帕洛馬山的“大眼”

大蕭條的那些年，很多美國人都知道，喬治·海爾先生，那個三次打破世界最大望遠(yuǎn)鏡紀(jì)錄的人，要再一次打破他的紀(jì)錄了。

第四次沖擊

此時最大望遠(yuǎn)鏡位于天使之城洛杉磯附近的威爾遜山。1917年架設(shè)在山頂?shù)?.5米胡克望遠(yuǎn)鏡正是海爾的杰作。作為加州理工大學(xué)的聯(lián)合創(chuàng)始人，他1897年在威斯康星州葉凱士天文臺建造的1米折射望遠(yuǎn)鏡、1908 年在威爾遜山建造的1.5米反射望遠(yuǎn)鏡，都曾獲得世界最大望遠(yuǎn)鏡的殊榮。

而這一次的動機(jī)，源于天文學(xué)家埃德溫·哈勃。哈勃太空望遠(yuǎn)鏡就是以他的名字命名，他被后人尊稱為“星系天文學(xué)之父”。不滿足于胡克望遠(yuǎn)鏡并發(fā)現(xiàn)宇宙正在膨脹的哈勃向海爾抱怨：它的鏡片是由平板玻璃分層打造而成，每當(dāng)威爾遜山的溫度發(fā)生變化，主鏡的精度就會受到很大影響。

于是，海爾決定，再一次，也是第四次出手。1928年，他從洛克菲勒基金會“化緣”到600萬美元，再造一架破紀(jì)錄的巨型望遠(yuǎn)鏡的行動隨即展開，口徑將達(dá)到200英寸（5.08米）。

望遠(yuǎn)鏡的建設(shè)地點(diǎn)，定在了海拔1700多米的加利福尼亞州圣迭戈的帕洛馬山，這是海爾心儀已久的。洛杉磯的燈光使威爾遜山不再是凝視黑暗天空的理想之處，而帕洛瑪山卻足夠黑暗。

“大眼”的誕生

制造一架望遠(yuǎn)鏡，一塊完美的鏡片最為重要。海爾為此找了一家叫“康寧”的玻璃制造公司，現(xiàn)在這家公司為我們所熟知的一個產(chǎn)品——康寧大猩猩玻璃，幾乎被用在每一臺手機(jī)的屏幕上。

雄心勃勃的康寧公司特制了一批設(shè)備，1934年3月正式開工，排場不小，圍觀者眾，但高溫之下，爐底固定耐火磚的鋼螺栓熔化，接下來耐火磚像塊木頭一樣在玻璃溶液中浮了上來，徹底報廢的這一大坨玻璃——足足有20噸重，只能被送進(jìn)博物館。這一年年底，康寧再次低調(diào)開工，接下來需10個月的緩慢冷卻，以避免鏡片內(nèi)部產(chǎn)生氣泡。但過程一點(diǎn)也不平靜，其間一場大暴雨導(dǎo)致斷電，還沒完成的玻璃毛坯差點(diǎn)被一次性淬火。最后出爐的毛坯也有一些瑕疵，好在不影響后期的磨制。1936年，這塊被稱為“大眼”的空前巨大的鏡片在康寧公司誕生了。

負(fù)責(zé)筒體和支架結(jié)構(gòu)制造的是與美國海軍合作的美國西屋電氣公司。到1937 年，包括望遠(yuǎn)鏡圓頂在內(nèi)的基礎(chǔ)建設(shè)已經(jīng)完成，萬事俱備，只差鏡片了。但這并不容易：它需要極其干凈的環(huán)境，工人們穿著一塵不染的白色制服，地板每天都要清洗，有時，墻壁會涂上雪松油，使其具有足夠的黏性以捕捉散落的砂粒，拋光工具下的一?；覊m都可能會造成劃痕。海爾希望，鏡子的打磨、拋光和造型能在六七年內(nèi)完成——或許這是一種預(yù)感，他有些等不及了。

