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第19章 天文台(1)

天文台

天文台是专门进行天象观测和天文学研究的机构,世界各国天文台多设于山上。每个天文台都拥有一些观测天象的仪器设备,主要是天文望远镜。

天文台选址:天文台的主要工作是用天文望远镜观测星星。地球被大气包围,星光要通过大气才能到达天文望远镜。空气中的烟雾、尘埃及水蒸气波动等,对天文观测都会产生影响。尤其在大城市附近,夜晚的城市灯光照亮空气中的微粒,使天空带有亮光,妨碍天文学家观测较暗的星星。在远离城市的地方,尘埃和烟雾较少,虽然情况好些,但仍不能完全避免这些影响。

由于地势越高,空气越稀薄,烟雾、尘埃和水蒸气越少,影响就越少,所以天文台多设在山上。

现在,世界上公认的三个最佳天文台台址都设在高山之巅:夏威夷莫纳凯亚山山顶,海拔4206米;智利安第斯山,海拔2500米山地;大西洋加那利群岛,2426米高的山顶。

天文台分类:天文台可分为光学天文台、射电天文台和空间天文台。

光学天文台主要装备各光学天文仪器,如光学天文望远镜、太阳镜等,用于从事方位天文学或天体物理学方面的研究。

射电天文台一般主要由巨型、超巨型无线接收设备和基站等构成,装备射电望远镜,其观察范围更大,受干扰小,用于从事射电天文学的研究。

空间天文台主要由一些用于空间观测的人造卫星组成,同时配备非常先进的光学观测系统。

小知识

天文台圆顶

为了便于观测,人们将天文台观测室设计成半圆形。在天文台里,人们通过天文望远镜观察太空,天文望远镜非常庞大,不能随便移动。

天文望远的镜观测目标分布在天空的各个方向,如果采用普通屋顶,很难使望远镜随意指向任意方向上的目标。天文台的屋顶造成圆球形,并在圆顶和墙壁接合部装置由计算机控制的机械旋转系统,就使观测研究变得十分方便。这样,用天文望远镜进行观测时,只要转动圆形屋顶,把天窗转到要观测的方向,望远镜也随之转到同一方向,再上下调整天文望远镜镜头,就能使望远镜指向天空中任何目标。

如不需用望远镜时,只要将圆顶上的天窗关闭,即可保护天文望远镜不受风雨侵袭。

当然,并不是所有天文台的观测室都要做成圆形屋顶,有些天文观测只要对准南北方向进行,观测室就可造成长方形或方形,在屋顶中央开一条长条形天窗,天文望远镜就可进行工作。

爱尔兰纽格莱奇墓

纽格莱奇墓约建于新石器时代,公元前3200年左右。这种心形墓堆由97块镶边石块围成,镶边石上雕刻着许多谜一般的图案。

在冬至当天黎明,会有一束阳光穿过顶部开口射入墓室。随着太阳的升高,阳光充满整个墓室。这一奇特现象持续将17分钟左右。

一圈12块竖立的巨石围绕着纽格莱奇墓。也许原本还有更多,但如果是这样的话,它们也在很久以前就被搬走了。石圈的用途目前并不清楚,但天文学家们普遍认为它具有明确的天文用途。但无论怎样,石圈都是纽格莱奇墓建造的最后一步。

印度德里古天文台

印度是世界四大文明古国之一,那里的天文学起源甚早。由于农业生产需要,早在大约3000年前,印度人创立了自己的历法,并产生了独具特色的宇宙理论。但他们不重视对天体的实际观测,从而忽视天文仪器的使用和制造,在很长一段时期内仅有平板日晷和圭表等简单仪器。直到18世纪,印度才在德里等地建立天文台。

