在天文台拍攝星野是什麼樣的感受

在亞利桑那大學的第一個月，我便來到基特峰國立天文台（Kitt Peak National Observatory）的Bok 2.3m望遠鏡上觀測了兩周。這篇文章是兩篇觀測手記中的第二篇，主要講的是在山上做的不算正經的業餘天文觀測和其他的一些隨想，希望各位熱衷於業餘天文觀測的朋友們喜歡。

PS：如果只想看圖的話，建議直接拉到「四」。

基特峰國立天文台觀測手記（二）

一

在這個沒有太多悠久傳統的國度里，亞利桑那州的天文已經算得上歷史深遠。

談到的古天文史，我們可能會提及先秦的《甘石星經》，想到祖沖之精準的《大明曆》，更有知識的人可能還能記得北宋至和元年的天關客星——這一系列的史料都展現了中華文明天文遺產之豐盛；而相比之下，北美洲原住民的天文傳統多少有些乏善可陳。

偌大的印第安文明中，只有瑪雅人留下了像樣的文字記錄和天文曆法，但那是發生在中美洲的事情，與如今美利堅的土地關聯不大。在這片九百一十五萬平方公里的肥沃土地上，能拿的出手的古天文記錄著實不多，我能首先想到的，也就是霍霍坎人在亞利桑那的沙漠中留下的壁畫了——與當時強盛的北宋和伊斯蘭文明一樣，他們也在公元1006年記錄下了那顆爆發於豺狼座（南天星座，位於半人馬座旁）的Ia型超新星。只不過，我們的祖先留下的記錄，寫在了卷帙浩繁的《宋史》；阿拉伯人留下來的記錄，與托勒密的《占星四書》一同長存；而印第安原住民們，僅能夠以一種最為原始的手段，將這顆人類歷史所能記錄下的最為明亮的太陽系外天體，抽象地塗抹在了一塊頑石上——所謂「歷史深遠」，也就如此罷了。

繪有SN1006的石頭，畫面中間偏右即是；經辨認，其左上繪製的是印第安人想象中的天蠍座。圖片來源：space.com

但可惜，脆弱渺小的人類文明在熾熱而又暴躁的恆星面前不值得一提。由於未知的災變，霍霍坎人早已從這片沙漠上絕跡，僅僅留下了他們曾經為了繁衍而建造的水渠。他們所崇拜的勇士——巨人柱仙人掌，仍然會在索諾蘭沙漠的各個角落中頑強地向烈日與星空挺進。這些動輒幾層樓高的生物，在幼年時期常常被鼠兔啃食得七零八落，到了壯年又因為過於高大挺拔而遭受大風與雷擊的威脅。在其有生之時，他們會為羽類提供安穩的巢穴，為路人提供多漿的果實；若兩百年後可以得一善終，這些巨人將露出木質版的屍骸，繼續在烈日和星空下屹立不倒。

位於圖森國際機場附近的一株高高胖胖的巨人柱仙人掌，很明顯，和沙漠里的同胞們不一樣，這位百歲的巨人已經得到了太久的來自人類的滋護。

一百五十前，西進到亞利桑那的第一批美國人在這塊沙漠邊定居。他們看見了先民們留下的乾涸水渠，看到了巨人柱留下的挺立遺骨，便以不死之鳥的名義，將這個新生的城鎮命名為鳳凰城（Phoenix）。時至今日，這個在廢墟上興建的鎮子已成為全美人口第六多的城市。

二

1894年，來自東海岸波士頓的望族之子帕西瓦爾·洛威爾來到了鳳凰城北的旗杆鎮。對火星地貌極為感興趣的他看中了這片海拔高聳、遠離城鎮、少有陰天的土地，因而在這裡出資建立了洛威爾天文台（Lowell Observatory）。這是美國最早的天文台之一，也是天文學史上第一次為了追求良好的觀測環境而把天文台建造在遠離人煙且高海拔的地區。財大氣粗的波士頓人出資兩萬美金，建設了一台61公分的反射式望遠鏡，如今這台望遠鏡仍然向公眾開放；另一台有名的13英寸望遠鏡則在當時僅僅24歲的湯博手下，揭示了冥王星的存在。

