撰文?|?王善欽

很多人都曾被精美而絢麗的深空照片所震撼。事實(shí)上，天文照相不僅僅吸引著大量業(yè)余天文愛好者，也是當(dāng)今職業(yè)天文學(xué)家從事觀測(cè)與分析的必備基礎(chǔ)?，F(xiàn)代的職業(yè)天文學(xué)家利用望遠(yuǎn)鏡采集星光，然后用CCD之類的成像儀器拍攝天體的圖像或光譜（光經(jīng)過(guò)棱鏡、光柵等分光設(shè)備后分解為多種顏色，就是光譜）。

8.2米口徑的甚大望遠(yuǎn)鏡（VLT）上的HAWK-I拍攝的獵戶座星云（M42）的紅外合成偽色圖像。圖片來(lái)源：ESO/H. Drass et al.

今天，這一切都顯得理所當(dāng)然。然而，這并不是傳統(tǒng)天文學(xué)的模式。200年前以及更早以前，天文學(xué)家還只能用肉眼或者肉眼搭配望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)星空，然后用文字或繪圖的方式記載星空及其變化。

當(dāng)照相技術(shù)于1817-1839年之間被發(fā)明并長(zhǎng)足發(fā)展之后，一批富有遠(yuǎn)見的科學(xué)家將這門新興的技術(shù)與天文觀測(cè)結(jié)合為強(qiáng)有力的天文照相術(shù)，并在此后半個(gè)世紀(jì)不斷改進(jìn)，最終使天文照相成為天文觀測(cè)的主流模式。

多才多藝的亨利·德雷珀（Henry Draper，1837-1882）是天文照相的杰出先驅(qū)之一。在他短暫的一生中，他通過(guò)天文照相在天文學(xué)領(lǐng)域做出多個(gè)引領(lǐng)世界的重大貢獻(xiàn)，深刻改變了天文學(xué)的面貌與研究方式。然而，他的正式職業(yè)卻是醫(yī)生與生理學(xué)教授。這樣一位被定義為“業(yè)余天文學(xué)”的醫(yī)生如何改變了天文學(xué)？

亨利·德雷珀的照片。圖片來(lái)源：William R. Howell (New York)

天文照相的早期發(fā)展

1837年3月7日，亨利·德雷珀出生于美國(guó)弗吉尼亞州愛德華王子郡（Prince Edward county）。他的父親是當(dāng)時(shí)已經(jīng)很著名的通才科學(xué)家約翰·威廉·德雷珀（John William Draper，1811-1882，以下簡(jiǎn)稱為“約翰”），他的母親是安東尼婭·加德納（Antonia Gardner，1814-1870）。

約翰·威廉·德雷珀。圖片來(lái)源：Carlotta Draper

約翰與妻子有6個(gè)孩子，德雷珀排行第二。

德雷珀出生那一年， 26歲的約翰被任命為紐約大學(xué)正在籌建的醫(yī)學(xué)院的領(lǐng)頭人之一。在德雷珀2歲那一年，約翰被任命為紐約大學(xué)化學(xué)與植物學(xué)的教授，帶著家人搬到紐約。

德雷珀出生前后，正是照相術(shù)發(fā)展起來(lái)的時(shí)代。

1822年，法國(guó)藝術(shù)家約瑟夫·尼爾普斯（Joseph Nicéphore Niépce，1765-1833）用自己制作的摻雜了銀鹽的瀝青作為感光材料，涂在玻璃板上，并用它拍攝出世界上第一張照片，這就是最原始的“日光蝕刻法”照相術(shù)（陽(yáng)光照射到的瀝青變硬，未被陽(yáng)光硬化的瀝青被薰衣草油溶解）。不過(guò)，這張照片沒有被保存下來(lái)。世界上被保存下來(lái)的第一張照片是尼爾普斯于1826年或1827年用同樣的方法拍攝下來(lái)的。

照相術(shù)的發(fā)明是人類文明的重大飛躍之一，從此人們不用依賴?yán)L畫記錄事物。

另一位藝術(shù)家路易斯·達(dá)蓋爾（Louis Jacques Mandé Daguerre，1787-1851）找到尼爾普斯，與其建立合作關(guān)系，繼續(xù)改進(jìn)照相術(shù)。不幸的是，尼爾普斯于1833年逝世，達(dá)蓋爾獨(dú)自繼續(xù)研究。

1839年，達(dá)蓋爾的銀版照相術(shù)正式面世。銀版照相術(shù)以覆蓋在銅板上的碘化銀為感光物質(zhì)。銀版照相的品質(zhì)大大超過(guò)日光蝕刻照相，標(biāo)志著照相術(shù)進(jìn)入實(shí)用階段。時(shí)至今日，銀版照相的英文依然是“達(dá)蓋爾照相”（daguerreotype）。

