《伽利略展示望远镜》 朱塞佩·贝尔蒂尼绘，1858年

韦布望远镜拍摄的恒星演化照片

北京古观象台

巡天望远镜遨游太空

宇宙充满了奇迹。

去年12月，世界最新、最大、最昂贵的太空望远镜、JWST（詹姆斯·韦布空间望远镜英文缩写，以下简称韦布）乘火箭升空，开启了人类观测宇宙跨时代的一页。科学家希望用它来探究宇宙的黎明，回溯137亿年前第一批恒星和星系形成时的样子。

今年7月12日，韦布在这个夏天传回来了它的第一张照片，以一个壮观而前所未有的视角，把人类探索的目光带向更远的宇宙，带向那些遥远星系的茫茫深处——

美轮美奂的船底座星云、“南天指环”星云、“斯蒂芬五重奏”星系、SMACS 0723星系团深场……

从古至今，人类都在通过观察星空理解宇宙，但使用天文望远镜的历史却并不长。在没有望远镜的古代，人们是怎样观测星星的？古今中外的天文观测工具，又经历了怎样的变化？

4000年前的观象台

中国人对宇宙的观测和记录可追溯到几千年前。在中国古代神话传说中，太阳的母亲名为羲和，是天帝之妻。但在一些典籍中，羲和还有另外一个身份，即黄帝手下观察太阳的官员。

在山西省襄汾县发现的距今4,000多年的陶寺城遗址古观象台，是世界上迄今发现最早的观象台，比英国的巨石阵观测台还要早500年以上（有关巨石阵的作用，目前仍然存在争议）。

天文学家和考古工作者多次通过古观象台观测太阳地平日出，印证了《尚书·尧典》的记载：“乃命羲和，钦若昊天，历象日月星辰，敬授民时。”天文历法关乎农业生产，尧命令羲和观测推算日月星辰的运行情况，重点在于“恭敬地向百姓传达农时”，体现了古人顺应自然、遵循四季变化的智慧。

古代的大多数观象台，既是天文观测基地，也是求仙祭祀、思亲怀念和景观场所，且在历代被赋予不同的称呼方式：夏朝叫做清台，商朝称为神台，周朝的时候称为灵台。

《诗经》中记载了人民拥戴周文王，踊跃参与修建灵台，“不日成之”的情景。对灵台的解释，东汉著名经学家郑玄的注解为“天子有灵台者，所以观祲象，察气之妖祥也。”西周灵台位于现西安市鄠邑区的西周灵台遗址，是我国历史上有明确记载的最早的天文台，也是现存最古老的天文遗址之一。

西汉时在长安城郊筑有高达15仞是“候景之台”，台上放着观测天象所要使用的仪器，其中包括浑仪、相风乌和铜表等；到了宋朝，朝廷十分重视天文观测，在当时的北宋都城汴京设有4个观星台。元代时，著名天文学家郭守敬于1279年在河南登封的告成镇设计并建造了一座测影台——河南登封观星台，它是中国现存最早的古代天文台。

古时候的天文观测以肉眼为主，辅之天文测景器，如圭表、日晷等。

“圭表”是测量日影长度的一种天文仪器。圭是平卧的尺，表是直立的标竿。新石器晚期的陶寺遗址时期，人们已经学会了用简易土圭实测日晷（rìguǐ，意指“日影”）：在地上立起一根木杆或石柱来测量光阴，根据日影长短来确定时间，这就是成语“立竿见影”的由来。陶寺遗址的王族墓地分别出土了一件圭尺和立表，这是目前考古发现的世界最早的圭表仪器实物。

在河南发现的“周公测景台”相传为东周所建，高3.91米，由石圭和石表两部分组成，是中国古代立八尺圭测量日影、验证时令、计年的仪器。这比公元前3世纪~前2世纪的亚历山大天文台要早很多。

至于文学作品中经常出现的“璇玑玉衡”，或许也是一种天文观测工具。在《尚书·舜典》中有：“在璇玑玉衡，以齐七政。”司马迁认为璇玑玉衡就是北斗七星，《史记·天官书》说：“北斗七星，所谓‘璇玑玉衡以齐七政’。”《尚书大传》也认为“七政者，谓春、夏、秋、冬、天文、地理、人道”，意思为舜观测北斗星的运行以排列七件政事，北宋的天文学家苏颂更认为璇玑玉衡是浑仪中的四游仪。另一说认为，璇玑玉衡是古代测量天体的仪器，“七政”指“日、月、金、木、水、火、土”。