洛威爾天文台61公分反射鏡的圓頂。圖片來源：Kaldari

同樣，在1894年，一個叫安德魯·道格拉斯的27歲年輕人在洛威爾的贊助下，來到了他的天文台工作。12年後，他接受了亞利桑那大學的教職，在那以後，他便期待能在南亞利桑那的土地上建設一個天文台。1916年，慷慨的Lavinia Steward為了紀念其故去的丈夫，向亞利桑那大學捐贈了六萬美金，用於資助學校購買望遠鏡。因此，道格拉斯決定在亞利桑那大學旁邊建設一台口徑為36英寸的反射鏡。

當時的剪報：「匿名友人給了亞利桑那大學六萬美金，用於購置巨大的望遠鏡」，圖片來源：亞利桑那大學天文系。

1923年，望遠鏡落成，這是第一台100%美國製造的天文望遠鏡，天文台也因捐贈者而得名為史都華天文台（Steward Observatory）。當然，後來的故事並不完全按照人們的設想來發展——道格拉斯最為偉大的學術成就不在於研究天空，而在於開創了樹輪年代學，這一國小科如今已廣泛地運用在了考古之中；至於二十世紀後半葉，圖森的夜天光亮度已經讓科學的天文觀測變得難於進行，於是史都華的圓頂只好「騰籠換鳥」——原來的36寸望遠鏡被搬去了基特峰，一台21寸教學望遠鏡接替了前任的位置，繼續為亞利桑那大學的學生們提供著觀測實習的機會。

1928年的史都華天文台圓頂，圖片來源：亞利桑那大學天文系。

如今的史都華天文台圓頂，這裡更主要的職能變成了為天文系的研究所們提供辦公場所。我們的辦公室就設在了圓頂下的一樓。圖片來源：亞利桑那大學。

三

故事講到這裡，我們該談談基特峰了。冷戰初期，蘇聯人率先發射了Sputnik人造衛星，這使得美國科學界大為震動，因而不少天文學家號召聯邦政府拿出經費，資助學界對宇宙的研究，這當然包括建設一個國家級別的天文台。

在歐洲天文學的發展史上，國家或者城邦往往是科學資助行為的主體——英王查理二世創立的格林威治天文台劃分了地球的子午；法王路易十四興修的巴黎天文台出版了世界首本天文年曆；就連在義大利這種政治疏散的地方，伽利略也是在得到了托斯卡納大公美第奇的資助之後，才開始了其天文學研究的高潮。但美國的天文學資助恰恰相反，在聯邦政治的體制下，在整個社會追求實用與創業的環境下，資本的力量比政府的操控來得更早、更有力。因而，美國的國立光學天文台（NOAO）成立得比甚至民國時期的中央研究院天文研究所（后紫金山天文台）還要晚30年。

但無論如何，美國的天文學家們總算拿到了一筆來自於聯邦的資助，一個嶄新的國立天文台將要被建設起來，為整個國家的天文學研究提供裝備上的保障。經過了密集的選址工作，美國人決定把天文台放在基特峰。放在基特峰的原因有很多，但無非依賴於地利與人和兩條——地理上，觀測環境確實卓越；人文上，史都華天文台已有三十五年傳統，可以提供人才輸送的保障。因此，基特峰國立天文台就這樣成立了，NOAO的總部也就設在了圖森，與史都華天文台相望在櫻桃街（Cherry Avenue）的兩邊。

NOAO總部大門，就在天文系主樓對面。當然，提起這個地方，最「臭名昭著」的肯定是他們開發的用於天文數據處理的軟體IRAF了……圖片來源：Google Maps。

美國人做學術的想法和傳統的人有著方方面面的差異，其中很值得注意的一點，可能是知識的威嚴。在中華文明幾千年中央集權的政治下，倘若一個學術機構被冠以了「國」的分量，那必然會是威嚴陡增，不容侵擾——至少在表面看上去，它好歹該貼出來個「科研重地，謝絕參觀」的告示，來喝退蒙昧的黔首。在基特峰，我看到的是為了參觀者而興建的觀景台、停車位、互動展廳和紀念品商店，因為他們希望自己的工作能換取納稅人更多的理解與支持。國立的天文台吸納了國家的資源，理應該以更平易近人的方式反哺社會。