一開始，銀版照相的底片無(wú)法拿出暗室，因?yàn)楣鈺?huì)導(dǎo)致本來(lái)未感光的部分也感光，從而導(dǎo)致底片毀壞。著名天文學(xué)家、化學(xué)家、數(shù)學(xué)家約翰·赫歇爾（John Herschel，1792-1871）于1839年指出，可以用硫代硫酸鈉（海波/大蘇打）溶解未感光的碘化銀，這就是“定影”。

銀版照相術(shù)面世后，一直對(duì)光的化學(xué)效應(yīng)感興趣的約翰加快跟進(jìn)，并在1839-1840年拍下一批照片，其中的人臉照片可能是世界上最早的人臉照片。

約翰·威廉·德雷珀于1839年被拍下的照片。圖片來(lái)源：Samuel Morse

既然可以拍攝地上的物體，那么自然也可以用它來(lái)拍攝天上的物體。達(dá)蓋爾是第一個(gè)嘗試拍攝天體照片的人，他于1839年1月拍攝了月球的照片，但只拍出了一個(gè)模糊的光團(tuán)。

1840年3月23日，約翰使用5英寸（13厘米）口徑的望遠(yuǎn)鏡，跟蹤月亮20分鐘，成功拍攝到清晰的月亮照片，成為世界上第一個(gè)成功拍攝到天體照片的人。他也因此成為天文照相的先驅(qū)。那一年，天文學(xué)與照相術(shù)正式結(jié)合在一起，當(dāng)時(shí)約翰29歲。

約翰·威廉·德雷珀拍攝的世界上幸存下來(lái)的最早的月亮銀版照片。圖片來(lái)源：John William Draper（右）

照相術(shù)進(jìn)入天文學(xué)，具有重大的意義。

首先，此前天文學(xué)家只能用繪畫或用文字描述觀測(cè)到的天體圖像與光譜，其精確度嚴(yán)重依賴?yán)L畫功底與觀測(cè)精度；天文照相得到的圖像則精確描繪了天體的位置與形態(tài)。

其次，在確保精確度之后，天文學(xué)家可以比較不同時(shí)期拍攝的圖像，從中發(fā)現(xiàn)天體位置與形態(tài)的變化。

第三，人眼無(wú)法通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間凝視天體的方式觀測(cè)到暗淡的天體；天文照相術(shù)可通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間曝光的方法讓暗淡天體成像。我們看到的那些色彩斑斕的星云與星系的照片，都是長(zhǎng)時(shí)間曝光的結(jié)果，用眼睛直接看或貼著望遠(yuǎn)鏡看，無(wú)法看到那么明亮且絢麗的色彩。長(zhǎng)期曝光的本質(zhì)是獲得更多的光，等價(jià)于使用大得多的望遠(yuǎn)鏡或在近得多的距離觀看，因此這并不是造假與夸張。

使用10厘米口徑望遠(yuǎn)鏡采集獵戶座星云（M42）的光，長(zhǎng)時(shí)間曝光成像（左）比直接用眼睛看到的圖像（右）要好看得多，且展現(xiàn)出更多得多的細(xì)節(jié)。圖片來(lái)源：https://www.youtube.com/watch?v=jI7IPPmu76U；文字意譯：本文作者

1843年，約翰用銀版照相法拍攝了太陽(yáng)衍射光譜，并在底片中發(fā)現(xiàn)了新的紅外線和紫外線。這是人類首次拍攝到太陽(yáng)的衍射光譜。此前，人們普遍認(rèn)為太陽(yáng)光譜的三個(gè)部分有各自不同類型的能量：紅外線產(chǎn)生熱，紫外線產(chǎn)生光化學(xué)效應(yīng)，可見光只是光。約翰通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯亢笾赋觯哼@是一個(gè)錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)，實(shí)際上所有波長(zhǎng)的光都有光化學(xué)作用。

1840年-1873年，約翰先后擔(dān)任紐約大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授和院長(zhǎng)，博學(xué)多才的約翰為少年時(shí)期的德雷珀?duì)I造了非常好的學(xué)術(shù)氛圍。他的嚴(yán)謹(jǐn)與堅(jiān)韌不屈的品質(zhì)也深刻影響了德雷珀。

約翰的言傳身教使德雷珀很早就進(jìn)入科研領(lǐng)域：早在1850年，約翰就帶著當(dāng)時(shí)13歲的德雷珀，在實(shí)驗(yàn)室通過(guò)顯微鏡制作顯微照片。在制作照片的過(guò)程中，約翰向兒子介紹了照相技術(shù)及其應(yīng)用，德雷珀因此從小就對(duì)化學(xué)和照相術(shù)有強(qiáng)烈興趣。

