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白天不能观星,时光无法倒流.可是,既然太阳系里各个主要天体的运动,都可以通过公式计算出来,那么基于天文研究设备开发的模拟装置,就可以为公众演示天体的运行,乃至“回看”错过的天文奇观.
这样的想法,使最早一批天文馆做到以诞生.但直到德国电气工程师奥斯卡·冯·米勒在筹建德意志博物馆时,引入天象仪来克服实体模型的局限性,现代意义上的天文馆才做到以奠基.100多年过去,这项创意已经为包括北京天文馆在内的世界各地的天文馆所用,使天文科普拥有了一个上佳的舞台.
摆脱机械演示的局限
运用精密设备向公众演示天体运行的想法,在欧洲最迟可以追溯到18世纪后半叶.当时,一些天文学专家和教育界人士开始尝试将天文演示设备从科研器材中分离出来,以作科普用途.
荷兰业余天文学家艾斯·艾兴伽,就因为“毁家做科普”的壮举而名垂史册.1774年,有感于一则“四星伴月将毁灭地球”伪科学谣言惊人的传播速度,他拆掉自己住宅中所有的装饰结构,用7年的时间,在二楼布置了一套复杂的机械,并且用一楼客厅的天花板作为天象演示的场地,布置了太阳和当时人类已知的6颗大行星（从水星到土星）的模型.行星模型在二楼机械的驱动下,沿着开设在天花板上的槽位巡行,从而直观地演示了太阳系的结构.
这座古老的天文馆至今仍然对外开放,然而,缺乏可扩展性也是它难以回避的“硬伤”.就在天文馆竣工的同一年,人类发现了太阳系的第七颗大行星天王星,可是艾兴伽的太阳系模型已经占据了整个天花板,不可能再增加一条轨道,也不可能拆除刚刚建成的演示设备另起炉灶.此外,只凭太阳系模型能够演示的天文现象其实相当有限,而想要用实体模型展示满天繁星,显然是一项劳动量惊人的浩大工程.
当奥斯卡·冯·米勒想在德意志博物馆里为观众模拟演示星空时,电气时代的技术让他另辟蹊径.为了全面展示人类在自然科学研究和工程技术实践这两个领域创造的奇迹,德意志博物馆不仅*了大量珍贵的科技史文物,而且设置了一些动态演示项目,模拟星空便在计划之列.
因此,1906年,当德意志博物馆的临时馆址在纽伦堡开幕、新馆址也在慕尼黑奠基之时,冯·米勒开始寻求模拟星空的技术手段.1913年,他的目光投向了德国中部被誉为“光学城”的耶拿.坐落在这里的卡尔·蔡司公司,已经同海德堡大学的天文学家马克斯·沃尔夫一起,为研发“人造星空”奋战了3年之久,却不做到其门而入.
在双方合作之初,沃尔夫想到,人观看天空时会有“天似穹庐”的感觉,因而“人造星空”也应该被布设在穹顶建筑之中,方能与人的直觉相符,令模拟效果更接近真实.可是,接下来的局面却让大家一筹莫展,因为模拟设备需要展示出星空在一年四季里的变化,无论怎样设置,都会让整套设备变做到极为复杂,远远超出当时技术的极限.若再考虑对太阳系天体运行的模拟,并为未知行星预留位置,那每一颗行星的轨道就难免会与星空背景发生冲突.这再一次证明了传统的机械手段或者说实体模型,不适合完成这项任务.
命运多舛的科普殿堂
随着冯·米勒参与研发工作,天文、光学和电气领域顶尖头脑的碰撞,将研发工作引到了一个全新的方向.1914年,他们灵光一现：应该先在穹顶内部铺设银幕,再用精密的投影设备在银幕上投影出星空背景,从而避免直接在穹顶上布设灯具和实体模型的局限.这项革命性的创意,便是今天世界上所有现代天文馆的技术基础.
蔡司公司随即着手进行天象仪原型机的细化设计工作,因为德意志博物馆新馆计划在1915年开馆,时间已经相当紧张.然而,就在1914年夏天,第一次世界大战爆发了.随着越来越多的社会资源被投入战场,德意志博物馆新馆工程不得不停工,“人造星空”的开发和建造也只做到暂停.
1918年11月,持续4年多的战事终于落下帷幕.战争带来的损失和巨额赔款,摧垮了德国的经济.尽管如此,蔡司公司的研发团队仍然以德国人特有的坚韧恪尽职责—对“人造星空”的研发在战后初期艰难的岁月里继续推进.1923年,第一台天象仪的工程样机终于在耶拿问世,第二年,它又被运到慕尼黑,在即将完工的德意志博物馆里进行测试.
1925年5月,冯·米勒在他70岁生日这天,打开了德意志博物馆新馆的大门,世界上第一座现代天文馆也正式投入运行.全新的博物馆和“人造星空”演示虽然迟到了10年,却依然彰显出德國强劲的科技实力.
如今,这台世界上最早的天象仪已经“退位”,成为德意志博物馆里弥足珍贵的科技史文物.它被安放在天文仪器展厅外面的特设展区,诉说着现代天文馆的起源,以及德国人不屈的精神.
“白日观星”传遍全世界
光阴流转,由德意志博物馆与蔡司公司合作研制的现代天文馆技术,被越来越多的国家所采用.因为它赋予了天象演示和天文科普最大的灵活性,不必专门等待夜晚,更不必等待某个特定天文现象出现.
这项在德国出现的全新科普展示手段,在诞生之初自然也引起了中国科技界的关注.早在1929年,国立天文陈列馆（今天的北京古观象台）的发展报告中,便呼吁中国建立天文馆.然而,当时的中国贫穷且战祸频仍,显然拿不出足够的时间、资金和人才兴建这样一座向公众开放的科普场馆,也无力从德国采购天象仪.直到中华人民共和国成立之后,建造天文馆的计划方才被提上议事日程.从1955年10月开始动工,仅仅不到两年,北京天文馆就于1957年9月竣工开馆,成为当时亚洲最大也最先进的天文馆.
在北京天文馆里,天象厅依然是不可或缺的“重头戏”.2007年北京天文馆进行老馆改造工程的时候,引入了目前使用的蔡司宇宙9型天象仪.这台购自德国的新锐设备,采用两个半球对接的近似蛋型的结构,为天象仪内星辰数据的排布提供了足够的空间.因此,这台天象仪在启用之时,可以还原地球上肉眼可见的9000颗左右的恒星,模拟地球上任何一点所能见到的星空.不仅如此,在那一次改造工程中,北京天文馆还将老式的布质球幕换装为美国Spitz公司制作精良的金属质地球幕,来获得更好的演示效果.
人造星空论文参考资料：
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