李艷濤

（北京天文館，北京100044）

天象儀和天文館在英文中是同一個(gè)單詞planetarium，最初用來(lái)稱呼一種能夠演示行星運(yùn)動(dòng)的機(jī)械裝置——行星儀；現(xiàn)在用來(lái)指一種光學(xué)投影儀器，它能夠把恒星、行星、衛(wèi)星以及各種相關(guān)天文現(xiàn)象投影到半球狀的銀幕上，演示人造星空；安置天象儀的屋子，甚至整個(gè)建筑或機(jī)構(gòu)，也叫作planetarium；在中文中，則分別譯為天象儀、天象廳和天文館。因此，經(jīng)常有人說(shuō)，世界上因?yàn)橛辛颂煜髢x所以有了天文館。

1 天象儀的誕生

光學(xué)天象儀是用光學(xué)、電子和機(jī)械技術(shù)，真實(shí)地放映出肉眼可見(jiàn)的天文現(xiàn)象，因此也叫機(jī)械模擬光學(xué)投影式天象儀。

一直以來(lái)德國(guó)蔡司天象儀都是光學(xué)天象儀的“主角”，在第二次世界大戰(zhàn)以前它是唯一的品牌，第二次世界大戰(zhàn)之后，雖然出現(xiàn)了美國(guó)的斯匹茨天象儀和日本的五藤天象儀及美能達(dá)天象儀等其他品牌，但是其“主導(dǎo)”地位并沒(méi)有改變，直到今天仍然是這樣。

天象儀發(fā)明于1923 年，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牡聡?guó)人鮑爾斯菲爾德憑借其豐富的想象力，依托德國(guó)堅(jiān)實(shí)的機(jī)械和光學(xué)實(shí)力，發(fā)明了可以演示真實(shí)星空的天象儀。第一架蔡司天象儀由一個(gè)直徑50 cm 的恒星球和一組放映日月行星的籠架組成。恒星球上有31 個(gè)放映鏡頭，可以放映出4 500 顆恒星。球心是一個(gè)500 W 的放映燈泡。通過(guò)31 張星片，就像幻燈片一樣，把31 個(gè)區(qū)域的星星投射到天幕上組成完整的星空。從1923年鮑斯菲爾德發(fā)明天象儀到1939 年美國(guó)匹茲堡天文館誕生，這短短的16 年期間，就有27 臺(tái)蔡司天象儀交付使用。此時(shí)的天象儀，已經(jīng)不僅僅是博物館中的一件展品，它已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)傳播天文學(xué)知識(shí)、歷史和文化的中心，天象儀和天文館已經(jīng)從德國(guó)的耶拿走向了世界。

2 天象儀與北京天文館

早在1925 年，一名在德國(guó)留學(xué)的北大學(xué)生在《東方雜志》發(fā)表了題為《新發(fā)明之天文儀器》的文章。文中首次介紹了蔡司天象儀誕生的簡(jiǎn)要過(guò)程，并描述了蔡司Ⅰ型設(shè)備的觀看體驗(yàn)。此應(yīng)是蔡司天象儀出現(xiàn)在中國(guó)報(bào)刊中的最早記錄，也是中國(guó)人參觀蔡司天象儀的最早記錄。

1929 年，《學(xué)生雜志》的實(shí)際負(fù)責(zé)人邵子風(fēng)發(fā)表《北極星的出沒(méi)及原因》一文，作者用千余字介紹了蔡司天象儀的簡(jiǎn)單構(gòu)造及功能并配圖5 幅。這篇文章不但首次向中國(guó)讀者披露了蔡司天象儀的圖片，同時(shí)也較為詳細(xì)地介紹了蔡司天象儀的相關(guān)信息。

1931-12-23，在南京舉行的中國(guó)天文學(xué)會(huì)第九屆年會(huì)上，中國(guó)近現(xiàn)代天文事業(yè)的奠基人高魯作了題為《假天——就是一架天象儀》的演講，將蔡司天象儀介紹給國(guó)內(nèi)的天文界同仁。隨后，天文學(xué)家張鈺哲也在《科學(xué)》雜志上發(fā)表長(zhǎng)文《假天》。至此，蔡司天象儀被正式介紹給中國(guó)的公眾，其中文名稱、功能和詳細(xì)結(jié)構(gòu)部件也隨之在中國(guó)發(fā)表。