少年照相專家

1851年，英國(guó)照相師弗雷德里克·阿切爾（Frederick Scott Archer，1813-1857）發(fā)明濕版（Wet-plate）照相術(shù)。他將碘化鎘、溴化鎘等化合物混合到珂羅酊（collodion，以酒精與乙醚為溶劑的硝化纖維素溶液）中，再將得到的混合物涂在玻璃板上，乙醚揮發(fā)后，再將干燥的板浸入硝酸銀溶液中，經(jīng)過(guò)3-5分鐘將其取出，形成濕版底片。濕版底片感光靈敏，只需要2-3秒就可以完成對(duì)普通物體的感光，這是照相術(shù)的一大進(jìn)步。

1852年，15歲的德雷珀在紐約大學(xué)結(jié)束預(yù)科課程，開始攻讀本科學(xué)位。大二結(jié)束后，德雷珀在約翰的建議下，轉(zhuǎn)入醫(yī)學(xué)系，研究課題是人的脾臟。為了更精確地描述結(jié)果，他在研究過(guò)程中使用了顯微照相技術(shù)，并努力改進(jìn)。

在此過(guò)程中，德雷珀發(fā)現(xiàn)氯化鈀在暗化珂羅酊濕版底片方面有顯著效果。1856年，年僅19歲的德雷珀將這一發(fā)現(xiàn)發(fā)表論文，這個(gè)成果在此后被證明具有很大價(jià)值。

1857年，20歲的德雷珀以優(yōu)異成績(jī)通過(guò)了所有考試，完成醫(yī)學(xué)本科學(xué)業(yè)。然而，此時(shí)他還沒有達(dá)到當(dāng)時(shí)紐約大學(xué)規(guī)定的畢業(yè)年齡，因此暫時(shí)無(wú)法畢業(yè)。于是，他在弟弟丹尼爾（Daniel Draper, 1841-1931）的陪同下，去歐洲游學(xué)一年。

在歐洲游學(xué)期間，德雷珀與其他人應(yīng)威廉·帕松斯（William Parsons，1800-1867）之邀，參觀了位于比爾城堡（Birr Castle）的6英尺（1.82米）口徑的反射望遠(yuǎn)鏡。在那里，德雷珀還看到了制造望遠(yuǎn)鏡的機(jī)器，了解了制造望遠(yuǎn)鏡的方法。這使他對(duì)制造望遠(yuǎn)鏡以及用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)天體的興趣大大提升。

羅斯伯爵的6英尺（1.82米）望遠(yuǎn)鏡，直到1914年它才被拆卸。圖片來(lái)源：http://www.klima-luft.de/steinicke/ngcic/persons/rosse3.htm

不精通機(jī)械制造的醫(yī)生就不是好的天文學(xué)家

1858年，德雷珀回國(guó)，獲得了醫(yī)學(xué)學(xué)位。同年9月，德雷珀在丹尼爾的協(xié)助下，開始澆筑15.5英寸口徑的金屬主鏡，并在11月初成功。接著他們制造機(jī)器來(lái)打磨和拋光主鏡，這個(gè)工作持續(xù)到1859年夏天。

不幸的是，這個(gè)鏡子在1860年2月裂成兩半，原因是一些水進(jìn)入支撐殼后凍結(jié)、膨脹。同年6月，約翰前往歐洲，拜訪了約翰·赫歇爾。赫歇爾建議德雷珀放棄金屬鏡，用玻璃制作主鏡。此前一年，法國(guó)著名天文學(xué)家與物理學(xué)家傅科（Jean Bernard Léon Foucault，1819-1868）制成第一個(gè)鍍銀玻璃反射鏡。

玻璃比金屬輕得多，且鍍銀之后能反射90%以上的入射光。約翰將赫歇爾的建議轉(zhuǎn)告德雷珀。德雷珀立即動(dòng)手澆筑3個(gè)口徑為15.5英寸（39厘米）的玻璃鏡，并利用新制造的打磨機(jī)來(lái)打磨，使它們的反射面分別是接近球面、拋物面與雙曲面形。

1861年10月，德雷珀開始測(cè)試自己制造的3個(gè)玻璃主鏡。這3個(gè)玻璃主鏡中，2號(hào)鏡的放大倍率達(dá)到1000倍，在還沒被鍍銀時(shí)就能分解出一些雙星的成員。

在制造望遠(yuǎn)鏡的同時(shí)，德雷珀于1858年雇傭一個(gè)鄉(xiāng)村木匠建設(shè)天文臺(tái)。他將天文臺(tái)的地址選在紐約哈德遜（Hudson）河旁邊的黑斯廷斯（Hastings）村。11年前，約翰在這里買下一塊20英畝的土地，并在上面蓋了避暑別墅。德雷珀將這塊地的最高點(diǎn)選為天文臺(tái)的臺(tái)址，它的海拔僅為225英尺（約69米）。

