|
近世紀以來，天文學家在天文觀測上持續有著突破性的重大發展，這都得歸功於大型望遠鏡的性能不斷提升，得以逐一揭開浩瀚宇宙的神秘面紗，見證銀河系，以及銀河系以外的更多可能與面貌。而這些重大發現所仰賴的大型望遠鏡，扮演著重要的角色，主導與建造這些大型望遠鏡的關鍵人物，更可說是居功厥偉。享譽廿世紀的美國天文學家海爾，就是這樣一位響噹噹的偉大人物。
海爾透過其所擅長製作的大型望遠鏡，揭開了太陽黑子活動與磁場的真實面貌，為太陽物理學與太陽活動的研究奠定了基礎，因而被譽為太陽物理學之父。
海爾一生製作了許多大型望遠鏡，經過多年仍具有舉足輕重的地位，因此成為輔助後進天文學家的精良工具，持續不斷地揭開宇宙的奧秘，在在寫下創世紀的美妙樂章、開創新紀元。在二十世紀上半葉，包括許多在太陽、恆星、星系和宇宙學領域，最新的重大突破與發展，都是透過海爾製作的大型望遠鏡觀測完成的，海爾對天文學的偉大貢獻與深遠影響，可見一斑。
除了揭密太陽活動，海爾也在觀測天象中，偶然發現了廿世紀的偉大彗星：海爾－波普彗星（係與另一位業餘天文學家波普同時發現），為其豐功偉蹟再添一筆新樂章。縱其一生，海爾對天文學的貢獻卓著：包括天文望遠鏡的製作與天文台的建造、為太陽光譜與黑子磁場的發現，開創新天地。再者，海爾對於推廣天文學術與活動也不遺餘力，並且創辦了『天體物理期刊』，將天文學的偉大成就與發現，持續不斷地傳承下去。
太陽物理學的啟蒙大師
喬治.埃勒里.海爾（G.E. Hale，1868～1938），於1868年6月29日誕生美國伊利諾州芝加哥市，他的父親是位成功富有的電梯製造商，擁有精湛的工藝技術，其產品深獲市場肯定，因而暢銷全國，並遠征歐洲市場。海爾的母親具有豐富的文藝涵養，從小即培養海爾在文學和詩歌方面的多方興趣。在父母親雙重的薰陶影響下，海爾自幼即浸淫於古典文學名著之中，並遺傳父親在機械組裝方面的特殊技能，從而奠立海爾日後製作大型天文望遠鏡的深厚基礎。
海爾自小在潛移默化之中，對機械組裝即擁有濃厚的興趣，在父親所提供的優渥的環境下，小時即能自行組裝、製作小型器具，對於理化實驗也有相當的興趣。在多方涉獵之下，海爾對於天文和光學領域，也培養出濃厚的興趣。父親也很鼓勵海爾在天文方面的興趣，在他13歲那年，特地購置了一架4吋望遠鏡，好讓海爾能在家中的屋頂上觀測太陽黑子。這讓海爾較一般人，更早接觸太陽天文學的領域，也是日後成為太陽黑子領域開拓者的他，最美好的啟蒙經驗。
海爾的求學過程，堪稱順遂。在父親的支持下，他很早就能掌握自己未來的發展方向，從而能對天文學做出偉大的建樹。他早年在奧克蘭中學求學，後來進入艾倫學院就讀。1886年，海爾18歲時，進入著名的麻省理工學院攻讀物理學。期間，他閱讀了大量的天文學書籍，對天文學的興趣更加濃厚，且下定決心在天文學領域好好發展。他的決心，得到父親實質的支持。在1888年，父親贊助海爾在芝加哥肯伍德建立了一個小型觀測所，稱為肯伍德天文台，海爾得以從事太陽觀測。
1890年，海爾大學畢業後，與康克林小姐結婚，在蜜月旅行期間，他們參觀了利克天文台，留下深刻的印象。回到芝加哥後，在父親的資助下，海爾進一步在自己住宅的頂層建了一個觀測所。1892年，海爾被聘為芝加哥大學天體物理學副教授，並負責籌建該校葉凱士天文台；1895年任該台台長。
這座葉凱士天文台的建造，係因海爾在持續進行天文觀測後，有感於當時的觀測設備已無法滿足其雄心壯志，他想要進一步製作更為頂級的大型望遠鏡。但是學校的經費是難以支持這樣龐大的支出的，其父親於是建議他另謀財源，去找當時的富豪葉凱士，籌措資金。
