南加州的天文台们

笛筐

大概是因为气候的原因，南加州的天文台特别多，尤其是光学望远镜天文台。南加州常年阳光灿烂，温暖干燥，气流稳定，每年有超过百分之八十的晴天和高能见度的夜晚，非常适合天文观测，因而从远离城市的山顶到社区大学的校园，经常会看到可开合的穹顶建筑。

帕沙迪纳社区学院校园。

在洛杉矶人的心目中这世上最著名的天文台莫过于格里菲斯天文台，它是和好莱坞一样著名的景点和地标建筑。格里菲斯天文台坐落在朝南的山坡上，与后山不远处的好莱坞标志遥相呼应，白天可远眺太平洋的浩瀚波光，夜晚可俯瞰洛杉矶的璀璨灯火，是一处绝妙的观景台。不少电影在此取景，众多游客前来参观，每逢周末和节假日，山上山下的停车场都一位难求。

（摄影：星虹）

但是格里菲斯天文台并不是一座用于天文观测和研究的天文台，而是一座天文知识博物馆。从一九三五年建成之日起天文台就一直免费对公众开放，包括12英寸（305毫米）口径的望远镜、天象馆、和一系列的天文知识展览。进门一楼主要是历史文物陈列和天文景观演示。楼下则有更新近的天体物理观测成果展览。楼上穹顶观测室内的望远镜夜间可开放供民众观看。只有天象馆里循环播放的球幕电影需要购买几块钱门票观看，但那绝对是物超所值的体验。躺在靠椅上仰望天幕星空，看银汉飞渡，玉盘巡回，难分天上人间。近一小时的时间里现场解说员声情并茂，一气呵成，没有半点口误，若不是眼见她手持话筒在身边缓缓走过，还以为是事先精心制作的电影配音。

（摄影：海力）

这一切都要感谢威尔士移民格里菲斯（Griffith J. Griffith)。 一八九六年他在好莱坞山南麓购买了四千英亩的土地，大部分捐给了洛杉矶市政府建立公园。后来他又捐了一笔钱，并立下遗嘱，要建一座可供公众使用的天文台，让天文学从遥远的山巅上和天文学家的书斋里走出来，走近寻常百姓身边。一个靠矿业发财、酗酒、偏执、可以开枪打老婆的人是怎么对精细入微的天文观测产生兴趣的呢？这可能跟格里菲斯在若干年前对威尔逊山(Mt. Wilson)天文台的造访有关。

威尔逊山天文台位于洛杉矶东北三十多公里外的崇山峻岭之上，海拔一千七百多米，是著名天文学家乔治·海尔（Geoge Ellery Hale)于一九零四年创建的。据说海尔从美国东部慕名来到西海岸寻找台址时，也找了洛杉矶的一些大款们寻求赞助，其中就有格里菲斯。显然格里菲斯没有答应出钱。不过没关系，世界首富、钢铁大王卡内基愿意出钱。几年后当时世界上最大的60英寸（1.52米）口径光学望远镜建成观测时，吸引了大批名人前来参观，其中也有格里菲斯。估计他是被那巨大的望远镜和浩瀚的宇宙震撼到了，回去便发誓也要建一座天文台。

和格里菲斯天文台相比，威尔逊山天文台是真正的天文学界的高大上。继60英寸望远镜之后，一九一七年这里又建成了100英寸（2.54米）口径的望远镜，先后占据世界第一近半个世纪。从这里诞生的天文研究成果在全世界都首屈一指，近现代科学史上很多如雷贯耳的大名都跟它密切相关。古老的天文学从这里开始分支出一门崭新的学科唤作天体物理学。迈克尔逊、爱因斯坦这样的物理学家都来这里工作过，探讨如何用天文观测来验证现代物理学中的重大理论。

