《一个天文学家的夜空漫游指南》

这是一本把科学、艺术、诗歌和美学完美融合在一起，既能赏心，也可悦目的书。

＊地月的精妙互动

地球和月球通过引力作用，使得地球的自转轴保持稳定，避免了地球上极端气候的出现。

如果没有月球，地球的自转就会处于完全混沌的状态，有可能可以在竖直（自转轴倾斜角为0度）与水平（自转轴倾斜角为90度）之间毫无征兆地突然切换。当竖直自转时，四季的概念就不复存在；当水平自转时，在6个月时间里，地球一半会酷热难耐另一边则会冰冻刺骨，而接下来的6个月又会反过来。火星就是因为自转轴的波动引起极端气候变化。

由于地月间的引力作用，潮汐时大海和地壳的摩擦消耗了地球自转的能量，所以未来的地球自转会越来越慢，一天的时间将会拉长。与其同时，月球的轨道运动逐渐放缓，并与地球渐行渐远。

＊人造光的污染

人造光的泛滥使得我们不再习惯性仰望天空，夜空中已经很难再看到闪耀着各色光辉的繁星。

人类仅存的能与宇宙沟通的沃土正受到前所未有的威胁。我们要唤醒全人类的意识，并通过各种各样的措施共同与光污染作斗争，还我们一片满天繁星点缀、恢宏大气的夜空。

＊宇宙的命运

在我们有限的知识中，未来的宇宙将随着岁月的流逝逐渐被稀释，慢慢降温，终结于冰寒之夜。所有恒星都消亡之后，长夜将漫无边际。但是对于宇宙中存在的暗物质和暗能量究竟是何种属性，我们却一无所知。

以我们现有的知识远远不足以揭开宇宙神秘的面纱，所以在面对宇宙时我们要永远保持一颗谦逊和敬畏之心。

对于我们生活的这颗蓝色星球，我们要做的就是好好爱护和珍惜，因为就目前来看，很难再有其他人类宜居的星球。

＊关于诗歌

本书中有不少颇具美学和浪漫的诗歌，以下内容为摘选：

“满天什么”是指星空中那些令人惊叹的奇观，包括流星雨、彗星、日月食、星云、星际尘埃等。天文学家们通过观测和研究这些奇观，不仅可以了解宇宙的形成和演化，还可以研究地球和人类的起源。

“满天什么”是指星空中那些令人惊叹的奇观，包括流星雨、彗星、日月食、星云、星际尘埃等。天文学家们通过观测和研究这些奇观，不仅可以了解宇宙的形成和演化，还可以研究地球和人类的起源。

星际尘埃是指银河系中的微小颗粒，它们由恒星形成时释放出的物质组成。这些微小颗粒可以通过天文望远镜观测到，它们的存在对于研究银河系的起源和演化非常重要。

流星雨是指在短时间内，大量的流星出现在天空中的现象。这些流星是由宇宙尘埃和彗星残骸在地球大气层中燃烧而成的。每年的流星雨都有不同的名称和特点，例如每年的8月12日至13日，就是著名的“英仙座流星雨”，每小时可见数目可高达数百颗。

星际尘埃是指银河系中的微小颗粒，它们由恒星形成时释放出的物质组成。这些微小颗粒可以通过天文望远镜观测到，它们的存在对于研究银河系的起源和演化非常重要。

彗星是一种由冰和尘埃组成的天体，它们绕太阳运动，并在接近太阳时释放出尘埃和气体形成尾巴。彗星在古代被认为是不祥之兆，但现代科学已经揭示了它们的真实面貌。最著名的彗星之一是哈雷彗星，它每76年绕一圈太阳一次，最近一次经过太阳系是在1986年。

这是因为天文学是一门最古老的科学。

在西方，通过毕达哥拉斯、柏拉图、 喜帕恰斯、托勒密等人的研究，已经提出了几种不同的理论体系，成为一门最具理论色彩，又是提出理论模型最多的一门学科。同时，天文学与人们的生产和生活密切相关，人们种田靠天、畜牧靠天、航海靠天、观测时间也靠天，这就必然会有力推动天文学的发展。

