充分利用了最近加以 改进的视听直观教具，即幻灯放映机。 巴纳德在论及他所摄制的靠近蛇夫座＆的银河系区域的照片时，推断说：“银 河系的整个基础下面……有一层星云状物质。 ” 〔同时H・K・帕尔默 （H・K・ Palmer）却报道说在球状群MB的照片上没有星云物质］。巴纳德，是一位超极目测 观察者， 他对珀西瓦尔・格韦尔（Perclval Lowell）所提出的火星上不仅有人居 住，而且人工运河纵横交错的观点，表示了极大的怀疑。在对巴纳德的演讲致辞答 谢时，皇家天文学会会长罗伯特・鲍尔（Robert Ba ll）爵士，表达了对此的关注， 他说，今后，他“对火星上存在运河的观点将持某种怀疑态度，甚至连存在海洋的 可能性也被部分地排除了。或许，我们的演讲者最近在大西洋上的遭遇能够对这种 怀疑作出某种解释。”而洛韦尔的观点并不因此就对英国有利，正如《天文台》的 另一篇公告所表明的那样。当诺曼・洛克耶（Norman Lockyer）教授在1896年答复 人们向他提问，哪本书最使他高兴和感兴趣时，他回答说，“珀西瓦尔・洛韦尔的 《火星》 ，J．M．巴里（J．M．Barvle）的《多愁善感的汤米（Tommy）》。（没 有时间认真的读）。” 1898年，由法国科学院所授予的天文学奖，包括有：发现纬度变化的塞恩・钱 德勒（Seth Chandler） ；贝洛珀尔斯基（Belopolsky），他获奖的部分原因是由 于利用分光镜对双星进行研究；以及研究地磁的肖特（Schott）。另外，还有一项 关于土卫七――土星的一颗卫星的摄动理论的最佳论文比赛奖。我们得知，“华盛 顿的G・W・希尔教授所撰写的论文。是应征的唯一一篇论文，他因此而成为获奖者。” 1899年太平洋天文学学会授予柏林的阿瑟・奥渥斯（Ar一thur Auwers） 教授 以布鲁斯奖章。在对奥渥斯演讲的答谢辞中包括下面一段话：“今天，奥渥斯站在 德国天文学的最前列。在他身上，我们看到了我们时代研究工作者最完美的形象， 在德国，这类人的发展要比其它国家的同行更出类拔萃。他们细心的探索，坚持不 懈的勤奋工作，不断积累实例，小心谨慎地提出新的理论或新的解释，然而遗憾的 是，首先他们缺乏一种以第一个作出发现获取公众承认的努力。”1899年，国家科 学院第一次提出建立七年一次的亨利・德雷珀金奖。受奖人是基勒。1898年，布鲁 克斯，他的天文台分别设在纽约和日内瓦，宣告了第二十一颗彗星的发现――布鲁 克斯把它描绘成他所取得的“主要成就”。此后，由于他详细记录了发现彗星的整 个过程，因而荣获了法国科学院的莱兰德奖。 1897年，比利时举办了一个博览会，布鲁塞尔政府提供为解决天文学中某些难 题的奖金。这类难题包括由于地球引力加速度的数值，月亮的长期加速度，太阳系 经过宇宙空间的基本运动，纬度的变化，行星表面摄影术以及火星运动的实质。最 后一个题目是发明了在无日食（食象）情况下观察日冕的方法。《月报》（二十卷 145页） 评论说：“……如果这笔奖金真的引诱某人解决了这最后一道难题，或实 际解决了其它的任何一道难题，则我们认为这笔钱就值得花。” 然而，只要读一下这个时期的科学论文，就会产生一个印象，即文章的中心焦 点早已转移到其它题目上了。而不再拘泥于授奖的那些题目了。威廉爵士和哈金斯 （Huggins） 女士进行了实验室的实验，这些实验表明，在低压条件下，钙的发射 光谱只显示出所谓的H和K线。他们得出结论：太阳的成份主要是由氢、氦、“氖” （“Coronium”）和钙构成的。哈金斯在这之前不久已宣布行星的光谱序列，他相 信行星的光谱序列表明了行星的演化程序。