“人造星空和 ”初嘗試

馬之恒

白天不能觀星，時(shí)光無法倒流。可是，既然太陽系里各個(gè)主要天體的運(yùn)動(dòng)，都可以通過公式計(jì)算出來，那么基于天文研究設(shè)備開發(fā)的模擬裝置，就可以為公眾演示天體的運(yùn)行，乃至“回看”錯(cuò)過的天文奇觀。

這樣的想法，使最早一批天文館得以誕生。但直到德國電氣工程師奧斯卡·馮·米勒在籌建德意志博物館時(shí)，引入天象儀來克服實(shí)體模型的局限性，現(xiàn)代意義上的天文館才得以奠基。100多年過去，這項(xiàng)創(chuàng)意已經(jīng)為包括北京天文館在內(nèi)的世界各地的天文館所用，使天文科普擁有了一個(gè)上佳的舞臺(tái)。

擺脫機(jī)械演示的局限

運(yùn)用精密設(shè)備向公眾演示天體運(yùn)行的想法，在歐洲最遲可以追溯到18世紀(jì)后半葉。當(dāng)時(shí)，一些天文學(xué)專家和教育界人士開始嘗試將天文演示設(shè)備從科研器材中分離出來，以作科普用途。

荷蘭業(yè)余天文學(xué)家艾斯·艾興伽，就因?yàn)椤皻Ъ易隹破铡钡膲雅e而名垂史冊(cè)。1774年，有感于一則“四星伴月將毀滅地球”偽科學(xué)謠言驚人的傳播速度，他拆掉自己住宅中所有的裝飾結(jié)構(gòu)，用7年的時(shí)間，在二樓布置了一套復(fù)雜的機(jī)械，并且用一樓客廳的天花板作為天象演示的場(chǎng)地，布置了太陽和當(dāng)時(shí)人類已知的6顆大行星（從水星到土星）的模型。行星模型在二樓機(jī)械的驅(qū)動(dòng)下，沿著開設(shè)在天花板上的槽位巡行，從而直觀地演示了太陽系的結(jié)構(gòu)。

這座古老的天文館至今仍然對(duì)外開放，然而，缺乏可擴(kuò)展性也是它難以回避的“硬傷”。就在天文館竣工的同一年，人類發(fā)現(xiàn)了太陽系的第七顆大行星天王星，可是艾興伽的太陽系模型已經(jīng)占據(jù)了整個(gè)天花板，不可能再增加一條軌道，也不可能拆除剛剛建成的演示設(shè)備另起爐灶。此外，只憑太陽系模型能夠演示的天文現(xiàn)象其實(shí)相當(dāng)有限，而想要用實(shí)體模型展示滿天繁星，顯然是一項(xiàng)勞動(dòng)量驚人的浩大工程。

當(dāng)奧斯卡·馮·米勒想在德意志博物館里為觀眾模擬演示星空時(shí)，電氣時(shí)代的技術(shù)讓他另辟蹊徑。為了全面展示人類在自然科學(xué)研究和工程技術(shù)實(shí)踐這兩個(gè)領(lǐng)域創(chuàng)造的奇跡，德意志博物館不僅收藏了大量珍貴的科技史文物，而且設(shè)置了一些動(dòng)態(tài)演示項(xiàng)目，模擬星空便在計(jì)劃之列。

因此，1906年，當(dāng)?shù)乱庵静┪镳^的臨時(shí)館址在紐倫堡開幕、新館址也在慕尼黑奠基之時(shí)，馮·米勒開始尋求模擬星空的技術(shù)手段。1913年，他的目光投向了德國中部被譽(yù)為“光學(xué)城”的耶拿。坐落在這里的卡爾·蔡司公司，已經(jīng)同海德堡大學(xué)的天文學(xué)家馬克斯·沃爾夫一起，為研發(fā)“人造星空”奮戰(zhàn)了3年之久，卻不得其門而入。

在雙方合作之初，沃爾夫想到，人觀看天空時(shí)會(huì)有“天似穹廬”的感覺，因而“人造星空”也應(yīng)該被布設(shè)在穹頂建筑之中，方能與人的直覺相符，令模擬效果更接近真實(shí)。可是，接下來的局面卻讓大家一籌莫展，因?yàn)槟M設(shè)備需要展示出星空在一年四季里的變化，無論怎樣設(shè)置，都會(huì)讓整套設(shè)備變得極為復(fù)雜，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出當(dāng)時(shí)技術(shù)的極限。若再考慮對(duì)太陽系天體運(yùn)行的模擬，并為未知行星預(yù)留位置，那每一顆行星的軌道就難免會(huì)與星空背景發(fā)生沖突。這再一次證明了傳統(tǒng)的機(jī)械手段或者說實(shí)體模型，不適合完成這項(xiàng)任務(wù)。