然而，天文学在当时又是一门十分矛盾的学科。在天文学领域，两种宇宙观，新旧思想的斗争十分激烈。特别是到了中世纪后期，天主教会还别有用心地为托勒密的地心说披上了一层神密的面纱。硬说地球处于宇宙中心，证明了上帝的智慧，上帝把人派到地上来统治万物，就一定让人类的住所地球处于宇宙中心。

这个时代，科学家乃至人类对宇宙有两个最关心的问题， 一是“在其他恒星周围是否也有类似地球的行星？”，二是“暗物质到底是什么？”

这两个问题基于人类近一个世纪的宇宙 探索 之上，对于浩瀚无垠的宇宙来说，人类想要一探究竟，是一个不知道尽头在何方的工作。

但这又有何妨，一直以来，人类对于头上这片星空，这个宇宙都充满着好奇，而 探索 宇宙也让科学技术有了很大的飞跃，人类的认知也不断提升。

正如洛克菲勒基金会主席雷蒙德所说： “宇宙的广袤无垠绝非人类所能想象。但我们人类却为一些事，把全部精力花在与同胞的争夺打斗上。只要用这台望远镜简单地看上一眼，我们就会知道那些事根本微不足道。”

他口中的这台望远镜也就是这本书的主角帕洛马天文台及其望远镜，科学家称为“巨眼”，和主角相伴的还有一群卓越的拥有着无限好奇心的科学家们，他们有着超强的洞察力，技艺精湛，勇敢而富有创造力。他们经常互相竞争，但也会相互合作，用毕生的精力推动着人类对宇宙的认知。

最近看了一本非常精彩的书《宇宙百年 探索 》，这本书不仅独家记录了天文学家在帕洛玛天文台 探索 宇宙奥秘的科学历程，更是向这群拥有 探索 宇宙伟大梦想的科学家们致以崇高的敬意。

01

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宇宙的边缘前哨

向探险者发出召唤

纵观天文学的发展 历史 ，早期的威尔逊山天文台奠定了非常重要的基础，而后来的帕洛玛天文台的建立在后期的天文学发展中起到了非常关键的作用。

这里不得不提到帕洛玛天文台的创建人乔治·埃勒里·海耳。他一生致力于收集更多来自宇宙的光，先后四次主持建造了世界上最大的望远镜。

他先在家乡芝加哥市附近，为叶凯天文台建造了以太40英寸折射望远镜，第一次打破了世界上最大望远镜的纪录（至今仍是同类中的巨人）。

后来，海耳认识到自己犯了错误，当地位于五大湖区，经常雾气腾腾，天气状况不佳，导致这台望远镜一直处于闲置状态。

他立刻离开五大湖区，来到了晴空万里、山峦起伏的加利福尼亚州南部。在靠近帕萨迪纳市的山上建立了威尔逊山天文台，并为它建造了两台反射望远镜。

1908年他先建了60英寸口径的望远镜。九年后，他又建造了第二台名为胡克的100英寸望远镜。

其实，海耳心里明白，要建造世界上最大的望远镜这项宏图大业，绝不会止步于100英寸的胡克望远镜。他的梦想是有朝一日建造一台更大望远镜。

1928年，海耳在《 时尚 芭莎》上发表了一篇文章，里面有一段： “宇宙的边远前哨，如同深埋的宝藏，自远古以来，一直在向探险者发出召唤。” 但遗憾的是，由于身体原因，他没能看到他落成开光的那一天。

后来在洛克菲勒基金会的支持下，200英寸的望远镜在帕洛玛山天文台安家落户，媒体称这个台庞然大物为“巨眼”。这台宏伟的壮观的仪器吸引着天文学家来到这里。

图为：帕洛玛天文台

而这个众人眼中的“巨眼”带着海耳 探索 宇宙的雄心，不负众望地展开了以前未曾预料到的 探索 。它很快就成了蓬勃发展的射电天文学和红外天文学的重要战斗伙伴，在认证伽马射线暴和X射线暴的源头并描述其特征的进程中发挥了关键作用。