德里古天文台建于1724年,有十几件巨型灰石或金属结构的天文仪器。

英格兰巨石阵

巨石阵,又称索尔兹伯里石环、环状列石、太阳神庙、史前石桌、斯通亨治石栏等,是欧洲著名的史前时代文化神庙遗址,坐落在英格兰威尔特郡索尔兹伯里平原,约建于公元前4000至公元前2000年,属新石器时代末期到青铜时代。

这个巨大的石建筑群位于一块空旷的原野上,占地约11公顷,主要由许多整块的蓝砂岩组成,每块约重50吨。巨石阵不仅在建筑学史上具有重要地位,在天文学上也同样有重大意义:它的主轴线、通往石柱的古道和夏至日早晨初升的太阳,处于同一条线。另外,其中还有两块石头的连线指向冬至日落方向。于是人们猜测,这很可能是远古人类为观测天象而建造的,可算是天文台的最早雏形。

玛雅天文台

玛雅人是美洲印第安人的一支,约在公元前1000年左右开始创立自己的文化,具有高度发达的农业、数学、天文学和宗教礼仪。

玛雅人有自己的天文观测台。这是一组建筑群,从一座金字塔上的观测点向东方的庙宇望去,就是春分、秋分日出的方向;向东北方向的庙宇望去,就是夏至日出的方向;向东南方向的庙宇望去,就是冬至日出的方向。类似的建筑群,在玛雅文化遗址地域还发现了好几处。

奇琴伊察天文台

著名的“椭圆形天文台”,又称“蜗牛”,得名于圆柱形建筑内部螺旋状的石头阶梯。

天文台坐落于奇琴伊察遗址上。在天文台的边缘,放着很大的石头杯子,玛雅人在里面装上水并通过反射来观察星宿,以确定他们非常复杂且极为精确的日历系统。

在从公元前6世纪到玛雅古典时期间,奇琴伊察是玛雅的主要城市,当中部低地及南方的城市衰败后,奇琴伊察更到达其发展和影响力顶峰。到后古典时期,奇琴伊察的建筑主题中明显增加中部墨西哥“托尔特克”的风格。这一现象的最初被解释为来自中部墨西哥的直接移民乃至入侵,但当代多数说法认为这些“非玛雅”风格是由于文化的传播所致。

卡斯蒂略金字塔

著名的卡斯蒂略金字塔建立在奇琴伊察遗址上。在春季和秋季的昼夜平分点,日出日落时,建筑的拐角在金字塔北面的阶梯上投下羽蛇状阴影,并随太阳的位置在北面滑行下降。

在金字塔顶端的神庙中,有许多精心雕刻的图案,玛雅人可据此判断春分、秋分、冬至、夏至的到来。

该金字塔高30米,呈长方形,上下共9层,最上层是一神庙。金字塔的台阶总数加一个顶层正好是365个,代表一年的天数。台阶两侧有宽一米多的边墙,北面边墙下端刻着一个高1.43米、长1.80米、宽1.07米的带羽毛蛇头,蛇嘴里吐出一条长1.60米的大舌头。每年春分、秋分当天下午,一个蛇影就会出现在塔上。

秘鲁查基洛天文台遗址

著名的秘鲁石塔,美洲最古老的太阳观测台,约建于公元前300年的查基洛遗址。

长期以来,考古学家对秘鲁沿岸一处山上的13座石塔的重要性存在争议,但有一点毋庸置疑,即这些石塔是美洲最古老的太阳观测站。13座保存完好的矩形石塔,位于首都利马以北400公里的考古遗址查基洛。天文学家称,站在观察点的人,会在不同日子看到太阳在不同石塔位置的日出及日落,如夏至时太阳会在最右边的石塔右方升起;冬至时,会在最左边的石塔左方升起。

