拉卡依

本文分为两部分：（1）南天天文之父拉卡依介绍拉卡依的传奇；（2）南天深空天体探索史简谈介绍南天深空的探索历史。

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南天天文之父拉卡依

文/ Brian Ventrudo 译/孙苏原

法国天文学家尼古拉-路易•德•拉卡依，性格内向而谦虚。他发明的现代星座之多，堪称前无古人，后无来者。

当15世纪欧洲航海家们第一次航行到赤道以南时，他们紧张地看着北极星沉到了地平之下。南半球的大洋隐藏着什么危险？在陌生的星空之下，他们又要如何确定航向？

南半球大洋的危险确实不假。但南十字星座对于信奉基督的航海家们来说是一个吉兆，而且也很实用：十字的长臂正好指向南天极，偏差不超过几度。经过一段时间后，航海家们又学会了利用其它许多明亮的南天恒星来寻找航向。

到16世纪末，荷兰航海家彼得•凯瑟(Pieter Keyser)和弗里德里克•德•浩特曼(Frederick de Houtman ),以及天文学家彼德鲁斯•普朗西斯(Petrus Plancius)已经为南天的主要恒星发明了新的星座。这些星座许多是以奇异的南方动物命名的：杜鹃座来自巨嘴鸟，孔雀座来自孔雀，剑鱼座来自金枪鱼，飞鱼座来自飞鱼，天燕座据说是来自无足的天堂鸟……还有神话中的动物(如凤凰)和令人讨厌的生物(如苍蝇座来自飞蝇)。约翰•拜耳(Johann Bayer )把这些新发明的星座的绝大多数都收入到了他1603年发表的著名的《全天星图》中，其中很多星座，包括上面提及的所有星座，都沿用至今。

但是，直至18世纪中叶，南天星空仍有大片区域未被标明，其中的星座图案也一直未被命名。当时勤勉的法国天文学家尼古拉-路易•德•拉卡依(Nicolas-Louis de Lacaille )参加了一次到南非的探险，其所涉范围极广且成果丰硕，期间，他完成了此后数百年间最出色的一次对南天星空的测量。

• 倾心于天文

拉卡依1713年3月15日出生于法国靠近比利时边境的吕米尼一户富贵门第。他父亲发明了若干工业用机器，靠为波旁大公任职而支撑整个家庭。尼古拉-路易学习了古典文学、哲学和神学。当他父亲突然去世时，还不到20岁的尼古拉-路易失去了继续完成其学业的经济来源。但是波旁大公注意到了这位年轻人的才能和坚定的志向，便继续为他的学业提供了支持。

拉卡依本期望成为一名牧师，但他又着迷于天文学和数学，于是他开始悄悄学习。他获得了神学学位，但是无意于进一步研究宗教。相反，他以自学成才的天文学家的身份，于1737年获得了去巴黎天文台任职的举荐。巴黎天文台当时的台长是雅克·卡西尼(Jacques Cassini),也就是发现了土星卡西尼光环的让-多米尼克•卡西尼(Jean-Dominique Cassini)之子。

在巴黎天文台，拉卡依磨练了才能，并将之运用于大地测量科学。他协助制作了从南特到贝约纳的法国海滨地图，并在对法国子午线(即从北极经过法国到赤道的经度线)的重新测量中扮演了重要角色。这次高度精确的测量，证实了此前认为地球是扁圆球体的说法，即赤道直径略大于两极的距离，而不是有些人认为的相反的扁长球状。

拉卡依因工作出色而当选为法国皇家科学院院士，并在马萨兰大学任职。在那里他建立了一座小型天文台，系统地进行了恒星位置和视差测量，并撰写了一些畅销的数学、天文学和光学著作。到 1730年代末，他已经声名鹊起，学术前途无量。

但拉卡依仍在寻求新的挑战，并在南天星空找到了它。他向科学院提出建议，由他组织一次到好望角的探险活动，以便用来测量南天星表，并开展当地的地理测量。1750年11月21 日,拉卡依登上船舶“光荣”号，先驶向里约热内卢，然后向东驶向南非。

1751年4月19 日,拉卡依抵达开普顿，当时那里是荷兰东印度公司的一个小补给站。凭借荷兰奥伦治王子的介绍信，他受到了荷兰总督的热烈欢迎，并获准住在杨•贝斯比尔(Jan Bestbier )的家中，位于现在的大道街上。