给星星定坐标，

中国浑仪的“进化史”

浑仪是我国古代天文观测最主要的仪器，主要用于测定天体坐标、观察天象异变等。中国浑仪是很长一段历史时期内世界上最先进的观星仪，其所使用的赤道坐标系统是我国古代特有的坐标体系，更有利于测定恒星位置，现已被各国天文台采用。

人们常将浑仪、浑象、浑天仪误解为同一事物，其实，浑仪是用于测量天体坐标的仪器，浑象是用于模拟天体运行、天象变化的演示器，所以古人又将浑象和浑仪二者统称为浑天仪。在故宫长画《联珠图》中也可见二者的不同：观象台的左边名为“天体仪”的球体，是“浑象”，而右边由许多环组成的仪器，是“浑仪”，乾隆皇帝将其命名为“玑衡抚辰仪”。

浑仪的发展过程历经多个朝代。相传先秦时期就出现浑仪的雏形；西汉时阆中人落下闳（前156年 -前87年)提出了浑天说，发明的浑仪带有赤道圈和赤经圈，东汉的张衡（78年 -139年）对浑天说做出了系统性阐述，古代浑仪的基本结构已经形成。浑仪一般为支架上固定着两个互相垂直的圈，分别代表地平线和子午圈；在其内还有若干个能转动的圆圈，其上附有可绕中心旋转的窥管，用以观测天体。

到了唐代，随着生产力和科技水平的显著提升，天文学家李淳风在贞观七年（633年）增加了三辰仪，包括赤道环、黄道环和白道环，此时，浑仪在结构上的精妙程度到达了高峰。

在英国剑桥大学科学家和科技史学家李约瑟编纂的科学史巨著《中国科学技术史》中，他认为宋代的浑仪制造达到中国古代的顶峰，其中尤以北宋的四大浑仪为代表。这4台浑仪分别是：韩显符的至道浑仪，周琮、舒易简等人的皇祐浑仪，沈括的熙宁浑仪以及苏颂、韩公廉的元祐浑仪。

元祐浑仪是一座分为3层的大型天文钟台：上层是浑仪，用来观测日月星辰的位置；中层是浑象，旋转并显示天象；下层设木阁，木阁又分5层，每层有门，每到一定时刻，门中有木人出来报时。木阁后有漏壶和机械系统，驱动整个仪器。中国现代天文学家、《中国天文学史》的作者陈遵妫认为，它已经具备了近代赤道仪的雏形，可以被看作早期的天文台。

到了元代，郭守敬进一步取消了黄道环，将地平和赤道坐标分开安装，便有了简仪的诞生。在这之后，随着望远镜登上历史舞台，浑仪和简仪在结构上的变化就不多了。现有的浑仪为明代正统年间（公元1437年）仿造元代浑仪的复制品，保存于南京紫金山天文台。

作为古人的智慧结晶，浑仪在中国古代不仅是一件简单的观测工具，更是“天人合一”观念下的一件礼器，它的背后是中国古代璀璨的天文学成就，也激励后人在天文探索的道路上永不停息。

伽利略用望远镜看向星空，

天文学跨越了裸眼观测时代

公元1609年，在欧洲两座城市中几乎同时发生了两件意义深远的事情。第一件事发生在布拉格，38岁的开普勒出版了《新天文学》一书，正式向世人宣布了行星运动第一和第二定律；第二件事发生在威尼斯，8月21日，意大利科学家伽利略展出了人类历史上第一架按照科学原理制造出来的望远镜。

其实，最早发现望远镜秘密的不是伽利略，而是一位叫利波塞的荷兰眼镜商人。1608年，利波塞在制造镜片的时候把一块凸透镜和一块凹透镜合在一起往外看，远处的东西就变近了。

千里之外的伽利略，当时正在世界上最古老的大学之一帕多瓦大学教授几何、机械和天文。在听说了这个发明原理后，作为一名好奇心强烈、知识储备丰富、动手能力极强的技术宅，他利用风琴管、一片凹透镜和一片凸透镜，成功复制并改良了这个发明，制造出一台8倍数望远镜。同年10月，他再次改良望远镜，将倍数增大至30倍。更不同寻常的是，他把它指向了星空。从此，天文学从裸眼观测时代进入了望远镜观测时代，一扇通往宇宙奥秘的大门在天文学家面前打开了。