在这一时期，达尔文主义者对科学的影 响是非常强烈的， 而在美国天文学家中，T．J．J．西伊的工作是明显受进化论者 观点的支配的。将哈金斯的光谱序列与现在的摩根－基南（Morgen－Keenan）的光 谱类型进行比较是很有趣的： 哈金斯的恒星光谱序列 _______________________________________________________ 增长寿命的顺序 恒星（圆括号内是新的光谱型） 新 天狼星（A1V）天琴座a（AOV） ……………… 天鹰座α（A7IV－V） 猎户座β（B8Ia） 天鹅座α（Asu 2su Ia） ……………… ……………… 御座α（G8，GO）太阳（GO） 牧夫座α星（Ksu 1su Ⅲ） 金牛座α（Ksu 5su Ⅲ） 老 猎户座α（Msu 2su I） ―――――――――――――――――――――――― 注：现代恒星光谱序列；从早期到末期的光谱排列类型有如O、B、A、F、B、K、 M。哈金斯是相当正确的。 这里，我们可以看到目前所沿用的术语“早型”和“晚型”光谱型的来源，这 也反映了维多利亚晚期科学的达尔文精神。显然这里有合乎情理的光谱类型的连续 次序，而且还有恒星演化的最新理论的开端，这些开始经由后来的赫茨普龙－罗素 图（简称赫罗图――译者）发展而来的。 在这一期间，物理学方面有重大进展，而一些重要论文摘要的重新印刷引起了 《天体物理学杂志》读者的注意。实验仍然是根据基本辐射定律进行的。在一些论 文上，物理的精密程度还未达到最高水平，比如，在PASP（十一卷18页）的一篇文 章中，火星的线性动量被计算成是行星质量和表面线速度的单一乘积，文章作结论 说：“行星，顶部除外，有183[3/8]×10[24]尺磅的动量。”而对于大数目的指数 计算法显然未广泛采用。 在这个时期，我们看到了有关恒星，例如M5中的恒星视觉光曲线和摄影光曲线 的报道；以及友基勒进行的关于猎户座恒星的滤光摄影实验。一个显然很激奋人心 的课题是时间可变的天文学，这个课题其实必定引起了一些动人心魄的东西，例如， 今天所知的脉冲星、 类星体以及X射线源。我们对视线的可变速度已有很多研究， 正是从中得到了光谱学的双星轨道， 以及源于H伽玛光谱线和其它光谱线的多普勒 位移的鲸鱼座的视向速度的周期性变化。 对恒星的首次红外线测量是由欧斯特・F・尼科尔斯在耶基斯天文台进行的。 研究结果表明： “我们从牧夫座o星接收到的热能，还不如一个远离五、六里地的 蜡烛给我们的热能。”至此再未作进一步的计算。在这一时期，由鲁宾斯（Rubens） 和阿奇凯内斯（Aschkinass），进行了第一次有关二氧化碳和水蒸汽红外线遮光的 实验性观测，阿奇凯内斯从本质上发现了二氧化碳在15微米时的v2基线以及水的纯 净旋转范围。 在德国波茨坦，朱利叶斯・沙因纳编著了新编仙女星座星云的摄像光谱学，沙 因纳正确地作出结论：“即以往对旋转星云是恒星群的怀疑现在烟消云散、毋庸置 疑了。”下面这段话是反映这一时期对人身攻击所能忍受的程度的例子，是从沙因 纳的论文中摘取出来的： 在 《天体物理学杂志》 第十一月号刊物上， 坎普贝尔 （Gampbell）异常愤怒地抨击了我对他的发现所提出的批评意见……这种神经过敏 对一个为了工作已将自身严肃地交付给他人的人来说，真有点令人吃惊。更有甚者， 一个频繁地观测到别人无法观测到的天文现象，同时又观测不到别人能够观测到的 现象的天文学家，务必要准备将自己的观点来一番辩驳。如果像坎普贝尔教授所埋 怨的那样，我只能用一个单独的例子来支持我的观点，我只是出于礼貌的动机而不 肯再添加一例说明。