兴隆站全景（图源：陈颖为）

世界上只有两件事物能够震撼人们的心灵：一件是我们心中崇高的道德准则，另一件是我们头顶上璀璨的星空。

——Immanuel Kant（伊曼努尔·康德）

撰文 | 闫宏亮（中国科学院国家天文台）

陈颖为（中国科学院国家天文台）

编辑 | 金庄维

人类对于星空的敬畏和好奇从来不需要理由，喜欢仰望星空似乎是我们与生俱来的天性。对星空的观察始于我们的眼睛——人类最直接的光信号收集设备。视力优秀的人最多可以在夜晚看到大约5000颗星，然而对于整个宇宙来说，这个数量少得可以忽略不计。据说仅仅在我们的银河系中，就有超过1000亿颗恒星。这是如此巨大的一个数字，以至于完全超出了人类的想象，使得这个数值本身似乎都已经失去了意义。

图1. 银河系全景（图源：ESO）

想要看到更暗的恒星和更深邃的宇宙，必须借助天文望远镜的力量。在河北省内燕山主峰雾灵山南麓的连营寨，九座现代化的天文望远镜伫立于郁郁葱葱的山脊之上，这里就是当今亚洲规模最大的光学天文观测基地——中国科学院国家天文台兴隆观测站。如果不是偶尔还能看到颇具年代感设计的外国家专家公寓和红砖围墙，很难想象这座占地700亩的现代化天文观测站已经经历了半个世纪的沧桑。

兴隆站沙盘模型（图源：陈颖为）

手可摘星辰的世外桃源

兴隆县隶属于河北省承德市，它位于北京的东北方向，被北京、承德、天津和唐山四个城市所环绕，海拔约900米。生活在城市中的人如果去过兴隆站，大概就会被这里优美的自然环境所吸引。

兴隆站的美丽多半要归功于建站之后的绿化。从山下抬头仰望，漫山遍野都是茂密成林的油松。无论是春季的漫山野花、夏季的延绵云海、秋季的无尽红叶还是冬季的皑皑白雪，加上永远宁静的村庄和清洁的空气，总让人流连忘返，有一种身处世外桃源的幻觉。

图3. 兴隆站松树上的松鼠（图源：符晓婷）

不过若你有幸在这里留宿，夜晚的兴隆站才会真正展现出她最迷人的一面。晶莹的银河在你的头顶上空划过，满眼的繁星让你应接不暇。也许在此之前你从未感受过星空的壮丽，但在这里只要你抬头一望，便立刻能领悟“震撼”二字的含义。之前那些似乎只停留于纸面上的星座，现在正清晰地展现在你的眼前，讲述着它们各自的故事。牛郎和织女仿佛不再如传说般遥远，猎户的身影再也不扑朔迷离，就连淡蓝色的昴星团似乎也近在眼前。这时你会深切理解什么叫做“手可摘星辰”。若是时机合适，在你仰望星空之时甚至总能捕捉到一些流星的身影，它们就像夜晚的精灵，在你眼前突然出现，又在你回过神来之前急速消失，让你在兴奋尖叫的同时，又怀疑自己是不是产生了幻觉。

图4. 兴隆站的夜空（图源：陈颖为）

建在哪？

和普通望远镜不同，科研用的天文望远镜更大、更重、精度更高，同时也很难移动。因此建设天文望远镜之前，必须考虑一个重要的问题：建在哪？这个过程叫做“选址”，天文学家们需要前往全国各地人烟罕至之处（为了避开光污染），选择晴夜数较多（有更多的时间可以观测）、大气宁静度较好（拍摄的图像质量会更好）的地点作为台址。

在选择兴隆之前，负责选址的科学家们在荒郊野岭中寻觅了十一年，这期间的苦累同经常出现的生命危险相比，反而变得不值一提。为了找到一块优良的天文台址，当时动用了几乎所有可能的手段，部队甚至出动了军用侦察机安-2载着三位选址科学家进行地形勘察。现在的兴隆站正是这样被发现的。

兴隆站目前共有50厘米以上的天文望远镜9架，它们组成了中国光学天文的明星战队。这里既有著名的地标性建筑郭守敬望远镜（LAMOST），又有我国自主研制的第一台大型光学望远镜“216”，还有身材虽小但贡献超群的“性价比之王”施密特望远镜，等等。每一台望远镜背后都有着精彩的故事，凝结着天文学家和工程师们的汗水。更重要的是，它们在各自领域既做出过基础的科学贡献，又不乏发表于《自然》等顶级期刊的研究工作。由于篇幅问题我们无法一一讲述，我们这里只选择几个例子略作介绍。

LAMOST望远镜——最高效的“奇葩”

LAMOST是目前我国最大的光学望远镜，其有效通光口径达到4米。去过兴隆站的人永远都不会忘记LAMOST，它明显异于其他望远镜的造型简直就是在对别人说：快看我啊。于是当你兴冲冲跑到它的“镜筒”前面，想体验一下这个庞然大物震撼的主镜时，却发现…… 这个“镜筒”竟然是堵！死！的！

