2023年度“科普中國青年之星創作大賽”獲獎作品

每當夜幕降臨(lin) ，無數星星便會(hui) 眨著眼睛靜靜地看著我們(men) ，我們(men) 好奇地抬頭仰望，在正常的時間流逝下，可能你會(hui) 感覺所有的星星都是靜止的，隻有當我們(men) 加速時間，你才能看到它們(men) 在緩慢地移動。偶爾還有人造衛星和流星劃過天邊，如果你能夠看到流星，那你一定非常幸運。

古今對星空的認識

著名的漢代科學家張衡在所作的《渾天儀(yi) 注》中寫(xie) 道：“渾天如雞子，天體(ti) 圓如彈丸，地如雞中黃，孤居於(yu) 內(nei) ，天大而地小。天表裏有水，天之包地，猶殼之裹黃…其南北端謂之南北極。”他認為(wei) 天包著地，天像蛋殼，地球如蛋黃浮在中間。以蛋殼和蛋黃的相對位置比喻天地關(guan) 係，以南北極軸為(wei) 天體(ti) 繞轉的中心。《史記·天官書(shu) 》中記載“鬥為(wei) 帝車，運於(yu) 中央，臨(lin) 製四方”。古人認為(wei) ，北極是天空的中心，所有恒星圍繞北極星旋轉。而現在我們(men) 知道，星星並沒有動，隻是我們(men) 腳下的大地在轉動。白天我們(men) 會(hui) 看到太陽東(dong) 升西落，到了晚上看到星星和月亮也東(dong) 升西落，這種現象在天文上被稱為(wei) 周日視運動，因為(wei) 地球的自轉，使得鬥轉星移，我們(men) 生活的世界有了白天和黑夜，才會(hui) 有“一天”的概念，我們(men) 的地球除了自轉，它還圍繞著太陽進行公轉，地球每過一年會(hui) 繞太陽公轉一圈，隨著地球的公轉，太陽在黃道上的位置會(hui) 發生變化，每天大約移動1度，這種現象在天文學上被稱為(wei) 周年視運動。

中國古代天象演示儀(yi) 器

早在望遠鏡發明之前，古人以肉眼觀天並對夜空中所見的天體(ti) 加以記錄，發明了各種用於(yu) 演示天體(ti) 運動的機械裝置。其中比較著名的就有渾象、假天儀(yi) 和水運儀(yi) 象台。渾象，是古代用來演示天體(ti) 在天球上運動的儀(yi) 器。它把日、月、二十八宿等天體(ti) 以及赤道和黃道都繪製在一個(ge) 圓球麵上，使人隨時能了解當時的天象。類似現代的天球儀(yi) 。渾象與(yu) 渾儀(yi) 的不同在於(yu) ，渾象主要用於(yu) 表現天象變化，而渾儀(yi) 主要是用於(yu) 測量天體(ti) 黃道、赤道坐標的觀測儀(yi) 器。

假天儀(yi) 示意圖

宋代的蘇頌、韓公廉共同研製了一種人能進入到渾天象內(nei) 部來觀察星象的儀(yi) 器——假天儀(yi) ，使古人能夠更直觀地理解星宿在天空中的運動。假天儀(yi) 的球體(ti) 用竹條製成，在球麵上根據星體(ti) 位置和星體(ti) 大小開鑿小孔。球體(ti) 基座為(wei) 一方形木櫃，球體(ti) 半隱櫃中，半出櫃上，人進入球內(nei) 時，可以看到點點亮光如同夜空繁星。有著“世界上最早的天文鍾”之稱的水運儀(yi) 象台是北宋時期建造的一種集計時報時、天文觀測、星象演示多種功能於(yu) 一體(ti) 、利用水力運作的天文鍾。它由韓公廉等人設計、蘇頌主持建造，於(yu) 元祐七年建成。台體(ti) 為(wei) 木質框架結構，高約12米，台基長寬約7米，上窄下寬，分上下三層。頂層為(wei) 渾儀(yi) ，用於(yu) 觀測星空，上方台頂板可在觀測時揭開；中層為(wei) 渾象，用於(yu) 顯示星象；底層為(wei) 動力裝置及計時、報時機構，通過齒輪傳(chuan) 動係統與(yu) 渾儀(yi) 、渾象相連，使各層裝置環環相扣，與(yu) 天體(ti) 同步運行。不僅(jin) 體(ti) 現了中國古代高超的機械製造技藝，也體(ti) 現了華夏文明對於(yu) 宇宙規律亙(gen) 古不變的探索精神。”