那么就是说，事实上坎普贝尔教授无法观测到的火星光谱的水 蒸汽谱线却被哈金斯和沃格尔在第一个位置观察到了，在坎普贝尔教授已经对它们 的存在表示怀疑时， 威尔兴（Wilsing）教授和我又观察到它们，并且毫无疑问地 证明了它们的存在。现在已知存在于火星大气中水蒸汽的含量本未使用分光镜方法 是完全不易察觉到的。 光谱学是十九世纪不对科学的发展具有重要影响的因素。《大体物理学杂志》 曾频繁地发表罗兰的太阳系光谱， 其光谱的谱线波长多达20，000种，而每一谱线 的波长都是醒目的七位数字。那时，该杂志曾发布了邦森的重要补闻。偶尔，天文 学家们还注意到他们所察觉的不寻常性质。“一颗行星所发出的微弱闪光竟成了难 以想像的遥远发光天体的物质和条件的自动记载。”《天体物理学杂志》所争论的 一个主要课题是光谱谱线的排列究竟是红色朝左呢还是红色朝右。那些倾向红色朝 左的天文学家们引证了钢琴这样的类比例子（钢琴是高频趋向右方），而《天体物 理学杂志》偏偏不顾一切地选择了红色朝右。在波长的排列顺序上，关于红色是应 该处于顶部还是应该处于底部的问题还是可以得到某些回旋余地的。哈金斯激动地 写到：“任何变化都不能不说是难以忍受的。”但是《天体物理学杂志》终归还是 获胜了。 在此期间， 另一个重要的讨论是关于太阳黑点的本质。G・约翰斯通・斯托尼 （G．Johnstone Stoney） 提出太阳黑点是由太阳光球中的凝聚云层引起的。但是 威尔逊（Wilson） 和费兹杰拉德（Fitz Gerald）则认为，除可能存在含碳的情况 外，很难想像在这些高温中会存在冷凝物。于是他们又十分含糊地提出另一种说法， 即，太阳黑子是由于：“气体对流的反射。”埃弗谢德（Evershed）有一个更富于 独创性的概念。他认为太阳黑子是太阳光球外层的空洞，它使我们看到太阳更广阔 炽热的深处。但它们为什么是黑暗的？他提出，任何辐射都会是认可见光转移到很 难吸收辐射的紫外线。当然，这一提法是在炽热物体辐射的普朗克分布被人们所理 解之前。在这一时期，人们还认为不同温度的黑色体的光谱分布可能会相交；并且 这一时期的一些实验曲线，也的确显示了这种相交――正如我们所知道的那样，这 是由于发射率和吸收率的偏差所致。 拉姆齐（Ramsay）最近已发现了元素氪，据说这种元素在十四种可察觉的光谱 线中， 其谱线为5570A， 碰巧是和极光的主谱线一致。 E・B・弗罗斯特总结说： “这样一来，似乎那迄今为止使人困惑的光谱线的真正源头已被发现了。”我们现 在知道引起这条光谱线的缘由是氧气。 当时，在仪器设计方面出现了为数众多的论文，其中海耳的论文最有趣。1897 年元月，海耳提出，无论是折射望远镜还是反射望远镜对天文学来说都是不可缺少 的，然而他留意到人们对反射望远镜有明显偏爱，特别是赤道折轴望远镜。在一篇 史记中，海耳曾提到，耶基斯天文台之所以能置备40英寸的透镜，只是因为原先打 算在加利福尼亚的帕萨迪纳附近安装一架大型折射望远镜的计划最终化为泡影。我 独自思忖着，假如这一计划成功了，天文学的历史将会是一副什么模样呢？实在令 人称奇的是帕萨迪纳似乎已经表示愿意向芝加哥大学提供帮助，将耶基斯天文台装 置在芝加哥大学。实际上，这种相互间的往来，在1897年以前就早已在进行了。 十九世纪末，有关太阳系的研究表现出一种与行星的研究特点相类似的复杂情 况，即对未来的希望以及对现实的迷惑不解交织在一起。这一时期，最有价值的论 文之一，是亨利・诺里斯・罗素的一篇标题为《金星的大气层》的论文。