1923—1949 年間，高魯?shù)冉煳膶W(xué)家，以及北京古觀象臺(tái)的工作人員都曾呼吁在中國(guó)引進(jìn)光學(xué)天象儀，建立一座天文館。但由于當(dāng)時(shí)的特殊國(guó)情，始終未能實(shí)現(xiàn)。然而，天文界人士一直沒(méi)有放棄在國(guó)內(nèi)建立天文館的設(shè)想，經(jīng)過(guò)李元、張鈺哲等人的不懈努力，在新中國(guó)政府與中國(guó)科學(xué)院的支持下，中國(guó)大陸第一座天文館——北京天文館于1957 年正式對(duì)外開(kāi)放，天文學(xué)家陳遵媯?cè)勿^長(zhǎng)，中國(guó)觀眾從此可以在國(guó)內(nèi)觀看蔡司天象儀的表演。

3 天象儀在北京天文館的變遷

北京天文館天象廳作為中國(guó)最早建設(shè)的天象廳，也是中國(guó)大陸地區(qū)最大的地平式天象廳，自1957-09-29 開(kāi)館以來(lái)，前后一共使用過(guò)3 臺(tái)大型的光學(xué)天象儀。

第一臺(tái)是耶拿蔡司生產(chǎn)的第二代宇宙投影天象儀，型號(hào)為UPP 23/2 型。它是二戰(zhàn)后繼斯大林格勒天文館（UPP 23/1S型）、哥白尼天文館（UPP 23/2 型）之后，耶拿蔡司生產(chǎn)的第三臺(tái)大型光學(xué)天象儀。因此，北京天文館也就成為了二戰(zhàn)后建立的第三座大型天文館。

第二臺(tái)是20 世紀(jì)70 年代由當(dāng)時(shí)的北京工業(yè)學(xué)院、北京光學(xué)儀器廠、北京電源控制設(shè)備廠和北京天文館聯(lián)合研制的國(guó)產(chǎn)大型天象儀。該天象儀從1976—2007 年在北京天文館連續(xù)服役31 年，接待了2 000 多萬(wàn)觀眾，成為了一代人的集體記憶。該國(guó)產(chǎn)天象儀的主要特點(diǎn)就是能夠表演黃道上的二十四節(jié)氣以及恒星天空中的三垣二十八宿，反映出了中國(guó)人的觀星視角。

第三臺(tái)是卡爾蔡司Universarium IX 型光學(xué)天象儀，它是整個(gè)天象廳的心臟，能夠逼真地還原地球上肉眼可見(jiàn)的9 000 顆左右恒星，投影星空的質(zhì)量和真實(shí)星空的感覺(jué)一致，恒星的閃爍、星點(diǎn)顏色感覺(jué)真實(shí)自然，為觀眾帶來(lái)最真實(shí)的星空體驗(yàn)。該光學(xué)天象儀演示的全天恒星位置以國(guó)際通用星表為基礎(chǔ)，與實(shí)際位置沒(méi)有可察覺(jué)偏差，星板上恒星位置偏差小于1 μm；光源采用2 個(gè)功率為400 W 的普通弧光燈，以保證系統(tǒng)能運(yùn)行在一個(gè)安靜和低熱的環(huán)境中；在23 m 天象廳中單獨(dú)使用Universarium IX 光學(xué)天象儀的情況下，其亮度可以達(dá)到150 勒克斯以上。投影部分包括恒星球和行星投影器，可以演示天體的基本視運(yùn)動(dòng)，包括周日運(yùn)動(dòng)和周年運(yùn)動(dòng)。恒星球可以投影銀河、仙女座大星云、大小麥哲倫星系、鬼星團(tuán)、畢星團(tuán)以及天狼星、老人星、牛郎織女星等知名亮星；顯示全天88 星座連線、圖像和中文名稱；顯示基本天文坐標(biāo)系統(tǒng)，包括赤道、地平、黃道及其刻度值等。行星投影器用來(lái)演示太陽(yáng)、月球和主要行星的視運(yùn)動(dòng)；獨(dú)立演示不同類型的日食、月食；逼真還原水星逆行、金星逆行等平時(shí)難以觀測(cè)到的天文奇觀。蔡司Universarium IX 型光學(xué)天象儀自2008 年投入使用以來(lái)，憑借逼真的星空還原效果，備受觀眾喜愛(ài)。

