天文太空

伽利略發明望遠鏡400年

四個世紀以來的天文觀測,皆源自伽利略以自製望遠鏡舉向天空的那一刻。

撰文/郭雅欣

天文太空

伽利略發明望遠鏡400年

四個世紀以來的天文觀測,皆源自伽利略以自製望遠鏡舉向天空的那一刻。

撰文/郭雅欣

1609年,義大利物理學家伽利略將一根長管子的兩端各裝入一枚鏡片,舉向天空,從管中發現了前所未見的天文景象,自此,望遠鏡的發明推翻了許多當時的天文觀念,把天文研究從「看天空」推進了「觀測天空」的時代。

這項天文學的重大里程碑即將在明年屆滿400週年,因此聯合國科教文組織定2009年為「全球天文年」,位於伽利略故鄉的義大利佛羅倫斯科學史博物館更主辦了「伽利略望遠鏡展──改變世界的工具」,在同樣發跡於佛羅倫斯的鐘錶品牌沛納海贊助下,今年10月15日在中國的北京天文館開幕,展出伽利略發明望遠鏡的過程、觀測結果。展場還實地架設了幾具望遠鏡,倍數及清晰度都仿造伽利略當時所做,讓參觀者彷彿回到400年前,看見與伽利略所見相同的景象。

在伽利略之前,人類就了解了光的折射和反射現象,並應用於設計眼鏡或放大鏡,不過當時的玻璃製作及鏡片表面的處理都仍粗糙,所以並未用到更複雜的設計上。

到了1609年,伽利略從荷蘭的眼鏡製造商獲得靈感,將一根管子的一端置入凸透鏡(物鏡),一端置入凹透鏡(目鏡),並將凹透鏡端靠近眼睛,舉起觀天。一開始,伽利略的望遠鏡僅能放大約7倍,經過不斷改良,最後製作出可放大20倍的望遠鏡,觀測星體的面積可放大至400倍,讓他看見了許多意外的天文景象。其一,他觀測到月球上有許多不均勻的陰影,表示月球表面是凹凸不平的,他當時甚至試圖以三角幾何計算月球上的山丘高度,不過計算結果和現今測得的實際結果差距很大。

其二,太陽的臉孔並非完美無瑕,而是佈著許多「黑麻子」。太陽只能在白天觀測,但刺眼的陽光令人無法直視,伽利略於是以白紙代替眼睛,放在目鏡前,將太陽投射於白紙上的像,包括麻子的位置,直接在白紙上描繪下來,珍貴的觀測手稿也保存至今。從伽利略的觀測可看出,太陽及月球都並非當時權威的教廷所說的「完美的球形天體」,因此這些結果都令教廷難以接受。

更令人震撼的是,伽利略看見四個衛星繞著木星運轉,證明並非所有的天體都繞著地球轉,駁斥了教廷宣揚的「地心說」,進而支持了哥白尼的「日心說」。佛羅倫斯科學史博物館館長佳魯茲(Paolo Galluzzi)表示:「在伽利略的眾多天文觀測現象中,木星有衛星可說最為關鍵,對當時的社會造成的衝擊很大。」而在沒有鐘錶的年代,伽利略也提出用衛星繞木星的固定週期來計量時間的方法。

此外,伽利略還發現「土星長了耳朵」。他看見的耳朵就是解析度不佳的土星環,這也是土星環的第一筆觀測資料。他並且發現金星的盈虧現象、銀河不是「河」,而是無數小星星緊密相聚而成。這些突破性的天文現象,為後世的研究立下了非常重要的基礎。

【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2008年第81期11月號】