第二章
主焦点

2016年1月，乔治·沃勒斯坦（George Wallerstein）迎来自己从事天文观测60周年的纪念日。正如你所想的那样，望远镜陪伴着他，度过了这个特殊的日子。86岁的乔治名义上已经退休，但也只是名义上而已：他被授予荣誉退休教授的称号，几乎每天都会来华盛顿大学天文学系上班。60年前，他还只是个研究生，第一次到加利福尼亚州的威尔逊山天文台（Mount Wilson Observatory,MWO）进行观测，在寒冷黑暗的圆顶室内瑟瑟发抖，拿着定制的玻璃片，就是那种照相用的玻璃底片，笨手笨脚地装进与望远镜相连的相机里。2016年，他坐在温暖舒适的西雅图办公室里，通过互联网远程控制新墨西哥州阿帕奇波因特天文台（Apache Point Observatory, APO）的望远镜，一边拍摄星空，一边下载数据。那天晚上，乔治说他用了玻璃底片和数码相机观测了30年，完美见证了20世纪天文观测的技术变迁。

他人生中的第一次天文观测与第六十周年的天文观测发生在同一天，这是个无比美丽的巧合。人们对天文学家最大的误解也许是我们整天都围着望远镜转，每天晚上都会像夜行动物一样，坐在望远镜前工作。这加深了人们脑海中对书呆子科学家的刻板印象：人们想象中的天文学家偶尔从黑暗的角落中走出来，吃点东西或喝杯咖啡，窥视着这个阳光满溢的怪异世界，接着遁入某个暗无天日的控制室里，操纵着望远镜，仿佛在玩宇宙冒险类的电子游戏，漫无目的地扫视太空，期待遇见意外的发现。

现实却是另一番景象。望远镜如同存量稀少的珍贵纸币，能分给天文学家使用的时间少之又少。我们坐在与天体相距数十亿英里远的地方，根本不可能把研究对象带到实验室里，里里外外检查个遍。大多数天文学家能做的就是远观，哪怕远远地观望也是一种奢望，只有世界上最好的天文台才能做到，但是这些天文台很抢手：天文学家可能已经算是稀有动物，天文台可就更稀有了，全世界只有不到一百台可用于天文学研究的顶级望远镜。天文学家要翘首以盼好几个月，才有机会分配到一台望远镜，而且往往只会分到一个晚上，只够观测几颗恒星或星系。一个成功的观测之夜，能让我们第一时间捕捉到某些天体发出的光。它们的“碎片”光子穿过整个宇宙，最终到达望远镜，落入我们眼中，供天文学家研究。有了数据以后，我们会重返白天的办公室，坐在办公桌前，埋首于电脑，对着观察了数周乃至数月的东西，苦苦思索着隐藏在它们背后的基本原理，接着带上下一个问题，再次起程前往天文台，运气好的话还能申请到一台望远镜。

天文学家给人的刻板印象是昼伏夜出的超级书呆子，只会在晚上佝偻着背，透过望远镜窥视星空，对地球的生活无所适从。到了乔治这里，这种印象完全大错特错。他是一个拿过最高荣誉的科学极客：2002年荣获美国“亨利·诺利斯·罗素讲座”奖 ，这是对他将一生奉献给恒星化学组成研究的认可。尽管他为人谦逊，外形低调（矮小清瘦，留着络腮胡子，永远笑眯眯的），但他是那种会出现在探险家故事中而不是科研实验室里的传奇人物。

1930年，乔治出生于纽约市的德国移民家庭，那时美国股市大崩盘才刚过去几个月。成年以后，他在布朗大学取得了学士学位，朝鲜战争期间担任美国海军军官，之后又去了加州理工学院，攻读天文学博士学位。六十多年后，他仍然是一名活跃的研究者，致力于破解恒星大气层的化学成分，用他传奇的人生故事吸引着一届又一届新生。乔治集多重身份于一身：拳击冠军、执证飞行员、出色的登山家、屡获殊荣的人道主义者。2004年，他获得了联合黑人学院基金会颁发的主席奖，该奖表彰他以个人名义为这个组织筹集了数百万美元，并且自20世纪60年代初以来一直支持全美有色人种协进会（NAACP）的法律辩护和教育基金。他还有两个很强的优点：过目不忘的记忆力、诙谐俏皮的幽默感。几乎在每次学术讨论中，他总能精确地从记忆中搜刮出自20世纪30年代以来的数百篇科学论文的结论，中间还会穿插一两则论文作者的趣事。

过去60年，天文观测随着科技和数字革命一起发展，发生了翻天覆地的变化。在多年的观测生涯中，乔治有幸见证了这些变化。我们今天的观测方法与半个世纪以前大不相同：今天的数据以数字化形式存储，而不是印在易碎的玻璃底片上；天文学家可以远程操控望远镜，或让机器人来操作，不必亲自跑到圆顶室操作；多亏了互联网，即使身处世界最偏僻的角落，天文学家也可以上网下载参考资料，与同事通过邮件实时交流，上YouTube网站观看视频，打发乌云密布的夜晚。不过，有些东西却从未变过。当天色逐渐暗下来，望远镜抬起头来对准天空，观察室的空气中开始流动着分秒必争的紧迫感。从宇宙深处远道而来的光线从来不会为谁驻留，想要捕捉它们的科学家必须争分夺秒。

在某些人的想象中，从伽利略将一台小望远镜对准天空的那一刻起，天文学就诞生了。如果这些人不知道今天的天文学是什么样子的，这不能全怪他们。航海员用于观察远方物体的小型可伸缩望远镜，长得与现代大多数望远镜几乎完全不同。计算机也是这样的，世界上第一台计算机有一个房间那么大，后来演变成今天这么小巧的笔记本电脑和智能手机，你几乎看不出来它们的相似之处。1956年，当乔治·沃勒斯坦迎来第一个观测之夜时，望远镜已经从桌面上的小模型，变成了能够汇集星光的庞然大物，将光线传递到巨大圆顶上各个方位的相机。当望远镜随着地球缓慢旋转着，那些相机也会随之转动，睁着大眼般的反射镜，专注地凝视着星空。

