那些創造了天文學歷史的底片

辛西婭·亨特

1908年圣誕節的早晨，黎明還未觸及威爾遜山下綿延1700多千米的洛杉磯，喬治·威利斯·里奇正在捕捉任何人都沒有見過的獵戶座大星云最壯觀的景象。將近4小時，他一直站在巨大的鋼鐵邊框的望遠鏡底部，在望遠鏡追蹤從夜空中經過的星云的時候，對它進行著細微的調整。

這是里奇參與設計和建造的直徑152.4厘米的反射式望遠鏡，當時世界上規模最大、功能最強的望遠鏡。它巨大的曲形鏡面收集來自星云的光線，入射的光子緩慢地將差不多iPad大小的照相玻璃底片上的感光乳劑曝光。之后，一名助理制作了負片，并將其標記為“Ri-0”——里奇那臺代表當時最先進技術水平的望遠鏡拍攝的首個科學圖片。

今天，Ri-0是加州帕薩迪納卡耐基天文臺主辦公室內存檔的20萬張天文學底片之一。這些底片的拍攝日期在1892年到20世紀90年代早期，使用包括威爾遜山、帕洛馬山（圣迭戈附近）、拉斯坎帕納斯（位于智利）、肯伍德（位于芝加哥）天文臺的望遠鏡，底片的尺寸范圍從1平方厘米到臺式電腦屏幕大小。

這一系列藏品的規模在美國屬第二，包含了20世紀最重要的一些天文觀測。正是這些圖片，激發了埃德溫·哈勃對膨脹宇宙的領悟，引導喬治·埃勒里·海耳發現了太陽磁場，為恒星和星系形成的理論提供了觀測基礎，也為人類與太空的故事譜寫了新的篇章。

以下是其中一些最著名、最令人震撼的照片。

太陽磁場

1908年年初，太陽天文學家、望遠鏡工程師喬治·埃勒里·海耳開始擺弄專門對紅色（長）光波敏感的照相底片。他尤其喜歡在被稱為H- 阿爾法的紅色波長處觀測太陽，該波長的光線是恒星大氣層的重要特征。他花了一個月的時間來完善這項技術。1908年，他得到了第一張太陽磁場的清晰圖像，顯示了圍繞太陽黑子的奇怪旋渦，海耳把它們稱為譜斑。雖然他錯誤地假設譜斑是充滿旋轉電子的氣體龍卷風，但這項發現還是使他得出了正確的結論，即太陽能夠產生磁場。

海耳開始通過能夠將光線分離成頻譜的光譜儀尋找太陽磁場存在的直接證據，這些光譜通過一系列垂直的線條來表示。為了將這些線條展開到能夠讓他清晰地看見細節，海耳把一臺9米的光譜儀放在威爾遜山152.4厘米太陽望遠鏡下方的混凝土井里。他用43厘米長的玻璃底片來捕捉投射的光譜，就像那張可能是由他本人制作的底片一樣。當對太陽表面光譜線和太陽黑子的光譜線進行比較時，他發現太陽黑子在對光進行極化的同時，將其中一些線條分裂成了若干條。在太陽光譜的底片中，被分裂的線條被標注為K 和H。這種分裂叫作“塞曼效應”，為地球之外存在磁場提供了第一個確切的證據。

哈勃有名的“VAR！”啟示

1923年秋季的一個夜晚，埃德溫·哈勃對當時叫作仙女座星云的天體進行了45分鐘曝光。當時，天文學家在爭論他們通過望遠鏡看到的這個螺旋狀的斑點（或者叫作“星云”），是在我們銀河系內的小型星團，還是遠處大很多的“宇宙島嶼”。哈勃希望能夠徹底平定這場爭論。

當他拿到底片的時候，以為自己看到了一個處在仙女座外圍一條旋臂上的“新星”，或者叫作星體爆炸。他將小黑點標為“N”。但是當他將這張底片與其他不同日期拍攝的照片做比較的時候，意識到這顆星實際上是造父變星，一種產生有規律亮度變化的恒星。通過測量它相對于其他已知變星的周期和光度，哈勃計算出了它的距離，因此證實仙女座是銀河系之外很遠地方的一個巨型恒星系統。在激動中，哈勃劃掉了“N”，并在其位置上寫下了“VAR！”。

為了尋找更多造父變星來證實他最初的發現，哈勃拍攝了數十張仙女座的底片。與他所處時代的很多天文學家一樣，他給這些底片加上了彩色的注釋，用圓圈和箭頭標識出候選的造父變星、參照恒星，以及其他值得注意的天體。他給每一個經過確認的造父變星寫了編號，通常后面帶一個感嘆號，就好像他在抑制內心的激動。在那張1924年拍攝的底片的數字翻印版中，你可以在左下角看到標注“V4?。?！”。

“ 我的上帝，全是恒星！”

雖然哈勃證實了仙女座是一個巨大的星系，很可能充滿了上百億顆恒星，天文學家卻花了將近20年才最終解析出它高密度中心區域的恒星。第一張照片拍攝在一張17厘米的底片上，它是在非同尋常的情況下產生的。

1943年，在第二次世界大戰的高潮時期，天文學家沃爾特·巴德在威爾遜山工作。作為一名德國籍公民，巴德被禁止參與戰爭任務，因此他晚上有時間凝視洛杉磯上方的星空。而此時因為戰時燈火管制，這片天空暗得令人欣喜。一天晚上，他將天文臺那架254厘米望遠鏡對準了仙女座，第一次捕捉到了星系中央單獨的恒星。這張照片為巴德將恒星分為兩類奠定了基礎：占據著星系旋臂的年輕熾熱的恒星，以及位于星系中央年老冷卻的恒星。

在60多年之后，這張照片仍然令人震驚。美國航空航天局天文學家簡·瑞格比2015年拜訪卡耐基天文臺的時候，在小型放大鏡下察看了這張底片，驚呼道：“我的上帝，全是恒星！”

奇怪星系里的超新星

剛剛離世的天文學家霍爾頓·阿爾普最著名的成就是他1966年出版的《罕見星系圖冊》，他為這本圖冊拍攝了數百張具有奇怪形狀和行為的星系照片，其中就包括斯特藩五重星系——遠在3億光年之外、處于激烈碰撞中的5個密切互動的星系。圖冊在圣迭戈帕洛馬天文臺發表5年后，在一張新拍攝的卓越照片中，他鑒定出了一顆超新星（右頁左上圖中標注為“SN”），爆炸于一個月之前。這張底片上其他箭頭指向的是參照恒星，阿爾普用來計算該超新星在太空中的坐標。

在一張拍攝于1964年較早期的照片中（右頁左上圖），這顆閃耀的爆炸體顯然消失了。

一次徹底的星系調查

20世紀70年代末期和80年代早期，哈勃曾經的助手艾倫·桑德奇及其合作者對處女座星系團進行了一次徹底調查。處女座星系團組成包括我們銀河系在內的超星系團的核心。為了進行這項工作，天文學家制作了67個巨型的、50.8厘米的方形照相底片，它們一起將2096個星系編成了目錄。桑德奇煞費苦心地對每一個星系進行定位和測量，用紅色和綠色的墨水直接在底片上注釋它們的目錄號和量級。