1609年12月，伽利略用他自制的望远镜观测月球。难以想象伽利略第一次通过望远镜的小管子清晰地看见月亮当时的心情。他发现月球表面并非像亚里士多德说的那样完美无缺，而是坑坑洼洼凹凸不平。月球上布满了一些四周高、中间低的环形结构，这就是后人所称的“环形山”。接着，伽利略又望向了灿烂的星星，他也成为世界上最早识破漫漫银河奥秘的人——这不是“牛奶路”，而是无数星体交织在一起的光辉。

这一切也使他相信，哥白尼所说的“恒星离我们极其遥远”可能是句至理名言，不然为什么望远镜无法把它们放大呢。

伽利略的目光又投向了行星。1610年1月7日，他已见到了木星那淡黄色的小小圆面，这说明行星确实比恒星近得多，同时他马上又发现木星旁边始终有4个更小的光点，它们几乎排成一条直线。连续几个月的跟踪观测使他确信，像月亮绕地球那样，它们都在绕木星转动，应当是木星的卫星。这说明，不是所有天体都在绕地球！这给当时流行的“地心说”带来了强烈冲击，促进了哥白尼“日心说”的传播。

为了纪念伽利略的这个发现，后人还把这4个比较大的木星卫星称为“伽利略卫星”。除了木卫2略小于月球外，其他3颗都比月亮要大，而木卫2则是天文学家的掌上明珠，因为它的冰层之下有着由液态水组成的海洋。

有了望远镜的加持，伽利略还先后发现了土星光环、太阳黑子、太阳的自转、金星和水星的盈亏现象、月球的周日和周月天平动等。他把新的发现相继写成了《星界的报告》《关于太阳黑子的书信》，引起巨大反响，开辟了天文学的新时代。

人类拥有几千年的观星历史，但随着望远镜的发明，天文学观测进入一个新阶段，人类对宇宙才有了突破性的认识，伽利略本人也成了近代实验科学的奠基人。史蒂芬·霍金说，“自然科学的诞生要归功于伽利略，他这方面的功劳大概无人能及。”为纪念伽利略首次用望远镜进行天文观测400年，联合国将2009年定为国际天文年。

从“大地之歌”到“深空之眼”

望远镜与中国的渊源已有将近400年。

明朝天启六年（1626年），望远镜由德国人汤若望带入中国。汤若望和李祖白两人共同翻译了《远镜说》一书，把西方望远镜的制作方法介绍到中国。《明史》中记载：“若夫望远镜，亦名窥筒，其制虚管层叠相套，使可伸缩，两端俱用玻璃，随所视物之远近以为长短。不但可以窥天象，且能摄数里外物如在目前，可以望敌施砲，有大用焉。”崇祯二年（1629年），大学士徐光启奏请装配3台望远镜来测天象，由汤若望监制的望远镜，崇祯皇帝还去看过。囿于技术原因，中国民间较早独立制造望远镜见诸记载的是明末苏州人孙云球。据康熙《吴县志》载，登上虎丘用孙云球的“千里镜”试看，“远见城中楼台、塔院、若接几席，天平、灵岩、穹窿诸峰，崚嶒苍翠，万象毕见。”

到清代，望远镜作为一种新奇的观测设备被更多中国人特别是达官贵人所了解，进而引起了他们观念的巨大震撼。清康乾时期的宫廷画师郎世宁所绘香妃戎装像上，顶盔贯甲的香妃就令人瞩目地握着一支单筒望远镜。当时广州富商之首潘有度有诗云：“万顷琉璃玉宇宽，镜澄千里幻中看。朦胧夜半炊烟起，可是人家住广寒。”写的就是望远镜。

明清之际的欧洲，主要有三种望远镜：伽利略式，一凸一凹两透镜组成；开普勒式，由两个凸镜组成，开普勒1611年提出设想，由夏奈尔在1613年至1614年期间制造出来；反射望远镜，牛顿1668年创制成功。当时传入中国的主要是伽利略式望远镜，广泛用于观测日食，为修正历法服务。