20世纪上半叶，天文学家和望远镜制造者乔治·埃勒里·海耳（George Ellery Hale）似乎以打破自己的纪录为乐，成功打造了全世界最大的望远镜，他创造生涯的顶峰是20世纪中叶天文学皇冠上的明珠——南加州帕洛玛山天文台（Palomar Observatory）的200英寸（约5米）大型望远镜。自1948年建造完成至今，任何一个天文学家只要跟同事说“我昨晚跟200英寸在一起”，对方立马就能领会他去了哪儿，毕竟当时全世界只有一台200英寸望远镜，而它就在帕洛玛山。

顺带说一句，这个计量单位和名字听着有点小家子气，很难让人想象任何以英寸为单位的东西能大到哪里去，但是这架200英寸的望远镜直径超过5米，重达14.5吨，比大多数汽车还要大，可以很轻松地将汽车轧成废铁。即使到了今天，也就是建成七十多年后，它依然是全世界二十大光学望远镜之一。

我虽然懂得望远镜口径更大，成像质量更好的道理，但是直到有机会亲自用世界一流的望远镜去观测天体，我才对口径大的好处有了切身体会。

关于现代天文学最常见的误解之一是，大多数天文学家仍然会透过望远镜去观测天体。实际上，“透过”世界上最好的望远镜——将眼睛凑到小小的目镜前——去观测天体的机会比你想象的要少得多。某些世界上最好的望远镜甚至没有目镜，我们依赖的是相机和其他数字形式，来记录它们指向的天体。话虽如此，透过望远镜观察天体的机会偶尔还是有的。

有一天晚上，在智利的拉斯坎帕纳斯天文台（Las Campanas Observatory, LCO），我和几个同事没有观测任务，闲来无事，决定在山上过夜。一位望远镜操作员告诉我们，当晚山上最小的那架望远镜是闲着的，如果我们感兴趣的话，他很乐意在望远镜上装一个目镜，让我们看星星。所有人满怀欣喜地同意了，太阳一下山就往望远镜所在地走去。

这台望远镜口径1米，按今天的标准来看，确实是只小虾米，但它仍然让大多数家用望远镜相形见绌，比我亲眼“见过”的任何一台望远镜都要大得多。小时候，我家后院有一台8英寸的小望远镜，我很喜欢它带给我的视野，但也知道透过它看到的星空，不如电视或杂志上的壮观。在这台小望远镜的视野中，彩色的气体泡沫变成暗淡的白色圆圈，斑斓的星云变成浑浊的白点，土星尤其引人注目，不是因为它在目镜中是彩色的，而是因为它的星环轮廓清晰可见。真正令我兴奋的不是镜中美丽的物像，而是那些远道而来的小星光。一想到那些闪烁着微光的模糊斑点，距离我有数千光年之远，我的心中就会涌上难以言喻的感动。

我站在轮流使用望远镜的队伍里，等待着第一次凑到1米口径望远镜的目镜上观看星空。虽然不知道会看到什么，不过从前面几位天文学家的反应来看，应该很值得期待。

“哇！”

“哦！”

“嘿，是彩色的啊！它好……红啊！”

我们听起来不像是严肃呆板的科学家，更像是兴奋不已的业余观星者。虽然每天跟电子数据打交道，但都是因为在某个瞬间爱上了宇宙，才会选择成为天文学家。这意味着我们还很小的时候，就已经开始眨巴着好奇的眼睛，用小小的家用望远镜探索星空。研究级望远镜带来的景象，刷新了每个人的视觉观感。

轮到我看的时候，望远镜指向了一颗叫“海山二”（Eta Carinae）的恒星，正是我喜欢的那种：神秘莫测，质量是太阳的几十倍，似乎即将走到生命的尽头。早在19世纪初，它就因为我们至今未知的原因爆发过一次，将一部分物质抛射向太空，形成奇特的哑铃状外观——巨大的气体云像两团气泡粘在一起，中央包裹着一颗明亮的恒星。在爆发时期，人类靠肉眼就能看到它，虽然只有一个小针眼那么大。

凑到目镜上后，我惊喜地尖叫了一声，完全没有一丝专业研究员应有的矜持。我可以看到那两个气泡！我可以看到，它们有一点小透明，像一层薄纱包裹着一颗恒星。在我眼中，那颗恒星透着红色的光，是外层氢气燃烧产生的效果。当我盯着它看时，它一动不动地挂在漆黑的天幕中，周围散落着几颗比它暗淡的星辰。

当时，我的背包里放着一篇写到一半的研究论文，阐述像海山二这样的红超巨星如何走向生命的尽头，我们的新理论甚至可以解释它的奇特形状。我已经钻研了好几个月，对研究成果欣喜至极。虽然我早已看过很多海山二的照片，但那些都是以数字图像或潦草公式呈现的海山二。能够亲眼看到宇宙中的本尊，比我想象的还要令人激动。我不知道1米望远镜竟然这么厉害！

我们从一个天体跳到另一个天体，欣赏着别的恒星、星团及星云，努力将每个看到的壮观景象镌刻在脑海中。即使是在专业的天文学家眼里，观星也是一项永不过时的消遣。

通过目镜观测天体可能很浪漫，但并不那么科学。我们看到的星像必须以某种手段准确地记录和保存下来，而这种手段也在与时俱进。

在摄影技术普及之前，目测和手绘是收集天文数据的最佳手段。太阳天文学至今仍引用理查德·卡灵顿 1859年描绘的生动真实的太阳黑子图，我的一个研究生甚至追溯到了人类第一个有案可稽的天文参考资料，一幅蚀刻在17世纪地球仪上的恒星爆发图。到20世纪初黑尔望远镜问世时，我们已经告别目镜或手绘的老方法，转身拥抱更为现代化的技术：照相底片。

