在天文台拍摄星野是什么样的感受

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写在前面

在亚利桑那大学的第一个月，我便来到基特峰国立天文台（Kitt Peak National Observatory）的Bok 2.3m望远镜上观测了两周。这篇文章是两篇观测手记中的第二篇，主要讲的是在山上做的不算正经的业余天文观测和其他的一些随想，希望各位热衷于业余天文观测的朋友们喜欢。

PS：如果只想看图的话，建议直接拉到“四”。

基特峰国立天文台观测手记（二）

一

在这个没有太多悠久传统的国度里，亚利桑那州的天文已经算得上历史深远。

谈到中国的古天文史，我们可能会提及先秦的《甘石星经》，想到祖冲之精准的《大明历》，更有知识的人可能还能记得北宋至和元年的天关客星——这一系列的史料都展现了中华文明天文遗产之丰盛；而相比之下，北美洲原住民的天文传统多少有些乏善可陈。

偌大的印第安文明中，只有玛雅人留下了像样的文字记录和天文历法，但那是发生在中美洲的事情，与如今美利坚的土地关联不大。在这片九百一十五万平方公里的肥沃土地上，能拿的出手的古天文记录着实不多，我能首先想到的，也就是霍霍坎人在亚利桑那的沙漠中留下的壁画了——与当时强盛的北宋和伊斯兰文明一样，他们也在公元1006年记录下了那颗爆发于豺狼座（南天星座，位于半人马座旁）的Ia型超新星。只不过，我们的祖先留下的记录，写在了卷帙浩繁的《宋史》；阿拉伯人留下来的记录，与托勒密的《占星四书》一同长存；而印第安原住民们，仅能够以一种最为原始的手段，将这颗人类历史所能记录下的最为明亮的太阳系外天体，抽象地涂抹在了一块顽石上——所谓“历史深远”，也就如此罢了。

绘有SN1006的石头，画面中间偏右即是；经辨认，其左上绘制的是印第安人想象中的天蝎座。图片来源：space.com

但可惜，脆弱渺小的人类文明在炽热而又暴躁的恒星面前不值得一提。由于未知的灾变，霍霍坎人早已从这片沙漠上绝迹，仅仅留下了他们曾经为了繁衍而建造的水渠。他们所崇拜的勇士——巨人柱仙人掌，仍然会在索诺兰沙漠的各个角落中顽强地向烈日与星空挺进。这些动辄几层楼高的生物，在幼年时期常常被鼠兔啃食得七零八落，到了壮年又因为过于高大挺拔而遭受大风与雷击的威胁。在其有生之时，他们会为羽类提供安稳的巢穴，为路人提供多浆的果实；若两百年后可以得一善终，这些巨人将露出木质版的尸骸，继续在烈日和星空下屹立不倒。

位于图森国际机场附近的一株高高胖胖的巨人柱仙人掌，很明显，和沙漠里的同胞们不一样，这位百岁的巨人已经得到了太久的来自人类的滋护。

一百五十前，西进到亚利桑那的第一批美国人在这块沙漠边定居。他们看见了先民们留下的干涸水渠，看到了巨人柱留下的挺立遗骨，便以不死之鸟的名义，将这个新生的城镇命名为凤凰城（Phoenix）。时至今日，这个在废墟上兴建的镇子已成为全美人口第六多的城市。

二

1894年，来自东海岸波士顿的望族之子帕西瓦尔·洛威尔来到了凤凰城北的旗杆镇。对火星地貌极为感兴趣的他看中了这片海拔高耸、远离城镇、少有阴天的土地，因而在这里出资建立了洛威尔天文台（Lowell Observatory）。这是美国最早的天文台之一，也是天文学史上第一次为了追求良好的观测环境而把天文台建造在远离人烟且高海拔的地区。财大气粗的波士顿人出资两万美金，建设了一台61公分的反射式望远镜，如今这台望远镜仍然向公众开放；另一台有名的13英寸望远镜则在当时仅仅24岁的汤博手下，揭示了冥王星的存在。