在天文臺(tái)建成、15.5英寸的鍍銀玻璃鏡面完成后，德雷珀將其中一塊主鏡與其他部件精準(zhǔn)地安裝為一臺(tái)反射望遠(yuǎn)鏡，并將它安裝到天文臺(tái)的圓頂里面。為了驅(qū)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)，德雷珀還給它安裝了驅(qū)動(dòng)鐘，使其能夠穩(wěn)定而精準(zhǔn)地跟蹤天體。德雷珀還在天文臺(tái)里面建設(shè)了一個(gè)用于沖洗天體照片的暗室。

1860年11月，天文臺(tái)正式落成，它在后來(lái)被稱為“亨利·德雷珀天文臺(tái)”（Henry Draper Observatory）。那一年，23歲的德雷珀成為紐約大學(xué)自然科學(xué)教授。天文臺(tái)建成后，德雷珀一般選擇在夏天在黑斯廷斯的天文臺(tái)觀測(cè)，冬天在紐約的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行不需要望遠(yuǎn)鏡的實(shí)驗(yàn)與分析工作。

大約拍攝于1880年的亨利·德雷珀天文臺(tái)（Henry Draper Observatory)，右邊小的那個(gè)圓頂是1860年完成的，左邊大的圓頂是后來(lái)建成的。圖片來(lái)源：https://hastingshistoricalsociety.org/draper-observatory-cottage/

在制造鏡面、安裝望遠(yuǎn)鏡、制造精準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)鐘等過(guò)程中，德雷珀顯示出他在機(jī)械制造的過(guò)人天賦與百折不撓的毅力。在他位于紐約的實(shí)驗(yàn)室里，車床、磨床、各種制造工具門類齊全。為了制造這個(gè)鏡子，他與丹尼爾一起制造并拋光了近100塊其他玻璃鏡，它們的直徑從0.25英寸（0.635厘米）到19英寸（48.26厘米）不等。

德雷珀制造的望遠(yuǎn)鏡引起了史密森學(xué)會(huì)（Smithsonian Institution）第一任秘書、著名科學(xué)家約瑟夫·亨利（Joseph Henry，1797-1878）的極大興趣。他于1863年春參觀了德雷珀的實(shí)驗(yàn)室和天文臺(tái)，并邀請(qǐng)他寫一本專著。

德雷珀為此寫了《鍍銀玻璃望遠(yuǎn)鏡的建造》（On the Construction of A Silvered Glass Telescope）一書，講述15.5英寸望遠(yuǎn)鏡鏡面的制造、打磨、拋光、安裝、運(yùn)行，天文臺(tái)的建設(shè)、照相實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)、天文照相等課題。這本書于1864年7月由史密森學(xué)會(huì)出版后，成為這一領(lǐng)域公認(rèn)的權(quán)威著作，并被多次再版。

《鍍銀玻璃望遠(yuǎn)鏡的建造》。圖片來(lái)源：University of California Libraries

除了這部專著外，德雷珀在1860-1864年之間還發(fā)表多篇論文，討論照相術(shù)、照相術(shù)與望遠(yuǎn)鏡的結(jié)合等問(wèn)題。

黑斯廷斯上空的月亮

1862年4月，德雷珀開始拍攝月球的照片。秋天，他重新拋光3號(hào)鏡子，使其能夠分辨出天狼星的伴星，分解出一些雙星與多星系統(tǒng)的成員，并觀測(cè)到木星衛(wèi)星的盤面。1862年冬天，他開始拍攝太陽(yáng)的銀版照片與單寧（鞣酸）底片照片。

從1863年夏天開始，德雷珀又開始拍攝月球的照片。德雷珀拍攝了1500多張?jiān)虑蛘掌?。這批照片中，最清晰的是1863年8月的第一個(gè)星期拍攝的，它們被稱為“黑斯廷斯上空的月亮”（“Moon Over Hastings”）。這些照片是當(dāng)時(shí)世界上最清晰的月球照片，在天文學(xué)發(fā)展史上具有重大意義。

德雷珀于1863年9月3日拍攝的月球照片。圖片來(lái)源：https://hastingshistoricalsociety.org/draper-observatory-cottage/

1864年，德雷珀拍攝的月球照片發(fā)表在一個(gè)雜志的一篇介紹月球的長(zhǎng)文章中，這使他聲名鵲起。此后，陸續(xù)有著名的科學(xué)家、發(fā)明家與社會(huì)名流來(lái)參觀德雷珀的天文臺(tái)，包括著名發(fā)明家托馬斯·愛迪生（Thomas Edison，1847-1931）與塞繆爾·莫爾斯（Samuel Morse，1791-1872）。

雖然德雷珀將大量業(yè)余時(shí)間用于天文學(xué)研究，但他并未因此荒廢自己的本職工作。在自己的工作崗位上，他盡職盡責(zé)，深得學(xué)生們的認(rèn)可與喜愛。1866年，德雷珀被任命為醫(yī)學(xué)院生理學(xué)教授，同時(shí)兼任院長(zhǎng)；同年，他出版了一本化學(xué)教科書。

