埃及仰望苍穹之眼:卡塔米亚天文台与自1964年起从东部沙漠观测宇宙的74英寸反射镜

太阳正缓缓沉向东部沙漠的地平线,空气骤然转凉——在沙漠里,这种变化总是猝不及防。在开罗以东的一处高地上,一座巨大的白色圆顶开始缓缓转动,随后它狭长的缝隙一点点张开,宛如一只眼睛在漫长的一天后缓缓睁开眼睑。圆顶内,一位埃及天文学家正查看电脑屏幕,输入一颗遥远恒星的坐标,巨大的望远镜随即悄然转向夜空中一个肉眼无法看见的方位。今晚没有沙尘,天空澄澈——这样的夜晚,正是这里的人们全年翘首以盼的时刻。

这里是卡塔米亚天文台,位于开罗以东约六十公里处,台内那面直径74英寸(约1.88米)的反射镜自1964年投入使用至今。我们发表这篇报道之时,正值“世界空间周”——每年10月4日至10日举行的纪念活动。此前我们曾谈过人造卫星和头顶掠过的种种飞行器,而今天,我们要回到地面,回到沙漠边缘这座六十年来始终守望着埃及“仰望苍穹之眼”的静默圆顶。

世界空间周并非某家公司或杂志一时兴起的噱头,而是联合国大会于1999年12月6日以第54/68号决议正式确立的纪念周。选定这一时段,是因为10月4日是人类历史上第一颗人造卫星“斯普特尼克1号”于1957年发射升空的纪念日,而10月10日则是1967年《外层空间条约》正式生效的纪念日。然而,人类迈向太空的旅程,早在几个世纪之前就已从地面启程——从一座座仰望天空的天文台开始,而埃及正是最早仰望星空的国家之一。

故事要从远早于卡塔米亚的年代讲起。根据国际天文学联合会与联合国教科文组织共同监管的“天文遗产登记册”记载,第一座赫迪夫天文台由埃及科学家马哈茂德·艾哈迈德·哈姆迪·法拉基(Mahmoud Ahmed Hamdi al-Falaki)于1865年在开罗东北部的阿巴西亚建立——开罗市中心一条著名街道正是以他的名字命名。随着城市扩张、灯光蔓延,该天文台于1903年至1904年间迁至开罗以南约三十公里、海拔116米的赫勒万。

在赫勒万,发生了一件值得讲给学童听的往事。英国天文学家兼实业家约翰·亨利·雷诺兹(John Henry Reynolds)向赫勒万天文台捐赠了一台镜面直径三十英寸的反射望远镜,同一份登记册称其为整个非洲大陆上第一台大型望远镜。据登记册记载,雷诺兹之所以特意选择埃及,是因为埃及的气候一年中大部分月份都适宜天文摄影。换言之,我们夏天抱怨不已的烈日,在欧洲科学家眼中却是一笔财富,因为它意味着晴朗无云的天空。

正是用这台望远镜,1907年至1924年间在赫勒万工作的天文学家哈罗德·诺克斯-肖(Harold Knox-Shaw)于1910年那次著名的回归中观测并拍摄了掠过埃及夜空的哈雷彗星,此后他继续研究遥远星云的结构。就这样,赫勒万郊外的一座天文台,成为了世界科学记忆的一部分:那颗曾令全球无数人惊惶不安的彗星,正被人在附近的高地上平静地研究着。

然而,开罗从未停止扩张,城市的灯光也从未停止蔓延,而尘土与烟雾始终是天文学家最古老的敌人。科学家们需要一个更远、更高、也更黑暗的地方。据同一份登记册记载,1948年,埃及签约订购了一台镜面直径74英寸的巨型反射望远镜,准备安装在卡塔米亚。然而这台设备直到1964年才正式投入使用——距签约整整过去了十六年,其间埃及经历了一场革命,以及各个方面的彻底变革。这场漫长延误的具体原因,我们已无从确知,但重要的是,圆顶最终还是打开了,并且至今仍在开启。