韩国庆州瞻星台

庆州瞻星台是亚洲现存最古老的天文台,建于公元7世纪。它高约9.4米,由365块花岗岩分27层搭建而成。

瞻星台形状尤其奇特,看起来像一个瓶子,中部有一扇窗。庆州瞻星台是一座石结构建筑,它的直线与曲线搭配非常和谐,1962年12月20日被韩国指定为第31号国宝。

庆州瞻星台主要用于观测天空中的云气和星座,当时人们通过星空测定春分、秋分、冬至、夏至等24节气,而井字石推测是用以指定东西南北方位的基准。考古学家认为,庆州瞻星台的365块岩石可能暗指一年的365天。

河南告成观星台

告成观星台是中国现存最古老的天文台,坐落在河南省,约始建于1276年,创建者为中国元代著名天文学家郭守敬。告成观星台的技术至少领先欧洲300年。

观星台高12.6米,底部有一面带有雕刻的矮墙,用于帮助天文学家观测日影的长度。告成观星台是砖石混合结构建筑,台体平面方形,下大上小,呈覆斗状。台北面设两个对称的梯道口,梯道的边沿筑围栏一周,顺砖砌壁,红石压顶并造60级石阶,可盘旋登临台顶。

告成观星台是一座具有重要科学研究价值的古代科学遗迹,反映了元代天文仪表革新的巨大成就。

登封观星台

河南登封观星台是中国古代的天文观测台,位于河南省登封县城东南15千米处,始建于元朝初年(1279年前后),是中国现存最早的古天文台建筑,也是世界上重要的天文古迹之一。

观星台用途等同于测量日影的圭表。它高耸的城楼式建筑相当于一根直立于地面上的竿子,台下正北方的“长堤”是一把用以度量日影长度的“量天尺”。台上有两间小屋,一间放着漏壶,一间放着浑仪,两室之间还有一个横梁。每日正午,太阳光将台顶中间横梁的影子投在“量天尺”上。冬至当天正午的投影最长,夏至当天正午的投影最短;从一个冬至或夏至到下一个冬至或夏至,是一个回归年的长度。

中国古代采用这种方法测定一年的长度,为指定历法奠定了基础。元朝杰出的天文学家郭守敬曾在该地主持过测量工作。经考证,除了测量日影和记时的功能外,当年的观星台上可能还有观测星象的设施,并有过在该地观测北极星的记录。

河南登封观星台现存部分已被列为国家重点文物保护单位。

京古观象台

北京古观象台位于北京建国门立交桥西南角,始建于明朝正统年间(1442年左右),是世界上古老的天文台之一。它以建筑完整、仪器精美、历史悠久,以及在东西方文化交流中的独特地位而闻名于世。

北京古观象台在明朝时被称为“观星台”,台上陈设有简仪、浑仪和浑象等大型天文仪器,台下陈设有圭表和漏壶。清代时将观星台改称“观象台”,辛亥革命后改为中央观星台。

清康熙、乾隆年间,天文台上先后增设8件铜制的大型天文仪器,都采用了欧洲天文学度量制和仪器结构。从明朝正统年间到1929年止,北京古观象台连续从事天文观测达500年,在世界上现存的古观象台中保持有连续观测最久的历史记录。

古观象台还以建筑完整、仪器配套齐全在国际上久负盛名。清造的8件大型铜制天文仪器体形巨大,造型美观,雕刻精湛。除造型、花饰、工艺等方面具有中国传统特色外,在刻度、游表和结构方面还反映了西欧文艺复兴时代以后大型天文仪器的发展和成就,是东西方文化交流的历史见证。它们不仅是实用的天文观测工具,还是举世无双的历史文物珍品。

现在北京古观象台已改建成北京古代天文仪器陈列馆,属北京天文台,继续在科学、科普领域发挥重要作用。

马丘比丘古城天文台

马丘比丘天文台位于一座高山山脊上,约建于1460年,是南美印第安人印加文明的重要象征。

16世纪,由于西班牙人的入侵,马丘比丘成为一座废城。其标志性建筑之一,就是“史前石塔”,它是一个带有曲线石墙的特殊造型建筑物。这座古城天文台之所以选择建造在这里,可能是因为其独特的地理、地质。