第二十四章 落基山脈的望遠鏡

  去年10月20日，募捐活動結束之後，大炮俱樂部主席曾經撥一筆款子給劍橋天文台，作為建造一座大型光學儀器的經費。這台儀器，不管是折射望遠鏡或者反射望遠鏡，都必須具有足夠強大的威力，能看清楚月球表面一個至多個9英尺寬的物體。

  在折射和反射兩種望遠鏡之間有一個很重要的不同點，有必要在此提醒一下。折射望遠鏡的組成部分包括一根管子，管子上端有一個凸透鏡叫作物鏡，下端有第二片透鏡叫作目鏡，觀察者的眼睛就是貼著目鏡往外看。發光體射出的光線穿過第一片透鏡，經由折射，會在焦點[1]形成一個顛倒的影像，我們用目鏡來觀察這個影像，而目鏡像放大鏡一樣，會將影像放大。所以，折射望遠鏡的管子兩端各被一面物鏡和目鏡封住了。

  相反地，反射望遠鏡的管子有一端是開放的。從被觀察的物體那兒放射出來的光線可以自由地進入管子內，照射在一面金屬質的凹鏡上，也就是聚光鏡上。從這裡反射出來的光線碰到一面小鏡子，再反射到目鏡上，通過目鏡所產生的影像便放大了。

  所以說，折射現象在折射望遠鏡的運用上扮演主要的角色，反射現象則是反射望遠鏡運作中的要角。前者因此被稱作折射鏡，而後者命名為反射鏡。製造這些光學儀器的最大困難就在於製作物鏡，不管這個物鏡是透鏡或是金屬反光鏡。

  然而，在大炮俱樂部進行它那偉大實驗的年代，這些儀器已經非常精良，並獲得了極佳的觀測結果。伽利略使用他那一架最多只能放大7倍的折射望遠鏡來觀測天體的時代，已經相當遙遠了。自從16世紀以來，光學儀器就以可觀的規模加大、加長，使得人們對恆星空間的觀測，達到前所未知的深度。當時所使用的折射望遠鏡，有俄國布勒克瓦天文台的望遠鏡，它的目鏡有15英寸[2]（相當於38公分寬）；有法國光學家萊賀布爾製造的望遠鏡，目鏡與布勒克瓦的一樣大；最後，還有劍橋天文台望遠鏡，它配備的目鏡直徑有19英寸（相當於48公分）。

  在反射望遠鏡中，我們知道有兩座威力非凡的巨型望遠鏡：第一座，是赫雪爾建造的，它的長度是36英尺，擁有一面寬4.5英尺的反光鏡，可以將影像放大6000倍；第二座聳立在愛爾蘭比爾城堡帕森思頓公園裡，屬於羅斯伯爵所有。這座望遠鏡的管子長48英尺，反光鏡寬6英尺[3]（合1.93公尺），能放大6400倍；重達28,000磅，必須建造巨大的水泥建築，來安置那些操作儀器時必要的機械工具。

  看得出來，這些儀器雖然體積龐大，所得的放大倍數，化約為千位整數，卻沒能超過6000倍。然而，放大6000倍僅僅是把月球拉近了39英里，而且只夠瞥見直徑60英尺的物體，除非這些物體特別長。

  

  可是，現在觀察的對象是寬9英尺、長15英尺的炮彈。因此必須把月球的距離拉近到5英里，為了做到這一點，望遠鏡必須能放大48,000倍。

  炮彈車廂的內部，有尼科爾那隻優秀的母獵犬和一條強壯有力的紐芬蘭狗。好幾箱最有用的種子也歸入不可缺少的物品當中。三位旅客還拿了12株左右的小樹苗，用稻草小心翼翼地包裹，放在炮彈車廂的角落。

  這正是劍橋天文台遇到的問題，它應該不會受到財政困難的阻礙，所以，剩下的就是物質上的困難了。

  首先，必須在反射望遠鏡和折射望遠鏡之間選擇一種。折射望遠鏡比起反射望遠鏡擁有更多的優點。在物鏡相同的條件下，它的放大倍數較高，因為在折射望遠鏡上，光線是在穿過透鏡時被吸收而消耗；使用反射望遠鏡時，光線則是經過反射在金屬鏡子上而消耗，兩相比較，前者的光線耗損量是比較少的。不過，透鏡有厚度的限制，因為太厚的話，光線就無法穿透了。而且，這些巨大的透鏡製造起來極度困難，需要很長的時間，往往得花上好幾年。

  因此，物像在折射望遠鏡里會顯得比較亮，在觀測月球時，由於月球的亮光只是反射光，這會是相當寶貴的優點，雖然如此，大家還是決定採用反射望遠鏡，因為這種儀器的製造時間較迅速，也比較可能獲得更高的放大倍數。但是，光線穿過大氣層時會喪失一大部分的強度，所以，大炮俱樂部決定把儀器放置在合眾國最高的山上，如此便可以減少空氣層的厚度。

  關於反射望遠鏡，我們在上文已經提過，它的目鏡，也就是放在觀察者眼睛上的放大鏡，能產生放大作用；而物鏡要使物像的放大倍數達到最高，它的直徑就得最寬，焦距就得最大。為了放大至48,000倍，物鏡大小必須超越赫雪爾和羅斯伯爵的望遠鏡非常多。這就困難了，因為鑄造這些反光鏡是一項很精細的工作。

  值得慶幸的是，幾年以前，法蘭西學院的一位科學家雷翁·傅柯剛發明了一個方法，用塗銀的鏡子代替金屬反光鏡，使得磨光物鏡的過程更容易也更快速。只須澆鑄一片指定大小的玻璃，然後在上面敷一層銀鹽就行了。這個方法能得出非常優良的成果，因此就被劍橋天文台採用來製造物鏡了。