在北京建国门古观象台上，有6座保存完好的大型皇家天文仪器，这是1673年传教士南怀仁奉康熙之命建造的，但未曾装置望远镜。1873年，法国人在上海创建徐家汇观象台，现代天文台第一次落户于中国的土地，1932年中国人创建了南京紫金山天文台。这两座台上装备的望远镜均从国外进口。

在此后的年代中，西方的望远镜越造越大，比如反射式望远镜从口径1.5米的“威尔逊山”、口径2.5米的“胡克”，到1948年投入使用的“海尔”，口径已达到5米，最终催生了现代天文学的主流——天体物理学。

近40年是天文望远镜发展的黄金年代，各式各样种类繁多功能各异的望远镜纷纷投入使用。中国的天文观测也有了长足进步：“悟空”号暗物质粒子探测卫星，其本身就是宇宙线和伽马射线望远镜，“慧眼”硬X射线调制望远镜卫星等取得了优异成果；世界上最大的单口径射电望远镜、中国“天眼”FAST射电望远镜，实现了我国射电望远镜从追赶世界到领先世界的跨越；中国的巡天空间望远镜预计将在2024年运行，我们将拥有属于自己的“深空之眼”。

为什么要把望远镜送上太空呢？在地面上，由于隔着不断运动的大气层，天文望远镜很难把星象看清楚，尤其是科学家们感兴趣的遥远星系，看不清它们内部的精细结构就无法精确地研究宇宙。为了突破大气层对于观测的阻碍，早在1946年，天文学家莱曼·斯皮策（Lyman Spitzer,1914年-1997年，美国天体物理学家）就大胆提出了将大型望远镜放置在太空中的“疯狂计划”。直到1990年，人类历史上第一台太空天文望远镜“哈勃”发射入轨，这个伟大设想才变成现实。

下一代太空望远镜是什么样的呢？

这里产生了两种分支，一种是建造更大口径的望远镜，可以把宇宙看得更深入，捕捉更暗弱的天体信息，比如美国的韦布，在韦布开始正常观测的两个月里，我们已经能看到观测宇宙学前所未有的突飞猛进；还有一种思路，是让太空望远镜“看得更开”，观测更广阔的天区，对宇宙的研究更高效更系统，这就是中国的巡天。巡天精度与哈勃相当，但视场是哈勃的300倍。

无论是送上太空的巡天望远镜，与大地贴得更近的FAST望远镜，还是我们翘首以盼的中国自己的红外空间望远镜，探索的征程充满未知，中国的天文学家也将一步步把星辰大海看得更广、更深、更清晰。

更多激动人心的结果在不远的未来，让浩瀚的宇宙揭开面纱和我们见面吧。

成都日报锦观新闻记者 陈蕙茹

后记

“我们需要记得，当小猎犬号乘着向西的信风离开加拉帕戈斯群岛时，距离随舰的博物学家查尔斯·达尔文写出《物种起源》还需要再等20余年。韦布今天拍摄到的一个个灰暗的光点，在几十年、几世纪后，是否也会被反复提起？”

亚利桑那大学天体物理学博士研究生孙凤梧是韦布调试验收团队成员，他在韦布“满月”之际，对韦布的“终极目标”做了追问：我们找到最遥远的星系了吗？

为什么看得更深更远这么重要呢？

科普作家曲炯的答案很生动：因为光的传播需要时间。比如你现在看到的其实是1纳秒前的手机屏幕，“举头望明月”看到的则是1秒前的月亮、“长安白日照春空”的阳光是500秒前从太阳表面出发的。架起天文望远镜，你将看到102个月前的天狼星、1340年前的猎户座大星云、250万年前的仙女座大星系……总之，视线越远，看到的景象就越古老。我们有可能得以窥见宇宙、星系乃至我们自己过去的样子。

当时一边眯着眼观测一边用鹅毛笔在纸上记录的伽利略肯定想不到：在400多年后，望远镜看到的星光，已经延伸到137亿年之外了吧。

其实，写出科普神作《宇宙》一书的作者、天文学家卡尔·萨根早有浪漫而理性的断论：我们由星尘所铸，我们的起源和演化与遥远的天体事件相关，探索宇宙的过程也是发现自我之旅。

仰望星空，是人类所有好奇心的起点，也是人类迄今为止一切伟大成就的源头。

那么，在有限的时间，去感知无限的宇宙吧。

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