荷兰人觉得这位法国天文学家虽然有点矜持，但也算和善，于是他们为他提供了力所能及的帮助和材料支持。在贝斯比尔家的后院，拉卡依主持修建了一座12平方英尺的天文台，以安装他的观测仪器和望远镜，包括一架14英尺长的折射望远镜，用以测定木星卫星事件的时间：包括它们的掩食、出入木星圆面的时间。把精确测定的这些卫星事件的当地时间，与按巴黎或伦敦地理经度推算的这些事件的应发生时间相比较，就可以获得一种测量世界上任意地点的地理经度的方法。这一方法构思绝妙，尽管实践起来还略显粗糙。

• 南天星空测量

1751年8月6日，拉卡依开始着手他的主要工作，即对南方星空的恒星进行高精度的测绘。当地持续的东南风使得大型观测仪器摇晃不定，拉卡依发现他可以用一个口径为半英寸、长为26英寸的小折射望远镜，将其安装在一个牢固的半径为3英尺的中天方向的象限仪上，来测得非常准确的恒星位置。用这个小型望远镜，他测量到了接近子午圈的恒星经过望远镜焦面十字线上的V形成对线段时的恒星时。

通过恒星穿过这两条线段的时刻的平均值，即可得到恒星的赤经，从恒星经过两条线相对于十字线中心所花的时间可得到恒星的赤纬。他一人彻夜工作，没有助手帮他看钟表或做记录。拉卡依此前答应科学院要精确测量南天的亮度超过3等或4等的恒星的位置，一共约有数百颗恒星。他的工作成果大大超过了自己的预期。在其后的11个月中，他进行了110次、每次8小时的观测，再加上16次从黄昏到黎明的观测，期间不顾头痛、风湿病和发烧，共测绘了南天极与南回归线(赤纬-23.4°)之间亮度暗到8等的9766颗恒星。这是他靠个人勤奋和执着所取得的令人叹为观止的成就。

相较之下，爱德蒙•哈雷(Edmond Halley )并不是懒散之人，但他在1676年到1678年间，在南大西洋的圣海伦那岛上只测定了341颗恒星的位置。

拉卡依在这过程中还测量并登记了42个非恒星天体，包括珠宝盒星团、船底星云，杜鹃座47和半人马座球状星团。拉卡依编制的南天深空天体表早于其同胞查尔斯•梅西叶编制的更为著名的星表20 年。由于他使用的望远镜太小，所以不能确定这些天体的性质，但他给法国科学院写信道：“这些天体性状多样，对它们作准确详细的描述需要很长时间，而且会引发哲学家们许多奇思妙想。”拉卡依本人并没有想在这方面动心思，只是满足于搞好自己的测量。

如此大量的天文数据对这位法国天文学家提出了新的难题：如何整理所有这些数据？大多数南天星空还没有被划分为星座，于是拉卡依就开始自己发明星座。

拉卡依因发明了沿用至今的17个南天星座而为人所知，数量超过历史上任何天文学家。

拉卡依是具有启蒙思想之人，不为陈旧思想所囿，于是他命名了新的星座名称，命名原则用他自己的话来说就是“采用艺术方面的主要角色”：画家的画架、雕刻家的工作室、显微镜和望远镜；网罟，以此赞美他的小折射望远镜中的十字线；南极座，即八分仪；天炉，即反应炉；如此等等。

他命名的唯一例外是山案座，这是根据开普顿附近的地标性山峰命名的。他如此安排这一星座的位置，便使得大麦哲伦星云正好位于山案座的山顶部位。山案座到目前为止还是正式命名的88星座中唯一的以地理特征命名的星座。

拉卡依绘制的南回归线以南的星图是多种星座 的混杂，有位于星图边缘的古典星座，有此前探险家增加的以奇 禽怪兽命名的星座，还有拉卡依看重的艺术与科学仪器：从艺术家的画架和调色板到化学家的火炉和空气泵。

在开普顿期间，拉卡依还精确测量了月亮、金星、火星等相对于恒星的位置。当他回到法国时，他把这些测量结果与他的同事勒让德(Joseph Jerome de Lalande )同一日期在德国的测量结果相比较。两人发现这些天体的角位置有细微的差别：即由两个观测地之间数千英里的距离造成的天体的视差。他们确定的太阳圆盘中央顶端的视差为10.2 角秒，与现今采用的8.8角秒相差不大；他们由此推定的日地距离比实际只小了 16%。

