上海天文馆项目工地正式复工，明年将成全球最大天文馆

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作者：威廉·法尔布雷斯

近日，据上海发布的消息，上海天文馆（上海科技馆分馆）项目工地正式复工。工地位于浦东新区临港大道与环湖北三路交汇处，距离地铁十六号线滴水湖北站约700米。工程包括主楼，以及青少年观测基地、公众天文台、魔幻太阳塔等附属建筑。建成后将成为全球建筑面积最大的天文馆，预计明年开放。

上海天文馆项目施工现场。

上海天文馆设计合伙人  Huang 表示：“斩获众多国际大奖的上海天文馆设计，象征着融合时空的思考与创造力：现代前瞻的建筑设计与历史文脉相衔接，在从古至今丰富的天文研究积累中体现出中国对未来太空探索的雄心。带有历史背景的‘轨道’设计与天文馆本身的科研目的，传递出超越科学本身的内容：在浩瀚未知的宇宙中，作为人类的意义。”

建筑师威廉·法布雷斯为天文馆写了一本“传记”。作为大多数人童年记忆的一部分，天文馆从何而来？它是如何模拟太阳系和宇宙的，又是如何随着天文学的发展而变化的？它的内部和外部结构之间有什么联系？对于现代天文馆来说，天文学和宇宙学的进步如何影响天文馆？这些问题的答案都可以在这本书中找到。以下内容摘录自威廉·法布雷斯所著的《天文馆简史：从星空剧场到现代天文馆》，已获出版社授权出版。

《天文馆简史：从星空剧场到现代天文馆》，作者： [英国]，朱炬译，中信出版社·鹦鹉螺出版社2019年11月出版。

星空剧院的演示并没有阐明当时天文学的复杂性

让我们回顾一下埃及太阳女神努特的简单时代。她星光闪耀的身体覆盖了地球表面。黄昏时她吞噬太阳，黎明时又将其重生——象征着人类灵魂的无尽轮回。这些概念，即使本质上难以捉摸，也可以通过法老墓穴壁画的形式来说明，以配合女神的神话。任何人都能理解夜空的景象，即使当时只有祭司才能理解这一概念背后的复杂性。

鲍尔斯菲尔德在耶拿的天文馆有其自身的简单性。它展示了行星系统围绕太阳的运动，虽然不像努特神话那样令人着迷，但每个人都能理解。星空剧院的演示模拟了观察者在晴朗的夜晚所看到的景象，但并没有阐明当时天文学的复杂性。这些问题超出了普通观察者所能理解的范围，远远超出了真实夜空的简单形象。天文馆圆顶的结构采用了边界清晰的太阳系概念，复制了从地球上看到的真实夜空。在很短的一段时间内，天文馆建筑的外部和内部可以属于同一个系统。

但今天，我们需要考虑无数的宇宙现象，它们不符合任何有限的建筑空间。这些东西往往缺乏自己的明确形式，或者根本不存在于我们的视野范围内。这个名单以一定的天文节奏继续下去——黑洞、棕矮星、类星体、脉冲星、宇宙射线、不同“味道”的中​​微子、弱相互作用大质量粒子 (WIMP)、不确定性原理、微扰理论、虫洞、白洞、轴子、暗流体、狄拉克海、外星通信、多元宇宙，以及许多其他目前仅作为概念存在于这个狂野而分散的科学猜想领域的东西。

上海天文馆。图片来自建筑设计公司官网。

天文学以及宇宙学和天体物理学等相关科学成为各种潜在有趣现象的重要场所，例如中世纪天文学家提出的充满天空空白的奇妙动物和人类形象，或文艺复兴时期宇宙学家想象的各种级别的天使和其他天体生物。其中许多现象是当代科学在理论上提出的，但很少有肉眼可以从地球表面观察到。大多数需要极其复杂的仪器才能探测、研究和解释。我们几乎看不到任何东西，因为这些东西太远了，其中许多根本就看不见。可见的纯物质存在逐渐被降为次要角色，因为宇宙现在被认为本质上是看不见的和无形的。

