建造近代超大望遠鏡巨匠們的八卦故事
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偉大的冒險（一）
文/Ted Rafferty
譯/馬明陽
譯校/王煒辰 解仁江
責任編輯：解仁江
喬治里奇是個不可思議的人，他開拓了一條越過19世紀直接進入現代紀元的天文之路。
1864年喬治里奇生於俄亥俄州塔珀斯平原的一個小鎮，學習傢具手藝。27歲時他被聘做木材商店的老師，與一位年輕又有野心的天文學家喬治·埃勒里·海耳成為好友。海耳生在製造業世家家族，而里奇也對天文學很感興趣，看待機械更是個完美主義者。海耳對創建20世紀新天文學有著一腔熱誠，他本可以僱傭里奇做光學儀器商和設計者,建造出世界上最大的望遠鏡。但最終暴躁易怒的里奇與溫文爾雅的海耳發生了爭執，這件事在兩人去世後幾十年仍在美國天文學界流傳。最終里奇沒能在有生之年看到他最偉大的發明帶來的成就。
第一架好用的反射式望遠鏡是艾薩克牛頓在1668年發明的，但反射式望遠鏡的發展很緩慢。折射式在技術上超越了反射式，反射式則在技術革新上遇到阻礙，落得二流儀器的名聲。1868年由都柏林的Grubb和其子建造的48英寸反射式望遠鏡的糟糕表現更是強化了這個名聲。這架望遠鏡被安裝在澳大利亞的墨爾本天文台，1904年里奇寫道：「我認為墨爾本反大射式望遠鏡的失敗將是天文設備史上最大的災難之一，因為這種沒什麼用的笨重望遠鏡會徹底毀掉人們的信心，它妨礙了這類設備的發展，儘管近三十年來反射式望遠鏡對天體攝影和光譜學工作都有很重要的意義。」
從1896到1935年，里奇只建造了5台望遠鏡（不包括他為最初從事太陽天文學的海爾特製的太陽望遠鏡）。5台望遠鏡都很大，前三台口徑分別是24，60和100英寸，很快被認可為是天文學發展中里程碑式的設備。尤其是100英寸的望遠鏡為宇宙探索者打開了全新的視野，將折射式望遠鏡遠遠甩在了後面。里奇的後兩台望遠鏡當時被認為是失敗的作品，然而它們的設計如今已廣泛使用，在里奇去世10年後它們的價值才被人們所意識到。
宏觀來看，天文學史和科學史可以看成造一棟大樓，每塊磚自然又符合邏輯地一個壓一個摞起來。狹義來看，建造過程中既有雜亂又有組織和演進——充滿了被長期遺忘的死路，和進三退二案例。現在我們就來聽聽喬治里奇的5台望遠鏡的故事。
里奇的第一台望遠鏡
1 葉凱士天文台24英寸望遠鏡
海耳比里奇小四歲，但他在二十多歲時就已經是個卓有成就的准天文學家了——專心致志，精力旺盛，甚至十分狂熱，儘管有段時間有抑鬱傾向。他想建造望遠鏡的願望如此強烈，以至於在1896年他說服他的父親訂購一塊60英寸直徑的鏡坯和一些小鏡坯，製作地在法國的聖戈班玻璃工廠。後一批中有一個直徑23.5英寸，厚度2.6英寸的鏡坯。聖戈班工廠主要產品是紅酒瓶；所有的鏡坯都是用「酒瓶」玻璃製成的。
葉凱士天文台
海耳請里奇對24英寸鏡坯進行研磨和塑形。里奇使用在芝加哥的家裡自製的設備做研磨。他把鏡坯磨製成焦距93英寸、焦比f/4.0的拋物面 （當時是給一架牛頓反射鏡使用的）。但之後他沒錢再做主鏡之外的其它配件了，於是他把鏡片以200美元價格賣給了剛成立的葉凱士天文台。那時海耳在葉凱士的母機構，芝加哥大學工作，他說服他的父親給里奇支付薪水。葉凱士天文台一買到主鏡片後不久，便僱傭里奇做員工，在那裡里奇完成了這台望遠鏡的剩餘配件。
里奇自己製作的拋光設備
里奇為他的24英寸望遠鏡設計了一種創新性的布局。使用兩種不同的配置：一種是標準的短焦牛反，另一種是長焦卡塞格林望遠鏡。在後者的光學系統中牛反的平面附鏡被5英寸中凸的雙曲面鏡片所替代，雙曲面附鏡將星光反射回鏡筒底部的天頂鏡，天頂鏡再將光線反射到鏡筒背面一側聚焦（和現在大多數卡塞格林一樣，主鏡片中間沒有洞）。 卡塞格林望遠鏡的有效焦距是456英寸（焦比f/19.4），能提供很大的成像尺寸。（焦距長視野小）
但這個項目對里奇來說僅僅是熱身而已。
現代卡塞格林望遠鏡樣式
2威爾遜山天文台60英寸望遠鏡
1897年里奇搬到位於威斯康辛州威廉姆斯灣剛完工的葉凱士天文台。在那裡他有一台磨鏡機來建造海爾巨大的60英寸主鏡，那台機器花了海爾的父親2000美元（大約是現在54000美元）。里奇磨製60英寸望遠鏡的進度被其他同時進行的項目拖慢了，其中有一個是用從捐贈人那裡籌集的10000美元建造斯諾太陽望遠鏡。海耳倒不著急造完這台60英寸的主鏡，因為他不想在葉凱士架設這台望遠鏡。他心中有更好的台址。
威爾遜天文台
1905年4月，海耳把未完工的60英寸主鏡從葉凱士運到了加利福尼亞的帕薩迪納市，帕薩迪納在洛杉磯旁邊，位於5700英尺高的威爾遜山山腳下。里奇在這裡完成了鏡片研磨，塑形和拋光，還設計瞭望遠鏡的赤道儀和圓頂，並監管了到威爾遜山頂公路拓寬工作，還訂購了多輛特種卡車將巨大的望遠鏡各個部件託運到山頂。1907年8月，他的60英寸望遠鏡主鏡完工。12月，完工的望遠鏡開始運行。這台望遠鏡的牛反焦距是25英尺（焦比f/5）。3台不同拋物面的附鏡提供的有效焦距分別是80英尺（焦比f/16），100英尺（焦比f/20），和150英尺（焦比f/30）。威爾遜60英寸望遠鏡是當時世界上最大的可運行的望遠鏡。
下期將為大家介紹里奇更加偉大的望遠鏡發明之路，敬請期待。
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責任編輯：解仁江
猴頭星雲——恆星工廠
NASA、ESA、STScI、AURA
謝謝閱讀
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