在大多数天文台，照相底片代表了当时最先进的成像技术。它是一块正方形的玻璃片，向市场订购后（柯达是一大供应商），运到天文台，再装进望远镜的相机里。这种玻璃片基涂有特殊的卤化银乳剂，遇光会起光敏反应。曝光过程中，乳剂层吸收的光子越多，意味着成像越黑；经显像处理后，底片上显现灰度反转的图像，明的是夜空，暗的是星辰。

这些玻璃底片的邪恶之处隐藏在细节里。虽然柯达可以生产多种尺寸的底片，但是它们被运到各大天文台后，通常还要根据馆内相机的实际大小再做裁切。加工后，它们大小不等，大的有17英寸（约43厘米），用于大视场巡天望远镜，小的可能只有手心那么大，供深入观测某一小块天区的大型太空望远镜或特殊相机使用。它们对光线很敏感，只能在伸手不见五指的房间里加工，类似于摄影师冲洗胶片的暗房。天文学家会小心翼翼地取下一块柯达底片，接着拿起梯形切割机，在黑暗中摸索，凭感觉将它裁小。直到今天，许多几十年前用过玻璃底片的观测者依然能够熟练地模仿在暗房里切割玻璃的动作，而且几乎所有人都会闭着眼睛做。

这个过程并不总是完美无缺。有经验的观测者可以通过切割的声音，判断这一刀下去的切口是干净平整，还是参差不齐，缺了一个口子。有人会在切到一半时，听到“咔嚓”一声脆响，大声向学生或助手喊“快开灯”，等灯“啪”地亮了，看到的是一块切碎的玻璃，一只血淋淋的手。这种事发生过不止一次。

在那个年代有一位才华横溢、备受尊崇的天文学家，劳伦斯·阿勒 ，集众多优点于一身，唯独缺乏一双巧手。某一天吃午饭时，他兴冲冲地向同事展示一块完工的玻璃，上面印着一团绚丽的行星状星云（一个美轮美奂的彩色气泡，由电离气体云积聚而成，包裹着一颗正走向生命尽头的类太阳恒星）。当他将玻璃传给同餐桌的人看时，所有人都无比虔诚地欣赏它，对那壮观的景象赞叹不绝，最后只有一个人说出了大家心中的困惑：他们手中这块玻璃形状古怪，而且缺了一个角，边缘全是毛刺，不似大多数玻璃底片那般方正。这是怎么一回事？阿勒说，他怎么也用不来那该死的切割机，便急中生智，拿起一块完整的柯达底片，往暗房里的台子上使劲一砸，摸到一块大小合意的碎片，就凑合着用了。

此外，在暗房中对底片做化学处理也很有好处，可以在装到望远镜中使用之前，最大限度地提高它们的感光速度。柯达提供了对特定波长的光敏感的各种乳剂——从蓝光到红光，就连人类可见光范围以外的红外光都有——即便如此，它们依然无法完全满足天文学家的独特需求。天文学家们会根据自己想要的波长，将涂有感光层的玻璃底片放进烤箱里烘烤，放进冰箱里冰冻，放在光线底下短暂曝光，或者浸泡在各种溶液中。大多数底片只要浸过蒸馏水就会有很好的效果，但是在这场提高感光速度的竞赛中，观测者们从不满足于现状，永远都在创新谋变，以身“犯险”。

红外底片尤具挑战性。据乔治·沃勒斯坦回忆，他曾用氨水浸泡红外底片，说是可以将光敏度提高6倍，而用蒸馏水只能提高3倍。当然，这种方法的缺点是，你要将自己单独锁在放满氨水的暗房里。每当用氨水处理底片时，乔治会找人守在门外，嘱咐他们：“如果我15分钟后还没出来，请你们务必进来将我拖走。” 他会提前安排好一切，以防自己被烟雾熏晕。后来，氨水被淘汰了，取而代之的是更有效的化学处理方法：纯氢。这是一次巨大的技术飞跃，伴随着更大的安全隐患。为此，帕洛玛山天文台单独建了一个特殊的房间，配备了无火花开关，并撤除了一切可能引发火灾的物品。尽管如此，在使用期间，它还是被冠上了“兴登堡号大厅” 的绰号。除此之外，也有一些技术含量较低（也较安全）的做法，比如威尔逊山的一位资深天文学家曾发誓说，柠檬汁可以大大提高红外感光度，没有比它更厉害的溶液了。

制备完成后，观测者需要将底片装入相机的暗盒内，依然要在黑暗中进行，关键是一定要装对方向，将乳剂层朝向天空，万一装反了，当晚就白观测了。观测者之间流传着这样一个妙招儿，想知道哪一面涂有卤化银，最好的方法是用嘴唇或舌头迅速碰一下玻璃边缘，有点黏的那一面就是了。卤化银的味道略甜，一些天文学家说他们甚至可以尝出不同柯达乳剂之间的差异，聪明的观测者则会舔不含卤化银的那一面。

将底片放入相机可不是一件简单的事。望远镜不是将星光聚集到一个焦点上，而是聚集到一个焦面上，你可以将它想象成一个正方形的平面。在一些望远镜和光学仪器上，这个平面并非完全平坦，而是有点弯曲。如果底片也能相应地弯曲，就能更好地捕捉星光，可惜柯达做的底片不具有能屈能伸的柔性。面对这些刚度良好的玻璃薄片，许多观测者会将它们切割成精确的大小，用特殊溶液加以浸泡，然后微微地弯折起来，小心翼翼地往相机里放，在心中疯狂乞求它们千万不要断裂。许多人最终会从无数次失败的尝试中学会该用多大的力道弯折它才不会断，但是在达到那个出神入化的境界之前，几乎每个观测者都曾在望远镜前亲眼看着精心制备的底片碎在自己手中，体会到那种肝肠寸断的感觉……更悲惨的是，有人甚至曾观测到一半，突然听到底片暗盒中传来一声不祥的啪嚓声。

