南加州的天文臺們

笛筐

<p style="font-family: -webkit-standard; white-space: normal; -webkit-tap-highlight-color: rgba(26, 26, 26, 0.301961); -webkit-text-size-adjust: auto;">大概是因為氣候的原因，南加州的天文臺特別多，尤其是光學望遠鏡天文臺。南加州常年陽光燦爛，溫暖干燥，氣流穩定，每年有超過百分之八十的晴天和高能見度的夜晚，非常適合天文觀測，因而從遠離城市的山頂到社區大學的校園，經常會看到可開合的穹頂建筑。</h3> <h5>帕沙迪納社區學院校園。</h5> <p style="font-family: -webkit-standard; white-space: normal; -webkit-tap-highlight-color: rgba(26, 26, 26, 0.301961); -webkit-text-size-adjust: auto;">在洛杉磯人的心目中這世上最著名的天文臺莫過于格里菲斯天文臺，它是和好萊塢一樣著名的景點和地標建筑。格里菲斯天文臺坐落在朝南的山坡上，與后山不遠處的好萊塢標志遙相呼應，白天可遠眺太平洋的浩瀚波光，夜晚可俯瞰<span style="-webkit-tap-highlight-color: rgba(26, 26, 26, 0.301961);">洛杉磯的璀璨燈火，是一處絕妙的觀景臺。不少電影在此取景，眾多游客前來參觀，每逢周末和節假日，山上山下的停車場都一位難求。</span></h3> <h5>（攝影：星虹）</h5> <p style="font-family: -webkit-standard; white-space: normal; -webkit-tap-highlight-color: rgba(26, 26, 26, 0.301961); -webkit-text-size-adjust: auto;">但是格里菲斯天文臺并不是一座用于天文觀測和研究的天文臺，而是一座天文知識博物館。從一九三五年建成之日起天文臺就一直免費對公眾開放，包括12英寸（305毫米）口徑的望遠鏡、天象館、和一系列的天文知識展覽。進門一樓主要是歷史文物陳列和天文景觀演示。樓下則有更新近的天體物理觀測成果展覽。樓上穹頂觀測室內的望遠鏡夜間可開放供民眾觀看。只有天象館里循環播放的球幕電影需要購買幾塊錢門票觀看，但那絕對是物超所值的體驗。躺在靠椅上仰望天幕星空，看銀漢飛渡，玉盤巡回，難分天上人間。近一小時的時間里現場解說員聲情并茂，一氣呵成，沒有半點口誤，若不是眼見她手持話筒在身邊緩緩走過，還以為是事先精心制作的電影配音。</h3> <h5>（攝影：海力）</h5> <p style="font-family: -webkit-standard; white-space: normal; -webkit-tap-highlight-color: rgba(26, 26, 26, 0.301961); -webkit-text-size-adjust: auto;">這一切都要感謝威爾士移民格里菲斯（Griffith J. Griffith)。一八九六年他在好萊塢山南麓購買了四千英畝的土地，大部分捐給了洛杉磯市政府建立公園。后來他又捐了一筆錢，并立下遺囑，要建一座可供公眾使用的天文臺，讓天文學從遙遠的山巔上和天文學家的書齋里走出來，走近尋常百姓身邊。一個靠礦業發財、酗酒、偏執、可以開槍打老婆的人是怎么對精細入微的天文觀測產生興趣的呢？這可能跟格里菲斯在若干年前對威爾遜山(Mt. Wilson)天文臺的造訪有關。</h3> <h3>威爾遜山天文臺位于洛杉磯東北三十多公里外的崇山峻嶺之上，海拔一千七百多米，是著名天文學家喬治·海爾（Geoge Ellery Hale)于一九零四年創建的。據說海爾從美國東部慕名來到西海岸尋找臺址時，也找了洛杉磯的一些大款們尋求贊助，其中就有格里菲斯。顯然格里菲斯沒有答應出錢。不過沒關系，世界首富、鋼鐵大王卡內基愿意出錢。幾年后當時世界上最大的60英寸（1.52米）口徑光學望遠鏡建成觀測時，吸引了大批名人前來參觀，其中也有格里菲斯。估計他是被那巨大的望遠鏡和浩瀚的宇宙震撼到了，回去便發誓也要建一座天文臺。