天文学家现在推测（但不能真正确定，因为理论和反理论正在迅速发展）暗物质和暗能量占宇宙的 90% 以上。因此，我们人类甚至不是由与宇宙大部分相同的物质构成的，我们可能只是一个更大故事中微小而微不足道的一部分。这种推测一直回荡在诗意的理论和似乎早已被遗忘的古代神话中。

天体物理学家弗兰克·克洛斯 (Frank Close) 在其著作《虚空》 (2009) 中，将当今对存在与不存在或可能不存在的探索与《梨俱吠陀》中的一段古老经文进行了对比：“不存在之物，存在之物亦非存在之物/黑暗被黑暗所覆盖/虚空包围着成为之物。”天文学的精确性正在接近神秘诗学的模糊性。一个展示虚空原理的天文馆将是一个有趣的提议。

蔡司投影仪投射的火星和木星轨道，1996 年。

天文学和宇宙学的进步如何影响天文馆？

从地球表面看到的夜空一直是天文馆的传统拍摄起点，但它正逐渐被遮蔽。2016年6月，意大利光污染科学技术研究所和美国国家海洋和大气管理局的一项联合研究发现，由于光污染，60%的欧洲人和80%的北美人已经无法分辨我们银河系的光带，而全球超过30%的人口已经无法分辨银河系。路灯和其他人工光源和照明设施发出的光到达夜空，被大气中的水滴反射，形成“天空辉光”。如果能把城市和高速公路沿线的所有灯光都关掉，这种光污染就会减少，这个问题从奥斯卡·冯·米勒时代就开始逐渐显现出来。

在我们观测夜空的距离不断缩小的同时，太空探测器正以惊人的精度观察越来越遥远的物体。1990年，哈勃太空望远镜在拖延多年后发射升空，成为第一台能够从地球大气层外进行观测的望远镜。1992年，宇宙背景探测器开始研究大爆炸产生的辐射。1997年，卡西尼号探测器向土星发射，其着陆器惠更斯号于2005年降落在土卫六上。2012年，观测天文学家使用夏威夷的凯克望远镜首次提供了黑洞存在的证据。2015年，位于路易斯安那州和华盛顿州的激光干涉引力波天文台（LIGO）探测到了13亿年前两个黑洞合并产生的引力波。 2017年，航海者2号探测器正在接近星际空间，朱诺号探测器则穿过木星极不稳定的磁场，开始了计划中的37次轨道飞行中的第一次。

这些探测器可以将高分辨率图像发回地球，并对视野进行视觉扫描。但它们也有局限性。膨胀宇宙中的一些现象距离我们太远，以至于它们的光无法到达我们。这意味着，假设光速是绝对的，我们无法从地球上看到这些现象。可见宇宙确实有一定的极限。

天文学和宇宙学的这些进步如何影响天文馆？天文馆不再处理相对简单的太阳系，而是必须考虑不断膨胀的宇宙，其中大部分都超出了我们的可见范围。天文馆可以遵循各种路径，每条路径指向不同的方向。它可以成为一个展示旧天文学思想和重复熟悉节目的博物馆，虽然迷人但越来越不相关，就像一个几十年来一直在重演熟悉戏剧的剧院。它可以成为一种天文剧场，模仿流行太空电影的特效，如《地心引力》（2013 年）、《星际穿越》（2014 年），甚至是《生命之树》（2011 年）中用蜡和油创造的令人着迷的宇宙模拟。它可以与宗教和灵性联系起来，这些概念传统上侧重于可见之外的存在。或者它可以变得更加技术化，适应技术的不断进步，如数字投影仪的出现，以及计算机的巨大存储容量，这些存储容量允许将现代天文学所需的越来越复杂的图像投射到半球形屏幕上。随着当今智能手机功能越来越强大的趋势，人们可能想知道天文馆是否也会在不久的将来变得个性化，创造出个人版本的数字天空。

事实上，每条路径上都有天文馆，不同的路线经常相交，就像不同类型的戏剧（神圣、世俗、直觉等）相交一样。但天文馆里的几乎所有表演都是社交性的，涉及大群人聚集在一起观看星星的出现。当灯光变暗，星星出现时，不可避免地会发出惊叹声和感叹声，即使是自以为已经看过一切的当代人也会发出这样的惊叹声。