正所谓好事多磨，准备和装载底片只是观测的前奏。一旦底片放好了，观测者便会将望远镜和圆顶分别旋转就位，对准想要观测的天体。只有在这时，相机才会启动曝光，来自星空的光线倾泻而下，最终抵达底片。

观测结束后，还要冲洗底片：先从相机上取下底片，带回到暗房里，用化学药剂仔细冲洗或浸泡，将潜影转化为牢固的图像，永远印在玻璃片上。观测者往往会在完成一整晚疲惫的观测后，才去暗房里冲洗底片，一边黑灯瞎火地操作着，一边努力屏气，不想吸入太多显影剂挥发的气体。不过，选择在这个时间点处理这么娇贵易碎的玻璃片，实在不是良策。果不其然，许多天文学家在显影过程中不小心打破了玻璃底片，里面包含了他们好几个小时的心血（不止一人继续固执地冲洗破碎的残骸，希望能够挽救一星半点的图像）。

另外，显影不足可能导致成像质量不佳，显影过度会丢失图像细节。因此，显影是门高深的技术活，要求对时间掌控得非常精确。只要观测者足够细心，就能驾轻就熟，但是世事难料，偶尔也会横生枝节。保罗·霍奇 曾到南非博伊登天文台（Boyden Observatory）进行观测。在观测的最后一个夜晚，他将包含整晚观测心血的底片放进显影液中，然后中途离开了一小会儿。当他回来拉开门，想将底片从显影液中取出来，以免泡得太久显影过度时，他突然“福至心灵”，低头看了一眼，发现一条眼镜蛇走在他前头，麻利地钻进了暗房，这一幕令他瞬间僵在原地。难道他要将暗房拱手相让，任由那些底片泡到天荒地老，还是现在就打开灯，吓跑那只眼镜蛇，顺便毁了所有底片，或是硬着头皮走进去，和一条致命的毒蛇共处一室，在黑暗中完成显影？一番激烈的天人交战后，他选择了最后一个。成功完成收尾工作后，他打开暗房的灯，发现那条眼镜蛇正蜷缩在水池下方的水管旁，就在他工作的台子边上。

大功告成后，观测者会将完工的底片装进盒子里，带回他工作的地方，仔细分析。同样地，这操作起来也有一点难度。许多天文学家看着一大盒底片在下山的卡车里颠来颠去，心痛得眉毛都揪在一起；还有人结束观测乘机回家时，用安全带将盒子死死地绑在头等舱座位上。

作为一个在数字成像和数据时代长大的人，我还记得第一次听说照相底片时，将它们想象成很原始的东西，是早已作古的观测方法遗留下来的文物，没有多少科学价值。后来，一位朋友带我去帕萨迪纳市，参观卡内基天文台的底片实验室。自那以后，我对它的印象完全改观了。那些底片漂亮极了：螺旋结构的旋涡星系、色彩斑斓的纤维状星云、精美绝伦的太阳系行星，全都清晰地保存在薄薄的玻璃片上，虽然是黑白的负像，却同哈勃空间望远镜拍到的照片一样美丽。在向大型望远镜和数字化转变的道路上，我们确实取得了巨大的成就，但是不能否认我手上拿着的这些玻璃底片也是一项惊人（而且娇贵）的科学成就。

尽管底片精度很高，但它不能一并解决所有观测难题，观测的重任依然落在人类天文学家身上。观测者不能装完底片就一走了之。装上底片的相机需要有人操作，望远镜也要有人指引。强大的望远镜能够将天空无限放大，但是由于地球自转，短短几分钟内，它就会产生明显的偏移，原本对准的星星也会逐渐滑出视场。为了始终指向目标观测天区，天文学家必须不断引导望远镜，移动和微调它的视野，让目标天体始终处于视野中心。在装卸底片、开关快门、操控望远镜之间，大多数观测者还得时刻关注望远镜的动态，这又是另一件说起来容易、做起来难的事。

如果没有外物的阻挡，光子会击中望远镜的曲面主镜，以一定角度反弹回来，最终汇聚到主镜上方，形成聚焦图像。为了拍下这个图像，望远镜上方有一台相机——还有一个配套的大笼子，其实是一个圆柱形的观测室，正好可以容纳一个人——安装在主焦支撑结构或镜筒的顶部。想要操作那台相机，观测者需要借助梯子或小电梯上到圆顶，先到达主焦结构，再进入观测笼。进入观测笼的方法可以很原始，比如将一块钢筋板架在两条走道之间，加州中部利克天文台（Lick Observatory）的36英寸（约91厘米）望远镜就是这么干的。在那里，观测者需要先走到过道上，接着跨坐在一块板子上，像小朋友溜滑梯一样，迅速滑到圆顶中央，抵达离地面30英尺（约9米）高的主焦观测笼（这个过程后来被人戏称为“走跳板”）。在另一个位于加拿大西部的天文台，好几个刚入行的观测者在夜间通过栈桥走到观测笼，后来白天一看到它摇摇晃晃的样子，立马发誓此生绝不会再上去。

一旦在高悬于圆顶室地板和主镜之上的观测笼中安顿下来，观测者就会开始夜晚的工作，取下用过的底片，放进全新的底片，校正望远镜的角度（有时偏移量还挺大的）。出于安全性和实用性的考虑，天文学家会和夜间助手一起工作：当天文学家站在相机旁，调整望远镜角度，更换照相底片时，夜间助手会旋转天窗，与望远镜指向的天区对齐，并监视望远镜的大幅度移动（比如从北边移动到南边去），留意地面上的情况。