捕獲星星的“指紋”

1867年，德雷珀與瑪麗·安娜·帕爾末（Mary Anna Palmer，1839-1914）結(jié)婚。后者婚后隨夫姓，并去掉首名“瑪麗”，因此改名為安娜·帕爾末·德雷珀（Anna Palmer Draper）。我們?cè)谙旅娣Q其為“安娜”。

兩人在婚后成為合作無(wú)間的科學(xué)伴侶，瑪麗成為德雷珀的得力助手。他們經(jīng)常在紐約的實(shí)驗(yàn)室里一起工作，而在天文臺(tái)觀測(cè)時(shí)，安娜每次都陪伴德雷珀，協(xié)助他安放、處理底片。

安娜·帕爾末·德雷珀的畫像。圖片來(lái)源：John White Alexander

1867年，結(jié)婚之后不久的夫妻倆購(gòu)買了鏡坯，建設(shè)口徑為28英寸（71厘米）的反射望遠(yuǎn)鏡，經(jīng)過(guò)41次的打磨與拋光，他們?cè)?869年4月1日完成了主鏡，共耗時(shí)18個(gè)月。

1869年夏天，德雷珀在天文臺(tái)的圓頂附近建設(shè)了一個(gè)更大的圓頂，并在當(dāng)年8月將28英寸望遠(yuǎn)鏡安裝到其中。此后，德雷珀將主鏡卸下來(lái)，為其鍍銀；在觀測(cè)之后，他對(duì)照片的清晰度不滿意，然后重新拋光主鏡，并在1872年3月為其重新鍍銀。

接著，德雷珀與安娜一起用這臺(tái)新的望遠(yuǎn)鏡拍攝恒星的光譜。

此前，英國(guó)天文學(xué)家威廉·哈金斯（William Huggins，1824-1910）與化學(xué)家威廉·米勒（William Allen Miller，1817-1870）于1863年使用濕版底片獲得天狼星與五車二（御夫座α星）的光譜，這是人類首次將恒星光譜與照相術(shù)結(jié)合在一起。然而，哈金斯與米勒拍攝的光譜相片未顯示出吸收線特征。

在安娜的協(xié)助下，德雷珀于1872年5月29日拍攝到織女星光譜，但底片中也沒有顯示吸收線。1872年8月8日，德雷珀與安娜終于拍攝到織女星的更清晰的光譜，底片顯示出4條吸收線。

織女星是天琴座第一亮星。圖片來(lái)源：Bob King

這是人類首次拍攝到顯示吸收線的恒星光譜。通過(guò)吸收線，人們才可以確定恒星的化學(xué)成分。吸收線如同恒星的指紋。德雷珀拍攝到的吸收線是氫線，這意味著織女星富含氫元素。憑借這個(gè)成就，德雷珀夫妻倆超越了前輩哈金斯，在恒星光譜拍攝這個(gè)領(lǐng)域走到了世界同行之前。此外，德雷珀還成功獲得了顯示吸收線的牛郎星光譜。為了讓望遠(yuǎn)鏡精確跟蹤恒星，從而實(shí)現(xiàn)足夠長(zhǎng)時(shí)間的曝光，德雷珀設(shè)計(jì)了7個(gè)驅(qū)動(dòng)鐘，才獲得最滿意的那個(gè)。

此后，哈金斯使用干版底片拍攝了更多顯示吸收線的恒星光譜。恒星光譜拍攝在哈金斯與德雷珀的友好競(jìng)爭(zhēng)中快速發(fā)展。

為了能夠?qū)⒏鄷r(shí)間投入天文照相術(shù)中，德雷珀于1873年辭去紐約大學(xué)醫(yī)學(xué)院院長(zhǎng)一職與生理學(xué)教授席位，僅保留了自然科學(xué)教授席位。但他隨后又被任命為分析化學(xué)系主任。

1876年7月，德雷珀發(fā)明了狹縫攝譜儀，并用它又拍攝了幾張織女星的光譜照片。

從1872-1882年的十年間，德雷珀在安娜的協(xié)助下，用100多張底片拍攝了78顆恒星與木星、金星、火星等行星的高品質(zhì)光譜。

太陽(yáng)基準(zhǔn)光譜

在恒星光譜拍攝獲得重大進(jìn)展的同時(shí)，德雷珀在太陽(yáng)光譜拍攝這一領(lǐng)域也獲得了重大進(jìn)展。

實(shí)際上，早在1869年秋天，德雷珀就開始研究太陽(yáng)的衍射光譜。他先用車床制作了光柵和金屬反射鏡，然后用后者直接成像。1872年秋，德雷珀重新開始這方面的工作，他從劉易斯·盧瑟福（Lewis Morris Rutherfurd，1816-1892）那里獲得3塊精美的玻璃光柵。