投影技术的快速发展改变了天文馆表演的性质

计算机技术的快速发展以及存储和投射大量信息的能力已经改变了天文馆观察宇宙的方式。在我们这个时代，数字投影仪正在提供相当于鲍尔斯菲尔德在 20 世纪 20 年代为当时更为有限的模拟世界所做的贡献。

全能计算机一直是科幻小说的宠儿，自 1960 年代以来便出现在天文馆中，并经常与多年来最受欢迎的宇宙灾难故事联系在一起。两者都出现在艾萨克·阿西莫夫的短篇小说《最后》（1956 年）中，其中两位身穿传统白大褂的科学家讨论了宇宙的终结：

“我明白，”阿德利说，“没必要大喊大叫。太阳一消失，其他星星也就消失了。”

“当然它们消失了，”卢波夫喃喃道，“一切都始于最初的宇宙爆炸，不管那是什么，当所有恒星都熄灭时，一切就都结束了。”

两位科学家向一台强大的计算机询问是否有办法减少宇宙中的熵——熵的增加最终将导致所有生命灭亡。计算机回答说：“没有足够的信息来得出有意义的答案。”同样的问题一遍又一遍地重复了一百多万年，答案始终如一。最后，在宇宙灭亡的时刻，终于获得了宇宙中所有能量的计算机突然发出了一声早已消失的人类无法听到的回答：“‘要有光！’于是就有了光。”

整个传奇故事又开始了。《最后的问题》是美国天文馆最受欢迎的节目主题之一。以伦纳德·尼莫伊为叙述者的版本在密歇根州的艾布拉姆斯天文馆、纽约的海登天文馆以及埃德蒙顿、波士顿、费城等许多地方的天文馆中播出，甚至一直持续到今天。不难相信，这个故事对经营天文馆的人来说具有相当大的吸引力——真实的宇宙终结了，星空秀也结束了，但作为机械“动态天空”的计算机或投影仪以神圣的光明重生宣告重新开始了宇宙秀。

投影技术真正的进步发生在 20 世纪 80 年代，它迅速改变了天文馆表演的性质。美国马里兰科学中心首次使用全天系统，该系统由六台幻灯片投影仪组成，每台投影仪都配有特殊的广角镜头，从顶部向内 60 度投射到穹顶的三角形部分。这些部分巧妙地组合成覆盖整个穹顶的 360 度图像。投射在穹顶上的图像并不全是天文图像，也可以是艺术品或天气状况，因此穹顶可以用来创造身处异地的幻觉。全天系统还可以投射建筑物的图像，例如，让人感觉身处圣彼得大教堂的穹顶之下或阿尔罕布拉宫的星光大厅。

20 世纪 80 年代，德国沃尔夫斯堡天文馆的激光表演。

第一台数字天文馆投影仪  是由数字图形公司  发明的，并于 1983 年首次安装在弗吉尼亚州里士满的天文馆。它能够通过鱼眼镜头将计算机软件创建的一系列图像投射到圆顶上，从而摆脱了以前投影仪的机械限制。所有那些以不同速度移动的奇妙灯光和当时为特效制作的各种幻灯片，都是从剧院的舞台特技中借鉴而来的，都被一个简单的盒子所取代。

这些早期的数字投影仪有其缺点。它们通过线框工作，因此只能产生黑白点和线。早期的图像质量也很差，分辨率远低于模拟投影仪。它们也没有穹顶下巨大的蔡司哑铃形投影仪那样的气势。但数字投影仪发展迅速，各种各样的制造商都生产出细节越来越精细、图像分辨率越来越高的投影仪。

1993 年，自 20 世纪 20 年代以来以各种形式出现的巨型蔡司哑铃形模拟投影仪演变为比例更适中的 Mark VII，被称为“恒星球”。这台机器是一项了不起的技术成就，所有复杂的机械设备都组合在一个大致呈球形的外壳中。同样在 1993 年，慕尼黑新德意志博物馆天文馆投入使用星球投影仪，配有 80 台单帧投影仪、6 台视频投影仪和安装在机械臂上的激光发射器。观众可以使用座位上的按钮来控制内容。