这种安排自有它的实际意义。一旦观测者进入观测笼，一般就会一直待在上面。如果想下到地面的话，他们随时可以下来，只是这过程太折腾了，很多人宁愿守在上面，等到漫漫长夜过去才下来。对某些观测者而言，在上面坚持一晚相对容易些。很多男同胞习惯带几个瓶子上去，可以随时响应大自然的呼唤，同时又不用中断观测。在观测笼里工作的女同胞则要时不时提醒一下夜间助手（通常是男的），她们需要下去方便一下，让她们用瓶子解决是不人道的。有时，当夜幕落下时，观测者会带着一个装满干冰的保温杯上去，半夜不停地往相机里倒干冰，让它尽可能保持低温，最大限度地减少因相机部件过热而要跑上跑下的麻烦。干冰用完之后，空掉的保温杯还可以物尽其用，满足人体最基本的需求，比如释放膀胱压力（不用我说大家也知道，这两个用途的先后顺序很重要，不过睡眠不足的天文学家不一定总能记得正确的顺序）。

大多数观测者在圆顶室里的最大敌人不是膀胱而是寒冷。导星是一个细致且持久的过程，观测者连续好几个小时都不能移动。从科学的角度来讲，冬夜又黑又长，空气通透清新，无疑是观测的最佳时机，但这意味着要在寒冷的观测笼内瑟瑟发抖地待上10个小时，无疑是一种酷刑。此外，圆顶室内不能开暖气，否则上升的热气流会扰动望远镜上方的空气，破坏采集到的图像质量。

虽然不能“加热”整个圆顶室，但这并不代表不能“加热”天文学家。一些天文台为观测者采购了电热飞行服，很多是“二战”没用完的飞行员装备。任何能改善生活的措施都是观测者喜闻乐见的，只不过在后勤上遇到了不小的挑战，因为这些衣服需要插入电源，而且是12伏直流电，和今天的汽车蓄电池输出一样，但是美国墙壁插座的标准电压是120伏交流电。至少有一个观测者不小心将插头插进墙壁上的插座里，过了一会儿突然闻到一股怪味，接着发现自己被包裹在冒烟的飞行服里。

可惜飞行服解决不了所有问题。观测者即使戴着最厚重的手套，到了凌晨还是会被冻得手指麻木。在导星的过程中，他们要将眼睛凑到目镜上，一看就是好几个小时，其间不小心滴下的泪珠甚至会凝结在目镜上。霍华德·邦德 还记得基特峰上一个特别寒冷的冬夜，当时气温零下七摄氏度，风速每小时40英里，狂风撕扯着圆顶，从天窗倒灌进来，呼啸着穿过主焦观测笼，吹得望远镜停摆了。当他喊人过来时，他们发现望远镜齿轮上的油脂因为天冷凝固了，变得像泡泡糖一样黏稠，冻住了望远镜，使他不得不提前结束当晚的观测。虽然痛失数小时的数据，而且夜空难得的晴朗清澈，但是霍华德承认他当时的第一个念头是：哦，感谢老天爷！

除非碰到技术问题，否则观测者会不离不弃地守在望远镜边上，直到曝光完成，或夜晚结束。照相底片确实产生了无数美丽的星图，但是就算将它们浸泡在氨水或氢气中，光敏度也远不如现代的光学仪器。想得到一张好的图像，有时可能要曝光好几个小时甚至好几天。在后一种情况下，观测者会放入底片，指向观测目标，调好望远镜中心，打开快门，孜孜不倦地追踪目标一整夜，然后关上快门，离开观测室，回去睡上一整个白天，留下底片牢固地卡在相机里。隔天晚上，观测者会回来，对准同一个目标，调好望远镜中心，打开快门，曝光同一块底片，接着重复同样的不眠夜。

有一天晚上，一位天文学家正在进行这样多日的观测和曝光，我们先称呼这位仁兄为厄尔（相信我，这只是一个化名）。他是一个安静的人，在某些同事口中，他安静到近乎反社会：观测前的晚餐，他可以全程一句话也不说；观测中除了基本的操作要求，他很少对夜间助手多说一句话。一天晚上，厄尔正坐在利克天文台3米望远镜的主焦观测笼内，耐心（且一言不发地）地引导望远镜，在同一块底片上开始新一轮的曝光。到了半夜，他的助手心血来潮地走进圆顶室，可能是想来关心下那位不爱说话的仁兄。当他踏入圆顶室时，衣服口袋不小心勾到了门边的电灯开关，所有灯“啪”的一声亮了，将望远镜淹没在灯光中……顺带毁了一块见光死的玻璃底片。

迎接他的是主焦观测笼里一声响彻云霄的咆哮。向来不爱说话的厄尔瞬间在沉默中爆发，开始问候助手的祖宗八代，还威胁要将他碎尸万段。盛怒之下，仍坐在望远镜上方的他开始转动望远镜，企图将观测笼旋转到正对圆顶侧面电梯的位置，大概是想乘电梯下去兑现他的威胁吧。

震惊之余，那位助手回过神来，迅速采取自救行动。根据他的观察，那位在半空中缓慢地做着圆周运动的“杀人魔”很可能不是在开玩笑。幸运的是，天文学家控制着望远镜，但他控制着圆顶。当厄尔离电梯越来越近时，他眼疾手快地启动旋转系统，将圆顶朝反方向旋转，让观测笼无法靠近电梯。据说，这场诡异的慢动作旋转追逐战持续了半个钟头，厄尔的叫骂声也持续了半个钟头，惜命的助手坚决不肯放他下去，除非他冷静下来，不再喊着要杀人。此时，同在一座山上工作的天文学家如果放眼望去，看到山顶上最大的望远镜在旋转，但是天窗大开，灯火通明，一定会大吃一惊。

虽然不会真的发生天文台杀人事件，但是在睡眠不足的半夜里，爬上黑黢黢的高空工作，也可能会有危险发生。某天夜里，乔治·普雷斯顿（George Preston）在威尔逊山天文台的100英寸望远镜上进行观测，使用的是独特的牛顿笼。这种装置将一块可以倾斜的平面镜安装在望远镜侧面，而不是上方，用它将光线折射到望远镜侧面的观测笼里，里面有观测者使用的相机。通过控制镜面的倾斜角以及牛顿笼的位置，观测者只要坐在或站在从圆顶墙体向外延伸的空中观测平台上，就可以俯身在牛顿笼的工作区装载底片，在曝光过程中借助目镜监控天体方位，调整望远镜。这个平台可上升或下降，可伸出或缩回，允许观测者与倾斜的望远镜之间保持比较舒服的相对位置。

