在比尔城堡内,罗斯伯爵三世为了欢娱家宴上的宾朋,惯常要展示他那架七十二英寸的望远镜。在当时1845年,这架望远镜要算是全世界最大的了。粗大而笨重的木管望远镜就放在城堡外的二大堵砖墙之间,它必须靠伯爵庄园里的工人操纵滑轮和锤砣等独特装置才能移动。如果爱尔兰冬天多云的气候条件许可的话,伯爵就将望远镜朝向天空,接着在客人们叽叽喳喳的交谈声,工人们的吆喝声,以及木制望远镜的吱吱嘎嘎的响声中,伯爵费力地描绘起星云草图来。其中有许多星云是通过这架望远镜第一次观察到的。
相距一百三十五年以后,我在亚利桑那山顶用计算机控制的望远镜(大小和罗斯伯爵的那架相仿)来观察同样的星云(现已称为星系)。我用对准望远镜焦点的电视摄像机,将星系发出的光汇集拢来,贮存到计算机内,然后使它在屏幕上再现出来,因此我可以在有暖气的房间里进行天文观察了。当我这样做的时候,我脑中闪现出一个念头:对这些现代化的研究天文的方法,不知道罗斯伯爵将会有何感想?作为机械学方面的一位天才,罗斯伯爵肯定会迅速理解和欣赏这些反映了现代天文学技术特点的装置的。也许在他看来最惊人的成就是快速小型的数字计算机,这使天文学家能从另一间房间或另一幢大楼的终端装置那里控制望远镜。
观察靠人眼(如罗斯伯爵的探测器)早已改为靠照相底片了,而后者目前又为电荷耦合装置摄影机所取代。这种最近才被改装于天文研究的摄影机是由一万个微小的密集在不及大拇指甲十分之一的面积内的探测元件构成的。每一个元件都能以高效率探测到光子,并发出数字输出信号,立刻交计算机加以处理。这种装置可用来直接拍摄天空图像,也可用来记录分光摄谱仪的输出。在这两种用途上,电荷耦合装置的优点是效率高,活动范围广,并有计算机联同输出。
虽然需要在中心实验室用大型设备来进行最后的数据处理,但观察人员必须立刻获得运算结果才能规划下一步的观察方向。因而,目前绝大多数天文观察项目都需要当场利用计算机,这些计算机不仅起到分析数据的作用,而且能够控制仪器、望远镜座架,甚至望远镜的镜片。因此天文学家已开始摆脱了实地观察,他的主要工作是操纵计算机终端装置。
现代天文学研究的一个独特之点,是必须在地球上人迹最稀少、最遥远的地方使用极其精密的仪器。由于受大气层“可见度”的限制(基本上要求望远镜上空的大气静止不动),光学天文台几乎全都设在高山上。为了避开城市的散射光的影响,这些山顶应离文明世界愈远愈好。智利的安第斯山脉、墨西哥的下加利福尼亚、美国的夏威夷、亚利桑那和大西洋上的加那利群岛等地的高山顶上,都是最适合进行天文观察的地方。可是这些遥远的地方,乍看上去没有一处会使你想到它和现代天文学的研究有关。
虽然计算机已经取代了传统天文学家的如此多方面的天文观察技术,人们注意到在观察过程中有时仍要采用最古老的方法,即要求天文学家守在望远镜前。既然在宇宙空间的望远镜可以通过大城市实验站的控制室进行操作,那么为什么设在地面的望远镜不可以这么办呢?虽然为了方便起见,地面望远镜不必全自动操作,也就是说,仍可留个把技术人员在天文台,但观察程序完全可由天文学家从远在几千里外的办公室中指挥。只要建立起电话联系,天文学家几乎立刻能从望远镜那里取回数据,这样他就能立时作出观察程序的决断。
十三年前,当史密松天体物理天文台在南亚利桑那创设霍普金斯山天文台时,人们就意识到,如果没有某种遥控观察系统,旅费将成为研究计划中的主要考虑因素。他们雇用了亚利桑那当地技术员,在数名常驻在天文台的天文学家的监督下,在卫星跟踪和伽马射线背景天文学研究项目方面首先实施了这种遥控计划。后来又扩大运用于靠小型望远镜对一般星体作常规测量的光学天文学上。
到七十年代末,该天文台的二十四英寸和六十英寸望远镜的几乎半数观察任务是通过遥控监视的。多镜片望远镜(相当于一百七十六英寸口径望远镜)将在今年启用,人们预计它将用同样的方法操纵。
虽然这种遥控计划只是在比较常规的观察工作中才真正行之有效,可是计算机技术已使常规观察项目扩大了。这种遥控计划最适用于包含大量相同观察任务的项目,例如为了确定某个星体的类别所进行的各种观察。
天文学家坐在波士顿办公室里计算机终端装置旁边,却可以指挥亚利桑那山顶的观察项目,这和罗斯伯爵饭后在“前院”观察星空的情景已大不相同。我免不了在想,这种新的天文学研究方法对罗斯伯爵恐怕没有太大的吸引力吧。许多曾被那种在清澈的寒夜从遥远的山顶观察天空的浪漫景象吸引到这一研究领域来的天文学家,也会有同感。天文学家办公室里的计算机终端装置,纵然令人舒适和工作效率很高,对许多人来说,它已失却了那种使人激动、紧张的东西:实地观察,从繁星中寻找目标,对仪器作细微的调节,从噪声中立即看到信号,以及在观察时的个人责任感。如果天文学家和仪器离得太远,确实会使他的工作丧失天文学的特点。
但是,详细议论现代天文学家所使用的器械和方法,会使我们怀念起过去十年中天文学的奇妙境界。由于技术的发展,我们对宇宙的了解也突飞猛进了,而这种了解在罗斯伯爵时代是不可能的。每—个科学领域均经历了剧变,但首先要推天体物理学。只要提起一些新的天文词汇,如类星体、脉冲星、中子星、爆发星、黑洞,就可以明白,我们生活在比十年前所设想的更丰富多样(也许最终更能理解)的宇宙之中。也许罗斯伯爵会认为我们的研究方法很奇怪,也不够吸引人,但是几乎每周出版的关于新的意想不到的发现一览表,一定会使他兴奋不已。
(The Christian Science Monitor,1980年3月17日)
——————
原注:特雷弗·C·威克斯,天文学家,在亚利桑那州阿马多附近的霍普金斯山天文台工作。该天文台是史密松学会天体物理天文台的一个设施。