150英尺（46米）太阳观测塔。（摄影：星虹）

太阳黑子的大小与地球和木星比较。（摄影：星虹）

然而在建台之初，威尔逊山完全是一处人迹罕至的蛮荒之地。山下的帕沙迪纳是一片橙子园，加州理工学院的前身是一所默默无闻的职业学校。远处的洛杉矶隐约可见，但是从那边骑马过来登上山顶要走两天。上山连一条像样的路都没有，说来难以置信，世界最大的望远镜竟然是靠骡马大车帮着拖运上山来建成的。

威尔逊山南向（摄影：星虹）

在往返于山上山下的马帮之中，有一位赶牲灵的小哥哥名叫米尔顿·赫马森（Milton Humason)。在美国中部大平原长大的他却酷爱大山，中学没毕业就跑来西部闯荡。小伙子每天领着大车队，人骑在马背上，人背上又骑着一只小猎犬。人和狗都很酷，吸引了不少眼球，其中也包括天文台一位工程师的女儿海伦·窦德（Helen Dowd)。小哥哥也喜欢窦小姐，两人坠入爱河。但是窦工不高兴，他是有身份的人，不能让女儿嫁给一个赶骡子的。为了取悦老丈人，赫马森在天文台里当了一名勤杂工。小伙子机灵勤快好学，每天除了打扫卫生还帮助修理各种杂物，一有空就去看人家怎么转动穹顶，怎么操纵望远镜。有一天一个技术员生病了，他便顶了上去，居然干得有模有样。从此台里便安排他值夜班，担任技术助理。慢慢地赫马森的耐心和细致也引起了海尔台长的注意，觉得他很有观测员的特质，竟能拍摄到很暗淡的星体并获取光谱，于是破格提拔他为研究人员，直接参与观测项目。

威尔逊山东向。

退役的60英寸望远镜。

一九一九年，第一次世界大战结束后，一批科学家和学者完成了他们的战时服务工作，回到象牙塔里来从事研究。威尔逊山天文台来了一位才华横溢风度翩翩略带英国口音的绅士，他便是日后大名鼎鼎的哈勃(Edwin Hubble)。哈勃选中了手艺精湛的赫马森做他的搭档，一起对银河系的恒星进行全面观测。就这样，当同为一次世界大战战胜国的东方神州在巴黎和会上被人瓜分，帝都各大学的教授和学生们一起愤怒地走上街头呐喊呼号的时候，没有高中文凭的马帮小哥在威尔逊山上登堂入室，开始了对宇宙起源的探索。

100英寸口径望远镜。

借助于100英寸望远镜的倍率哈勃很快就意识到银河系并非宇宙的全部，在银河系之外还有许许多多其他的星系。在接下来的日子里，赫马森废寝忘食细致入微地标定了六百多个星系的光谱。哈勃和他一起从中发现了红移现象，测定了各个星系离地球远去的速度，进而推断出宇宙膨胀的结论，奠定了宇宙大爆炸起源学说的基础。

退役的迈克尔逊天文干涉仪。（摄影：星虹）

威尔逊山天文台的辉煌一直持续到一九四九年，世界最大光学望远镜的地位被帕洛马（Palomar）天文台的200英寸（5.08米）口径望远镜取代。这期间人类又经历了一次惨烈的世界大战。这期间海尔和物理学家密立肯（Robert Andrews Millikan)，化学家诺耶斯（Arthur Amos Noyes)一起把加州理工学院办成了世界一流的高等学府。这期间洛杉矶山谷发展成了几百万人口的大都市。海尔很早就意识到洛杉矶的城市灯光可能对威尔逊山天文台形成危害，着手寻找新的台址。他把目光投向了离洛杉矶和圣迭戈都有两个小时车程远的帕洛马山。

帕洛马天文台于一九二八年开始建造。加州理工学院和康奈尔大学结盟，海尔领头向大众宣传天文知识，提议建造200英寸口径的望远镜。他在艰苦的大萧条时期游说各大公司，最终从洛克菲勒基金会获得了资金。但是望远镜的建造时间还是太长，由于种种因素影响工期一拖再拖，海尔最终未能见到望远镜的落成，于一九三八年去世。人们为了纪念海尔对天文学的巨大贡献，将帕洛马天文台的200英寸望远镜命名为海尔望远镜。