图5. LAMOST望远镜（图源：陈颖为）

实际上，这个像大炮一样的结构的确是LAMOST的镜筒，只不过和我们平时的想象不太一样，星光并不是从最高的位置进入望远镜的，而是从最低处。为什么出现如此“奇葩”的设计呢？工程师们当然不是为了让你搞错镜筒的方向而刻意为之，这是由LAMOST的特点所决定的。

LAMOST实际上是其全称——“大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜”——的英文缩写。从名字中可以看到，它的一个重要的特点就是“大天区面积”，换句话说，就是看到的天空范围大，这个“范围”在天文学上叫做视场。

一般来说，望远镜的口径和视场难以兼顾，也就是说口径越大，视场越小。大口径意味着更多的进光量，能够看到更暗的星，是每个天文学家都追求的参数；大视场则意味着可观测的天区范围更广，可同时观测的目标数量也更高。若使用传统的望远镜结构，就势必要在两者之间进行取舍，但中国天文学家们表示，我们不做选择，两个都要。

LAMOST采用了中星仪式反射施密特结构设计，巧妙地避免了大口径和大视场无法兼顾的问题。它用来接收星光的反射镜实际上并不是位于南端的最高点，而是位于北面的圆顶里，通过圆顶中的改正镜MA指向不同的天空位置，可以将天上星星的像反射到镜筒内部。而在镜筒的最高处，是球面主镜MB（它是朝下装的，为了看到MA），通过MA和MB的配合，可以将星象调整到最佳状态，反射到中间的“焦面”上。

图6. LAMOST光学系统

由于LAMOST能够观测的天区范围很大，天文学家便在焦面上安装了4000根光纤，这样一次观测就能够拍摄约4000个天体的光谱。这个数字可不得了，一下子让LAMOST成为了世界上光谱获取效率最高的望远镜。高到什么程度呢？就是6年下来获取了900万条光谱，形成人类目前所拥有的最大的天体光谱库。尽管天文学家距离观测完整个银河系的全部恒星还有很长一段路要走，但这样的数量已经大到足够为银河系中的各类天体进行“星口普查”了。例如，天文学家利用LAMOST为银河系重新画像，两次刷新了银河系半径大小，从原来的5万光年扩大到了10万光年，增加了一倍——相当于北京市从二环直接扩大到了五环。

图7. 银盘半径大小变化示意图（图源：元博制图）

同时，数量庞大意味着我们发现能够从中发现大量有个性的恒星。它们有的富甲一方，比如最近LAMOST发现了人类已知的锂含量最高的巨星，它的锂含量是同类恒星的3000倍以上，堪称“宇宙最大充电宝”，这个发现发表于《自然·天文》期刊。有的历史悠久，比如LAMOST最近发布了万余颗来自宇宙早期的贫金属星，它们如同宇宙的“化石”一样记录了宇宙早期的演化信息。有的则是运动健将，比如LAMOST找到了一批超高速星，它们的速度快到甚至可以摆脱银河系的引力而飞走。

图8. 富锂巨星想象图（图源：李珊珊）

2.16米望远镜——老当益壮的星空猎手

2.16米望远镜是兴隆站的又一当家花旦，天文圈的人都亲切地称她为216。很多人奇怪：为什么望远镜的直径不取一个整数呢？其实这是按照英制单位来计算的，她是一架85英寸口径的望远镜，换算过来就是2.16米。这架望远镜是由我国自主设计并建造的天文望远镜。她于1986年奠基，1989年落成，后又经历过多次设备改进和优化升级，直到现在依然是中国光学望远镜的主力之一，并贡献过大量一流的科学成果。

如果没有亲眼见证过这架巨大的望远镜，普通人可能很难想象出它的尺寸，尽管听起来她只有2.16米，感觉应该和一个高个子的人差不多大小。但其实2.16米指的是望远镜的口径，而整个望远镜要远比一个成年人大得多、也重得多。

这个巨无霸对施工条件和经验均有限的安装团队提出了极大的挑战。1988年，望远镜正式出厂后，各个部件被运往兴隆站准备安装。但望远镜的重量几乎是吊装支撑结构能够承受重量的两倍，这导致吊装过程面临了巨大的困难和风险，试想一下这么价值连城、且承载着老一代天文学家梦想和新一代天文学家未来的“易碎品”，是无论如何都不能够在安装过程中出现跌落和磕碰的。

为了确保万无一失，团队负责人甚至到洛阳找到了解放军一支工程兵特种部队求助。这支部队在大型设备的设计和安装上堪称无敌，我国的第一颗原子弹的试验塔就是这支部队负责设计制造的，更牛的是他们还顺手将原子弹安装到了几十米高的塔架上。由这支负责“吊装”原子弹的部队工程师来设计吊装216，应该是最为稳妥的办法了。最终团队不负众望，成功将这台总重为55吨的设备安装完成。