这台大望远镜兑现了它的“承诺”，给天文学家和物理学家带来希望，让宇宙变得触手可及。科学家们在热切期盼的同时，也在筹划着如何最好地 探索 宇宙的重大奥秘。

02

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两大巨头互相合作

出现惊人发现

在帕洛玛天文台落成后，真正奠定天文台科学成就，对整个天文学研究事业起到关键影响作用的，是21世纪的一位瑞士籍物理学家弗里茨·兹威基，他从苏黎世联邦理工学院获得了X射线晶体学博士学位，后进入威尔逊山天文台进行工作。

他发现威尔逊山天文台的60英寸和100英寸望远镜视场较小，每次只能拍到寥寥几个星系，照这样的进度，天文学家怎么办才能寻找到值得探究研究的天体呢？这个问题后来出现了转机。

图为：威尔逊山天文台

1929年，一位名叫伯恩哈德·沃尔德马尔·施密特的光学仪器工程师发明了一件完美的工具。他找到了改正快速大视场反射镜光学缺陷的办法——在光束中插入一块特殊校正玻璃板。

他用此法制造了一台相机原型，这台样机不仅能够拍摄广角图像，而且成像清晰，即使在视场边缘图像也不会发生畸变。顺利解决了兹威基看到的这些问题。

1950年初秋，威尔逊山天文台一位重要员工巴德前往帕洛玛山，用200英寸望远镜为仙女座星系拍摄了第一张照片。圆顶里有冰箱用来存放照相底片，底片上涂着一层对蓝光敏感的感光乳剂。

巴德钟爱观测，对工作一丝不苟且技术超群。 他只在天气条件最好的时候观测，他宁肯让这台世界上最大的望远镜闲等一晚上，也不愿用它去看爱眨眼的小星星。

这次他选用光电管的测量结果去对比哈勃的造父变星的星等。光电测光的结果更加准确，由此推算出M31（仙女座星系）的距离，与哈勃通过造父变星推算出来的，相差两倍！

图为：仙女座星系

1952年在罗马举办的国际天文学联合会大会上，巴德将他的发现公之于众，畅销杂志和报纸纷纷报道此事，激发了公众对宇宙的想象。

1958年，65岁的巴德办完退休手续，不等自己的代表性巨作发表出来就去欧洲长途旅行了。斯沃普则继续勤奋地测量着底片上记录的光点，并把它们转换成图表和曲线。

但谁也没想到，巴德再也无法回来了。

1960年，巴德因术后并发症去世，只能由他的搭档斯沃普独立完成他们的项目。斯沃普带着巴德的梦想尽全力把所有数据全部整理出来，还完成了巴德曾经希望由自己来做的事——对于分属两个星族的造父变星，找出它们各自的周光关系。

从20世纪50年代一直到70年代，天文学家看到可观测宇宙尽头的富星系团绝非易事，需要两台望远镜紧密协作。

随着遥远星系团的数据逐步累积，警报信号突然出现——被研究的星系团自身的一些性质竟然随时间的推移而不断演化，之前科学家们试图把星系作为研究工具所得出的数据出现了很大偏差。

其实， 他们一直忽略了一个最最关键的因素——天体在不断演化， 然而这个演化效果会对宇宙学研究造成很大影响，足以让备受追捧的宇宙学参数变得面目全非。把星系团当做工具去丈量宇宙就是死路一条，天文学家们对大批数据做过多轮检查后，测光误差仍然很大。

1999年，桑德奇回顾自己为了确定宇宙的几何性质而辛苦奋斗数十载的事业，把最后推算出来的宇宙曲率参数形容为“鸡肋”。令人伤心的是，人们慢慢发现，星系团里最亮的星系其实复杂莫测，桑德奇依靠传统方法认识宇宙的努力最终归于失败。

这么多年呕心沥血的天文观测工作难道付诸东流了吗？

但后来他们意识到，他和同行们为200英寸望远镜研发的强大设备和收集的星系团数据，对其他研究具有重要的价值。

宇宙学研究不再制作与把星系团当做研究工具，转而把注意力放在了星系自身的演化上。这反倒为一个全新的研究领域——星系演化，打下了根基。

03

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向宇宙更深处 探索

一场迷人又冒险之旅

1997年5月8日，加州理工学院的天文学教授乔治·乔尔格夫斯基正在与学生们用200英寸望远镜观测。射电天文学家戴尔突然接到一个电话说，新发现一个伽马射线暴。

天文学家目前认为，伽马射线暴的光学余晖是电子在盘旋落入激波驱动的磁场时，发出的同步回旋辐射。伽马射线暴发生后，立即出现一堆狭长喷流，朝着彼此想对的方向喷涌而出。这些喷流的速度接近光速，不出几秒钟就击穿恒星外层，把恒星内部的物质抛掷到宇宙空间。