海爾的初光

初光，是一架望遠(yuǎn)鏡的榮耀時刻，是指打開新望遠(yuǎn)鏡的遮光罩，讓星光第一次落在反射鏡和傳感器上。遺憾的是，海爾沒有等到這一天。

1941 年夏天，望遠(yuǎn)鏡接近完工。年底，日本偷襲珍珠港，太平洋戰(zhàn)爭爆發(fā)，越來越多的工人被調(diào)去了軍工廠，項目被擱置。直到二戰(zhàn)結(jié)束，加州理工學(xué)院才重新啟動拋光機(jī)。1947 年圣誕節(jié)，主鏡鏡片終于被安裝在望遠(yuǎn)鏡上。磨制完成的主鏡是一個直徑5.08米的凹面圓盤，重13噸。中心厚度接近半米，較厚的外緣約60厘米，主鏡面積約20平方米。

1949年1月26日，在帕洛馬天文臺，喬治·海爾期待已久的時刻終于到來，此時離他去世已經(jīng)過去了11年。就在前一年，加州理工學(xué)院決定，將這架空前巨大的望遠(yuǎn)鏡以海爾的名字命名。接替海爾接受這架大型望遠(yuǎn)鏡的初光榮耀的，是提議建造這架望遠(yuǎn)鏡的哈勃。他親手拍下了“大眼”的第一張照片：一個編號為NGC 2661的星云，一顆質(zhì)量超過太陽10倍的年輕亮星藏在星云深處，似乎預(yù)示著這架望遠(yuǎn)鏡將解開一個又一個宇宙的未解之謎。

海爾望遠(yuǎn)鏡代表了天文學(xué)家的極致浪漫，但他們的觀測環(huán)境卻一點(diǎn)不讓人羨慕。在最主要的觀測室——離地約24米高的“主焦點(diǎn)籠”中，雖然有凝視星空的狂喜，但也有“刺骨的寒冷、漫長的夜晚和膀胱的痛苦”。他們一度把飛行員使用的電加熱服當(dāng)作標(biāo)配，用裝碎干冰的保溫瓶當(dāng)作尿壺，把去廁所的時間省下來去觀測。在這里觀測的天文學(xué)家還需要把自己固定在小鐵凳子上，因為觀測時，望遠(yuǎn)鏡會隨著觀測源方位的不同而改變傾角，主焦面上的觀測者也會隨之姿態(tài)百出，不把自己綁起來，一不小心就掉下去了……

凝視深空

這架巨大的望遠(yuǎn)鏡讓天文學(xué)家比以往任何時候都看得更遠(yuǎn)。它讓人類發(fā)現(xiàn)，宇宙比想象中更大更古老，加深了我們對已知宇宙大小和年齡的了解；它還讓人們意識到，宇宙在加速膨脹，而且速度比我們想象的快得多；更讓人類意識到，“宇宙在各個方向上本質(zhì)都是相似的”——這一論斷如今已經(jīng)成為現(xiàn)代宇宙學(xué)的基礎(chǔ)之一。

這里還演繹了一段關(guān)于“類星體”的傳奇：20世紀(jì)60年代初，加州理工學(xué)院天文學(xué)家施密特發(fā)現(xiàn)了一個怪家伙，這是一個在大型望遠(yuǎn)鏡中極其明亮的光源，看上去就像一顆銀河系中的恒星，實(shí)際上卻遠(yuǎn)在幾十億光年之外且高速離我們遠(yuǎn)去，后來我們知道，這耀眼的光芒，是一個位于星系中心，正在大量吞噬物質(zhì)的黑洞所產(chǎn)生的。

雖然5米有余的口徑足以傲視群雄，但這只大眼睛，也得到了身邊一些小望遠(yuǎn)鏡的幫助。海爾望遠(yuǎn)鏡投入使用后，天文學(xué)家開發(fā)了望遠(yuǎn)鏡的新用法：發(fā)揮小型望遠(yuǎn)鏡視場大的優(yōu)勢，來巡視天空，再用大型望遠(yuǎn)鏡鎖定其中值得注意的目標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)的觀測，就像我們用眼睛掃視遠(yuǎn)方發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，再拿起望遠(yuǎn)鏡仔細(xì)觀察一樣。