这篇论文 讨论的是有关金星新月尖的延伸性问题。该论文的论据，一部分是根据作者在普林 斯顿的霍尔斯特德天文台用5寸大赤道寻星望远镜观测的结果。 或许，在普林斯顿 人们并不认为年青的罗素操作大型望远镜是完全可靠的。根据现行的标准来看，罗 素的分析实质上是正确的。他判断说，阳光的折射不能说是月尖延伸的真正原因， 其真正的原因将在阳光的散射中寻找到：“……金星的大气层如同我们地球一样， 含有某种悬浮尘埃和雾粒子，而……我们所看到的则是这种混浊气体的上部，是被 经过并靠近行星表面的射线所照亮的部分。”他后来说，这层视表面或许是一层密 集的云层。混浊层的厚度据计算比我们现在称呼的主云层还要高约一公里厚，这个 数字恰好与“火星10号”宇宙飞船的分幅摄影照片相一致。罗素认为，根据其它天 文学家的研究结果看来，有些分光镜研究结果表明，在金星表面大气层中有薄薄的 一层水蒸汽和氧气。然而，罗素论据的要素已经非常出色地经受了时间的考验。 威廉・H・皮克林宣布发现了月亮女神， 这是土星最外围的卫星；洛韦尔天文 台的安德鲁・E・道格拉斯发表了他的观测记录， 这一观测记录导致他做出了错误 的结论， 即“木星3号”比它自转周期的旋转约慢一小时，显然这一结论算错了一 小时。 其他天文学家对行星自转周期的估算也并不很成功。例如，曾在卢辛皮克勒的 马诺洛天文台进行观测的利奥・布伦纳曾严厉地批评了珀西瓦尔・洛韦尔对金星自 转周期的估计。布伦纳亲自比较了两张由两个不同的民族分别在相距四年的时间拍 摄的白光金星图――通过这一比较， 他推论金星自转周期为23小时57分36．37728 秒，他说这一结果正好与他自己拍摄的“最可靠”图片的平均时间相吻合。然而就 在他考虑这一结果时，他发现另一个使人难以理解的结果出现，即金星的自传周期 仍可能是224．7天。他最后说：“一个缺乏经验的观察者，一台不适用的望远镜， 一副选择不当的目镜，行星的直径过于小，观察时电源不足以及倾斜角度小，所有 这些缺陷都解释了洛韦尔照片之所以奇特的原因。”当然正确结果并不介于洛韦尔 与布伦纳两种过于偏激的论点之间，而是存在于望远镜刻度尺度的带有负号（－） 的另一端，即周期为243天的逆转周期。 在另一次学术交流活动中，赫尔・布伦纳首先发言：“先生们；我很荣幸地告 诉大家，玛诺洛太太已经发现在土星光环系统有一新的分界，”――在这段发言中， 我们所知道的不过是位于卢辛皮克勒的玛诺洛天文台有一位玛诺洛太太以及她和赫 尔・布伦纳一起进行了观测。随后引来了恩克、卡西内、安东尼亚迪、斯特鲁夫以 及玛诺洛各派之间意见的争相阐述。然而只有前两个流派的意见经受住了时间的考 验。而赫尔・布伦纳似乎已在十九世纪的迷雾中销声匿迹了。 在剑桥召开的第二届天文学家和天体物理学家的会议上，有一篇论文提到，假 如小行星自转存在的话，可以通过光曲线推论出来。但是论文却忽视了光是随时间 变化的，于是亨利・帕克斯特得出结论：“我觉得不去考虑这一理论，反倒更可靠 些。”现在这一理论却成了小行星研究的基石。 天文学家和天体物理学家们在讨论月球的热性能时，形成了自我体系的热传导 线性方程，但该方程的计算则是根据实验室所获得的发射率测量结果进行的，由此 弗兰克・维里得出结论说， 月球上的白天温度约为100℃――真可称为是恰如其分 的正确答案。他的结论很值得在这里引用一下：“地球上唯有沙漠是最可怕的地方 了，在那里，炽热的沙子将皮肤烫出了疱，而人、动物、鸟类都纷纷死去，月球就 好像我们的星球无云层遮掩正处在正中午一样灼热无比。