20世纪90年代，纽约、柏林、慕尼黑等地的高端天文馆将幻灯机、激光、胶片和音响系统结合在一起，全部通过计算机连接和控制（因为各种投影设备过于复杂，讲解员无法手动操作），产生令人眼花缭乱的特效，如银河系深处的旅程、爆炸的恒星、浩瀚的宇宙景观等。

有时，壮观的激光表演伴随着重金属音乐，让这些表演看起来像是一种“天文迪斯科”。几年来，竞技场摇滚和天文学并行不悖，形成了中世纪行星演奏的天体音乐的更新版本。平克·弗洛伊德的《月之暗面》（1973 年）在伦敦天文馆演出，发电站乐队在体育场的一场音乐会上在发光的行星背景前演奏了他们的器乐《彗星旋律》。

蔡司宇宙博物馆投影仪。

原有天文馆的大胆和实验精神依然存在

21 世纪初期，一些天文馆发展成为令人惊叹的太空娱乐中心，既是科学机构，又是巨幕影院。当时，投影设备价格昂贵，只有资金充足的天文馆（如纽约市罗斯地球与太空中心和芝加哥阿德勒天文馆）才能负担得起这样的项目。如今，投影设备便宜得多，而且可以产生高清图像，使得数字投影仪几乎成为天文馆的标准设备。

如今的数字投影仪可以穿越时空，从任何角度展示太阳系和星系，并在微观和宇宙尺度之间切换。天文馆投影仪可以产生任何所需的效果，因此从某种意义上说，它可以投射天文学的任何视觉进步，并提供类星体和黑洞等物体的假设视图。一些天文馆投影仪现在连接到互联网，可以显示轨道望远镜和太空探测器发回的实时图像，本质上成为面向广大观众的数字天文台。与传统的模拟表演相比，在现代天文馆中，现实与想象越来越紧密地交织在一起。

名古屋天文馆，2011 年。

然而，天空无法容忍地面上的平庸。原始天文馆的大胆和实验精神仍然存在。带有圆顶的现代天文馆内部本身并不是什么新鲜事，它类似于一个相当普通的电影院。但如果天文馆内部的空间没有传统的圆顶会怎样？毕竟，将圆顶作为人造天空的一般想法可以追溯到库思老国王时代。埃蒂安-路易·布雷在设计他宏伟的 18 世纪球体时设想了一个完全球形的内部，但这个球体从未建成过。也有各种关于 360 度天文馆的提案，配备计算机，可以将高分辨率图像信息投射到球体内部。

1985年，伦敦的伊恩·里奇建筑师事务所提出了一项名为“球形地平线”（ ​​ns）的方案，建在格林威治本初子午线不远处的河岸上。该建筑设计为一个直径30米的玻璃球，里面是另一个钢球，球体横截面上嵌有不反射的玻璃地板。外球由边缘的外部柱子支撑。300名观众可以躺在或坐在玻璃地板上，两台投影仪（一台用于上半球，一台用于下半球）将图像360度投射到球体中，营造出整个空间的幻觉。

现代天文馆最有趣的地方在于其内部规划，而非外部。光的投射创造了一个广阔的、无尺度的空间。这种空间的非物质化是 20 世纪早期建筑的野心之一，当时出现了内部隔断最少的玻璃建筑。天文馆的规划更进一步，暗示物理边界可能会完全消失。礼堂里的人们既处于日常生活的空间中，又处于看似无限的宇宙中。

很少有天文馆的外观能达到这样的要求；它们通常只能与某种建筑风格的墙壁相配。从某种意义上说，无论半球形穹顶内部空间是什么样子，它都可以融入大多数建筑形式——球形、寺庙式、现代主义、后现代主义、新现代主义，或任何当前流行的形式。至于非视觉、非物质的天文学能启发出什么样的天文馆建筑，这还是一个悬而未决的问题。

虽然还没有天文馆敢于追随球形视野，打造球形的室内投影空间，但不少天文馆都采用了球体作为外部建筑形态，自然而然地让人联想到行星等天体。

以上内容摘录自《天文馆简史：从星空剧场到现代天文馆》，较原文有编辑修改，小标题为编者所加，不属于原文所有，已获出版社授权发表。

作者：威廉·法尔布雷斯

摘自：何安安

责任编辑：安野

何岩 校对