命運(yùn)多舛的科普殿堂

隨著馮·米勒參與研發(fā)工作，天文、光學(xué)和電氣領(lǐng)域頂尖頭腦的碰撞，將研發(fā)工作引到了一個(gè)全新的方向。1914年，他們靈光一現(xiàn)：應(yīng)該先在穹頂內(nèi)部鋪設(shè)銀幕，再用精密的投影設(shè)備在銀幕上投影出星空背景，從而避免直接在穹頂上布設(shè)燈具和實(shí)體模型的局限。這項(xiàng)革命性的創(chuàng)意，便是今天世界上所有現(xiàn)代天文館的技術(shù)基礎(chǔ)。

蔡司公司隨即著手進(jìn)行天象儀原型機(jī)的細(xì)化設(shè)計(jì)工作，因?yàn)榈乱庵静┪镳^新館計(jì)劃在1915年開館，時(shí)間已經(jīng)相當(dāng)緊張。然而，就在1914年夏天，第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)了。隨著越來越多的社會(huì)資源被投入戰(zhàn)場(chǎng)，德意志博物館新館工程不得不停工，“人造星空”的開發(fā)和建造也只得暫停。

1918年11月，持續(xù)4年多的戰(zhàn)事終于落下帷幕。戰(zhàn)爭(zhēng)帶來的損失和巨額賠款，摧垮了德國的經(jīng)濟(jì)。盡管如此，蔡司公司的研發(fā)團(tuán)隊(duì)仍然以德國人特有的堅(jiān)韌恪盡職責(zé)—對(duì)“人造星空”的研發(fā)在戰(zhàn)后初期艱難的歲月里繼續(xù)推進(jìn)。1923年，第一臺(tái)天象儀的工程樣機(jī)終于在耶拿問世，第二年，它又被運(yùn)到慕尼黑，在即將完工的德意志博物館里進(jìn)行測(cè)試。

1925年5月，馮·米勒在他70歲生日這天，打開了德意志博物館新館的大門，世界上第一座現(xiàn)代天文館也正式投入運(yùn)行。全新的博物館和“人造星空”演示雖然遲到了10年，卻依然彰顯出德國強(qiáng)勁的科技實(shí)力。

如今，這臺(tái)世界上最早的天象儀已經(jīng)“退位”，成為德意志博物館里彌足珍貴的科技史文物。它被安放在天文儀器展廳外面的特設(shè)展區(qū)，訴說著現(xiàn)代天文館的起源，以及德國人不屈的精神。

“白日觀星”傳遍全世界

光陰流轉(zhuǎn)，由德意志博物館與蔡司公司合作研制的現(xiàn)代天文館技術(shù)，被越來越多的國家所采用。因?yàn)樗x予了天象演示和天文科普最大的靈活性，不必專門等待夜晚，更不必等待某個(gè)特定天文現(xiàn)象出現(xiàn)。

這項(xiàng)在德國出現(xiàn)的全新科普展示手段，在誕生之初自然也引起了中國科技界的關(guān)注。早在1929年，國立天文陳列館（今天的北京古觀象臺(tái)）的發(fā)展報(bào)告中，便呼吁中國建立天文館。然而，當(dāng)時(shí)的中國貧窮且戰(zhàn)禍頻仍，顯然拿不出足夠的時(shí)間、資金和人才興建這樣一座向公眾開放的科普?qǐng)鲳^，也無力從德國采購天象儀。直到中華人民共和國成立之后，建造天文館的計(jì)劃方才被提上議事日程。從1955年10月開始動(dòng)工，僅僅不到兩年，北京天文館就于1957年9月竣工開館，成為當(dāng)時(shí)亞洲最大也最先進(jìn)的天文館。

在北京天文館里，天象廳依然是不可或缺的“重頭戲”。2007年北京天文館進(jìn)行老館改造工程的時(shí)候，引入了目前使用的蔡司宇宙9型天象儀。這臺(tái)購自德國的新銳設(shè)備，采用兩個(gè)半球?qū)拥慕频靶偷慕Y(jié)構(gòu)，為天象儀內(nèi)星辰數(shù)據(jù)的排布提供了足夠的空間。因此，這臺(tái)天象儀在啟用之時(shí)，可以還原地球上肉眼可見的9000顆左右的恒星，模擬地球上任何一點(diǎn)所能見到的星空。不僅如此，在那一次改造工程中，北京天文館還將老式的布質(zhì)球幕換裝為美國Spitz公司制作精良的金屬質(zhì)地球幕，來獲得更好的演示效果。