图10. 216望远镜照片与真人对比（图源：陈颖为）

216望远镜投入观测的30年来，产生了一大批有代表性的成果，特别是和超新星有关的观测让216名声大振。超新星是宇宙中最为剧烈的事件之一，是恒星在演化末期经历的一种剧烈爆炸，其瞬间释放的能量甚至可以匹敌太阳在一生中所辐射的总能量。

1993年，一颗亮超新星SN1993J爆发，216正好将整个变化过程完整地记录了下来。研究人员进行光谱分析后，发现来自氧的禁线出现蓝移的现象，便想到超新星爆发可能是不对称的。这项研究被《自然》所发表，这种不对称爆发的超新星模型被称为手指（finger）模型。

216望远镜的另一个被《自然》所发表的成果也和超新星有关。一个国际天文学家团队发现了迄今为止爆发最剧烈、爆发方式最为奇特的超新星iPTF14hls。这颗超新星自1954年以来，已经爆炸过6次。如果说超新星爆发是恒星壮丽的终结，那么这颗反复爆发的恒星就如同是拥有不死之身一样。在它最近一次爆发后，其光谱序列中最早的两条光谱正是由216所拍摄。

小型望远镜——性价比之王

除了4米级的LAMOST和2米级的216望远镜，兴隆站还有数架1米级及以下的小型望远镜。如果你因为口径小就低估它们的实力，那可就大错特错了。事实上，这些小型望远镜的科学成果一点都不少，有些成绩在国际天文学界甚至堪称经典之作。

小型望远镜的造价和维护成本都远远低于大中型望远镜，但它们的产出依然硕果累累，可以说是性价比最高的望远镜了。这里我们就通过一个例子带大家稍微领略一下这些“性价比之王”的风采。

施密特望远镜是一架古老的小型望远镜，它于1963年安装完毕，并于1968年被迁移至兴隆观测站。虽然它的口径仅有60/90厘米，但凭借出色的光学素质、优秀的团队和清晰的科学目标做出了相当多的科学成绩。

来自这架望远镜的数据曾经直接否定了由美国天文学家发表在《自然》上的一项研究的结果。美国天文学家对NGC5907这个星系进行观测后，发现其外围强度下降慢，断言天文上所谓的“失踪物质”不过是我们看不到的一些暗天体，它们存在于星系外围。但是施密特发现了星系盘面上还有个一环，光度轮廓下降缓慢仅仅是这个环的“贡献”。

如果你想亲自体验……

兴隆基地在服务于科研发展的同时，一直在积极推进“科教结合”和全民科学普及工作，希望提高公众天文素养。迄今，兴隆站开展了丰富多彩的科普互动，其中包括：与清华大学、北京师范大学、广州大学分别共建了80厘米、85厘米、1.26米望远镜；作为北京大学、北京师范大学、山东大学、河北师范大学等十余所高校的学生实习基地，每年接待高校学生实习300余人次并联合培养研究生；每年接待公众参观10000余人次。

兴隆站的天文科普之旅有两大必到之处，一是中心楼的展厅，其中不但坐落着兴隆站全站的沙盘模型，还陈列着多种天文仪器和望远镜模型。沙盘可以一目了然俯视兴隆基地全貌，知晓所有天文圆顶的位置。郭守敬望远镜的设备模型可以帮助我们了解该望远镜的工作原理。另一个是位于兴隆站南侧平台的公共天文台，这里白天可以用日珥镜观赏太阳色球层活动，夜晚可以用望远镜观看星空，不仅可以观赏天体，还可以拿出手机拍摄很多天体的高清照片，绝对是你的朋友圈集赞利器。

图11. 兴隆站的公共天文台上摆满了各式望远镜（图源：陈颖为）

结语

据说“兴隆”二字来源于古语，意为“夜晚的草席”或“星空下酣睡之处”。虽然这个说法已经无可考据，但至少用来形容现在的兴隆可谓恰到好处。兴隆观测站可以称得上是新中国光学（包括红外）天文观测的摇篮。更难能可贵的是，这座历史悠久的观测站五十年来似乎从未老去，随着更多新设备的落成和旧设备的升级改造，越发显得年轻和光彩夺目。

作者简介

闫宏亮，中国科学院国家天文台助理研究员，南京大学天文学学士，中国科学院大学天体物理博士、优秀毕业生。美国新墨西哥州立大学访问学者。先后就职于中国科学院上海天文台、国家天文台。中国科学院青年创新促进会会员，中国科学院天文大科学研究中心LAMOST优秀骨干。主要研究方向为恒星物理、天体化学丰度、银河系化学演化等。

陈颖为，中国科学院国家天文台高级工程师，主要从事专业天文望远镜及相关设备的运行维护和技术改造工作以及天文科普工作，并在多年的科普工作中获得普遍赞誉。荣获2014年中国科学院科普先进个人、2015年国家天文台榜样人物等称号。