高中歷史史學(xué)動(dòng)態(tài)從玻璃工人到天體物理學(xué)之父“他使星星變近”素材

PAGEPAGE3從玻璃工人到天體物理學(xué)之父，“他使星星變近”約瑟夫·馮·夫瑯和費(fèi)（1787—1826）科學(xué)史話說起巴伐利亞，許多人想到的是它的首府慕尼黑，想到全稱為“巴伐利亞機(jī)械制造公司”的寶馬公司，想到啤酒。但絕大部分人不知道的是：這里還誕生了天體物理學(xué)之父——約瑟夫·馮·夫瑯和費(fèi)。夫瑯和費(fèi)1787年誕生于巴伐利亞一個(gè)貧困的玻璃匠家庭，是這個(gè)家庭的第11個(gè)孩子。10歲與11歲時(shí)，夫瑯和費(fèi)先后失去母親與父親，成為孤兒。為了生存，他進(jìn)入一家玻璃制造坊做童工。1801年，夫瑯和費(fèi)工作的破舊車間突然倒塌，14歲的他差點(diǎn)被壓死。這場(chǎng)災(zāi)難也意外地給這個(gè)少年帶來了人生的最大轉(zhuǎn)折——這次救援的負(fù)責(zé)人是后來成為巴伐利亞王國國王、當(dāng)時(shí)已是侯爺?shù)鸟R克西米里安。侯爺特別憐憫夫瑯和費(fèi)，給了他一些書籍，并迫使玻璃制造坊的老板允許他花時(shí)間學(xué)習(xí)。1806年，19歲的夫瑯和費(fèi)來到一家頂尖水平的光學(xué)探討所學(xué)習(xí)光學(xué)儀器制造工藝。夫瑯和費(fèi)聰慧勤勉，不斷磨制各種鏡片、改進(jìn)各種光學(xué)儀器，很快成為當(dāng)時(shí)世界頂尖的光學(xué)儀器制造專家和當(dāng)時(shí)世界上最宏大的望遠(yuǎn)鏡制造者，也使巴伐利亞取代英國，成為當(dāng)時(shí)世界上光學(xué)儀器工業(yè)的中心。但夫瑯和費(fèi)一生中最杰出的成就卻不是為別人供應(yīng)最好的天文儀器，而是運(yùn)用自己制造的儀器分解太陽光與星光，并創(chuàng)立起一個(gè)全新的學(xué)科——天體光譜學(xué)，即天體分光學(xué)。在夫瑯和費(fèi)之前，其實(shí)已經(jīng)有人用棱鏡分光。最聞名的是牛頓，他用三棱鏡將小孔里穿過的陽光分成多種顏色，綻開后的圖就是牛頓命名的“光譜”，牛頓得到的光譜是特別粗糙的，許多細(xì)微環(huán)節(jié)無法顯現(xiàn)。后來，英國化學(xué)家沃拉斯頓讓陽光從狹縫穿過并用更好的棱鏡來分解陽光，于1802年發(fā)覺陽光的光譜中有4條暗線，但他的結(jié)果沒有引起人們留意，他也沒有接著探討。1814年，27歲的夫瑯和費(fèi)將自己磨制的棱鏡與一個(gè)小望遠(yuǎn)鏡組合，他用這個(gè)空前精密的棱鏡分解火焰的光，透過望遠(yuǎn)鏡干脆視察，發(fā)覺其中總有橙色光明線。然后他用棱鏡重復(fù)牛頓的試驗(yàn)。他原以為自己會(huì)在望遠(yuǎn)鏡中看到光明的線，但結(jié)果卻恰恰相反，他看到的是一個(gè)連續(xù)的光明帶，其中又嵌著574條暗線，遠(yuǎn)超過沃拉斯頓發(fā)覺的4條，這些線在光譜圖中的位置是固定的。為確定這些暗線是不是儀器的缺陷導(dǎo)致，夫瑯和費(fèi)用多種人造光來做這個(gè)試驗(yàn)，發(fā)覺那些暗線不再出現(xiàn)，這證明儀器并沒問題。他還證明白那些線中的絕大部分不是地球大氣產(chǎn)生的。因此，他確信這些線攜帶著太陽自身的信息，并用字母給太陽光譜中一些特殊明顯的暗線編了號(hào)，這些線也被后人稱為“夫瑯和費(fèi)線”。夫瑯和費(fèi)還將天狼星等光明恒星發(fā)出的光分解，也發(fā)覺了許多暗線。在夫瑯和費(fèi)發(fā)覺那些神奇暗線時(shí)，全部人都無法說明它們。1859年，聞名物理學(xué)家基爾霍夫利用當(dāng)年夫瑯和費(fèi)親自磨制的石英三棱鏡組裝出一臺(tái)光譜儀，和聞名化學(xué)家本生在試驗(yàn)室用本生獨(dú)創(chuàng)的“本生燈”燃燒各種元素，并仔細(xì)視察光譜，解開了謎團(tuán)：太陽炙熱表面的各種原子發(fā)出各種各樣的光，這些光經(jīng)過太陽外部相對(duì)冷的大氣時(shí)，大氣中的一些原子分別“攔截”了同類原子發(fā)出的光，導(dǎo)致光譜圖中某些位置的光變暗，形成了夫瑯和費(fèi)線。依據(jù)這個(gè)原理，只要人們能在試驗(yàn)室中將各種元素發(fā)出的光的特征線一一確定，就可以依據(jù)太陽的夫瑯和費(fèi)線推斷出太陽大氣中有哪些元素。聞名哲學(xué)家孔德曾斷言：人類絕不行能得知恒星的化學(xué)成分。就在孔德去世后兩年，夫瑯和費(fèi)線的隱私被解開，人類從今可以借助夫瑯和費(fèi)獨(dú)創(chuàng)的光譜儀分析出太陽與其他恒星的化學(xué)成分，孔德的斷言被干脆推翻了。盡管夫瑯和費(fèi)始終不知道他發(fā)覺的那些暗線的物理起因，但他的精密棱鏡與望遠(yuǎn)鏡的組合卻成為世界上第一個(gè)真正的光譜儀，此后同類光譜儀的核心部件都與其類似。天文學(xué)家用光譜儀分解星光，得到光譜；再依據(jù)光譜中的各種線，確定天體中含有的元素。夫瑯和費(fèi)發(fā)覺的夫瑯和費(fèi)線，又是天體光譜學(xué)探討的真正發(fā)端。天文學(xué)家用光譜儀分解星系發(fā)出的光，結(jié)合照相術(shù)，在底片上獲得光譜，然后測(cè)量光譜中各種線的移動(dòng)，計(jì)算出星系的運(yùn)動(dòng)速度，這最終又催生了宇宙學(xué)。天體光譜學(xué)與天體測(cè)光學(xué)是天體物理學(xué)的兩大基石，光譜學(xué)尤其體現(xiàn)了天體物理學(xué)的特征。夫瑯和費(fèi)因此被譽(yù)為“天體光譜學(xué)之父”與“天體物理學(xué)之父”。但夫瑯和費(fèi)卻沒能看到此后的這一切，由于長期與當(dāng)時(shí)玻璃工藝必需的重金屬蒸汽接觸，始終未婚的他于1826年在慢性中毒與肺病的熬煎下英年早逝，年僅39歲。此