葉凱士為芝加哥電車巨頭，因為獨佔芝加哥交通事業而發跡，擁有龐大的財富。於是，海爾發揮了他在天文學以外的另一長才，以其豐富靈活的辭令，以「推動天文科學活動，將可留名千史」，順利地說服了這位富豪，讓葉凱士不知不覺中，答應以當時的天文數字34萬9千美元，贊助海爾製作新的望遠鏡以及天文台。
海爾以這筆巨額資金向美國著名光學家克拉克的兒子小克拉克訂購了1.02米折射望遠鏡，並將此1.02米望遠鏡安裝在威斯康星州的湖畔。而這個屬於芝加哥大學所有的天文台，卻是以捐款人葉凱士的名字命名。如今儘管過了200多年，這個從1897年5月啟用到今天的1.02米望遠鏡，迄今仍是稱霸全球的最大折射望遠鏡，這真是讓贊助人葉凱士留名了。
到了廿世紀初，海爾持續籌建更大的加利褔尼亞州威爾遜山天文台，並於1904年任威爾遜山天文台台長，而後又擔負起創建更為宏大的帕洛瑪山天文台的重任。
不過，在繁重的天文台興建任務中，海爾於1910年起，一直受到腦病的侵襲，因此拖累了他的身體，只好在1923年申請退休，成為威爾遜山天文台名譽台長。但是退而不休的海爾，持續在天文領域發光發熱，對於興建天文設備與觀測仍不遺餘力，終於1938年病逝於帕薩迪納。
綜觀海爾的一生，他可說是位理論與實務兼備的天文科學家，擁有卓越的科學學識，又具有精良的儀器製造技能，因而能確實落實理論與觀測實務，堪稱最頂尖的天文科學權威與觀測大師。而這項特質，早在他就讀麻省理工學院時，就已嶄露頭角，他在當時即首創了太陽單色光照相儀。其後，在太陽黑子領域的研究，海爾更是不斷有令人驚豔的表現與成就，包括透過他所拍攝到的第一張黑子光譜，證實了他有關黑子溫度低於周圍日面溫度的預言；用自行設計、建造的太陽塔，探測到黑子的強大磁場；發現黑子磁場極性分布和變化的一系列規律。這些在在為太陽磁場的研究奠定了基礎，推動了廿世紀太陽物理學的發展，他因此被後世尊稱為「太陽物理學之父」。
製作知名的大型望遠鏡
在海爾的一生中，製作了許多知名的大型望遠鏡，這些獨步全球的技術與成品，也持續在天文觀測領域中，發光發熱，讓後進的天文學家，得以持續揭開太陽系的神秘面紗，讓太陽物理學的視野與成就，不斷地傳承下去。
海爾在美國安裝過不少巨型望遠鏡，除了上述所提的，在葉凱士天文台安裝的1.02米折射望遠鏡，迄今仍是世界上最大的折射望遠鏡；1917年，海爾爭取到卡內基基金會的資助，在加利褔尼亞州威爾遜山建立了美國第一個以天體物理為主的大型天文台，同時安裝了2.54米胡克望遠鏡，它是第一架，也是三十年內唯一能夠提供用以判斷銀河系實際大小與我們的太陽系所處位置的儀器，進而計算出銀河系的大小與銀河系外的相關訊息。
而這個大型望遠鏡，也是海爾繼葉凱士天文台與望遠鏡的製作後，再次發揮他在辭令方面的長才，成功說服一位名叫胡克的商人所投資建造。這架望遠鏡原先規劃為2.12米，不過在胡克想要聲名遠播，讓此望遠鏡的性能在短期內不被超越的企圖心下，主動追加預算，將望遠鏡的口徑擴大到2.5米。果然，在往後的三十年中，這個以胡克命名的望遠鏡一直穩居「大型望遠鏡之王」的寶座。
1918年，海爾主導建造的胡克2.5米望遠鏡在威爾遜山天文台正式啟用，這架望遠鏡即是日後持續幫助許多著名天文學家在星系和宇宙學領域，展開了突破性的研究與成果的重要工具。
此後，海爾又籌建在帕洛瑪山天文台安裝了5.08米反射望遠鏡，其拍攝和分辨遙遠天體的性能比胡克望遠鏡更佳，聚光力是胡克望遠鏡的4倍，能拍攝到暗淡至23等的天體，亦即比我們用肉眼所看到的最暗的天體，還要暗600萬倍的星體。而經過長時間曝光，還甚至可以拍攝到遠在10億光年的星系的光譜。為了紀念海爾的偉大貢獻，這架望遠鏡不再以其他人命名，而是以海爾命名。