天象儀是幫助人們認(rèn)識(shí)星空了解宇宙的一個(gè)工具，其自誕生到如今已近百年，歷經(jīng)數(shù)次科技革新。然而，無(wú)論天象儀怎樣變革，其所要表現(xiàn)的最本質(zhì)的概念依舊是燦爛的星空，沒(méi)有了星空，一起都無(wú)從談起。

4 天象儀的應(yīng)用探討

4.1 “現(xiàn)場(chǎng)秀”式光學(xué)天象節(jié)目探索

目前，中國(guó)所有的科技場(chǎng)館球幕影院都是以播放球幕影片為主，研究探索“現(xiàn)場(chǎng)秀”式光學(xué)天象節(jié)目可以拓寬球幕影院的應(yīng)用范圍，挖掘球幕影院的最大科普功效?！艾F(xiàn)場(chǎng)秀”式光學(xué)天象節(jié)目可以按照學(xué)齡前兒童、小學(xué)生、中學(xué)生、大學(xué)生及一般觀眾等不同年齡段進(jìn)行細(xì)分，使得科普內(nèi)容更具有針對(duì)性；另外，“現(xiàn)場(chǎng)秀”式光學(xué)天象節(jié)目可以根據(jù)社會(huì)熱點(diǎn)或重要天文現(xiàn)象隨時(shí)調(diào)整內(nèi)容，使得每個(gè)節(jié)目都具有唯一性，達(dá)到節(jié)目常換常新的效果，有利于科普宣傳。

4.2 回放式光學(xué)天象節(jié)目制作

以北京天文館蔡司天象儀的Unipost 系統(tǒng)為例，其既可以通過(guò)手動(dòng)面板操作，也可以使用PC 鍵盤啟動(dòng)所有控制命令。更重要的是，蔡司天象儀支持直接創(chuàng)建Cue 文件，按照天象節(jié)目劇本進(jìn)行指令編輯，再通過(guò)設(shè)置固定時(shí)間和相對(duì)時(shí)間將各種指令進(jìn)行串聯(lián)，形成完整的按照時(shí)間排序的節(jié)目指令段。除此之外，蔡司天象儀最新的Skycontrol 控制系統(tǒng)可以自動(dòng)識(shí)別SMPTE 時(shí)間碼，因此可以通過(guò)讀取時(shí)間碼跟天象廳的其他多個(gè)不同設(shè)備同步協(xié)作，進(jìn)而制作出各種回放式光學(xué)天象演示節(jié)目。

4.3 光學(xué)天象儀與數(shù)字天象系統(tǒng)結(jié)合的天象節(jié)目研究

一般意義上認(rèn)為，光學(xué)天象儀能夠給觀眾提供更好的觀星體驗(yàn)，而數(shù)字天象系統(tǒng)則可以演示更豐富的節(jié)目?jī)?nèi)容和更強(qiáng)烈的視覺(jué)沉浸感。各系統(tǒng)之間可以通過(guò)串口信號(hào)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)光學(xué)天象、數(shù)字天象以及激光系統(tǒng)的協(xié)同。在天象節(jié)目創(chuàng)作過(guò)程中，如何巧妙地調(diào)用各個(gè)系統(tǒng)使其發(fā)揮出自身優(yōu)勢(shì)，將成為新型天象節(jié)目創(chuàng)作的一個(gè)難點(diǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

目前，國(guó)內(nèi)的科普?qǐng)鲳^球幕影院多是以播放回放式節(jié)目為主，對(duì)于天象儀的應(yīng)用研究較少，究其原因就是對(duì)天象儀的功能定位模糊以致找不到合適的切入點(diǎn)。

相比數(shù)字天象節(jié)目而言，“現(xiàn)場(chǎng)秀”式光學(xué)天象節(jié)目更能調(diào)動(dòng)觀眾積極性，觸動(dòng)人們內(nèi)心深處對(duì)于美好星空的向往。本質(zhì)上，天象儀的作用應(yīng)該類似于圖書(shū)館而非電影院，其核心在于對(duì)各階段學(xué)校教育的補(bǔ)充以及對(duì)青少年天文學(xué)的啟蒙?？破?qǐng)鲳^需要利用天象儀架設(shè)起公眾與璀璨星空之間的鵲橋，傳播科學(xué)精神，啟發(fā)天文夢(mèng)想。