入选世界遗产的天文台，有啥特别的？-深度-知识分子

入选世界遗产的天文台，有啥特别的？

2019/11/19

导读

这里是一切开始的地方

坐落于英国柴郡乡下的Jodrell Bank天文台今年入选了世界遗产名录。为什么一个天文台能够进入这样的名录，它有着什么样迷人的故事呢？

（本文作者在Jodrell Bank天文台生活工作过若干年头，积累了一肚子的故事和八卦〜）

晚霞沐浴下的Lovell望远镜

撰文 | 许丹丹

编辑 | 韩越扬

Lovell望远镜是当今世界第三大全可动式射电望远镜（口径76米），坐落于东经2°18'北纬53°14'，英国柴郡（Cheshire）乡下一个名为Jodrell Bank（乔德瑞尔班克）的天文台。2019年7月7日，Jodrell Bank天文台入选了UNESCO世界文化遗产。

Jodrell Bank天文台位于曼彻斯特南偏西约30公里处一个名叫Goostrey的小村庄的东北边缘。这个安静的英式村庄历史悠久，拥有一座院里院外都开满蓝紫色和粉红色郁金香的英式教堂，两个具有重要战略意义的乡下酒吧。这里有成片的麦田和草场：每年到了七月底、八月初的时候，金灿灿的麦子闪亮得刺眼；金黄的草场里会堆起一坨坨半人高或圆或方的干草捆（供牲畜们过冬）——“堆置干草垛”曾是英国农牧业区长大的孩子们盛夏最爱的田间实践；而草场上一年四季的其它时间都长着专注吃草的羊。

图1. Jodrell Bank 天文台附近的农场

由Goostrey开车沿A535公路向北，沿途都是大片的农场和庄园：绿绿的草场上不规则地点缀着巨大的橡树和苹果树，还有被小树林包围的池塘。这里可能是柴郡最美丽的地方了：从谷歌地图上看去，整片地区好像一幅用不同层次的绿和黄刷成的油画，上面零星点缀着农舍、别墅和教堂。的确，Goostrey实际上处于柴郡“黄金三角”地区的西南边缘：其东北方向的隔壁小镇Wilmslow和Alderly Edge住着球星、影星、大企业家等各种社会名流；整个地区以昂贵的别墅庄园和优美恬静的田园风光而著称。

图2. Jodrell Bank地区的田园风光俯视（图源：谷歌地图）

观天利器

Jodrell Bank天文台就坐落在如此美丽如画的英国柴郡乡村；它是这个地区最特别的一道风景。这里坐落有世界上第三大的全可动式射电望远镜——口径76米的Lovell望远镜。这个庞然大物的脚下还有一架13米的射电望远镜，取名为“42ft”，常年用于对蟹状星云中脉冲星的观测。Lovell望远镜东南方300米左右的距离上还站着另外两架射电望远镜，一架是38米宽的Mark II，另一架是7米口径的教学望远镜。

天文台的所在地原先是曼彻斯特大学植物系的实验田，后来成为曼彻斯特大学的雷达实验基地；今天它还是大学天体物理中心的观测基地以及Square Kilometre Array（SKA，平方公里阵列）的总部所在。

图3. 白天和夜晚高大威武的Lovell望远镜

说起Lovell望远镜，它起初被命名为“Mark I”，直到1987年才被正式更名为“Lovell望远镜”——以Sir Bernard Lovell（Bernard Lovell爵士）的名字来命名；他是大望远镜建设的总负责人，也是Jodrell Bank天文台的第一任台长。

Lovell望远镜是世界第三大的全可动式射电望远镜；并列第一大的是70年代建成的德国Effelsberg 望远镜和本世纪初建成的美国Green Bank望远镜，二者口径均为100米。全可动的工作方式意味着望远镜可以通过机械转向系统而指向全天任意方位，从而瞄准不同位置的观测对象。

值得一提的是，坐落于大西洋岛国波多黎各山谷中、曾用于拍摄电影《007黄金眼》的直径300米的Arecibo射电望远镜，虽然其镜体本身无法转动，然而它可以通过绳索系统来移动悬挂馈源的位置，从而“瞄准”天空的不同方位（由于望远镜采用球面设计）。而属于我们自己的、坐落于贵州山谷的直径500米的天眼（FAST）射电望远镜（当之无愧世界最大的单孔径射电望远镜），虽然同样无法移动整个镜体本身，但它采用了独具匠心的“活动镜面”技术（其表面由四千多块独立的反射面板共同拼接而成），可以通过局部镜面变形来调节焦点位置，从而实现对不同天空位置的“瞄准”。

负债累累

说起望远镜建造的有趣历史，1948年，Bernard Lovell为预期建造的当时世界上最大的射电望远镜做出了6万英镑的预算；望远镜始建于1952年，截至1957年完工时，实际花费为最初预算的十倍有余！Bernard Lovell为此负债累累，还被一些短视的政客指责严重超额花费公共资源，面临被送进监牢的危险！