只有月球纬度的月极两端 白天温度还能忍受，晚上更不待说了，刺骨严寒将迫使我们变成类人猿以保护我们 免遭冻害。”这种解说方式通常是非常出色的。 在这十年中的最初年代，巴黎大文台的马里斯・洛伊和皮埃尔・普鲁斯厄爱克 斯发表了一本月球照片图册， 在《天体物理学杂志》（5：51）中讨论了这本图册 的理论推断。这个巴黎天文学家团体对月球火山口、月面山谷以及其它地貌形式提 出了一种经过修改的火山理论，可后来E・E・巴纳德在用40英寸的望远镜观测了月 球后批判了这一理论。随后巴纳德的批评意见又被皇家天文学会所否定，等等。在 这场争辩中有一个容易使人误解的过于简单化的论点：火山会产生水；而月球上没 有水；因此月球上的环形山则不是火山口。然而推测大多数月球环形山的论点不能 说是令人信服的论点，因为这一论点忽视了这样一个难题，即月球上可能存在水的 资源。维里关于月球两极温度的结论或许已表现出某种优势。这样可以认为月球上 的水冻成了冰霜。另一种可能性是水或许是从月球上蒸发到宇宙中去了。 这一观点在斯托尼的一篇题为《论行星和卫星上的大气》的论文中得到承认。 他推断说，由于月球引力小，气体非常迅速地跑到宇宙空间，因此月球上不应该存 在大气层，而地球上同样也不存在任何庞大的最轻气体的集结，如氢和氦。他相信 在火星大气层中没有水蒸汽，而火星大气层和复盖气体大概是二氧化碳。他暗示木 星上的气体大概是氢和氦，而海卫一，这个海王星最大的卫星上大概存在大气层。 这中间的每一个结论都是与当今的新发现和新观念相呼应的。他还断定，土卫六不 存在气体，这一预见连某些现代理论家都赞同――尽管土卫六在这一问题上似乎还 存在另一种观点（见第十三章）。 在这其间，还曾有过一些虽为数不多但妙不可言的惊人意见，如像雷弗・J．M ．培根所提出的从高空中进行天文学观测的意见就可算是非常美妙的主意了。例如 用一个自由飞翔的气球进行观测。他提出，这至少有两点好处：观测度更清晰以及 运用紫外线光谱学。随后戈达德对发射火箭的天文台提出了类似的意见（见第十八 章）。 在这之前， 赫尔曼・沃格尔早已通过直视光谱学（eyeballspectroscopy）发 现在土星星体上的6183A处有一吸收光带。 随后，芝加哥国际彩色摄影公司试制成 功了摄影胶片，这种胶片的质量非常之优良，甚至可以察觉与红色光谱中的Ha波长 相同的光波波长，这种被检测出来的光波波长为行星光度的五分之一。耶基斯天文 台使用了这种新的感光乳剂。 海耳报道说，在土星光环没有6183A带域的迹象。现 在我们知道这一红外吸收光带是在6190A处，是甲烷的6U3。 我们从詹姆斯・基勒在祝贺耶基斯天文台落成典礼的演说中可以发现对珀西瓦 尔・洛韦尔文章的另一反应： 一个天文学家承认知之甚少的课题：行星的可居住性问题，已被传奇作家当作 文章题材而大书特书了，这将是一个遗憾，对传奇作家来说，从可居住性到居住是 短短的一步之距。这种独出心裁的想象使得事实与想象在这种外行人的头脑中变得 纠缠不清，他逐渐把同火星上居民进行交流看成是一个值得严肃考虑的目标（为了 这一目标，他或许希望向科学界投资），然而他不知道，他的这种想法被那些曾以 出色的工作极大地激发了小说家想象的天文学家们谴责为奇想。当他被迫去理解我 们这一课题已有知识的真实现状时，他就会感到非常失望，甚至对科学产生某种怨 恨情绪，就好像科学欺骗了他。其实科学本身对这些错误的见解是不负责任的，这 些错误见解，由于没有坚实基础，则会逐渐消亡并被人们所遗忘。 西蒙・纽考姆（Simon Newcomb） 在这次演讲中提到一些时髦的提法，这些观 点对我们正在进行的科学努力来说，是否有点过于理想化了： “这个人由于受到压抑不住的热情所驱使而进入了对自然的探索，这将使人感 到羡慕呢还是使人觉得可怜？