5米口径的海尔望远镜已经接近单个镜面制造和加工工艺的物理极限。尽管康宁玻璃公司采用了轻型的新材料，镜体仍然重达二十吨。镜体浇铸完成后，光冷却就花了一年时间。在严密的监控下经过十六天的铁路运输加两天的公路运输，镜体从纽约州的康宁公司运到了帕沙迪纳的加州理工学院光学车间进行打磨抛光。后面的加工断断续续，直到第二次世界大战结束后才全面复工。整个过程磨掉了五吨半玻璃粉，打磨抛光再镀反射膜前后共花费了十一年半时间。

由于镜体及其支撑的桁架重达五百多吨，穹顶重达一千多吨，要使它们平稳地全方位转动自如并精确可调，对机械设计提出了很高的要求，也是整个工程项目的重要技术关卡之一。加州理工学院教授冯卡门（Theodore von Karman）的力学团队参与了建筑与结构设计。负责结构设计的塞茹瑞尔（Mark Serrurier)发明了一个特别的镜体支撑桁架，能够补偿重力变形造成的光学误差，被命名为塞茹瑞尔桁架。

在帕洛马天文台的台史陈列室里我们意外地看到了一个熟悉的名字：钱学森。说意外是因为以前从未听说过钱学森涉猎天文学，看过介绍后才明白原委。塞茹瑞尔的介绍说他曾经在二次大战期间和钱学森一起设计过美国的第一座超音速风洞。塞茹瑞尔一生不乏傲人的成就。除了以他命名的桁架设计外，他还大大改进了他父亲发明的电影胶片剪接技术，于一九七九年获得一项奥斯卡金像奖，在好莱坞星光大道上有一颗属于他的星。在这样的人物简介中加上钱学森一事肯定不是要画蛇添足，而是对那段工作经历有着由衷的自豪。

一九四九年一月二十六日，哈勃主持海尔望远镜的开镜仪式，进行了首次观测。此后南加州再没有建设过新的大型光学望远镜，海尔望远镜取代威尔逊山100英寸望远镜占据世界天文望远镜的头把交椅达三十年。由于避开城市灯光需要远离繁华地区，而稳定的逆温层大气状态在靠近大洋涌流处较为容易形成，夏威夷和智利成了后来更为理想的天文台址选择。

人类对宇宙的探索在不断继续，在外太空寻找适合人类生存环境的任务日益紧迫。但是单一镜面的望远镜尺寸不能无限扩大，温度、重力、材料等变化引起的光学误差都造成了难以克服的困难，因此更大口径的望远镜都采用了组合镜面。在智利安装的巨型麦哲伦望远镜（Giant Magellen Telescope, GMT）采用了七片8.4米镜面的组合，有效直径达到24.5米。即将在夏威夷开建的30米望远镜（Thirty Meter Telescope, TMT）则由492片六角形镜面拼接而成。如此浩大的工程不再是一个富翁或基金会能够承担的，往往需要许多机构甚至国家一起组成财团共同建设。继日本之后中国国家天文台和印度科技部成为TMT的正式合伙人，承诺了可观的建设费用。巴西和韩国则加盟了GMT财团。

然而无论有多少机构参与，也不管望远镜建在何处，这些项目都将总部或者规划设计部设在了帕沙迪纳。加州理工学院及其周围的科研机构和技术公司在过去一个世纪中积累起来的丰富的望远镜设计制造经验与人才，包括喷气推进实验室制造维修哈勃太空望远镜的经验，是未来望远镜设计制造不可或缺的宝贵资源。就像旋转的星空中不动的北极星，南加州的天文台们为现代天文观测设定了一个醒目的参照系。