比尔城堡的六英尺反射望远镜
帕森城的利维坦,是威廉·帕森斯,即第三代罗斯伯爵,在爱尔兰比尔城堡建造的六英尺口径反射望远镜。帕森城是比尔旧称。这台仪器不是另建于远方山顶的台站,而是伯爵庄园内三英尺望远镜试验的扩大,目标是以更大的集光能力研究暗弱星云。
阿马天文台的托马斯·罗姆尼·罗宾逊在1845年报告中追述,六英尺金属镜于1842年4月13日浇铸。1843年2月,镜面研磨、基础和支架等工作已在推进,随后继续制造镜筒、支墩和配重。1845年2月,罗宾逊与詹姆斯·索思受邀参加试观。
巨镜、支承与有限的天空范围
六英尺约合1.83米。罗斯1850年的报告记仪器采用牛顿式反射光路,焦距为53英尺,约16米。主镜不是镀膜玻璃,而是抛光金属镜;镜筒下端安置在厚重的铸铁万向支点上,由链条和配重协助运动。观察者在高处平台工作,地面人员操纵绞盘。
这种支承适合在子午线附近观测,不能像后来大型赤道仪那样自由跟踪整片天空。罗斯记载,在天赤道附近,赤经方向总活动范围约相当于一小时。巨大镜面的自重又会改变成像,团队以多点杠杆分担重量,并不断调整支承,试图减轻镜面弯曲。
天气中的试观与镜面调整
罗宾逊记录的1845年2月天气很差,主要目标猎户座大星云往往在进入仪器可观测范围时被云遮住。短暂放晴时,观察者看见北河二双星和M67星团等对象。新望远镜的使用从一开始便受天空透明度、目标经过时间和机械状态共同制约。
3月3日,团队将主镜卸下重新抛光,次日装回;3月4日至13日的一段较好天气,使他们能集中观察星云。罗斯1850年又说明,有时镜面支承不均导致恒星像失真;空气不稳定会使微弱光点散开、彼此混合,同一对象在不同夜晚呈现的细节并不一致。
M51的螺旋结构
罗斯1850年的报告将M51螺旋结构的识别定在1845年春,并把M99的相似发现置于翌年春季。较早观察者曾把M51描绘为中心明亮、外绕环状结构的星云;六英尺镜呈现的弯曲亮带,使这类对象的形状成为新的研究问题。
Bailey等对记录的复核指出,1845年3月已经有人用新镜观察M51,但现存当时报告没有明确指出螺旋;4月绘图及6月剑桥英国科学促进会会议展示,则提供了更清楚的发现与传播线索。目视到一个对象,与识别并记录其结构,在这段历史中是不同环节。
助手、测量与学术交流
观测成果并非只出自伯爵个人。罗斯在1850年论文中注明,助手约翰斯通·斯托尼于1849年春测量M51附近恒星相对于主核的位置,1850年4、5月又重复观测。论文还保留前助手兰博的记录,以及罗宾逊等来访者的复核,注明日期、天气、形状和可见程度。
为了观察极暗的细节,团队使用不照亮视场的测微装置,但较粗的线条又限制测量精度。罗斯把图像与测量表一起送交皇家学会,论文于1850年6月20日宣读,并希望普尔科沃和美国剑桥的天文学家利用较好的气候继续测量。地方庄园因此进入跨机构的观测网络。
参考:[2]
形状发现及其解释边界
到1850年,罗斯报告已把十四个对象列为具有螺旋或曲线排列特征,另有若干仍存疑。他指出,使用同一个类别名称,并不意味着已经证明这些系统具有相同性质。附图同样需要后续测量补足,才能用于判断对象是否发生变化。
利维坦的早期成果,是把暗弱天体从模糊光斑推进为可以比较、绘制和复测的结构。罗斯仍在讨论这些星云是否能分辨为恒星,以及如何解释其形态;这些观察本身尚未给出后来确定河外星系性质所需的距离证据。