1923年，海爾退休後，持續關注天文台與新的望遠鏡的建造。有感於洛杉磯在快速發展下，光害日益嚴重，愈加不利威爾遜山天文台的夜間觀測。海爾抱病張羅新的地點，相中威爾遜山東南大約145千米的帕洛瑪山，並且決定新造一台5.08米望遠鏡。
1929年，海爾從洛克菲勒基金會募集到600萬美元的巨額贊助，進行帕洛瑪山天文台的建造，並著手建造這架5.08米反射望遠鏡。這架望遠鏡也是海爾主導的最大、性能最高的望遠鏡，工程也最浩大。在它建造23150呎高太陽塔過程中，召集了許多工程師和科學家一起參與，引用了當時最新的發明與技術，好讓這龐然大物能夠靈活運作，得以發揮強大的功能。
受到二次世界大戰的波及，這架工程艱鉅的望遠鏡一直到1948年才興建完成。當1948年6月3日，這台全球矚目的大望遠鏡終於落成啟用時，海爾早已於10年前的1938年2月21日離開人世。然而，海爾在大型望遠鏡的偉大建樹，始終長存人心，這架望遠鏡即以海爾命名，帕洛瑪山天文台也雕塑有著海爾的半身塑像。 1969年2月，美國威爾遜天文台和帕洛瑪山天文台合併，合併後的天文台稱為「海爾天文台」，持續表彰海爾的偉大貢獻。
發現世紀彗星：海爾－波普彗星
海爾在觀測天象中，無心發現的世紀彗星：海爾－波普彗星，為其在天文學與大型望遠鏡方面的偉大貢獻，再添一筆，也備受稱頌。
1995年7月23日凌晨，海爾在觀測彗星時，當他將口徑41公分的望遠鏡對準了人馬座中的 M70時，意外發現一個類似星雲的天體。而此同時，亞利桑那州的業餘天文學家波普（Tomas Bopp）也正好在一次觀星活動中，發現此天體。這項發現，分別得到「國際天文學聯合會」(簡稱IAU) 的認定，確認這是一顆新彗星，因此以他們的名字共同命名，稱為「海爾‧鮑普彗星」，編號C/1995 O1，表示是在1995年7月16日至31日之間發現的第一顆彗星。
早在海爾‧波普彗星被發現之前，這顆彗星就被天文學家預測是一顆與眾不同的彗星。因為它被發現時的位置比木星軌道還要遠，距離太陽有七個天文單位 (一天文單位為太陽與地球的平均距離，大約是一億五千萬公里)，但是亮度卻達10～11等，相當於是1986年哈雷彗星在相同距離時（15～16等）的數十倍。首創彗星第一次在如此遙遠的距離就被發現了，足見它的體積之大，與其活躍性之強，它因此也被天文學家認為是廿世紀最偉大的彗星。
海爾‧波普彗星回歸周期約2000年，它剛被發現時的亮度僅約10.5等，當時天文學家預測它於1997年3月31日過近日點前後，將是廿世紀最亮、最為壯觀的彗星，而有「世紀彗星」之譽。
對廿世紀天文學界影響深遠
海爾對廿世紀天文學的偉大貢獻，大致可分為三部分：（一）製作和建造一系列大型望遠鏡與天文台（二）在太陽物理學領域的突破發現，奠立太陽物理與太陽活動的基礎（三）籌組國際太陽研究學術團體，創辦天體物理期刊。
海爾在太陽物理學領域扮演關鍵性的重要角色。自十九世紀六十年代以來，有關太陽黑子光譜的問題，遲遲未解。而海爾透過自行研製的設備觀測太陽黑子，得到突破性的發現，他將這些觀測與實驗室光譜做比較，成功地解釋了黑子光譜線。1906年，海爾與亞當斯合作用塔式太陽望遠鏡拍攝了第一張太陽黑子光譜片，通過光譜分析證明黑子溫度低於周圍光球的溫度；他透過太陽色球層的日餌照片，發現了太陽耀斑的存在，並且發現了太陽黑子中強磁場的存在，此為地球以外磁場的最早發現。
黑子是太陽活動最基本的顯現，太陽磁場對於太陽黑子、太陽大氣結構，以及其活動過程中，具有決定性的影響作用。海爾置身於這一系列的努力與成就，奠立了太陽物理學與其活動研究的基礎，被譽為太陽物理學之父。