拉卡依和勒让德还比较了在法国接近地平和在南非高高悬于头顶的恒星的位置，以此估算蒙气差随气温和气压的变化。

完成天体测量之后，拉卡依转向他的另一大目标：测量开普顿附近的子午线一度的弧长。在荷兰总督和一名翻译的帮助下，他非常准确地测得正南北方向的一度弧长是84英里，这对于不懂荷兰语又在地域陌生的山区工作的拉卡依来说是一项非常艰巨的工作。

拉卡依发现了一个令他吃惊的结果，他立即再测了一遍以进行核对：南半球地理纬度之间的距离似乎比北半球对应的纬度之间的距离相近0.2%。他由此得出结论：地球实际上是微微地呈梨形的。但是拉卡依并没有考虑到测量子午线附近的台案山及其它山的引力影响这些山使得垂线球会偏离垂直线位置，从而造成奇怪的结果。牛顿的引力定律早就预测到了这个效应，所以历史学家们一直争论拉卡依为什么会忽略这一点。有人说，因为拉卡依是法国人，所以下意识中就不愿意采用一位英国科学家的理论。还有人认为这只不过是疏忽，而且是在所难免的。

在他离开开普顿之前，拉卡依还用木星的卫星测量了开普顿的地理经度，记录了潮汐和气象，并绘制了当地的地图。他收集了贝壳、植物、岩石以及一只野驴的皮，并把这些标本运回到法国国王的花园。因此毫不奇怪，1879至1907年任开普顿天文台台长的大卫•基尔爵士( Sir David Gill)这样评价拉卡依在南非的工作：“这是有史以来最不可思议的、最成功的、最有用的科学考察。”

• 回到法国

拉卡依在花了 10个月时间绕行测量印度洋今名毛里求思和联合岛的岛屿之后.回到了法国。在他的日志里他表示对这些热带天堂毫无兴趣(他说他“无聊到流泪”)，而渴望回到法国以继续工作。

他最后于1754年6月28日回到巴黎，距他离开时已过去了 3年零8个月。

拉卡依在法国受到对科学英雄一般的欢迎，他被称为是“在地平上升归来的明星”。这是久已不见的理性的时代。科学家像今天的体育明星一样受欢迎。但是谦虚的拉卡依对此一点也不喜欢。他拒绝欢庆喇叭和名人红地毯，只愿回到他在马萨兰大学的安静的天文台。

靠着科学院给他的微薄工资，拉卡依重新开始工作。他刻制了一幅南回归线以南的星图，上有肉眼可见的恒星以及他命名的14个古怪的星座名称，并把星图献给了法国科学院。虽然没有在这幅刻制星图上展现出来，但拉卡依还把巨大的南船座(亚尔古英雄之船)分为了三个较小的星座：船尾、船帆和船底座。他的平面星图的拉丁文版本被收录于他身后出版的《南天星图》中，此图是流传很广的让•傅谭(Jean Fortin )的1776年出版的《天文图》的底本。

1930年，当国际天文学联合会规定覆盖全天的88个标准星座时，拉卡依用机器仪表命名的星座得以入选其中。

从1756年到1761年，拉卡依精确测量了黄道带恒星的位置，为测量行星和月亮位置提供了更准确的参照点。他编写了教科书，发表了蒙气差修正指数表，并发布了 1779年彗星(现名哈雷彗星)出现的报告。他撰写了他的旅行日志，名为《历史日志》。他设法把他的9766颗恒星中的1942颗的位置换算为1750年春分时的标准赤经和赤纬，当时的计算是靠笔和纸进行的。托马斯•亨德生(Thomas Henderson,爱丁堡王家天文台)和法朗西斯•巴莱(Francis Baily,英国皇家科学院院士)1840年代在爱丁堡编算了剩余的恒星，并在1847年以《南半球9766颗恒星表》作为名字发表。

拉卡依一直梦想着再回南半球观测星空，但他再也未有机会。27年的艰苦工作和长时间的夜间望远镜观测为他的健康带来了恶果。1762年，他再次出现了在南非出现过的头痛、流鼻血、发烧和消化不良症状。开普顿的荷兰医生治愈了他，但巴黎的医生却无能为力。他于1762年3月21日与世长辞,享年49岁。