他讓陽(yáng)光照射到定日鏡，后者將陽(yáng)光反射后，通過(guò)狹縫，再通過(guò)一個(gè)透鏡，然后照射光柵。光柵將陽(yáng)光分解為光譜，光譜照射底片后成像。為了能夠讓自己與同行可以直接讀取光譜線的波長(zhǎng)，德雷珀在鋼尺上刻上波長(zhǎng)，達(dá)到了很高的精度。

1873年，德雷珀發(fā)表重要論文《衍射光譜照相》（On Diffraction Spectrum Photography），并在論文最后附上自己得到的最好的太陽(yáng)光譜以及對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)刻度。這條光譜給出了波長(zhǎng)從344納米到435納米之間的眾多太陽(yáng)光譜線。

德雷珀公布的太陽(yáng)基準(zhǔn)光譜。圖片來(lái)源：Henry Draper, On Diffraction Spectrum Photography. Am. J. Sci., Ill, vi, 401- 409, Dec, 1873.

由于德雷珀光譜的精度很高，所以它很快成為太陽(yáng)的基準(zhǔn)光譜，連一向在光譜領(lǐng)域領(lǐng)先世界的歐洲同行也開始使用它來(lái)研究太陽(yáng)與其他恒星的光譜。比如，恒星光譜分類的前輩權(quán)威安吉洛·塞奇（Angelo Secchi，1818-1878）將德雷珀得到的太陽(yáng)基準(zhǔn)光譜復(fù)刻到鋼片上，作為確定光譜波長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，并在他寫的研究太陽(yáng)的專著中引用。

1874年，德雷珀被委任為那一年金星凌日觀測(cè)遠(yuǎn)征隊(duì)的照相部主任，雖然他無(wú)法親臨觀測(cè)現(xiàn)場(chǎng)，但他用了幾個(gè)月時(shí)間指導(dǎo)觀測(cè)團(tuán)隊(duì)照相技術(shù)，因此獲得國(guó)會(huì)獎(jiǎng)?wù)隆?/p>

1876年，德雷珀同時(shí)拍攝了太陽(yáng)光譜和地球大氣光譜，證明地球大氣中存在的氧也存在于太陽(yáng)之中。

1878年7月29日，德雷珀夫婦在懷俄明州的羅林斯（Rawlins）火車站前的臨時(shí)觀測(cè)站，觀測(cè)日全食。在約3分鐘的日全食期間，德雷珀拍攝了日冕的圖像。

德雷珀于1878年7月29日的日全食期間拍攝的日冕的圖像。圖片來(lái)源：Hastings Historical Society via National Museum of American History

星云與彗星

1875年，德雷珀從著名的望遠(yuǎn)鏡制造商阿爾萬(wàn)·克拉克（Alvan Clark，1804-1887）那里購(gòu)買了一臺(tái)12英寸（30.5厘米）的折射望遠(yuǎn)鏡，并將它與28英寸反射鏡放在同一個(gè)支架上使用。1880年，德雷珀用12英寸折射望遠(yuǎn)鏡從克拉克那里換了11英寸的折射望遠(yuǎn)鏡，后者專門為天文照相定制。

德雷珀的28英寸（71厘米）反射望遠(yuǎn)鏡與使用同一支架的12英寸（30.5厘米）折射望遠(yuǎn)鏡。圖片來(lái)源：Hastings Historical Society

當(dāng)時(shí)，干版成像技術(shù)已經(jīng)成熟，德雷珀與安娜開始使用溴化明膠干版作為底片拍攝獵戶座星云（M42）。1880年9月30日，德雷珀用11英寸望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)M42，曝光57分鐘，獲得了它的圖像，成為有史以來(lái)第一個(gè)成功拍攝到星云照片的人。

這張照片的清晰度沒有達(dá)到德雷珀的要求，因此他與安娜在1881年3月與1882年3月14日又分別拍攝M42照片，這兩次拍攝曝光的時(shí)間分別為104分鐘與137分鐘。

最后一次拍攝獲得的照片清晰度最高，甚至拍攝到暗到14.7等的恒星與星云的外圍區(qū)域。此外，德雷珀還拍攝了M42的光譜與星云中的1顆10等暗星的光譜。

德雷珀于1882年3月14日用11英寸望遠(yuǎn)鏡搭配干版底片重新拍攝的獵戶座星云（M42）的圖像。圖片來(lái)源：Konstantin Getman

德雷珀拍攝的M42的照片代表了那個(gè)時(shí)代天文照相術(shù)的最輝煌成就，開辟了星云拍攝的先河，為后來(lái)天文學(xué)家研究星云開辟了新的紀(jì)元。星云比恒星更容易變化，天文學(xué)家可以對(duì)比不同時(shí)期的星云來(lái)分析變化。