當然，天文紀念品商店裡肯定是會賣望遠鏡的，而且就我個人參觀經歷而言，至少都比市面上貴出將近一半……

四

考察一個光學天文台的質量還是要看夜晚的觀測。普通的天文愛好者是允許在山上過夜的，似乎只需要交上一筆不貴的管理費；倘若你是一個所謂的Advanced Amateur Astronomer（高水平天文愛好者），你還可以去租借遊客中心的望遠鏡，來做目視或攝影的觀測（stargazing）。當然，我這次來本身就是Observer，所以在工作閑余，擺一個小相機拍拍，一直是沒人管的。只不過聽說山頭上偶有毒蛇和美洲獅（mountain lion，這種大貓的保護狀況居然是無危）出沒，因而獨自夜行並不安全——好在我一直沒有作死離開硬質路面跑到偏遠的地方，因而也沒有遇上。

我們做巡天觀測所用的望遠鏡口徑為90英寸（2.3米），以史都華已故台長的姓氏Bok命名。史都華天文台作為基特峰山頭上的VIP級租客，一共有四台望遠鏡，其中三台光學的望遠鏡建在了一起，所以這幾個鏡子的腳下成了我最主要的觀測地。本次上山，我最遺憾的事情是把雙筒忘在了圖森的公寓里，這讓我失去了絕佳的觀測南天深空天體的機會。但好在相機和星野赤道儀工作得還算正常，還算是拍出來了幾張令我感覺比較滿意的照片。

Bok 2.3m & Mayall 4m星軌

2017年4月19日 攝於基特峰天文台 觀測者宿舍南門

北邊地平線上的光污染來自於鳳凰城

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

ISO5000, 30s×219幀

處理軟體： Star Trails; Photoshop CS6

單純從業餘觀測者的角度出發，基特峰已經能稱得上是我去過的最棒的觀測地了，這是我第一次體驗到木星隱約給人照出的影子。在4月18號的觀測之餘，我跑到了外面做了一次定標，在殘月已經爬出來的情況下，大概只適應了十多分鐘黑暗，就已經能把極限星等推到6.42（#24定標區）和6.51（#12定標區）了。4月28號是一個起風的夜晚，常規的測光觀測由於安全問題無法進行，所以我們回去的早。當天後半夜，我跑出來測了一下目視極限星等，在#5定標區中數到了12顆星，對應於6.71的極限星等，刷新了我個人的紀錄。好台址就是好台址，這一點毋容置疑。

銀河之心

2017年4月19日 攝於基特峰天文台

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

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

處理軟體： Deep Sky Stacker; PixInsight; Photoshop CS6

在這裡，我作為一個長期生活在北緯39°以北的觀測者，第一次看見了半人馬Ω星團，看到了猶如昴星團一樣的托勒密星團M7，看到了比月亮還大的礁湖星雲，看到了銀心附近烏黑的煙斗星雲。至於壯觀的北美洲星雲，那就遠不只是以前所僅能分辨出來的「墨西哥灣」那麼簡單——整個NGC 7000就像漂浮在大洋中的孤洲一般，孑立於縱貫南北的銀河上。各種壯闊的觀感，讓我很是羨慕亞利桑那的愛好者——驅車向圖森城北四十分鐘，便可抵達列蒙山（Mount Lemmon），那裡可是卡塔琳娜（Catalina）巡天的大本營；向西南一小時余，又可以到達基特峰；至於更遠的Mount Hopkins和Mount Graham，觀測環境當然是更加的優良；對比之下，從北大開車兩個小時，也就只能跑到古北口這種地方……