然而任何其它的追求都无法使他感受到如此明确的目 标。没有哪一种生活能有那些由于自身本性的冲动而将全部精力自发地毫无保留地 贡献到苦苦追求的事业中去的人感到更愉快了。真理的探求者是很少屈服于失望的， 失望则期待着其它活动领域的那些雄心勃勃的人们。令人欣慰的是一种兄弟般的关 系正在迅速发展并遍布于全世界，在这个世界上除了由于力图工作得比其它任何人 都好的愿望而产生的竞争外，不存在别的敌对情绪，同时，相互钦佩的感情抑制了 嫉妒的感情……正如工业界的巨富头子是被对财富的爱所深深感动，而政治家是被 对权力的爱所为之动情那样，天文学家也是迷恋在对知识本身的爱而不是动情于对 知识应用的爱。然而他很自豪地了解到，他所从事的这门科学对人类来说比他自身 的价值更大。他感到人光靠面包是不能生存的。如果我们意识到我们对宇宙的知识 并不比对面包的知识更多一些的话，那么这肯定是我们不应该放置于人类生计之后 甚远的事情。” 在我读过四分之三世纪前天文学家们论著的文章后，我感到有一种无法抵抗的 诱惑力驱使我想象美国天文学学会的第150周年纪念会――或者无论它届时将可能 变成的任何其它形式的名称――并且痴情地猜想着到那时，人们将如何看待我们时 代的开拓者们。 纵观十九世纪末的科学文献，我们对某些有关太阳黑子的争端充满了浓郁的兴 趣，给我留下深刻印象的还有，人们认为齐曼效应并不是实验中的罕见现象，而是 天文学家应倾注极大注意力的东西。正如所预见的那样，几年后，在G・E・海耳的 关于太阳黑子中有很强的磁场强度的发现中，这两条思路被纠缠在一起了。 同样，我们发现在无数的论文中，都假设了恒星演化的存在，但是恒星演化的 本质却一直被掩盖了；在这些论文中，开耳芬――赫尔姆霍兹引力作用的收缩力被 认为是唯一可能的恒星能源， 然而却一直没有预料到核能。 尽管如此，当时就在 《天体物理学杂志》的同一卷本上，承认法国一个名叫贝克勒尔的人完成了一项关 于放射性的奇特实验。这里我们又看到在十九世纪天文学史中那短暂几年的快镜头 中，贯穿着两条明显不相干的线索，而后这两条线索又命中注定地相互缠结了四十 年之久。 还有很多彼此关联的事例――比如，通过望远镜得到的非氢元素的系列光谱的 分析说明有某种联系。新的物理学和新的天文学是正在形成的天体物理学的相辅相 成的两个方面。 因此，要想不对现存的如此众多的尖锐争端感到惊奇将是十分困难的事情―― 比如，关于类星体的本质，或黑洞的性质，或脉冲星的发射几何形状――都必须等 待与物理学的新进展相交合。如果七十五年前的经验起到某种指导作用的话，今天 就会产生能够朦胧地预测究竟哪种物理学将与哪种天文学相结合的人了。而几年后， 这种联系将明显受到考虑。 我们在十九世纪的文献中还看到大量事例，其中的观测方法或表述，用现今的 标准来看显然是欠缺的。通过由具有不同特点的人绘制的两张图的比较（我们现在 知道，这从一开始就是不真实的），可以从行星周期推断出十个重要数据，这是最 糟糕的事例之一了。但是还有许多其它事例，包括对彼此相隔很远的天体所进行的 多余的“双星测量”，这些天体主要都是物质实体彼此分离的星球；当人们不再将 其注意力放到生长分析曲线时，就出现了一种对压力以及有关光谱线频率的其它影 响的强烈兴趣；至于有关某些物质的存在或不存在的苛刻争端则只是以肉眼光谱学 为其基础的。 在维多利亚天文物理学时代末期，物理学的不景气也是区区怪事。合理的高精 尖物理学几乎排除了几何光学和物理光学、摄影技术以及太空机械师等范围。