洛威尔天文台61公分反射镜的圆顶。图片来源：Kaldari

同样，在1894年，一个叫安德鲁·道格拉斯的27岁年轻人在洛威尔的赞助下，来到了他的天文台工作。12年后，他接受了亚利桑那大学的教职，在那以后，他便期待能在南亚利桑那的土地上建设一个天文台。1916年，慷慨的Lavinia Steward为了纪念其故去的丈夫，向亚利桑那大学捐赠了六万美金，用于资助学校购买望远镜。因此，道格拉斯决定在亚利桑那大学旁边建设一台口径为36英寸的反射镜。

当时的剪报：“匿名友人给了亚利桑那大学六万美金，用于购置巨大的望远镜”，图片来源：亚利桑那大学天文系。

1923年，望远镜落成，这是第一台100%美国制造的天文望远镜，天文台也因捐赠者而得名为史都华天文台（Steward Observatory）。当然，后来的故事并不完全按照人们的设想来发展——道格拉斯最为伟大的学术成就不在于研究天空，而在于开创了树轮年代学，这一小学科如今已广泛地运用在了考古之中；至于二十世纪后半叶，图森的夜天光亮度已经让科学的天文观测变得难于进行，于是史都华的圆顶只好“腾笼换鸟”——原来的36寸望远镜被搬去了基特峰，一台21寸教学望远镜接替了前任的位置，继续为亚利桑那大学的学生们提供着观测实习的机会。

1928年的史都华天文台圆顶，图片来源：亚利桑那大学天文系。

如今的史都华天文台圆顶，这里更主要的职能变成了为天文系的研究生们提供办公场所。我们的办公室就设在了圆顶下的一楼。图片来源：亚利桑那大学。

三

故事讲到这里，我们该谈谈基特峰了。冷战初期，苏联人率先发射了Sputnik人造卫星，这使得美国科学界大为震动，因而不少天文学家号召联邦政府拿出经费，资助学界对宇宙的研究，这当然包括建设一个国家级别的天文台。

在欧洲天文学的发展史上，国家或者城邦往往是科学资助行为的主体——英王查理二世创立的格林威治天文台划分了地球的子午；法王路易十四兴修的巴黎天文台出版了世界首本天文年历；就连在意大利这种政治疏散的地方，伽利略也是在得到了托斯卡纳大公美第奇的资助之后，才开始了其天文学研究的高潮。但美国的天文学资助恰恰相反，在联邦政治的体制下，在整个社会追求实用与创业的环境下，资本的力量比政府的操控来得更早、更有力。因而，美国的国立光学天文台（NOAO）成立得比甚至民国时期的中央研究院天文研究所（后紫金山天文台）还要晚30年。

但无论如何，美国的天文学家们总算拿到了一笔来自于联邦的资助，一个崭新的国立天文台将要被建设起来，为整个国家的天文学研究提供装备上的保障。经过了密集的选址工作，美国人决定把天文台放在基特峰。放在基特峰的原因有很多，但无非依赖于地利与人和两条——地理上，观测环境确实卓越；人文上，史都华天文台已有三十五年传统，可以提供人才输送的保障。因此，基特峰国立天文台就这样成立了，NOAO的总部也就设在了图森，与史都华天文台相望在樱桃街（Cherry Avenue）的两边。

NOAO总部大门，就在天文系主楼对面。当然，提起这个地方，最“臭名昭著”的肯定是他们开发的用于天文数据处理的软件IRAF了……图片来源：Google Maps。

美国人做学术的想法和传统的中国人有着方方面面的差异，其中很值得注意的一点，可能是知识的威严。在中华文明几千年中央集权的政治下，倘若一个学术机构被冠以了“国”的分量，那必然会是威严陡增，不容侵扰——至少在表面看上去，它好歹该贴出来个“科研重地，谢绝参观”的告示，来喝退蒙昧的黔首。在基特峰，我看到的是为了参观者而兴建的观景台、停车位、互动展厅和纪念品商店，因为他们希望自己的工作能换取纳税人更多的理解与支持。国立的天文台吸纳了国家的资源，理应该以更平易近人的方式反哺社会。