玲瓏儀(yi) 複原品

繼蘇頌、韓公廉之後，元代天文學家郭守敬創製的玲瓏儀(yi) ，與(yu) 假天儀(yi) 類似，都是用於(yu) 演示天象的儀(yi) 器，將先人從(cong) 外俯察天體(ti) 之渾象傳(chuan) 統，改為(wei) 於(yu) 內(nei) 仰觀星象之假天結構。原儀(yi) 已失傳(chuan) ，元初楊桓有《玲瓏儀(yi) 銘》記載：“製諸法象，各有攸施。萃於(yu) 用者，玲瓏其儀(yi) 。十萬(wan) 餘(yu) 目，經緯均布。與(yu) 天同體(ti) ，協規應矩。遍體(ti) 虛明，中外宣露。玄象森羅，莫計其數。宿離有次，去極有度。人由中窺，目即而喻”。北京天文館委托蘇州市古代天文計時儀(yi) 器研究所複原玲瓏儀(yi) ，現安置於(yu) 北京古觀象台內(nei) 。1913年，美國人製作了一個(ge) 可進入的球形天象演示裝置，被稱為(wei) 阿特伍德球，球體(ti) 直徑17英尺，表麵有692個(ge) 孔洞，透光後可以模擬夜空的星星，其原件作為(wei) 藏品至今保存在美國芝加哥阿德勒天文館，可供觀眾(zhong) 參觀體(ti) 驗。

阿特伍德球

現代天文館的誕生

在天文學名詞中，天象儀(yi) 的英文名詞是Planetarium。而天文館和天象廳的英文名詞也都是Planetarium這個(ge) 詞。天象廳是一種用於(yu) 天象演示的半球型穹頂建築，是人們(men) 了解和認識星空的場所，是傳(chuan) 統天文館的核心。天象儀(yi) 一直以來是天文館的標誌性展項，能夠逼真再現地球上所見的星空、模擬天體(ti) 的視運動。人們(men) 把表演人造星空的設施場所統稱為(wei) 天文館，最初天文館僅(jin) 以天象廳的形態出現，因此歐美國家通常使用同一個(ge) 單詞來表示兩(liang) 者。

真實地再現星空細節的想法出自慕尼黑德意誌博物館創始人奧斯卡·馮(feng) ·米勒。1913年，奧斯卡·馮(feng) ·米勒尋求為(wei) 德意誌博物館開發一種能夠逼真展示恒星、行星、日月的位置和運動的演示裝置。於(yu) 是，奧斯卡·馮(feng) ·米勒館長向耶拿卡爾·蔡司公司谘詢製作這種裝置的事宜，蔡司公司接受了這個(ge) 特殊的訂單。由於(yu) 第一次世界大戰中斷了開發工作。1919年蔡司的首席工程師鮑爾斯菲爾德提出基於(yu) 光學機械投影式天象儀(yi) 的設計理念，他和他的團隊著手深化細節並最終付諸於(yu) 現實。

第一台光學天象儀(yi) 設計手稿

1923 年 10 月 21 日，在德國慕尼黑，耶拿卡爾·蔡司公司展示了為(wei) 德意誌博物館開發的世界上第一台光學天象儀(yi) 。這是人造星空的首次公開演示。在慕尼黑進行了幾周的試運行後，這台天象儀(yi) 運回工廠進行改進和完善。為(wei) 了進一步開發和測試，蔡司在工廠的屋頂上搭建了一個(ge) 直徑為(wei) 16米的臨(lin) 時穹頂。1924年7月22日，蔡司天象儀(yi) 第一次在大批觀眾(zhong) 麵前進行星空表演。從(cong) 1924年7月到9月，幾乎每天都定時進行星空演示。在這短暫的時間裏，超過3萬(wan) 名參觀者第一次體(ti) 驗了由光學投影創造的人造星空。根據參觀者的體(ti) 驗反饋，光學天象儀(yi) 進行後續改進和功能擴展。1925年5月7日，這台天象儀(yi) 在德意誌博物館的天象廳正式向公眾(zhong) 開放，標誌著現代天文館的誕生。天象廳直徑10米，中央安裝了蔡司I型天象儀(yi) ，可以投影出4500顆恒星、銀河以及星座名稱，但隻能演示慕尼黑當地的星空。