  此外，他們還採用赫雪爾製造他的望遠鏡時所設計的安裝方法。在這位斯勞[4]天文學家製造的大望遠鏡里，物體的影像經由放置在管子底部的一面傾斜鏡子，反射到管子另一端的目鏡上。因此，觀測者不是位於管子的下半部，而是爬上管子的上半部，拿著他的放大鏡，俯身到巨大的圓柱形管子中進行觀測，這種組合方式有一個好處，就是撤掉了把物像反射到目鏡里的小鏡子，物像只經過一道，而非兩道反射。因此，損失較少的光線，影像也因此較不模糊；最終，也能獲得更為明亮清晰的觀察結果，這對目前必須進行的觀測[5]來說，是一個可貴的優點。

  採取了幾項決定之後，建造工程就展開了。依據劍橋天文台辦公室的估算，這架新望遠鏡的管子應該有280英尺長，反光鏡的直徑為16英尺。這樣的一台儀器雖然龐大，卻不能和天文學家虎克[6]幾年前提議建造的那座10,000英尺（合3.5公里）長的反射望遠鏡相比。儘管如此，要建置這樣一座儀器仍舊會遇到不少困難。

  關於放置地點的問題，很快就解決了。主要在於選定一座高山，而合眾國境內的高山並不多。

  事實上，這個大國的山嶽系統可簡化為兩條中等高度的山脈。壯麗的密西西比河流淌在這兩條山脈之間，假如美國人承認任何事物都能稱王的話，他們就會把這條河稱作「河流之王」了。

  位於東部的是阿帕拉契山脈，最高峰在新罕布夏州內，高度不超過5600英尺，算是極普通的山。

  相反，西部的落基山脈卻是一座廣闊的山群，起始於麥哲倫海峽，沿著南美洲的西海岸綿延而上，這一段山系名為安第斯山脈或科迪勒拉山脈，穿越巴拿馬地峽，向北美洲延伸，直抵北極海的海岸。

  這些山都不是很高，阿爾卑斯山脈或喜馬拉雅山應該會從它們雄偉的高處極度輕蔑地望著這些山吧。的確，它們的最高峰只有10,701英尺，而勃朗峰的高度是14,439英尺，金城章嘉峰[7]海拔則是26,776英尺。

  但是，既然大炮俱樂部堅持，望遠鏡要像哥倫比亞大炮一樣，都建置在合眾國內，就只得滿足於落基山脈了。於是，一切必要的器材全都運到密蘇里州區內的朗斯峰上。

  用盡筆墨和言語都無法完整述說美國工程師必須克服的各式各樣的困難，以及他們以勇氣和純熟技術所完成的種種奇蹟。這真是一場名副其實的壯舉，他們必須遠離人口聚集的都會中心，置身荒野地帶，在那兒，每件生存的細微瑣事都會變成幾乎無法解決的難題。他們必須穿越杳無人跡的草原、難以通行的森林，涉過令人害怕的急流，把巨大的石塊、沉甸甸的鑄鐵、奇重無比的角鋼、大型的鏡筒零件、重量將近30,000磅的物鏡，全都搬上高度超過10,000英尺，終年積雪的極限山區。無論如何，美國人的天才終究戰勝了這成千的障礙。在9月的最後幾天，工程開始後不到一年，這座巨型反射望遠鏡那根長達280英尺的管子就豎立在空中，鏡筒被懸吊在一座巨大的鐵架上，一套精巧的機械裝置操作起來十分方便，可以將管子瞄向天空中的任何一點，還能追隨太空中運行的星體路徑，從地平線的一邊到另一邊。

  望遠鏡的建造費用在400,000美元[8]以上。當它第一次瞄準月球的時候，觀察員的心情又好奇又不安。這座望遠鏡能把觀測物體放大48,000倍，他們將會在這座高倍數儀器的視域裡發現什麼呢？會不會發現月球的居民、成群的月球動物、城市、湖泊、海洋呢？沒有。他們看到的一切，都是科學界早已知道的。而月球的火山地質，都可以從月輪的每一個角落，得到極為精密的證實。

  不過，這座落基山脈的望遠鏡在供大炮俱樂部使用之前，倒是對天文學有極大的用處。由於它威力強大，能看得極遠，凡是天空深處可觀察到的範圍，都被探測到了，許多恆星的視直徑也都被精確地測量。劍橋辦公室的克拉克先生便測定了金牛座的蟹狀星雲，這一項成果是羅斯伯爵的反射望遠鏡絕對無法辦到的。

  [1]光線在被折射以後，全都匯聚在一個點上，叫作焦點。（原文注）

  [2]耗資80,000盧布，合320,000法郎。（原文注）

  [3]我們經常聽說有些折射望遠鏡的長度更長。其中有一座的焦距長300英尺，是多米尼克·卡西尼在巴黎天文台精心建置的。不過，要知道這座折射望遠鏡沒有鏡管。它的物鏡是由幾支長竿撐住，懸吊在半空中，觀看者手持目鏡，儘可能地對準物鏡的焦點來觀測。這樣的儀器使用上非常不方便，而且，要在這種情況下固定兩片透鏡的中心位置，也是一大困難。（原文注）

  [4]位於英格蘭東南部，天文學家赫雪爾從中年以後的餘生，都居住在該地。

  [5]這類型的反射望遠鏡稱為「前視型望遠鏡」。（原文注）

  [6]虎克（Robert Hooke， 1635—1703），英國博物學家、發明家，近代科學發展的關鍵性人物，其人興趣廣泛，不管在物理學、機械學、天文學、生物學等領域都有傑出貢獻，被譽為「英國的達·文西」。

  [7]喜馬拉雅山的第三大頂峰。（原文注）

  [8]相當於1,600,000法郎。（原文注）