图为：伽马射线暴

星系盘中的大质量恒星在垂死挣扎中会引发伽马射线暴， 让天文学家可以借这个宝贵机会一瞥恒星形成区的物理环境——宇宙中金属的产生。

于是，天文学家把 探索 的目光从发光天梯转向了吸光物质，从此一脚踏入更深远的早期宇宙。但由于星系际气体非常稀薄，想要探测他们发出的微弱的光芒非常困难，但探测势在必行：宇宙演化的大部分 历史 就保留在错综复杂、内容丰富的宇宙网状结构里。宇宙网中遍布原初气体。气体吸积、冷却、凝聚成恒星和星系。后者又发出辐射，突出富含金属的物质碎屑。

于是， 宇宙网就有了双重功能——既是取之不尽、用之不竭的重子矿脉，也是存放辐射和金属物质的仓库。

到了20世纪，有2个问题在天文学家的脑海中挥之不去。

第一个问题：在其他恒星周围是否也有类似地球的行星？

第二个问题：暗物质到底是什么？

兹威基对后发星系团里单个星系的运动速度进行分析后惊奇地发现， 星系们跑得太快，星系团早就该四分五裂了。但星系团似乎一直安然无恙，所以必有某种物质在约束着星系，让它们紧紧地抱成一团。 他考虑了各种解释，最后提出星系团里一定有许多不发光的“暗物质”，充当着引力粘合剂。

虽然无法直接观测到，但兹威基推断，要想解释自己的观测结果，除了暗物质，不可能是其他东西。

很多人开始纷纷猜测暗物质到底是什么。有人说是钻石，有人说是砖块，甚至还有人说是星系晕中几千万亿个极小的黑洞。但都无法给出定论。

随着天文观测的发展，原本要寻找暗物质，却演变成寻找系外行星。年复一年地搜寻带来日益丰硕的成果。就这样，新技术解锁了更弱、更细微的信号。事情往往就是如此，研究团队原本向着一个目标大步迈进，后来却发展成一场向着意想不到的目的地不断前行的接力赛。

20世纪30年代对“暗物质”本质的 探索 ，让天文学家见识到宇宙中最明亮的天文现象。在这个穿插交织着科学发现的故事里，科学家们本想弄清楚暗物质（这种神秘物质维持着星系的稳定，让它不至于四分五裂）的特性，为此大力发展观测技术，就为了去明亮的地方寻找暗淡的东西。

没想到，他们没找到暗物质，却找到了褐矮星，还开发出搜寻系外行星的技术。 找到系外行星，并最终研发出寻找类地行星所需的高分辨率一起。

图为：褐矮星

这股强烈的欲望驱使着他们对全天展开快速、深度的巡测。日益完善的探测设备、计算机以及数据分析工具让这些巡天观测成为可能。

通过这些观测，天文学家最近已找到数千颗系外行星，还看到了越来越多难得一见的天文现象。这些数据有助于天体物理学家去探寻宇宙的起源。

其实，除了宇宙观测本身，和观测带来的巨大数据量，我们也看到了这些天文学家们日常工作的缩影： 面对着一个完全未知的世界，他们带着极大的热情，在漆黑的夜晚，与望远镜作伴，闻着机油气味，站在环绕圆顶的通道上仰望星空。在他们眼中，在帕洛玛天文台观测犹如“一场盛大浪漫的冒险”。

他们就这样一步一步带着人类走出太阳系，走出银河系、到达恒星、星系、星系团，直到宇宙的最深处。

他们会面临种种挑战、会陷入僵局，但依然怀着对宇宙的憧憬向往，和为了人类认知的变革，选择孤独地站在这座“天文孤岛”上，为人类开启宇宙 探索 的美好时代， 可以说，他们的才智、勇气和浩瀚无垠的宇宙一样引人入胜。