蔡司I型天象儀(yi)

在回顧天象儀(yi) 誕生和發展的曆程中，我們(men) 不得不提到中國製造的天象儀(yi) 及其在中國天文館事業(ye) 中所扮演的角色。我國天象儀(yi) 的研製始於(yu) 20世紀50年代，北京工業(ye) 學院（現北京理工大學）參照德國卡爾·蔡司天象儀(yi) ，在三個(ge) 月內(nei) 自主開發了第一台國產(chan) 天象儀(yi) 原理樣機。此後，該校又與(yu) 北京天文館、北京光學儀(yi) 器廠、北京電源控製設備廠合作研製出具有中國特色的大型天象儀(yi) 。從(cong) 1976年至2007年，這台天象儀(yi) 在北京天文館連續運轉了30年之久，可表演黃道上的二十四節氣、反映中國星空文化的三垣二十八宿。然而由於(yu) 種種原因，該項目的後期研發未能跟上，在此後的幾十年裏，國產(chan) 天象儀(yi) 無論在性能還是在技術上都沒有繼續革新和改進。 2008年，北京天文館完成更新改造，天象廳升級為(wei) 數字投影係統和蔡司光學天象儀(yi) ，退役後的這台國產(chan) 天象儀(yi) 被作為(wei) 藏品展示陳列於(yu) 常設展廳中。

國產(chan) 大型天象儀(yi)

天象儀(yi) 的發展與(yu) 傳(chuan) 承

近百年來，科學技術的發展日新月異，天象儀(yi) 也隨著時代的變遷引發了一係列革命。1983 年，美國益世電腦公司推出了數字天文係統，完全拋棄了傳(chuan) 統的光學投影模式，運用計算機技術製作出電腦繪圖的數字天象儀(yi) 。今天，光學天象儀(yi) 與(yu) 數字天文係統相結合成為(wei) 現代大型天文館主要的天象演示方式。

慶祝天文館一百周年主題海報

回顧曆史，天文館中最經典的展項莫過於(yu) 天象儀(yi) 。天象儀(yi) 作為(wei) 一種曆史悠久的天象演示設備，由德國卡爾·蔡司於(yu) 1923年首創發明，1925年德意誌博物館的天象廳首次對公眾(zhong) 演示人造星空。從(cong) 1923年至2023年，天象儀(yi) 和天文館經曆了一百年的發展傳(chuan) 承，如今的天象儀(yi) 已經融合光學投影和數字天文係統的各自特點，能逼真地展示任意時間和地點所見的星空。演示天體(ti) 的基本視運動，包括周日視運動、周年視運動；太陽、月球和主要行星的視運動；顯示歲差的影響；逼真顯示銀河、大小麥哲倫(lun) 星係、著名的深空天體(ti) 、變星和目視雙星；逼真顯示月相變化及月食、近地點滿月、流星雨等天象；也能投映城市地景、自然景色等的全景圖像，包括晨昏蒙影、極光、黃道光及模仿城市光汙染的大氣效果；顯示全天88星座連線、圖案和中文名稱，以及中國古代星宿連線、圖案和中文名稱；顯示基本天文坐標係統（赤道、地平，黃道及其刻度值等）。

你上次看見繁星點點的夜空是什麽(me) 時候呢？星空能給人內(nei) 心帶來安定與(yu) 幸福的感受，它是人類好奇心與(yu) 探索精神的起點。但是隨著社會(hui) 發展造成的空氣汙染和光汙染，使得城市居民已經很難看到漫天繁星的夜空了。天文館建立天象廳的初衷就是利用特殊的光學和數字投射技術逼真模擬自然星空，讓觀眾(zhong) 在純淨的星空下沉靜心靈，產(chan) 生對宇宙的崇敬和思考。

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