话虽如此，调整牛顿笼的倾斜度时，还要考虑望远镜的位置，才能达到最好的效果。那晚，乔治本来已经为自己想要研究的天体调好了牛顿笼，有位同事临时请他追加一颗恒星，他很爽快地答应了。结果，这个恒星所处的天区稍微“刁钻”了一点，而且需要曝光好几个小时。事实上，它几乎处于头顶正上方的位置。

这时的乔治已经是一名老练的观测者，他不慌不忙地开始曝光，叫他的夜间助手回去附近的家中休息。在接下来的几个小时里，望远镜会“守株待兔”，始终盯着一个方向，圆顶也不会出现太大的偏移，因此助手大可以回去休息一会儿，等要转向下一个天体时，再过来为他调整圆顶。于是，乔治孤身一人留在圆顶室内，放入底片，打开快门，接着是那一套习以为常的操作：注视目镜，微调望远镜，静心等候；再次注视目镜，微调望远镜，静心等候；如此反复，周而复始。随着望远镜缓缓向上转动，它逐渐偏离平台所在的墙壁。乔治开始调高平台，并向外延伸，好将目镜保持在作业区域内。随着曝光持续进行，他越来越难够得着目镜。最终，平台已经向外延伸到极限，乔治开始将身子探出平台，一只手撑住望远镜的镜身（他的体重还不足以推动这个重达百吨的庞然大物），俯身去看目镜。操作完毕后，他将全身的重量撑在望远镜上，然后用力向后一推，将自己推回到平台上。

随着相机持续曝光，恒星朝向天顶移动，即观测者的头顶正上方，望远镜慢慢地越抬越高，牛顿笼也随之移动，朝远离观测平台的方向倾斜。为了够到目镜，现在乔治得两只手向外撑，一只脚踩在牛顿笼底部一处狭窄的法兰凸缘上，那是连接牛顿笼与望远镜支撑结构的零件。一开始事情进展得挺好的，毕竟无知者无畏，直到乔治再次向外探身，想再看一眼目镜，不经意地低头一看，猛然间意识到自己在哪儿：他就站在牛顿笼和平台之间的悬空地带，离圆顶室的水泥地面足足有四五十英尺（约十四五米）高。

这时，他已经两手抓住牛顿笼，一脚踩在笼子上。他那善于审时度势的本能适时地来抢戏了：他没有双手用力一顶，借力将自己推回到平台上，而是向前又迈了一步，两只脚全踩到牛顿笼的法兰上。就这样，乔治独自待在黑暗的圆顶室内，像一只受惊的考拉，紧紧地抱住牛顿笼。

从他脑中闪过的第一个念头是，我不能让助手回来看到我这个样子，紧接着才想到如深渊般恐怖的脚下。他紧紧抓住望远镜侧面的牛顿笼，僵硬了好一会儿后，才飞快地转身跳回到平台上（虽然距离不到一米，中间却隔着生与死），既保住了自己的小命，也保住了他在夜间助手心中高大的形象。

那时，许多望远镜的设计并没有考虑到使用上的便利性，它们有着精心研磨的镜面，世界上最先进的成像仪器，但提供给观测者的只有简陋的板子。费尽心思地准备好底片、轻柔地调整好用于收集数据的望远镜后，天文学家通常会守在望远镜上方，那里可能是冰冷的水泥地板，或者是卡氏焦点的观测平台。后者是今天家用望远镜使用者最熟悉的焦点位置，将来自主镜的光线反射到一个曲面的副镜上，接着穿过主镜中央的孔洞，汇聚图像到主镜后方，靠近望远镜的底座，那里安装着目镜或相机。即使这样，它们的位置还是比较高的，想“脚踏实地”操作这些大型望远镜是一种奢望。观测者经常要站在一个不太稳固的平台上，才能靠近卡氏焦点。当望远镜缓慢移动时，平台随之升高或降低，保持与焦点处于同一高度，并向上或向下倾斜。威尔逊山天文台100英寸望远镜的平台给自己赢得了“跳水板”的昵称，由一个链条传动装置控制升降，传动链偶尔会脱离传动链轮，整个平台将做自由落体运动，连带着上面的观测者也一起遭殃。据说这种意外不常发生，但有时会发生，因此大家把坐板子戏称为“骑马”。埃瑞卡·埃林森（Erica Ellingson）记得曾有一次，卡氏焦点观测平台上放了一把带滑轮的办公椅，这椅子起初坐着还挺舒服的，可惜到了传动装置上，安全性大打折扣，突然朝板子边缘滑去，滚下了大约4.5米高的传动装置（幸运的是，当第一个轮子滑出去时，埃瑞卡矫健地从椅子上跳回到平台）。

就连躺在地板上观测也不尽如人意，因为到了冬天，水泥地面的寒冷能渗入人的骨头里，冷彻心扉。当一个人来去自如时，天文学家偶尔会忘了，自己还穿着插电的飞行服，企图横穿整个圆顶室，跑到另一头去。有时，观测者需要一把梯子，才能到达目镜的高度。老一辈天文学家的故事中充满了梯子翻倒或从梯子上摔下来的故事。迪克·乔伊斯 回忆道，他曾爬上一个约3.6米高的梯子去看目镜，全程一直小心翼翼地抓着梯子，不敢伸手去碰自己正在用的望远镜，或者靠在望远镜身上，否则梯子可能会移动。在一个寒冷干燥的夜晚，他爬上金属制成的梯子，凑到目镜前观看成像，却被一阵突如其来的疼痛击中。一道1英寸长的电流从（接地的）望远镜里跳起来，直接击中他的（未接地的）眼球，差点电瞎他的眼。现在回想起来，他最惊讶的不是自己眼睛居然没瞎，而是他被电得七荤八素的，居然还能巍然不动地站在梯子上，没有摔下去。