是什么堵住了这些无聊政客的嘴呢？1957年8月，望远镜竣工后便很快投入使用；当时正值美苏太空竞赛。两个月后，苏联把第一颗人造地球卫星Sputnik 1送上太空，实现了三个星期的绕地轨道飞行。Lovell望远镜是西方国家唯一能追踪到Sputnik 1的观测设备。1960年3月，美国国家航空航天局又送“先驱者5号”前往金星。Lovell望远镜，作为当时世界上唯一能担此重任的地面设备，向远在千万公里以外的“先驱者5号”传达“火箭脱离”等系列指令、追踪并接收远在天边的飞船发出的信息。这次任务之后，Bernard Lovell接到Nuffield勋爵的电话：“你的望远镜还欠着多少钱？” “5万英镑。” “就这么多么？我要把它全部还清……”所以当年的Jodrell Bank天文台还曾有过另一个名字，就是“Nuffield射电天文实验基地”。

1966年2月，苏联抢在美国“阿波罗11号”载人登月之前，悄悄发射了无人登月飞船“月球9号”，并成功实现了人类历史上的第一次月球软着陆。当时苏联并没有提前对全世界宣布此次登月任务，然而“月球9号”的全程飞行、包括最终的月面软着陆，始终被Lovell望远镜仔细地监听着；被望远镜同时截获的还有“月球9号”在软着陆之后发出的一段射电信息。Bernard Lovell爵士猜测，这发回地球的信息很有可能是以普通传真电文形式传输的月球图像。于是 Jodrell Bank天文台顽皮的科学家们就用伦敦《每日快报》提供的一架商业传真机解译了获取的编码，并于苏联之前发布了第一张月面照片！所以，技术先进，就能任性！

Lovell望远镜在历史上曾被“更新升级”，现在表面的反射镜面是后来又一次加筑上去的。当2003年望远镜重新开放的时候，当时查尔斯王子参加了开放庆典。他身边并没有带保镖，和各地前来庆祝的普通人群非常接近！

其实在历史上，Lovell望远镜始终在寻求外部经济支持。曾有一段时期大家甚至考虑将Jodrell Bank改变为科普基地，修筑一部电梯将游客直接送到望远镜的反射镜面层，以这样的方式吸引游客和创收（幸亏没有这样做！）。当然，最终曼彻斯特大学终于意识到Lovell望远镜和天文台的对学生有着巨大的吸引力。于是，为了扩大知名度，曼彻斯特大学每年都会联合英国BBC广播电台，在柴郡乡下的Jodrell Bank天文台上映一场摇滚音乐会！

图4. 2003年4月28号，查尔斯王子当时参加了Lovell望远镜升级的“开放”庆典。图右侧柱拐杖的长者为Lovell爵士。

成果也累累

其实，Lovell望远镜在科学界的知名度远远高出它在社会上的知名度！它在过去的70年里做出了众多至关重要的科学发现。自建成之初，它就很快被投入使用，测量了第一批被观测到的类星体的尺度。类星体是天文学家给一类非常遥远的星系中明亮的核心区域起的名字，这些星系核心的超大质量黑洞活跃地吸积着流向它的气体，将其加热于是释放出巨大的辐射能量。

上个世纪60年代初，Lovell望远镜探测到第一个来自外太空的脉泽源（激光）信号，它是星系中恒星形成区的重要指示标准。

到了70年代末，Dennis Walsh博士利用Lovell望远镜观测到了第一个星系强引力透镜系统（0957+561A,B）的射电候选体——来自宇宙深处一个遥远类星体的星光被一个前景星系强大的引力场分裂成两束，从而形成两个长得非常相似的像被望远镜探测到。它们的发现不仅仅为天文学家提供了称重星系重量的巨“秤”，也成为放大更遥远宇宙深处星系成员的天“眼”。

太空中还有一类非常有趣的天体，叫做脉冲星，天文学家认为它们是迅速旋转着的中子星。中子星是恒星演化末期引力塌缩、超新星爆发之后的产物，整个星体由中子简并压支撑，非常致密，整个太阳的质量会被压缩到直径20公里的尺寸里！而至今为止，所有探测到的射电脉冲星中有三分之二是由来自Jodrell Bank的天文学家们发现的！

传奇爵士

图5. Lovell爵士和夜晚以他名字命名的望远镜

Bernard Lovell爵士是Jodrell Bank天文台的灵魂人物，也是一位传奇式的人物。1945年二战结束后，Bernard Lovell在曼彻斯特大学的批准之下，带着二战中遗留下来的一台雷达，来到大学植物系的实验基地Jodrell Bank，重新开始关于宇宙射线的研究工作；1952年到1957年，他又在这里与英国顶级工程师Charles Husband爵士一起，建起后来以他名字命名的Lovell射电望远镜。前面讲的每一个关于这架大望远镜的故事，也都是关于Sir Bernard Lovell本人的故事。要说的是，Sir Bernard Lovell的那个“Sir”（爵士）就是出于他为射电天文发展作出的重要贡献而于1961年被授予的！