此后至今，所有研究星云的職業(yè)天文學(xué)家與拍攝星云業(yè)余天文愛好者，都得認(rèn)德雷珀為祖師爺。

1881年6月24日，德雷珀使用廣角拍攝模式拍攝“1881年大彗星”（Great Comet of 1881），曝光17分鐘后，就拍到了彗核與周圍物質(zhì)的照片。此后，他又曝光162分鐘，拍攝到跨越10度的彗尾。

德雷珀拍攝1881年大彗星的木版畫，作畫時(shí)間約為1888年，作者未知。圖片來(lái)源：BILDAGENTUR-ONLINE / TH FOTO / SCIENCE PHOTO LIBRARY

然后，德雷珀又通過(guò)棱鏡分光，曝光83分鐘，拍攝到這顆彗星的彗頭、彗發(fā)與部分彗尾的光譜。這是有史以來(lái)第一張彗星光譜照片。隨后，德雷珀又拍攝了3張彗星光譜。通過(guò)其中的光譜線特征，德雷珀進(jìn)一步確定彗星含有碳。

最后的時(shí)光

憑借他在天體光譜照相方面的杰出成就，德雷珀成為當(dāng)時(shí)世界上最杰出的天文學(xué)家之一。

他也獲得了科學(xué)界的高度認(rèn)可，先后被選為美國(guó)天文學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)員（1875）、美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士（1877）、美國(guó)哲學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)員（1877）、美國(guó)藝術(shù)與科學(xué)院院士（1881）和美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)會(huì)員（1879），并在1882年被威斯康辛大學(xué)和紐約大學(xué)授予法學(xué)榮譽(yù)博士學(xué)位。

除了醫(yī)學(xué)、天文觀測(cè)、天文攝影、化學(xué)與機(jī)械制造之外，德雷珀還精通物理學(xué)與生理學(xué)。他在紐約的實(shí)驗(yàn)室不僅研究天文，也通過(guò)各種方法研究元素的光譜線。將實(shí)驗(yàn)室得到的各種元素的光譜特征與恒星光譜吸收線特征比較，人們就可以確認(rèn)恒星的化學(xué)成分。

德雷珀還擅長(zhǎng)管理、商務(wù)與交際，因此也深得同事、朋友與同行的喜愛。

在基本辭去紐約大學(xué)的職務(wù)后，德雷珀計(jì)劃全身心投入到天文學(xué)觀測(cè)與天文照相術(shù)研究。他計(jì)劃與妻子安娜一起拍攝更多得多的恒星光譜，并對(duì)恒星光譜進(jìn)行細(xì)致的分類。

不幸的是，因?yàn)殡p側(cè)胸膜炎，德雷珀于1882年11月20日逝世，享年僅45歲。同一年的1月，他的父親約翰逝世，僅比他早約10個(gè)月。

不朽的貢獻(xiàn)

德雷珀活躍的時(shí)代恰好是照相術(shù)進(jìn)入天文學(xué)的時(shí)代。照相術(shù)顯然比繪畫與文字更精確得多，人們可以通過(guò)拍攝不同時(shí)期的恒星、星云、行星的圖像與光譜，比較其位置與形態(tài)的變化，并分析其物理與化學(xué)性質(zhì)，天體物理學(xué)因此得以快速發(fā)展，舊天文學(xué)開始向新天文學(xué)快速演進(jìn)。人們還可以在一張底片上同時(shí)拍攝大量恒星的圖像或光譜，獲得它們的精確位置，這是繪畫與文字描述無(wú)法做到的。

早期照相術(shù)的靈敏度未超過(guò)人眼，因此基本上只能用以記錄天體，不能發(fā)現(xiàn)新的天體，因此大多數(shù)天文學(xué)家忽略照相術(shù)在天文學(xué)上的應(yīng)用。此外，大多數(shù)天文學(xué)家并無(wú)化學(xué)與照相術(shù)方面的背景。德雷珀精通化學(xué)與照相術(shù)，并在19歲開始就不斷改進(jìn)照相術(shù)，這使他不僅敏銳地意識(shí)到照相術(shù)在天文學(xué)研究中的重要性，也使他在從事天文照相工作時(shí)具備獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

德雷珀是舊天文學(xué)向新天文學(xué)演進(jìn)的關(guān)鍵人物之一。他拍攝到月球的高清圖像，首次拍攝到顯示吸收線的恒星光譜；獲得太陽(yáng)基準(zhǔn)光譜；拍攝到約近百顆恒星與行星的光譜；首次拍攝到星云的圖像與光譜；首次拍攝到彗星的光譜。在長(zhǎng)期的天文照相過(guò)程中，他還提高了望遠(yuǎn)鏡與光譜儀的水平，并發(fā)明了被使用至今的狹縫攝譜儀。