</h3> <h3>和格里菲斯天文臺相比，威爾遜山天文臺是真正的天文學界的高大上。繼60英寸望遠鏡之后，一九一七年這里又建成了100英寸（2.54米）口徑的望遠鏡，先后占據世界第一近半個世紀。從這里誕生的天文研究成果在全世界都首屈一指，近現代科學史上很多如雷貫耳的大名都跟它密切相關。古老的天文學從這里開始分支出一門嶄新的學科喚作天體物理學。邁克爾遜、愛因斯坦這樣的物理學家都來這里工作過，探討如何用天文觀測來驗證現代物理學中的重大理論。</h3> <h5>150英尺（46米）太陽觀測塔。（攝影：星虹）</h5> <h5>太陽黑子的大小與地球和木星比較。（攝影：星虹）</h5> <p class="ql-block">然而在建臺之初，威爾遜山完全是一處人跡罕至的蠻荒之地。山下的帕沙迪納是一片橙子園，加州理工學院的前身是一所默默無聞的職業學校。遠處的洛杉磯隱約可見，但是從那邊騎馬過來登上山頂要走兩天。上山連一條像樣的路都沒有，說來難以置信，世界最大的望遠鏡竟然是靠騾馬大車幫著拖運上山來建成的。</p> <h5>威爾遜山南向（攝影：星虹）</h5> <h3>在往返于山上山下的馬幫之中，有一位趕牲靈的小哥哥名叫米爾頓·赫馬森（Milton Humason)。在美國中部大平原長大的他卻酷愛大山，中學沒畢業就跑來西部闖蕩。小伙子每天領著大車隊，人騎在馬背上，人背上又騎著一只小獵犬。人和狗都很酷，吸引了不少眼球，其中也包括天文臺一位工程師的女兒海倫·竇德（Helen Dowd)。小哥哥也喜歡竇小姐，兩人墜入愛河。但是竇工不高興，他是有身份的人，不能讓女兒嫁給一個趕騾子的。為了取悅老丈人，赫馬森在天文臺里當了一名勤雜工。小伙子機靈勤快好學，每天除了打掃衛生還幫助修理各種雜物，一有空就去看人家怎么轉動穹頂，怎么操縱望遠鏡。有一天一個技術員生病了，他便頂了上去，居然干得有模有樣。從此臺里便安排他值夜班，擔任技術助理。慢慢地赫馬森的耐心和細致也引起了海爾臺長的注意，覺得他很有觀測員的特質，竟能拍攝到很暗淡的星體并獲取光譜，于是破格提拔他為研究人員，直接參與觀測項目。</h3> <h5>威爾遜山東向。</h5> <h5>退役的60英寸望遠鏡。</h5> <h3>一九一九年，第一次世界大戰結束后，一批科學家和學者完成了他們的戰時服務工作，回到象牙塔里來從事研究。威爾遜山天文臺來了一位才華橫溢風度翩翩略帶英國口音的紳士，他便是日后大名鼎鼎的哈勃(Edwin Hubble)。哈勃選中了手藝精湛的赫馬森做他的搭檔，一起對銀河系的恒星進行全面觀測。就這樣，當同為一次世界大戰戰勝國的東方神州在巴黎和會上被人瓜分，帝都各大學的教授和學生們一起憤怒地走上街頭吶喊呼號的時候，沒有高中文憑的馬幫小哥在威爾遜山上登堂入室，開始了對宇宙起源的探索。</h3> <h5>100英寸口徑望遠鏡。</h5> <p style="font-family: -webkit-standard; white-space: normal; -webkit-tap-highlight-color: rgba(26, 26, 26, 0.301961); -webkit-text-size-adjust: auto;">借助于100英寸望遠鏡的倍率<span style="-webkit-tap-highlight-color: rgba(26, 26, 26, 0.301961);">哈勃很快就意識到銀河系并非宇宙的全部，在銀河系之外還有許許多多其他的星系。在接下來的日子里，赫馬森廢寢忘食細致入微地標定了六百多個星系的光譜。哈勃和他一起從中發現了紅移現象，測定了各個星系離地球遠去的速度，進而推斷出宇宙膨脹的結論，奠定了宇宙大爆炸起源學說的基礎。</span></h3> <h5>退役的邁克爾遜天文干涉儀。（攝影：星虹）</h5> <h3>威爾遜山天文臺的輝煌一直持續到一九四九年，世界最大光學望遠鏡的地位被帕洛馬（Palomar）天文臺的200英寸（5.08米）口徑望遠鏡取代。這期間人類又經歷了一次慘烈的世界大戰。這期間海爾和物理學家密立肯（Robert Andrews Millikan)，化學家諾耶斯（Arthur Amos Noyes)一起把加州理工學院辦成了世界一流的高等學府。這期間洛杉磯山谷發展成了幾百萬人口的大都市。