当然，天文纪念品商店里肯定是会卖望远镜的，而且就我个人参观经历而言，至少都比市面上贵出将近一半……

四

考察一个光学天文台的质量还是要看夜晚的观测。普通的天文爱好者是允许在山上过夜的，似乎只需要交上一笔不贵的管理费；倘若你是一个所谓的Advanced Amateur Astronomer（高水平天文爱好者），你还可以去租借游客中心的望远镜，来做目视或摄影的观测（stargazing）。当然，我这次来本身就是Observer，所以在工作闲余，摆一个小相机拍拍，一直是没人管的。只不过听说山头上偶有毒蛇和美洲狮（mountain lion，这种大猫的保护状况居然是无危）出没，因而独自夜行并不安全——好在我一直没有作死离开硬质路面跑到偏远的地方，因而也没有遇上。

 我们做巡天观测所用的望远镜口径为90英寸（2.3米），以史都华已故台长的姓氏Bok命名。史都华天文台作为基特峰山头上的VIP级租客，一共有四台望远镜，其中三台光学的望远镜建在了一起，所以这几个镜子的脚下成了我最主要的观测地。本次上山，我最遗憾的事情是把双筒忘在了图森的公寓里，这让我失去了绝佳的观测南天深空天体的机会。但好在相机和星野赤道仪工作得还算正常，还算是拍出来了几张令我感觉比较满意的照片。

Bok 2.3m & Mayall 4m星轨

2017年4月19日 摄于基特峰天文台 观测者宿舍南门

北边地平线上的光污染来自于凤凰城

Canon EOS 6D + EF24-70@24mm F2.8

ISO5000, 30s×219帧

处理软件： Star Trails; Photoshop CS6

单纯从业余观测者的角度出发，基特峰已经能称得上是我去过的最棒的观测地了，这是我第一次体验到木星隐约给人照出的影子。在4月18号的观测之余，我跑到了外面做了一次定标，在残月已经爬出来的情况下，大概只适应了十多分钟黑暗，就已经能把极限星等推到6.42（#24定标区）和6.51（#12定标区）了。4月28号是一个起风的夜晚，常规的测光观测由于安全问题无法进行，所以我们回去的早。当天后半夜，我跑出来测了一下目视极限星等，在#5定标区中数到了12颗星，对应于6.71的极限星等，刷新了我个人的纪录。好台址就是好台址，这一点毋容置疑。

银河之心

2017年4月19日 摄于基特峰天文台

Canon EOS 6D + EF24-70@24mm F2.8

Ioptron SkyTracker Pro 半速跟踪

ISO5000, Light: 60s×3帧；Bias, Dark, Flat若干

处理软件： Deep Sky Stacker; PixInsight; Photoshop CS6

在这里，我作为一个长期生活在北纬39°以北的观测者，第一次看见了半人马Ω星团，看到了犹如昴星团一样的托勒密星团M7，看到了比月亮还大的礁湖星云，看到了银心附近乌黑的烟斗星云。至于壮观的北美洲星云，那就远不只是以前所仅能分辨出来的“墨西哥湾”那么简单——整个NGC 7000就像漂浮在大洋中的孤洲一般，孑立于纵贯南北的银河上。各种壮阔的观感，让我很是羡慕亚利桑那的爱好者——驱车向图森城北四十分钟，便可抵达列蒙山（Mount Lemmon），那里可是卡塔琳娜（Catalina）巡天的大本营；向西南一小时余，又可以到达基特峰；至于更远的Mount Hopkins和Mount Graham，观测环境当然是更加的优良；对比之下，从北大开车两个小时，也就只能跑到古北口这种地方……