回想这一切，你可能会觉得那个时代的天文学家过得很惨。确实没人喊着想重回那个时代，待在冰窟般的圆顶室里，费劲地准备玻璃底片，用手去引导望远镜，还要被电击，但是几乎每一个经历过那个时代的人都不约而同地说，那是自己观测生涯中最喜欢的一段时光。

一旦习惯了高空作业，适应了寒冷，学会控制膀胱，你就会觉得在圆顶室里操作望远镜一点也不痛苦，甚至还挺浪漫的。观测者会一边播放音乐，一边长时间坐着，通过目镜引导望远镜，替换相机里的底片。伊丽莎白·格里芬 描述了自己在法国南部的上普罗旺斯天文台（Haute-Provence Observatory, HPO）的经历。那是一个空气清新的夏夜，她走在天文台14个圆顶之间，听到不同的音乐声飘荡在每个圆顶室上空，偶尔伴随着一两声“大功告成！我们走吧！”的呼喊，那是某位观测者完成了曝光，正大声向夜间助手分享捷报。在这一切背后，是漆黑凉快的夜晚，低声转动的望远镜，繁星点点的夜空。

观测者在圆顶室内的艰苦工作，与他们工作之余在山上的欢快生活形成了鲜明对比。

大多数天文台与其他设施离得很远，要开车好几个小时才能到，因此天文台所在的山顶需要配置齐全，向天文学家提供餐饮和住宿。在马拉松式的观测工作中，有些天文学家可能要在山上逗留数周。即使是短暂的访客也要在夜里工作，白天需要有个歇脚的地方。因此，天文台划出一块专门的生活区，通常是些简陋但舒适的宿舍。

威尔逊山和帕洛玛山都有宿舍，它们很快就获得了“修道院”的绰号，背后有一个很明显的原因：在这两座山上，女性被禁止住在宿舍里，并且不得担任首席观测者，这项政策一直持续到20世纪60年代中期。当然了，当时的女天文学家已经私底下开始通过各种非正式的渠道进入天文台。20世纪40年代末，芭芭拉·切里·史瓦西（Barbara Cherry Schwarzschild）会和她的丈夫马丁·史瓦西 一起观测，并承担大部分的技术任务，对底片做显影操作，引导望远镜的指向，甚至公然打破天文台的安全规定，在修道院的午夜夜宵期间独自留在圆顶室内观测，因为天文台不允许女性到生活区里一起吃夜宵。早在女性被“正式”授予望远镜观测时间之前，其他著名的女天文学家，包括玛格丽特·伯比奇 、维拉·鲁宾 、安·博斯加德（Ann Boesgaard）及伊丽莎白·格里芬，全都通过自己的方法在这些天文台工作，尽管不能入住官方的宿舍。

两座修道院对餐桌礼仪颇有讲究。在山上最大（同时也是名声最响）的望远镜上工作的首席观测者坐在桌子的上座，第二大望远镜的观测者坐在他边上，以此类推。一旦所有人到齐了——有时甚至要盛装出席——坐在上座的观测者摇一摇上菜铃，厨师就会端着头盘出来。

那铃铛接下来还会一声接一声地响，新鲜出炉的菜肴一道接一道地端上桌，直到整个团队在这荒郊野外的山顶上享受完一次彻底的文明用餐体验，铃声才会沉寂（在威尔逊山，当这些人在室内觥筹交错时，室外通常是某些人随便用手搓几下挂在门廊栏杆上的内裤，像旗帜般在风中飘扬）。一旦严格遵守座次和菜序的晚餐仪式结束，观测者们就会分散到各自的望远镜前，吃力地爬进观测笼里，笨拙地处理玻璃底片，其间可能不小心划破手，穿着老旧的飞行服，瑟瑟发抖好几个小时，并对着保温瓶撒尿。

那时，人们通常会在半夜休息一个小时，重新回到生活区吃夜宵。这段午夜用餐时间，给了观测者们伸懒腰、检查笔记和喘口气的机会。在帕洛玛山，传奇的天文学家马丁·施密特 会利用这段时间和夜间助手打台球，那个时候的他每年会在望远镜上度过二十多个夜晚。一名年轻的研究员粗略统计了一下，马丁总共打了二十多个小时的台球，相当于三个晚上的黑暗时间，这些时间本可以分配给初露锋芒的年轻天文学家，充分利用望远镜的每一秒钟，可他却将时间浪费在休息上。另一名天文学家弗朗索瓦·施魏策尔（François Schweizer）后来反驳道，施密特将这些时间花在放松和反思上，而不是仓促地进行下一次曝光，也许正是能够发现类星体的关键，这是他最伟大的科学成就。类星体是一种极高光度的星系，中心有个超大质量的黑洞，能够释放出巨大的能量，质量是太阳的十多亿倍。我得承认，我同意前一位天文学家的观点。对宇宙奥秘的沉思是无价的，但这不一定要在晴朗的观测之夜进行，而且谁也不知道在他们打台球的这一个小时里，一个踌躇满志的新观测者会不会有意外的发现。

虽说这两个天文台有这样的传统，但是在其他天文台，人们很早就形成了带食物到望远镜前的习惯，一边工作一边吃饭。在一个晴朗无云的夜晚，放着大好的数据不去收集，而是停下来休息一个小时，与许多观测者的理念严重相悖。他们觉得不应该浪费一秒钟的黑暗，或者任何潜在的观测时间，乔治·普雷斯顿的论文导师乔治·赫比格 是这种观点的早期支持者之一（对于那些在认真看书的读者，你们的印象没错，本章已经提到了四个乔治，他们分别姓沃勒斯坦、海尔、普雷斯顿、赫比格）。这意味着观测者在到达天文台之前，要先了解望远镜的使用方法，并仔细思考晚上的观测计划。闲置的望远镜意味着被浪费的光子，流失的时间，错失的凝望。