盡管德雷珀經(jīng)常被定位為業(yè)余天文學(xué)家，但他的成就有力推進(jìn)了天文學(xué)與天體物理學(xué)的發(fā)展，也足以使他作為一名杰出的天文學(xué)家而名垂青史。德雷珀還是一個(gè)精通機(jī)械制造的能工巧匠，他自己制造了多臺(tái)望遠(yuǎn)鏡與多個(gè)精準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)鐘，后者使隨著地球自轉(zhuǎn)而運(yùn)動(dòng)的望遠(yuǎn)鏡可以穩(wěn)定而精確地跟蹤天體，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間曝光，從而獲得高品質(zhì)的天體圖像與光譜。在當(dāng)時(shí)，他制造的驅(qū)動(dòng)鐘是世界一流的。

1880年左右，底片的敏感度超過(guò)人眼后，照相術(shù)開始被廣泛用于天文研究，底片迅速成為職業(yè)天文學(xué)家研究天文學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)配置，進(jìn)而成為與望遠(yuǎn)鏡一樣重要的基本器材?，F(xiàn)在，CCD等成像裝置早已取代了傳統(tǒng)的底片，使天文觀測(cè)水平達(dá)到更高的層次。而這些發(fā)展植根于德雷珀與其同時(shí)代的其他杰出的天文照相專家的不懈努力。

德雷珀小屋、德雷珀隕石坑與德雷珀星表

德雷珀逝世后，德雷珀天文臺(tái)留給了他的最小的妹妹安東尼婭（Antonia Draper，1849–1923）。1905年，天文臺(tái)的第二個(gè)圓頂毀于火災(zāi)，此后安東尼婭重建了它。1912年，安東尼婭將天文臺(tái)改造為住所。上世紀(jì)90年代，德雷珀天文臺(tái)故址被移交給黑斯廷斯村?，F(xiàn)在，這里成為黑斯廷斯歷史學(xué)會(huì)（Hastings Historical Society）的所在地。

現(xiàn)在的亨利·德雷珀天文臺(tái)（Henry Draper Observatory)舊址，它被稱為德雷珀小屋（Draper Cottage）或“天文臺(tái)小屋”（Observatory Cottage）。圖片來(lái)源：Daniel Case

為了紀(jì)念德雷珀，月球上位于雨海南部的一處隕石坑被命名為“德雷珀”。德雷珀隕石坑是一個(gè)圓形的小型撞擊坑，直徑9千米，深度1.7千米。它附近有兩個(gè)小的隕石坑，分別被命名為“德雷珀A”與“德雷珀C”，直徑分別是4千米與8千米。

德雷珀隕石坑、德雷珀A隕石坑與德雷珀C隕石坑。圖片來(lái)源（截取其中相關(guān)部分）：https://asc-planetarynames-data.s3.us-west-2.amazonaws.com/Lunar/lac_40_wac.pdf

比德雷珀隕石坑更著名的是亨利·德雷珀星表（Henry Draper Catalogue）與亨利·德雷珀獎(jiǎng)?wù)拢℉enry Draper Medal）。亨利·德雷珀星表收錄的并不是德雷珀生前拍攝的幾十顆恒星的光譜，而是多達(dá)35萬(wàn)9082顆恒星的光譜。亨利·德雷珀獎(jiǎng)?wù)聞t用于獎(jiǎng)勵(lì)那些對(duì)天體物理學(xué)做出杰出貢獻(xiàn)的天體物理學(xué)家與物理學(xué)家。

圖：德雷珀獎(jiǎng)?wù)隆D片來(lái)源：National Academy of Sciences

特別是，天文學(xué)家在觀測(cè)幾十顆恒星并將其編制為亨利·德雷珀星表的過(guò)程中，有力推動(dòng)了恒星天文學(xué)甚至宇宙學(xué)。

那么，是誰(shuí)啟動(dòng)了這個(gè)影響深遠(yuǎn)的星表的匯編？這是另一個(gè)波瀾壯闊的故事。

主要參考文獻(xiàn)

[1]George F. Baker, MEMOIR of HENRY DRAPER, READ BEFORE THE NATIONAL ACADEMY, APRIL 18, 1888

[2]https://en.wikipedia.org/wiki/Astrophotography

[3]https://en.wikipedia.org/wiki/Nic%C3%A9phore_Ni%C3%A9pce

[4]https://en.wikipedia.org/wiki/John_Herschel

[5]https://en.wikipedia.org/wiki/John_William_Draper

[6]https://en.wikipedia.org/wiki/Henry_Draper

[7]http://hastingshistoricalsociety.blogspot.com/2010/04/house-tour-preview-henry-drapers.html

[8]http://www.naic.edu/~gibson/draper/

[9]https://www.lindahall.org/about/news/scientist-of-the-day/henry-draper

[10]https://en.wikipedia.org/wiki/Draper_(crater)

出品：科普中國(guó)