读者或许会问:镜面直径74英寸究竟意味着什么?答案是,望远镜的本质是一只用来“汲取”光线的桶,桶口越宽,能从暗弱遥远的天体上汲取的光就越多。这么大的镜面,汇聚的光量远远超过人眼所能捕捉的极限,因此能看见人眼和小型望远镜都无法企及的恒星与星系。数十年来,国际天文学联合会的文献一直将这台望远镜称为北非与中东地区最大的望远镜。如今,它已被更新的望远镜超越:在伊朗,一台镜面直径3.4米的望远镜已于2022年10月首次成功摄光;在土耳其,则有一台口径达四米的望远镜。但据我们所知,截至本文撰写之时,它仍是阿拉伯世界最大的望远镜。

至于承载这一切的机构,历经数十年演变:先是从赫迪夫赫勒万天文台,于1960年更名为赫勒万天文与地球物理研究所,再于1986年更名为我们如今熟知的“国家天文与地球物理研究院”。在这一机构的统辖之下,被监测的不只是宇宙,还有地震——每当大地在我们脚下震动,人们听到的正是这个研究院的名字。也就是说,埃及那只仰望苍穹的眼睛,同时也是那只倾听大地深处的耳朵。

更重要的是,埃及在1948年订购的这台设备,并没有被放任老化。登记册记载,1995年,埃及与德国蔡司公司(Zeiss)签约,对这台望远镜进行翻新升级,包括为其更换主镜与副镜两面新镜——均采用微晶玻璃(Zerodur)制成,原因是原镜面因反复酸洗以便重新镀膜而受损;新的光学系统在因镜面支撑结构设计问题而延迟之后,于2003年正式投入使用。天文台研究人员撰写的一篇论文(发表于2008年,2014年在预印本平台arXiv上公开)对这次升级作了如下描述:全新光学系统、望远镜与圆顶联动的计算机控制系统,以及用于直接成像和光谱分析的CCD数码相机。此外,日本冈山天体物理观测台还向卡塔米亚天文台捐赠了一台光栅摄谱仪,该设备已成功测试并安装于f/18卡塞格林焦点上。

摄谱仪(spectrograph)这个词听起来颇为专业,但它的原理其实简单而奇妙。当星光穿过一面精细的光栅时,会像彩虹一样分解成各种颜色,其中夹杂着细密的暗线——那正是这颗恒星所含化学元素留下的“指纹”。天文学家通过这些谱线,便能判断恒星的构成成分、温度高低,以及它究竟是在靠近还是在远离我们。也就是说,一位坐在东部沙漠里的天文学家,足不出户,便能借助这台由日本制造、由埃及人安装的仪器,读出一颗远在数百光年之外的恒星的化学成分。

卡塔米亚的日子也并非全然顺遂。从沙漠涌来的尘土、时而出现的湿气,以及一年比一年逼近高原的新城灯光,都在与星辰争夺那片天空。据国家天文与地球物理研究院官网介绍,自1964年以来,该台址每年拥有超过220个晴朗夜晚——这一数字是研究院自行公布的,我们未能通过独立测量加以核实,但它足以说明:晴朗的夜晚才是天文台真正的“资本”,而每一个因沙尘而被迫关闭圆顶的夜晚,都是从科研生命中白白流失的一夜。

我们想要传达的信息是:埃及的天文学并非只是历史书里讲述金字塔与星辰对位关系的一页,也不只是哈雷彗星掠过赫勒万夜空的一段美丽逸闻。它是一座仍在运转的科研设施——圆顶仍在转动,镜面仍在汇聚光线,计算机仍在指引方向,相机仍在记录影像,而埃及的研究人员仍在国际期刊上发表论文。今天站在早读队伍里的学生,或是坐在物理课堂上的学生,都可以怀抱一个并非虚幻、而是切实可行的梦想:有朝一日站在那座圆顶之下,亲手输入一颗恒星的坐标。

今晚当你回到家中,走上阳台或屋顶,端起一杯茶时,不妨稍稍抬起头来。在街灯与广告牌的光亮之间,你或许能瞥见一两颗星星。请记得:在开罗以东约一小时车程之外,此刻也有人正抬头仰望同一片夜空,只不过他凭借的是一面直径74英寸的镜面——你眼中那颗黯淡的星星,在他眼中却是无数恒星、星系,以及跨越数百年的化学信息。自1964年起,埃及仰望苍穹的这只眼睛便一直睁着,如今依然睁着,而它需要新一代人来继续守护——或许是你的儿子,或许是你的女儿,又或许,就是你自己。