这种观测方法——加工照相底片，爬进望远镜的观测笼，在漫漫长夜里瑟瑟发抖，收集来自宇宙深处的光线——听起来既浪漫又冒险，但也既费力又耗时。最好的观测者都磨炼成了当时的技术专家，而且在不断寻求改进的机会。

电荷耦合器件（charge-coupled device, CCD）是20世纪70年代的重大变革之一，这些硅芯片的光敏度远高于玻璃底片，能够把接收到的光线转换为数字信号，从而捕捉到更多细节。与此同时，数据存储方式也发生了巨大的变化。数字数据不再囿于一小块玻璃片，而是可以很方便地被保存在磁带、磁盘或服务器上，只要有需要，就能批量复制。在闲暇时间里，天文学家只要坐到计算机前，足不出户就能读取海量数据。

新引入的CCD芯片和其他进步，使电子设备成为望远镜工作中不可分割的一部分，这意味着在观测过程中，天文学家不再需要时刻守着相机，他们可以在其他地方引导望远镜，拍摄图像。“其他地方”很快变成了“暖房”，一个挨着圆顶室的小机房，有电脑，有灯光，幸运的是，还有暖气。随着计算机以不可阻挡之势慢慢占领了天文台，天文学家待在暖房里的时间越来越长，进出圆顶室的时间越来越短，几乎再也没人需要在观测过程中冒险进入圆顶室。可能会有一名望远镜操作员（相当于那个年代的夜间助手，通常比天文学家更懂望远镜）进去粗略地检查一番，不过在大多数时间里，人们在另一个房间里忙碌地敲打命令，打包数据，望远镜则独自在天窗大开的圆顶室内默默工作着。

随着观测技术的进步，望远镜的尺寸也在突飞猛进。帕洛玛山天文台的200英寸望远镜曾保有世界最大口径望远镜的荣衔达30年，直到1975年才被苏联（问题重重）的6米望远镜超越，1993年被夏威夷莫纳克亚山顶上建成的第一台10米望远镜彻底取而代之。自那时起，在世界各地的顶级观象台址，比如亚利桑那、夏威夷、智利，口径超过6米的望远镜陆续拔地而起。它们拥有强大的观测能力，能够看到更暗更远的天体，探索全新的宇宙角落。不好的一点是，它们太稀缺了。对望远镜的竞争越来越激烈，任何有幸抢到一点时间的人，根本不会想在午夜打台球，只会目不转睛地盯着电脑，大口地吃着三明治，努力挤出更多时间来。乔治·赫比格的理念，即不能浪费任何一秒的晴空或望远镜，已经成为了这个领域的实践核心，将望远镜的每一秒都变得更有价值，也更紧迫。

不难想象，有些老天文学家会用老一辈人哀叹的语气，固守模拟时代的老传统。但是大多数前辈，即那些乔治——海尔、赫比格、普雷斯顿和沃勒斯坦——还有其他同时代的具有科学头脑的人，一直热衷于尝试新技术，非常乐意将玻璃片和观测笼变成计算机和暖房。一看到CCD、自动导星系统及即时数据数理的明显好处，即使是怀疑论者也会迅速转换阵营，原因很简单：这对科学发展更好。

今天，很少有人会为失去烦琐且难以量产的照相底片、圆顶室内的寒冷长夜、女士止步的天文台宿舍而哀叹。大家一致认为，观测技术发展到今天这个程度，而且将继续迅速发展下去，对天文学的进步是有好处的。不过，主焦观测笼倒是有一个独特之处，失去了颇为可惜。

在观测笼里工作的观测者是真的站在望远镜的主焦处。在那里，来自天空的光线被聚集成反向的完美图像，被无限放大后，不做任何处理，等待着被探测器记录下来。今天，这个探测器通常是CCD，过去是底片，偶尔是人眼。

阿比·萨哈（Abi Saha）回忆说，有一次，他要用帕洛玛山天文台的60英寸望远镜，那天他去得有点晚，太阳下山以后，他才爬到望远镜的顶部，取下白天保护镜面的机械盖。那时，圆顶天窗已经打开，当盖子被挪开时，黑暗的夜空就在他头顶正上方。顺着望远镜往下看——正对着60英寸的主镜——他突然看到一群光斑在他正前方盘旋，又小又亮，如同小巧的针尖。他定睛一看，这才发现那些奇怪的浮光是一团正在移动的巨大星群，缓慢地滑过他的视野。

过了一会儿，阿比才反应过来，他看到的是头顶繁星的倒影。它们的光被60英寸主镜反射，汇聚到他眼里，随着地球自转而缓慢漂移。作家理查德·普雷斯顿（Richard Preston）在《第一道光：寻找宇宙边缘》（ First Light: The Search for the Edge of the Universe ）中说，当他被带到帕洛玛山天文台200英寸望远镜的主焦点时，也曾有过类似的经历。正如他在书中所描述的，“仿佛只要伸出一只手，就能抓到一大把星星”。 ^[1]

今天，天文学家或许不再需要坐在主焦观测笼里，整个晚上盯着目镜看。当我们将更尖端的技术放在那里，科学会以它自己的方法恪尽职守，将一切变得更好、更快、更丰富、更美丽。坐在观测笼里，看着浩瀚的星空如被施了魔法般在你眼前漂浮旋转，这样的时代已经过去了（在创作这本书时，我曾试着去找一个仍然允许观测者夜间进入主焦笼的天文台，想亲自感受一下这美妙的体验，可惜没有找到）。那究竟是不是一个失落的时代，将留给后人去评说。能够亲手操作望远镜，看着镜子里似乎触手可及的星空，无论如何都是一种妙不可言的感觉，一段值得向后人诉说的动人故事。

[1] Richard Preston, First Light: The Search for the Edge of the Universe （New York: Random House, 1996）, 263. sFCUR/DQq9IITI7Kx/QYsI6rXNtDdM6W4jBLwZXWDEcdgE7zqdviNgWz3xxjbmfY