天文 学家们将恒星演化的理论建立在恒星光谱的基础上，然而却对依靠温度的激磁和电 离知识不求甚解，或是想要计算月球地表下温度却没有解决傅立叶的热传导方程式， 我似乎并不感到这是些很离奇的事情。现代读者在读到有关实验室光谱的经验主义 的详尽表述时，总是对玻尔和薛定谔及其发展量子力学的后继者感到不耐烦。我想 知道我们这个时代的争端究竟有多少？而大多数著名的理论将会以低劣的观测，智 力平庸或先天不足的物理学见解在2049年这样一个标志着优越的年代降生。我有一 个感觉， 即我们今天比18 99年的科学家更具有自我批判的精神；这是因为天文学 家人数的增多，我们之间更加经常地互相检验彼此的成果；另一部分原因是由于有 象美国天文学学会这样的组织存在，以及天文学成果的交流和已显著提高的讨论的 标准。我希望2049年的同行们会同意我的看法。 我们必须看到，1899年至1974年间的主要进步仍是技术性的。但是早在1899年， 世界上就已经建立了最大的折射望远镜。现在这仍然是世界最大的折射望远镜。现 在正在考虑一种100英寸口径的反射望远镜。 我们仅用了几年的功夫，就依据两个 系数在口径技术上获得了改进。但是生活在赫兹之后马科尼之前的我们的1899年的 同行们究竟建造了什么样的阿里西博天文台呢，是非常大的阵势，还是非常长的基 准线干涉（VLBI）？或是用雷达多谱勒光谱学来验证有关水星的自转周期？或是将 月球表面物质取回些许来检测月球表面的性质？或是用绕火星轨道运转一年，并拍 摄带回七千二百张照片，这些照片的每一张都比1899年拍摄得最好的月球照片更清 晰，以便弄清有关火星的性质以及火星可居住性的难题？或是将光电图像系统、微 生物实验仪器、测震表以及甚至1899年不复存在的气相层析／质谱测定仪送上火星？ 或是用星际氘（重氢）的轨道紫外线光谱学检验宇宙论模式？――1899年就知道那 时即不能检验模式又不能检验气体的存在，更不必说天文观测技术了。 显然，在过去的七十五年历史中，美国和世界天文学已经大踏步的前进了，甚 至超越了维多利亚末期天文学家的最浪漫的推想。那么再过七十五年又会怎么样呢？ 做一些缺乏想象力的预测还是可能的。 我们将彻底测清楚从相当短的Y射线到相当 长的无线电电波的电磁波谱。我们将向太阳系的所有行星和大部分卫星发射了宇宙 飞船去进行恒星结构的实验，或许先进行太阳黑子的实验――因为黑子温度低于其 它区域。到那时，长眠于九泉之下的海耳会对这一实验感到无比欣慰的。我想从现 在起再过七十五年，我们将可能向附近星球发射次相对论性宇宙飞船并以约0．1的 光速运行。这种飞行使命的众多好处之一是能够对太空行星际站进行直接的观测， 使我们获得比今天所想象的还要长许多的VLBI基准线干涉。我们将不得不创造某种 新的科学高峰以使“非常”――或“超常”获得成功。到那时脉冲星、类星体以及 黑洞的本质将会乖乖地就手擒拿。同时也将会对某些深奥的宇宙问题有所解答。我 们甚至将可能开辟一条与外星居民联络的固定通讯线路，而天文学以及许多其它科 学的分明边界将来自一类广漠无垠的银河，然后以很高的速率传送到某些排列齐整 的巨型射电望远镜上。 但是在阅读七十五年前的天文学文献时，我觉得，除了星际接触外，所有这些 成就，尽管饶有趣味，都将可能被认为是相当陈旧的天文学了，而科学真正的尚待 研究之领域以及科学的主要刺激因素则要依靠新物理学和新技术领域的开创，然而 对这种新物理学和新技术，我们今天充其量不过是模糊不清的一瞥。 ----------------- 素心学苑 收集整理