夏季大三角

2017年4月22日 攝於基特峰天文台 Mayall望遠鏡腳下

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

Ioptron SkyTracker Pro跟蹤

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

處理軟體： Deep Sky Stacker; PixInsight; Photoshop CS6

煙斗星雲與調色盤星雲

2017年4月19日 攝於基特峰天文台

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

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

處理軟體： Deep Sky Stacker; PixInsight; Photoshop CS6

星升太陽塔

2017年4月26日 攝於基特峰天文台 Bok望遠鏡圓頂

由於多雲，星軌時有中斷

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

ISO5000, 20s×208幀；

處理軟體： Star Trails; Photoshop CS6

我們剛才提到的36寸望遠鏡就位於我們宿舍的旁邊，在1969年，這台望遠鏡拍攝到了天關客星（SN1054）的殘骸——一顆位於蟹狀星雲中心的脈衝星的光學影像。1982年以後，它和另外一座1.8m的望遠鏡一起，構成了亞利桑那大學月亮與行星實驗室Spacewatch計劃的主力設備——兩台望遠鏡一直致力於搜尋太陽系的小天體，而這一巡天計劃也是天文史以來首個使用CCD尋找彗星小行星、首個使用自動化程序辨識移動的小天體的科學項目。

36寸望遠鏡圓頂和北斗七星

2017年4月30日 攝於基特峰天文台

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

ISO8000, 30s×1

Ioptron SkyTracker Pro半速跟蹤

處理軟體： Photoshop CS6

1.8m望遠鏡圓頂與銀河

2017年4月30日 攝於基特峰天文台

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

ISO8000, 50s×1

Ioptron SkyTracker Pro半速跟蹤

處理軟體： Photoshop CS6

自基特峰國家天文台成立以來，圖森的經濟發展速度遠超過人們的預想，因而實際上站在山頭上，很輕易就可以眺望到50英里以外圖森的夜景；若是長時間曝光東北方向的地景，自然也會看到圓拱拱的「城市光罩」。好在嚴肅的天文觀測往往專註於上中天附近的目標，所以一個東北向的光害源不會為夜天光亮度帶來致命的影響；不過，要是讓愛好者在初夏來到這裡拍攝銀河拱門，那就多少會有點問題。

銀河拱門（一）

2017年4月23日 攝於基特峰天文台 Bok望遠鏡圓頂下

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

ISO5000, 30s×14張拼接

處理軟體： PTGui; Photoshop CS6

銀河拱門（二）

2017年4月30日 攝於基特峰天文台

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

ISO5000, 50s×16張拼接

天空部分10張，使用Ioptron SkyTracker Pro跟蹤

處理軟體： PTGui; Photoshop CS6

由於在大多數時間圓頂內的觀測任務都需要人來監視顯示屏，所以最為省事的觀測方法是把相機架在圓頂外的平台上，讓它自己拍攝延時影像。在工作之餘，我製作了一個兩分鐘的延時視頻，貼在了下面；喜歡的朋友們還可以去Bilibili收看它（av10124813；點擊閱讀原文也可以觀看）。

我一向覺得，親身實地接觸觀測對一個熱愛天文的人而言無比重要——儘管14天的觀測多少會讓人覺得疲憊，但每當我結束值班，走出觀測室，去用肉眼目睹璀璨的銀河之後，壞情緒往往頓時煙消雲散。對於一個思緒乾涸的人而言，壯美的星空是最好的良藥。

很遺憾，北大並不像亞利桑那大學這樣，擁有一長串放置在頂級台址的望遠鏡，因而我在大學部期間，還沒有過自己親身來到觀測站，向望遠鏡輸送指令，順帶拍上幾張能看得過去的照片。如果一切順利，7月6號~8號我將會和Egami老師去Mount Hopkins的MMT 6.5m做紅外的觀測。是時，月相應該近望，但好在紅外波段受月光影響稍小（瑞利散射光強度與波長四次方成反比）。實際上，我並不奢求我在這裡的實習能做出什麼不錯的成果；我只希望儘可能多做一些在北大讀大學部時所做不到的事，這便足以讓我滿意。

希望到時候能有一個好天氣。Mt. Hopkins，我們七月見！

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