從1949年起，“大眼”一直是全世界最大的望遠(yuǎn)鏡，直到1976年，蘇聯(lián)架設(shè)在北高加索2100米高山上一架口徑6米的望遠(yuǎn)鏡投入使用，但由于制造工藝以及天文臺選址等問題，它的性能并沒有超越“大眼”，直到1993年，“大眼”才被夏威夷島莫納克亞山上的10米凱克望遠(yuǎn)鏡正式超越。

一直在路上

這些年來，“大眼”并沒有停下自己的腳步，配備了高速計算機(jī)、伺服反饋系統(tǒng)、位置傳感器和電子探測器的它，大大提高了儀器的效率和靈敏度。

隨著光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，海爾望遠(yuǎn)鏡加裝了電子相機(jī)。這是天文學(xué)家詹姆斯·岡恩的貢獻(xiàn)，他用一架叫“四管獵槍”（Four-Shooter）的設(shè)備，讓海爾望遠(yuǎn)鏡告別了照相底片。我們所熟知的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡所使用的相機(jī)，原型就是這把“四管獵槍”。

天文學(xué)家們也可以在舒適的家中進(jìn)行遠(yuǎn)程觀測了——這被他們形象地叫“睡衣觀測”，或者在加州理工學(xué)院的會議室中進(jìn)行觀測，同時與現(xiàn)場的望遠(yuǎn)鏡操作員進(jìn)行交流。

在20世紀(jì)80年代和90年代初期，海爾望遠(yuǎn)鏡的電氣基礎(chǔ)設(shè)施和控制系統(tǒng)得到更新，內(nèi)部的核心設(shè)備也在不斷更新?lián)Q代。2018—2023年曾任帕洛馬天文臺臺長的茲穆伊齊納斯說，在新設(shè)備的幫助下，“一小時內(nèi)能完成的工作，現(xiàn)在只需15—20分鐘”。

在觀測之外，這臺5米望遠(yuǎn)鏡還是NASA深空光通信實(shí)驗的接收端，2023年底，海爾接收了從3100萬公里處（約地月距離的80倍）傳回地球的一段超高清視頻，這或許便是人類遠(yuǎn)征太空時遠(yuǎn)程通信的答案。

今天的“大眼”

從“大眼”睜開望蒼穹算起，已經(jīng)過去了75年，雖然經(jīng)過了技術(shù)上的更新迭代，但在“大眼”身上，也可以找到一些懷舊范兒，比如對焦靠手動，而不是大型望遠(yuǎn)鏡上常見的電子對焦。這里更沒有忘記海爾，天文臺主入口對面的墻上，是海爾的半身銅像，下面的文字是：“200英寸望遠(yuǎn)鏡是以海爾命名的，他的遠(yuǎn)見卓識和領(lǐng)導(dǎo)才能使它成為現(xiàn)實(shí)?！?/p>

“大眼”也與中國有著千絲萬縷的緣分：除了留學(xué)生會來到這里參觀和學(xué)習(xí)，天文臺的留言簿上有中國天文學(xué)家的簽名，每年還會留給中國的天文學(xué)家觀測的時間。

但隨著城市的發(fā)展，“大眼”所在的夜空已經(jīng)不再如海爾登上帕洛馬山時那樣極致澄澈。就像它的前輩，葉凱士天文臺和威爾遜天文臺那樣，城市的燈火，開始一點(diǎn)點(diǎn)闖入它的“眼簾”。不過，這里與星空的浪漫羈絆依然還在，如果你有機(jī)會在深夜拜訪天文臺，來到“大眼”的頂端，你會發(fā)現(xiàn)觀測籠邊緣，主焦點(diǎn)高度的位置，點(diǎn)點(diǎn)星光仿佛飄在空中。

那是人類、星星與望遠(yuǎn)鏡之間的約定。

（責(zé)編：劉婕）