• 科学遗产

有一种说法认为拉卡依所做的天文测量和计算比他的同事们加起来还要多。这也许是真的。拉卡依也不像牛顿和拉普拉斯那样具有新的思维，他也不会如威廉-赫歇尔(William Herschel )所做的那样，在公开场合猜测他所观测的东西的性质。相反，拉卡依是一个精确数据的收集者，而当时的新兴科学正需要这样的数据。他的观测结果促进了航海、大地测量和天文学的发展，而且也为19世纪中叶约翰·赫歇尔(JohnHerschel)和托马斯•麦克里尔(Thomas Maclear )在南非的天文工作打下了坚实的基础。

拉卡依本可以取得更大的成就。然而他像许多去南半球的北半球天文观测者一样，都留下了一个很大的遗憾：他无法携带一架更大的望远镜。约翰·赫歇尔1833年带了一架18.25英寸的望远镜到南非，观测并记录了 1700多个南半球深空天体。如果拉卡依有这样大的望远镜，他一定会在近一个世纪以前就获得这其中的许多成果。

即使是这样，拉卡依还是经常被称为南天天文之父，特别是在南非，他还获得了极高的尊敬。与赫歇尔父子或梅西叶不一样，拉卡依并不太为人所知，或许是由于他引起了一点争议，不爱出名，喜欢独处，并且英年早逝。但名声并不是他的追求目标。正如拉卡依最近的传记作者大卫• S •依凡斯(David S. Evans )所说：“拉卡依只为科学而活，不为其它。在所有关于他的生平的介绍中，都很少描述他的性格；他很少有朋友,也没有情感历程。他好像没有个人的生活，生来就为贡献他所有的研究成果，然后消失于一片黑暗之中，那里只有这些研究者们的关注目光与纪念。”

拉卡依星座
生于理性的时代，勤奋而严谨的拉卡依大多数情况下是不喜欢用稀奇古怪的名字命名他新发明的星座的。相反，他用艺术和科学的工具填满了星空。南天大多数亮星已经被 纳入皮特鲁斯•普朗修斯和约翰•拜耳在16世纪末和17世纪初发明的星座中，因而拉卡依的星座大多是比较暗的。这些是最后发明的星座，现今仍在使用。
下面是这些星座现用名(不过往往以缩写代替)、星名意义以及拉卡依南天星图第一版上的法文原名。

唧筒(Antlia ),空气泵(la Machine Pneumatique)

雕具(Caelum ),雕刻家的工具(les Burins)

圆规(Circinus),几何学家的圆规(le Compas)

天炉(Fornax),化学家的火炉(le Fourneau)

时钟(Horologium ),摆钟(I’ Horloge)

山案(Mensa ),桌面山(Montagne de la Table)

显微镜(Microscopium ),显微镜(le Microscope)

矩尺(Norma )，木匠的角尺(I’ Equerre et la Regie)

南极(Octans)，八分仪(I’ Octans de Refl exion)

玉夫(Sculptor),雕工的车间(I’ Atelier du Sculpteur)

绘架(Pictor),画家的画架(le Chevalet et la Palette)

罗盘(Pyxis ),航海罗盘(la Boussole)

网罟(Reticulum ),目镜十字线(le Reticule Rhomboide)

望远镜(Telescopium)，望远镜(le Telescope)

此外，拉卡依把古典时代流传下来的巨大星座南船座分为 三个星座：
船尾(Puppis),船的后梢 船底(Carina)船的龙骨 船帆(Vela),船帆
难怪里克天文台的天文学家赫伯克蒂斯在第一次看到南天 星空的星图时说道：“它看起来像某家的阁楼。”

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南天深空天体探索史简谈

文/喻园

在这里仅以南天-45°赤纬以下的深空天体为主要对象来说明。那么欧米伽星团就属于正式入选的天体了。像属于黄道星座的天蝎座的伪彗星星云和托勒密星团这种，也非常有名，但会简略点说明。

在南半球，两个麦哲伦云（LMC – 大麦哲伦云，和SMC – 小麦哲论云）当然也是很早以前就被发现了，只是南半球没有多少古代记录被保存下来。看起来像是南天银河的一个补丁的煤袋星云应该也被史前人类所观察到了，不过同样缺乏记录——这个天体在今天也是如此，在巴纳德暗星云表和林茨暗星云表里并没有这个庞然大物的身影，广为人知的名字仅仅是Coalsack和一个业余星表名C99。理由挺简单的，处于南天的“相对北半球的蛮荒之处”，面积太大，没有小视场观测价值。

