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光学史上的今天(馆内原创)—— 望远镜的发扬光大

日期:2021-08-21

412年前的今天,1609821日,意大利科学家伽利略展出了人类历史上第一架按照科学原理制造出来的望远镜。

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伽利略伽利雷(Galileo Galilei1564215—164218日),是意大利数学家、物理学家、天文学家,科学革命的先驱。他是世界上第一台天文望远镜的发明者,也是利用望远镜观测天体取得大量成果的第一位科学家。他以系统的实验和观察推翻了纯属思辨传统的自然观,开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学。然而,神学家们却咒骂望远镜是魔鬼的发明”,伽利略也因宣传日心说而受到教会的迫害。但他的成就开辟了科学的道路,动摇了宗教的统治地位,伽利略本人也成了近代实验科学的奠基人。当时人们盛行的话是:哥伦布发现了新大陆,伽利略发现了新宇宙。恩格斯称他是“不管有何障碍,都能不顾一切而打破旧说,创立新说的巨人之一”。

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其实,最早发现望远镜秘密的不是伽利略,而是荷兰米德尔堡的一位眼镜商汉斯利珀希。传说,1608年的一天,利珀希的两个孩子在店里玩耍,无意中把两片透镜叠在一起,竟看到了远处教堂的风标,于是叫来爸爸分享他们看到的东西,这引起了利珀希的注意。利珀希听了之后,学着孩子的样子,果然也看清了远处的景物。这引起了利珀希的极大兴趣。他反复查看这两只镜片,它们一只是老花镜片,另一只是近视镜片。他发现老花镜片在前,近视镜片在后,只要适当调整两只镜片之间的远近,就可以看清不同距离的东西。他将一个只有30厘米长的筒里装了一只老花镜片和一只近视镜片,但它却是世界上第一架望远镜。

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望远镜的真正价值,是由伽利略的科学实验加以证实的。1609年,正在威尼斯的伽利略,从朋友的信中了解到利珀希制造望远镜的消息后,他对这个发现很感兴趣,他用数学进行计算,研究用什么样的镜片、怎样组合在一起效果比较好。最后,伽利略做了两根管子,一根管子的一端放凸透镜,另一根管子的一端放凹透镜:其中一根稍微细一点,正好可以套住另一根管子里面,自由滑动。这样,观察的时候,就可以来回调节,选择合适的距离。就这样,经过反复的研制和试验,终于在1609年发明了世界上第一架能放大32倍的望远镜。这是第一部投入科学应用的实用望远镜。不到3个月的时间,45岁的伽利略已经仿造出了两架仪器,不同寻常的是,他不光是把它们当作富商巨贾们看看远山风景的玩具,而是把它指向了星空。从此,一扇通往宇宙奥秘堂的大门在天文学家面前打开了。

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160912月,伽利略用他自制的望远镜观测月球。他发现月球表面并非像亚里土多德说的那样完美无缺,而是坑坑洼洼,凹凸不平。月球上布满了一些四周高、中间低的环形结构,这就是后人所称的环形山。更重要的是,他由此知道,月球并非是上帝创造的尤物,天堂中的东西也不一定是尽善尽美的,他相信月球和地球一样,是个有着实地的世界。其次又发现木星旁边有四个卫星,在围绕着木星运转。接着,伽利略又把目标指向了灿烂的星星,尽管在望远镜内星星还是那个星星,但明显地变得更加明亮了,而且还出现了众多原先肉眼无法见到的小星,由此他也成为世界上最早识破漫漫银河奥秘的人。这一切也使他相信,哥白尼所说的恒星离我们极其遥远可能是句至理名言,不然为什么望远镜无法把它们放大呢。

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1609年伽利略通过望远镜观察到了木星那淡黄色的小小圆面,以及木星旁边的4个卫星。为了纪念伽利略这个发现,后人还把这4个比较大的木星卫星称为伽利略卫星。这说明,不是所有天体都绕地球转。1610,他又发现了金星存在阴晴圆缺的位相变化。所以也就成为哥白尼日心说的第一个观测依据。

伽利略把他的天文发现编成《星体通报》向世界报道,立刻引起了知识界的震惊。向伽利略购买望远镜的订货单源源而来,可是他不计任何报酬,把这个发明献给了威尼斯公爵。公爵下令聘请他为帕多亚终身教授。不久,他又被邀请到佛罗伦萨,担任宫廷数学教授。