关于Bernard Lovell爵士流传着各种传奇故事；1941年二战全面升级，英国空军轰炸机部队（RAF Bomber Command）感到在夜视条件下进行目标瞄准和锁定非常困难。英国首相丘吉尔立刻下令成立一支由年轻的Bernard Lovell带领的特别研究小组，负责设计H2S空军雷达定位系统，以来帮助空军实现在任何天气和目视条件下进行所谓的“闭眼轰炸”（blind bombing）。

1942年的第一次实验中，飞机由于事故坠毁，机上全体人员牺牲，上面搭载的仅有的一台原始设计的H2S雷达系统也付之东流。丘吉尔紧急召见Bernard Lovell，要求他在10月底之前务必将H2S雷达系统装配到一整个空军飞行纵队上。

Bernard Lovell回答说：“在大部分研究组员牺牲及原始设备被毁的情况下，这不可能。”

丘吉尔听了，把一支尚未点着的雪茄直接扔过Bernard Lovell的肩旁，“听着，年轻人，你损失了一架（实验）飞机；而我们在昨晚对科隆的轰炸中一次就损失了30架。你进去那屋里，直到你能告诉我，我10月底可以拥有一支装配有H2S雷达系统的飞行纵队，你再出来！”

当年11月底，这个目标达成。然而，由于H2S雷达系统异常先进从而过于机密：英国担心一旦纳粹通过坠毁的英国轰炸机而获取这一系统，后果将不堪设想。于是，直到1943年斯大林格勒战役之后，H2S雷达系统才被首次装备到飞往德国的轰炸机上。

这一装备的投放使用对德国强大的潜艇部队造成了精准而沉重的打击。希特勒感叹：“我们潜艇部队的挫败竟是出于敌人在技术上的一个创新发明……”

1946年战争结束以后，Bernard Lovell也由于H2S雷达系统的重要贡献而被授予“大英帝国勋章”。

Bernard爵士在1945-1980年期间担任Jodrell Bank天文台的台长。他是一个非常风趣幽默的人，也有他颇具一格的对下属的管理方式。每当他需要让他的属下做出选择的时候，他都会为大家提供三个候选答案，其中两个的条件远远差于第三个选择——而这第三个选择正是他最希望属下做出的选择。于是，他的属下自然都会直接并满意地选择第三个条件，于是所有的协调管理问题都会迎刃而解。

图6. 曼切斯特大学Schuster 物理楼（摄于2019年7月22日）。内部的教室多用曾经在物理系工作过的诺奖获得者或著名物理学家命名，其中包括卢瑟福、布拉格。

传统与文化

Jodrell Bank天文台作为曼彻斯特大学的天体物理中心和实验基地，拥有得天独厚的学术和文化环境。曼彻斯特的悠久核物理历史始于卢瑟福分离原子，玻尔也曾在那里生活和工作。若干位诺贝尔奖得主来自曼彻斯特，包括1915年诺奖得主，首次探测到X-射线的布拉格父子；1948年在核物理和宇宙射线领域做出杰出发现的布莱克特和2010年诺奖得主，成功发明石墨烯的Andrei Geim和Konstantin Novoselov爵士。

有趣的是，Andre Geim爵士早在2000年就被授予了“搞笑诺贝尔奖”，因为他完成的一项不可思议的实验——让青蛙具有磁性，从而被超导悬浮在空中；该“重要“结果发表在《欧洲物理杂志》上[1]，并因此荣获了“搞笑诺贝尔奖”。10年后他终于获得了真正的诺奖（他也是至今唯一同时获得真正和搞笑版诺奖的人[2-3]）。

图7. 被磁悬浮的青蛙（图源：参考资料[4]）

曼彻斯特大学的另一位名人是物理学家Brian Cox。他是英国BBC广播电台的长期科普红人，风趣幽默，对公众的物理讲解深入浅出，是英国百姓最喜欢的公众物理学讲师。曼彻斯特大学由于它的物理传统和这些诺贝尔奖而更为知名，吸引了众多非常优秀的年轻学生前来求学。值得一提的是大学的很多讲堂都是以上面提到的历史上著名的物理学家的名字命名的，包括卢瑟福、玻尔和布莱克特等，我们什么时候才能开始这样的传统呢？

Jodrell Bank的乡下总是让人愉悦的，无论是晴空万里，还是阴雨绵绵；Lovell望远镜直至今日还是依旧毫无懈怠地忠实地接听着来自宇宙深处的各种信号。这里是连接物理世界与自然世界的前线，也是人类倾听宇宙声音的前沿。凡是经历过Jodrell Bank天文台的人都会和这个很多人并不知名的小地方结下深刻的感情，带着各种关于这个地方的美好回忆，今天，在这一刻，在遍布世界各地的研究所继续享受着科学研究和探索未知世界的快乐。对人类倾听宇宙的实践，和对很多经历过Jodrell Bank的科学人，这里是一切开始的地方。

作者简介

许丹丹，清华天文系助理教授，主要研究方向为引力透镜和星系结构演化。

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