第一个记录下真正的“星云”天体M31(公元964年)的波斯天文学家Al Sufi还在《恒星之书（Book of Fixed Stars）》记录了一个“云雾状恒星”，位于船帆座δ星的北侧超过2度的地方，这也是个相当显著的疏散星团IC 2391，船帆座Omicron。另外他提到阿拉伯南部可见的大麦哲伦星云，这是首次对LMC的真正记录，然而这并未广为人知。

直到大航海时代的到来，南天深空的魅力才初步走进人们的视野。

直到1499年，葡萄牙航海家Vicente Yanez Pinzon（1463-1514）首次报道了对煤袋星云的观测后， 才发现了新的深空天体。不久以后，在1503-4年，Amerigo Vespucci （1451-1512）在他的第三次航行中写了一封信，报道了三个“天篷”，其中两个亮着一个暗。现在这些对象被认为是大小麦哲伦云和煤袋星云。Peter Martyr（1457-1526年）在1511年至1521年之间首次对煤袋进行了正式描述。1519年，Fernando de Magellan（1480- 1521年）报告发现了大小麦哲伦云。

至此，天文学上还未引入望远镜，南天深空处于原始阶段，直到伽利略时代的到来。

天文学家Giovanni Batista Hodierna（1597-1660 年）编制了第一个专门针对“星云”的星表，其中记录了伪彗星星云NGC 6231和刺蝎星团NGC 2451。

之后就是Edmond Halley在1677年Helena峰的旅程中，自己发现的球状星团半人马座欧米茄。哈雷的清单是在Hodierna之后的第二个深空天体表，也是第一个广为人知的天体表。

在接近一个世纪之后，南天才真正迎来了自己真正的专属观测的第一次辉煌，那就是拉卡依的南非之旅。Nicholas Louis de la Caille（1713-1762年）在1751-52旅途中观察了南非南部天空中的恒星和深空天体，发明了几个南部星座（其中许多是仍在使用中），并编制了包含42个条目的南部深空天体目录，其中32个是真实的。其中有24个原始重新发现和至少两个独立的重新发现。Lacaille的主要原始发现包括 Eta Carinae星云NGC 3372，球状星团 47 Tucanae（NGC 104），大麦哲伦星云中的 狼蛛星云NGC 2070和旋涡星系 M83，是“本地群”之外第一个发现的星系。

之后，被梅西耶星表所震撼的威廉赫歇尔对北天深空进行了详尽的搜索，北天深空最终迎来了自己的最鼎盛发展时期。William（和Caroline） Herschel事实上在1800年前后就将北天几乎全部的天体都发现了。但南半球的天区还等着人们去探索，James Dunlop（1795-1848）在南半球进行了Lacaille之后的首次大规模观测。他和Thomas Makdougall Brisbane爵士（位于Paramatta的Brisbane天文台（1823-1827）的拥有者）一起在1821年来到了澳大利亚的新南威尔士，在那里编写了一份星图（布里斯班星表（Brisbane Catalog），包含南天7000多颗恒星）。他将当时发现的深空天体编成了一份包含629个条目的《新南威尔士观测的南天星云星团表》。这份星表被交给William 赫歇尔的儿子，John Herschel（约翰．赫歇耳），并由他在1827年在皇家学会中公布。由于这项工作，Dunlop获得了皇家天文学会的金奖，以及法国科学院的Lalander奖。然后，这些奖项并不能掩盖他星表中大量“不存在”的天体，以及对天体的糟糕描述，以至于后来几乎无法确切地认证它们：只有大约一半的条目可以与真实的天体相联系。

John Frederick William (John) Herschel(约翰．赫歇耳）（1792-1871)继承了父亲的工作，在1833年出版的星表中增加了525个新条目（北天天体）。但是John Herschel也想编写南天星表，1833年11月13日，他和他的家人登上了开往南非好望角的客轮，于1834年3月4日抵达目的地。在接下来的日子里，他着重研究南天星空。他将观测到的南天云雾状天体编写成了一份包括1713个条目的星表，在1847年发表。显然地，他将他和他父亲的发现，以及其他人发现的深空天体编进了他的那份包含了5000多个条目的总星表（General Catalogue）中。

到此，南天的“星云”（和星团）的大发现时代到此就告一段落了。之后，照相术和光谱分析等等新兴科学技术迅速带动了深空天体的搜寻进程，当然这是后话了。