從伽利略到牛頓

羅方揚

玻璃很早就出現在人們的生活中。現在考古證實，4 000多年前的古埃及和美索不達米亞遺址中，就有小型玻璃物件出土。到了羅馬帝國時代，貴族們就已經用玻璃來裝飾門窗了。在我國，玻璃小制品也在春秋時期出現，著名的越王勾踐劍的劍格上就鑲嵌有玻璃珠。

到了13世紀，威尼斯的玻璃工業已經非常發達，玻璃的透明度也越來越高。人們隨即發現，玻璃磨制出的凸透鏡和凹透鏡能夠放大、縮小物體影像，這對改善視力非常實用。于是，眼鏡被發明出來了。

各種玻璃透鏡的研磨和拋光技術在不斷地發展，透鏡的成像質量也越來越好。1608年的某一天，在一家荷蘭眼鏡店鋪里，有兩位學徒工偷著把玩各種透鏡。他們偶然拿起兩塊透鏡，一近一遠地放在眼前，結果驚訝地看到遠處的目標仿佛變得又近又大，遠處的目標被拉近了！他們的師傅得知后，就把兩塊鏡片安裝到一個金屬管子里，做成了第一架望遠鏡。

這消息很快就傳開了。1609年，伽利略聽說這事后，也制作了自己的望遠鏡。他把一塊凸透鏡和一塊凹透鏡裝進一根鉛管的兩端。觀看時，把凹透鏡靠近眼睛，這就是目鏡；凸透鏡則對準目標，這就是物鏡。雖然對誰第一個發明了望遠鏡這事有爭議，但是毫無疑問，伽利略是第一個把望遠鏡指向星空的科學家。通過望遠鏡，伽利略看到了月亮表面的環形山和太陽黑子，他還發現銀河是由密密麻麻的大片恒星聚集在一起形成的。

牛頓在望遠鏡技術方面也有一個偉大發明，就是制作了反射望遠鏡。這種望遠鏡是通過不透光的凹面鏡聚焦成像的，其結構不同于伽利略的折射望遠鏡。折射望遠鏡和反射望遠鏡就是最基本的兩種光學望遠鏡。從17世紀20年代開始，這兩種望遠鏡的口徑越做越大，分辨率也越來越高。但是，望遠鏡的口徑越大，磨制就越困難，造價也就越高。

圖中所繪為牛頓和伽利略的肖像，以及世界上最早的折射望遠鏡和反射望遠鏡。望遠鏡的發明，讓人類看到了大量以前看不到、看不清的宇宙天體，天文學從此揭開了嶄新的一頁。

細心的讀者還能在圖中看到一個細節，就是作為背景的土星沒有畫出光環，而是在土星旁邊畫了兩顆小星。為什么不畫土星光環呢？原來，伽利略造出望遠鏡后，還用它觀測了土星，結果發現土星有兩個“耳朵”。伽利略雖然如實地畫出了觀測圖，但是大惑不解，土星怎么長著兩個奇怪的“耳朵”呢？這個問題一直到幾十年后荷蘭科學家惠更斯造出更大的望遠鏡才搞清，原來那不是“耳朵”，而是一圈光環。伽利略沒看清的原因，是他的望遠鏡口徑太小、分辨率太低了。