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摄影对天文学的重要贡献,来自《咖啡杯里的宇宙:天文学史话》

时间:2023-10-15 理论教育 版权反馈
【摘要】:摄影技术的发明极大程度上方便了天文学家们的工作。在出现第一台照相机之前,需要将天文摄影所需的底片放在一种化学物质中浸泡,使其在光的照射下发生降解。世界上第一台照相机是法国的艺术家路易·达盖尔于1839年发明的。英国的天文学家沃伦·德拉鲁曾经在30秒内拍摄下质量很高的月球图像。1871年,英国的化学家理查德·里奇·麦道克斯发明了一种干燥的胶性物质以取代碘化银。与使用肉眼对星体进行观察相比,天文摄影具有两大优势。

摄影对天文学的重要贡献,来自《咖啡杯里的宇宙:天文学史话》

摄影技术的发明极大程度上方便了天文学家们的工作。毕竟,仅仅通过望远镜来记录天空中“亮点”的相对位置并非易事。而且在地球自转的过程中,天体的相对位置也从一侧移动到了另一侧。

如果您曾经有过使用望远镜观察星体的经验,就会注意到任何在您视野中的物体都处于缓慢移动的状态,过一段时间后,就会从原来的位置消失。现今人们已经发明出了带有电动机的望远镜,用以与地球的运行速度保持一致,将所观察的星体控制在视野范围内。然而,最初的那一批望远镜不可能具备上述功能。

在出现第一台照相机之前,需要将天文摄影所需的底片放在一种化学物质中浸泡,使其在光的照射下发生降解。这样在有光线经过时,会在相应区域内留下一个类似灼烧过的标记,可以用于观察该物体的形状。不过这种底片对光并不敏感,需要长时间的照射才能在上面留下一些痕迹。

除此之外,任何角度的偏差都有可能使得光线在底片上留下歪曲的印记:可能是望远镜没有被固定好,或是星体的运行轨迹并没有被准确追踪,那样留在底片上的痕迹就不易于辨认。

世界上第一台照相机是法国的艺术家路易·达盖尔于1839年发明的。由于该设备使用碘化银化合物进行曝光,其生成图片的方法被称为“达盖尔银版法”。不过这个系统对于光照太不敏感了,只能用它拍摄天空中最亮的两个星体:月亮和太阳。除此之外,这种照相机也需要很长时间才能使得光线在底片上留下痕迹。

1851年,法国的一位雕刻家弗雷德里克·阿切尔在碘化银的下面又添加了一层浸泡于酒精和乙醚化学试剂,并非宇宙第五种神秘物质[1])中的硝化纤维,由于这种物质对光线更加敏感,曝光效果也更好,这就意味着可以更加快速地记录影像。英国的天文学家沃伦·德拉鲁曾经在30秒内拍摄下质量很高的月球图像。

当然了,即使更新了拍摄设备,要对没那么明亮的星体(如木星或更远处的恒星)进行拍摄还是需要更长的时间。问题在于,这些底片仅在湿润时有效果,一旦变干,光线就无法在上面留下任何印记。

1871年,英国的化学家理查德·里奇·麦道克斯发明了一种干燥的胶性物质以取代碘化银。在这之后,人们终于可以拍摄太阳和月亮以外的星体图像了。当然,使用这套系统也必须选择比较容易追踪其运行轨迹的天体,因此要保持拍摄对象一直处于底片上的同一个位置,防止最后成片时功亏一篑。(www.xing528.com)

与使用肉眼对星体进行观察相比,天文摄影具有两大优势。一方面,图像在人类视网膜上不会留下任何印记,每一刻的成像都是全新的。而摄影底片可以“积累”一段时间内投射的光线,因此曝光的时间越长,形成的图像就越清晰。当我们仰望星空时,若视网膜也有这种特性,则光线很弱的星体也会在我们眼中随着时间的增长而呈现出越来越明亮、清晰的图像。

另一方面,在底片上留下的影像是一种永久性的观测记录,不用再记下恒星的坐标来比较其相对位置,只需要观察几张不同时段拍摄的同一区域内的照片,就可以看到是否有星体发生了位移(表明有行星、彗星小行星存在的可能);有没有出现新的光点(可能是新星或超新星)或两个底片之中的光点亮度是否发生了变化。最后一种情况中的天体就是亨丽爱塔·斯万·勒维特所专注研究并找寻的造父变星。

夜空中散布着的那些星斑的影像乍一看十分微弱,眯起眼睛才能勉强看到。而通过望远镜,人们可以更清晰地观察这些较为模糊的天体。它们聚集在一起时就像是无数漫射光源的集合。

当然,在摄影过程中可以收集到更多光线,从而捕捉到这些模糊星云更多的细节。因此,在延长曝光时间的情况下,可以在这些星团中辨认出一些螺旋状图案,以及观察到某些相较于四周更昏暗的区域。

猎户座大星云就是一个很好的实证,下面这两张相隔三年拍摄出的图片存在一定的技术差异(左图拍摄于1880年,右图拍摄于1883年):

这些图片有助于人类更好地理解宇宙结构,并且正如我们所见,人们将会逐步发现自己生活银河系只是浩瀚宇宙中的众多星系之一。

[1]  因乙醚与以太在外文中是同一个单词,故做此解释。——译者注

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