海爾很早就意識到洛杉磯的城市燈光可能對威爾遜山天文臺形成危害，著手尋找新的臺址。他把目光投向了離洛杉磯和圣迭戈都有兩個小時車程遠的帕洛馬山。</h3> <h3>帕洛馬天文臺于一九二八年開始建造。加州理工學院和康奈爾大學結盟，海爾領頭向大眾宣傳天文知識，提議建造200英寸口徑的望遠鏡。他在艱苦的大蕭條時期游說各大公司，最終從洛克菲勒基金會獲得了資金。但是望遠鏡的建造時間還是太長，由于種種因素影響工期一拖再拖，海爾最終未能見到望遠鏡的落成，于一九三八年去世。人們為了紀念海爾對天文學的巨大貢獻，將帕洛馬天文臺的200英寸望遠鏡命名為海爾望遠鏡。</h3> <h3>5米口徑的海爾望遠鏡已經接近單個鏡面制造和加工工藝的物理極限。盡管康寧玻璃公司采用了輕型的新材料，鏡體仍然重達二十噸。鏡體澆鑄完成后，光冷卻就花了一年時間。在嚴密的監控下經過十六天的鐵路運輸加兩天的公路運輸，鏡體從紐約州的康寧公司運到了帕沙迪納的加州理工學院光學車間進行打磨拋光。后面的加工斷斷續續，直到第二次世界大戰結束后才全面復工。整個過程磨掉了五噸半玻璃粉，打磨拋光再鍍反射膜前后共花費了十一年半時間。</h3> <h3>由于鏡體及其支撐的桁架重達五百多噸，穹頂重達一千多噸，要使它們平穩地全方位轉動自如并精確可調，對機械設計提出了很高的要求，也是整個工程項目的重要技術關卡之一。加州理工學院教授馮卡門（Theodore von Karman）的力學團隊參與了建筑與結構設計。負責結構設計的塞茹瑞爾（Mark Serrurier)發明了一個特別的鏡體支撐桁架，能夠補償重力變形造成的光學誤差，被命名為塞茹瑞爾桁架。</h3> <h3>在帕洛馬天文臺的臺史陳列室里我們意外地看到了一個熟悉的名字：錢學森。說意外是因為以前從未聽說過錢學森涉獵天文學，看過介紹后才明白原委。塞茹瑞爾的介紹說他曾經在二次大戰期間和錢學森一起設計過美國的第一座超音速風洞。塞茹瑞爾一生不乏傲人的成就。除了以他命名的桁架設計外，他還大大改進了他父親發明的電影膠片剪接技術，于一九七九年獲得一項奧斯卡金像獎，在好萊塢星光大道上有一顆屬于他的星。在這樣的人物簡介中加上錢學森一事肯定不是要畫蛇添足，而是對那段工作經歷有著由衷的自豪。</h3> <h3>一九四九年一月二十六日，哈勃主持海爾望遠鏡的開鏡儀式，進行了首次觀測。此后南加州再沒有建設過新的大型光學望遠鏡，海爾望遠鏡取代威爾遜山100英寸望遠鏡占據世界天文望遠鏡的頭把交椅達三十年。由于避開城市燈光需要遠離繁華地區，而穩定的逆溫層大氣狀態在靠近大洋涌流處較為容易形成，夏威夷和智利成了后來更為理想的天文臺址選擇。</h3> <p style="font-family: -webkit-standard; white-space: normal; -webkit-tap-highlight-color: rgba(26, 26, 26, 0.301961); -webkit-text-size-adjust: auto;">人類對宇宙的探索在不斷繼續，在外太空尋找適合人類生存環境的任務日益緊迫。但是單一鏡面的望遠鏡尺寸不能無限擴大，溫度、重力、材料等變化引起的光學誤差都造成了難以克服的困難，因此更大口徑的望遠鏡都采用了組合鏡面。在智利安裝的巨型麥哲倫望遠鏡（Giant Magellen Telescope, GMT）采用了七片8.4米鏡面的組合，有效直徑達到24.5米。即將在夏威夷開建的30米望遠鏡（Thirty Meter Telescope, TMT）則由492片六角形鏡面拼接而成。如此浩大的工程不再是一個富翁或基金會能夠承擔的，往往需要許多機構甚至國家一起組成財團共同建設。繼日本之后中國國家天文臺和印度科技部成為TMT的正式合伙人，承諾了可觀的建設費用。巴西和韓國則加盟了GMT財團。</h3> <h3>然而無論有多少機構參與，也不管望遠鏡建在何處，這些項目都將總部或者規劃設計部設在了帕沙迪納。加州理工學院及其周圍的科研機構和技術公司在過去一個世紀中積累起來的豐富的望遠鏡設計制造經驗與人才，包括噴氣推進實驗室制造維修哈勃太空望遠鏡的經驗，是未來望遠鏡設計制造不可或缺的寶貴資源。就像旋轉的星空中不動的北極星，南加州的天文臺們為現代天文觀測設定了一個醒目的參照系。</h3>

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