夏季大三角

2017年4月22日 摄于基特峰天文台 Mayall望远镜脚下

Canon EOS 6D + EF24-70@24mm F2.8

Ioptron SkyTracker Pro跟踪

ISO5000, Light: 60s×22帧；Bias, Dark, Flat若干

处理软件： Deep Sky Stacker; PixInsight; Photoshop CS6

烟斗星云与调色盘星云

2017年4月19日 摄于基特峰天文台

Canon EOS 6D + EF24-70@70mm F2.8

Ioptron SkyTracker Pro跟踪

ISO5000, Light: 60s×82帧；Bias, Dark, Flat若干

处理软件： Deep Sky Stacker; PixInsight; Photoshop CS6

星升太阳塔

2017年4月26日 摄于基特峰天文台 Bok望远镜圆顶

由于多云，星轨时有中断

Canon EOS 6D + EF24-70@70mm F2.8

ISO5000, 20s×208帧；

处理软件： Star Trails; Photoshop CS6

我们刚才提到的36寸望远镜就位于我们宿舍的旁边，在1969年，这台望远镜拍摄到了天关客星（SN1054）的残骸——一颗位于蟹状星云中心的脉冲星的光学影像。1982年以后，它和另外一座1.8m的望远镜一起，构成了亚利桑那大学月亮与行星实验室Spacewatch计划的主力设备——两台望远镜一直致力于搜寻太阳系的小天体，而这一巡天计划也是天文史以来首个使用CCD寻找彗星小行星、首个使用自动化程序辨识移动的小天体的科学项目。

36寸望远镜圆顶和北斗七星

2017年4月30日 摄于基特峰天文台

Canon EOS 6D + 24-70@24mm F2.8

ISO8000, 30s×1

Ioptron SkyTracker Pro半速跟踪

处理软件： Photoshop CS6

1.8m望远镜圆顶与银河

2017年4月30日 摄于基特峰天文台

Canon EOS 6D + 24-70@24mm F2.8

ISO8000, 50s×1

Ioptron SkyTracker Pro半速跟踪

处理软件： Photoshop CS6

自基特峰国家天文台成立以来，图森的经济发展速度远超过人们的预想，因而实际上站在山头上，很轻易就可以眺望到50英里以外图森的夜景；若是长时间曝光东北方向的地景，自然也会看到圆拱拱的“城市光罩”。好在严肃的天文观测往往专注于上中天附近的目标，所以一个东北向的光害源不会为夜天光亮度带来致命的影响；不过，要是让爱好者在初夏来到这里拍摄银河拱门，那就多少会有点问题。

银河拱门（一）

2017年4月23日 摄于基特峰天文台 Bok望远镜圆顶下

Canon EOS 6D + 24-70@24mm F2.8

ISO5000, 30s×14张拼接

处理软件： PTGui; Photoshop CS6

银河拱门（二）

2017年4月30日 摄于基特峰天文台

Canon EOS 6D + 24-70@24mm F2.8

ISO5000, 50s×16张拼接

天空部分10张，使用Ioptron SkyTracker Pro跟踪

处理软件： PTGui; Photoshop CS6

由于在大多数时间圆顶内的观测任务都需要人来监视显示屏，所以最为省事的观测方法是把相机架在圆顶外的平台上，让它自己拍摄延时影像。在工作之余，我制作了一个两分钟的延时视频，贴在了下面；喜欢的朋友们还可以去Bilibili收看它（av10124813；点击阅读原文也可以观看）。

写在最后

我一向觉得，亲身实地接触观测对一个热爱天文的人而言无比重要——尽管14天的观测多少会让人觉得疲惫，但每当我结束值班，走出观测室，去用肉眼目睹璀璨的银河之后，坏情绪往往顿时烟消云散。对于一个思绪干涸的人而言，壮美的星空是最好的良药。

很遗憾，北大并不像亚利桑那大学这样，拥有一长串放置在顶级台址的望远镜，因而我在本科期间，还没有过自己亲身来到观测站，向望远镜输送指令，顺带拍上几张能看得过去的照片。如果一切顺利，7月6号~8号我将会和Egami老师去Mount Hopkins的MMT 6.5m做红外的观测。是时，月相应该近望，但好在红外波段受月光影响稍小（瑞利散射光强度与波长四次方成反比）。实际上，我并不奢求我在这里的实习能做出什么不错的成果；我只希望尽可能多做一些在北大读本科时所做不到的事，这便足以让我满意。

希望到时候能有一个好天气。Mt. Hopkins，我们七月见！

点击“阅读原文”前往B站观看视频！

作者：孙凤梧（北大天文系）

编排：孙凤梧  |  配乐：解仁江

责任编辑：解仁江