漫步科学:洛威尔天文台的“穹顶”
洛威尔天文台位于美国亚利桑那州北部的小城市弗拉格斯塔夫(Flagstaff),即“旗杆”市。该地海拔2100米,有着满山遍野的松树。挺拔的树干曾经被当地的人用来悬挂国旗,小镇也因之得名。这个天文台早在1965年就拥有“国家历史地标”1称号。但与西海岸更大、更为著名的威尔逊山天文台相比,洛威尔天文台相形逊色。人们如果知道这个地标,多半是因为太阳系的第九颗行星——冥王星(Pluto)——在这里首次被发现。那个新闻在将近一个世纪前曾轰动一时,后来又得到一代又一代小朋友的亲睐。
相比之下,这个天文台更具历史意义的成就——斯里弗(Vesto Slipher)在1912-1914年间对星系光谱红移的系统测量,从而发现宇宙在膨胀的惊天秘密2——却不那么为人所知。天文台讲解历史的工作人员也只是在介绍那座望远镜的末尾才提及斯里弗的贡献。毕竟光谱、红移乃至宇宙膨胀很难在几分钟内解释清楚。
因为旗杆市的海拔已经相当高,天文台所在的只是一个很不起眼的小山包。从美国东部不远万里而来的富豪洛威尔(Percival Lowell)初衷是寻找火星上可能存在的智慧生命,因而将这座小山包命名为“火星岭”(Mars Hill)。他那一番努力尽付流水,却成就一所非凡的天文台。
火星岭地面不大,只有零星几座建筑。它们大多是现代修建的博物馆、展览厅和宿舍。洛威尔当年建筑的办公室也已改作博物馆。但那里引人注目的是两座当年的“天文台”。较大的一座里面是斯里弗用以测量星系光谱的24英寸(61厘米)口径“克里克望远镜”,以其制造商命名。另一座中便是汤博(Clyde Tombaugh)发现冥王星的13英寸(33厘米)口径望远镜。这个小一号的望远镜本来没有名字,因其功勋被称作“冥王星发现望远镜”。
大凡天文台都以雄伟壮丽的半球形穹顶为标志。整个穹顶可以旋转,以便天文台中的望远镜通过顶上可以开启、关闭的狭缝观察不同方向的星星,或长期跟踪同一颗星在夜空中的斗转星移。洛威尔的天文台却没有华丽的穹顶。克里克望远镜所在的天文台建筑只是一座圆柱形小楼房,顶端是一个倒扣着的“水桶”。
进得室内,头顶上那倒扣着的水桶更是惹眼。
建造天文台时,洛威尔只是一个财大气粗的业余爱好者。当价值二万美元3的克拉克望远镜由铁路运到弗拉格斯塔夫时,他才意识到这个庞然大物需要一个既能遮风挡雨又方便观测的天文台。他匆忙赶到镇上,看到当地一家自行车铺的门口竖有“包修一切、包建一切”的广告,立即雇请开店的兄弟俩修建天文台。那大言不惭的兄弟俩对天文台一无所知,但在重赏之下不乏勇气。他们根据洛威尔的描述发挥自己的聪明才智,因陋就简地修建起这座天文台。
他们利用的材料自然是当地的松树。这种木材质地坚固耐用,但很难弯曲。兄弟俩无法建造出光滑美观的半球穹顶,只好箍桶似将其围成圆柱形,上面再加一个开有观察门的平顶。洛威尔天文台便有了这样一个独特的外形。
整个倒扣“木桶”穹顶坐落在一圈普通的卡车轮胎上,可以通过机械牵引着转动。历经百年沧桑,除了少数木板被狂风吹落需要修补之外,这个天文台基本保持原样。在斯里弗作出重大突破后,克拉克望远镜在1960年代还曾为美国航天局的登月计划制作详细的月面地图,培训宇航员。
斯里弗当年的住所已经在后来一场大火中焚毁。作为洛威尔的雇员,斯里弗在进行专业天文观测的同时还为老板种植、管理着一片菜地。他定期汇报蔬菜水果的长势和收成,将收获的新鲜蔬果寄给远方的老板。那片菜地现在也已经无迹可寻。
斯里弗当年没有能理解他测得的光谱之重大意义。他的数据后来由勒梅特(Georges Lemaitre)和哈勃(Edwin Hubble)整理分析,才揭示出宇宙的膨胀4。
当冥王星在1930年被发现时,人人都能立刻领会其意义。洛威尔已经在1916年离世。但寻找太阳系中这颗未知行星(Planet X)也一直是他的夙愿。担任天文台台长的斯里弗在1929年雇请堪萨斯州农村的小伙子汤博(Clyde Tombaugh)到天文台帮忙。汤博没有受过正规教育,但酷爱天文。他在家里自制望远镜观察、绘制星图,引得斯里弗的注意。在一年的培训后,斯里弗将寻找未知行星的任务交给这个热情、勤勉的小伙子。24岁的汤博不负众望,不到一年就大功告成。
引起轰动后,天文台收到世界各地孩子们寄来的信件,为这颗新行星贡献五花八门的命名。最后,英国11岁小女孩博内(Venetia Burney)根据罗马神话中的“冥王”命名的建议得到采纳。汤博和斯里弗尤其欣赏这个名字的前两个字母暗合着洛威尔的姓名缩写。
几个月后,迪斯尼公司出品的卡通电视片中出现了一个新角色:米老鼠的宠物“布鲁托”。这只与冥王星同名的可爱小狗使得这颗新行星成为百年以来小朋友心目中最为亲近的星星。
今天的洛威尔天文台依然活跃在天文研究前沿。他们进行科学观测的望远镜却早已不在日益增长的城市之中。火星岭上130多年高龄的克拉克和其它天文望远镜仍然在使用中,但只是用于大众教育和科学旅游的目的。参观火星岭需要支付为数不多的门票,可以随意在室外徜徉,浏览路径边展示的天文历史。但其中的天文台、博物馆等建筑只在规定的参观时段对外开放。
注:本文照片均为作者在2022年3月25日漫步洛威尔天文台时所摄。
National Historic Landmark
约为今天的60万美元。