高中历史史学动态从玻璃工人到天体物理学之父“他使星星变近”素材

PAGEPAGE3从玻璃工人到天体物理学之父，“他使星星变近”约瑟夫·冯·夫琅和费（1787—1826）科学史话说起巴伐利亚，许多人想到的是它的首府慕尼黑，想到全称为“巴伐利亚机械制造公司”的宝马公司，想到啤酒。但绝大部分人不知道的是：这里还诞生了天体物理学之父——约瑟夫·冯·夫琅和费。夫琅和费1787年诞生于巴伐利亚一个贫困的玻璃匠家庭，是这个家庭的第11个孩子。10岁与11岁时，夫琅和费先后失去母亲与父亲，成为孤儿。为了生存，他进入一家玻璃制造坊做童工。1801年，夫琅和费工作的破旧车间突然倒塌，14岁的他差点被压死。这场灾难也意外地给这个少年带来了人生的最大转折——这次救援的负责人是后来成为巴伐利亚王国国王、当时已是侯爷的马克西米里安。侯爷特别怜悯夫琅和费，给了他一些书籍，并迫使玻璃制造坊的老板允许他花时间学习。1806年，19岁的夫琅和费来到一家顶尖水平的光学探讨所学习光学仪器制造工艺。夫琅和费聪慧勤勉，不断磨制各种镜片、改进各种光学仪器，很快成为当时世界顶尖的光学仪器制造专家和当时世界上最宏大的望远镜制造者，也使巴伐利亚取代英国，成为当时世界上光学仪器工业的中心。但夫琅和费一生中最杰出的成就却不是为别人供应最好的天文仪器，而是运用自己制造的仪器分解太阳光与星光，并创立起一个全新的学科——天体光谱学，即天体分光学。在夫琅和费之前，其实已经有人用棱镜分光。最闻名的是牛顿，他用三棱镜将小孔里穿过的阳光分成多种颜色，绽开后的图就是牛顿命名的“光谱”，牛顿得到的光谱是特别粗糙的，许多细微环节无法显现。后来，英国化学家沃拉斯顿让阳光从狭缝穿过并用更好的棱镜来分解阳光，于1802年发觉阳光的光谱中有4条暗线，但他的结果没有引起人们留意，他也没有接着探讨。1814年，27岁的夫琅和费将自己磨制的棱镜与一个小望远镜组合，他用这个空前精密的棱镜分解火焰的光，透过望远镜干脆视察，发觉其中总有橙色光明线。然后他用棱镜重复牛顿的试验。他原以为自己会在望远镜中看到光明的线，但结果却恰恰相反，他看到的是一个连续的光明带，其中又嵌着574条暗线，远超过沃拉斯顿发觉的4条，这些线在光谱图中的位置是固定的。为确定这些暗线是不是仪器的缺陷导致，夫琅和费用多种人造光来做这个试验，发觉那些暗线不再出现，这证明仪器并没问题。他还证明白那些线中的绝大部分不是地球大气产生的。因此，他确信这些线携带着太阳自身的信息，并用字母给太阳光谱中一些特殊明显的暗线编了号，这些线也被后人称为“夫琅和费线”。夫琅和费还将天狼星等光明恒星发出的光分解，也发觉了许多暗线。在夫琅和费发觉那些神奇暗线时，全部人都无法说明它们。1859年，闻名物理学家基尔霍夫利用当年夫琅和费亲自磨制的石英三棱镜组装出一台光谱仪，和闻名化学家本生在试验室用本生独创的“本生灯”燃烧各种元素，并仔细视察光谱，解开了谜团：太阳炙热表面的各种原子发出各种各样的光，这些光经过太阳外部相对冷的大气时，大气中的一些原子分别“拦截”了同类原子发出的光，导致光谱图中某些位置的光变暗，形成了夫琅和费线。依据这个原理，只要人们能在试验室中将各种元素发出的光的特征线一一确定，就可以依据太阳的夫琅和费线推断出太阳大气中有哪些元素。闻名哲学家孔德曾断言：人类绝不行能得知恒星的化学成分。就在孔德去世后两年，夫琅和费线的隐私被解开，人类从今可以借助夫琅和费独创的光谱仪分析出太阳与其他恒星的化学成分，孔德的断言被干脆推翻了。尽管夫琅和费始终不知道他发觉的那些暗线的物理起因，但他的精密棱镜与望远镜的组合却成为世界上第一个真正的光谱仪，此后同类光谱仪的核心部件都与其类似。天文学家用光谱仪分解星光，得到光谱；再依据光谱中的各种线，确定天体中含有的元素。夫琅和费发觉的夫琅和费线，又是天体光谱学探讨的真正发端。天文学家用光谱仪分解星系发出的光，结合照相术，在底片上获得光谱，然后测量光谱中各种线的移动，计算出星系的运动速度，这最终又催生了宇宙学。天体光谱学与天体测光学是天体物理学的两大基石，光谱学尤其体现了天体物理学的特征。夫琅和费因此被誉为“天体光谱学之父”与“天体物理学之父”。但夫琅和费却没能看到此后的这一切，由于长期与当时玻璃工艺必需的重金属蒸汽接触，始终未婚的他于1826年在慢性中毒与肺病的熬煎下英年早逝，年仅39岁。此