此外，海爾的影響持續發酵，他所製作的大型望遠鏡，成為後續天文學家重大觀測與推論的最佳工具。在二十世紀上半葉，包括太陽、恆星、星系和宇宙學方面的許多重大發現，以及具有開創性的相關研究，都是使用海爾設計與製作的儀器觀測得來的。
包括1915年，亞當斯用那架60吋反射望遠鏡拍攝到天狼星的暗伴星（天狼B）的光譜，進而發現奇特恒星—白矮星；1920 年，邁克爾遜和皮斯將干涉儀接到胡克望遠鏡上，首次成功地測定了參宿四等的角直徑，從而證實了體積龐大的紅巨星的存在。這兩項成就對恆星結構與演化的研究具有關鍵性的意義。
1925年亞當斯又用胡克望遠鏡觀測天狼星的伴星－白矮星，進而得出支持廣義相對論的預言，成為廣義相對論的著名三大天文驗證之一。1918 年沙普利借助胡克望遠鏡辨認出球狀星團中的星團型造父變星，從而確定了銀河系的大小、銀河中心的方向及太陽在銀河系中的位置，這讓銀河系的研究邁向新紀元。1924年，哈伯使用胡克望遠鏡在仙女座大星雲（M31）等漩渦星雲的外圍區域發現了一批造父變星，揭開星系天文學的誕生之秘，展現宇宙探險的另一新樂章。1929 年，哈伯再次用胡克望遠鏡發現了哈伯定律，從而有了「觀測宇宙學」。
1944巴德用胡克望遠鏡把M31的中心部分分解成恆星，促進了銀河系以及銀河外星系的結構與演化的研究。1948年巴德又用帕洛瑪山天文台新建成的200吋望遠鏡對M31作進一步觀測與研究，修正了哈伯確定的河外星系的距離尺度。
這些重大的發現與成就，都是受惠於海爾所建造的大型望遠鏡，其對天文學邁向新紀元的貢獻，確實是功不可沒，且影響深遠。
此外，海爾致力於推展天文科學活動，也是一位舉世聞名的國際科學活動家。他於1899年當選為美國天文學和天體物理學會（1914年改名為美國天文學會）副會長。1903他開始籌組國際太陽研究聯合會，該會於1905 年正式成立。1916年組建美國國家研究理事會，並擔任該會第一任主席。1918年倡議成立國際研究理事會，該會於隔年成立，海爾於1932年任該會主席。國際天文學聯合會則是該會的集體會員之一，這也是由海爾組建的國際太陽研究聯合會與另外兩個國際組織合併而成的。
1895年海爾還與天文學家基勒（J.E. Keeler ， 1857 — 1900）共同創辦刊物『天體物理期刊』，該刊現已成為國際上天體物理學領域最有影響力的刊物。他的著作包括《恆星演化研究》、《天文台的十年工作》、《新的星空》、《宇宙的深度》等。
海爾也是一位積極提攜後進的科學家。知名天文學家哈伯的長才，也是海爾很早就發掘到的。他注意到哈伯的天文觀測才能，建議到自己創建的威爾遜山天文台工作。不過，當時適逢第一次世界大戰爆發，哈伯被派去法國從軍。直到1919年10月返回美國時，他隨即赴威爾遜山天文台工作。
第二次世界大戰期間，哈伯離開威爾遜山天文台，協助美國政府作戰部從事研究工作。戰後，哈伯在加利福尼亞州南部籌建一個更大的新型望遠鏡，此望遠鏡於1949年完成，鏡面直徑達500公分，即以海爾命名，足見哈伯對於海爾的提攜與感念之情。。
海爾對於廿世紀天文學的貢獻，有目共睹，也享有相當高的評價。他曾獲英國皇家學會柯普萊獎章，美國科學院倫褔德獎章，太平洋天文學會布魯斯金質獎章。他所籌建的那架最大的200吋反射望遠鏡，即命名為「海爾望遠鏡」，威爾遜山天文台與帕洛瑪山天文台合併後，也命名為海爾天文台。這些都是對海爾在天文領域與建造大型望遠鏡的最大致意與尊崇，海爾的名字也將永垂不朽，持續在天文史上傳承下去。
|