“世界上可曾有這樣宏偉的劇場，它能把日月星辰包羅收藏?人間哪有這么巨大的銀幕，它能輝映出宇宙的景象?”我國天文館事業(yè)的開創(chuàng)者、北京天文館的創(chuàng)始人之一李元先生曾經(jīng)用詩一樣的語言贊美過天文館。這種20世紀(jì)初誕生于德國的科普場館，憑借獨(dú)特魅力在全世界遍地開花。

重現(xiàn)星空

自古就有的夢想

天空中星辰的游走與變化，一直吸引著人類的目光。為了將星辰運(yùn)轉(zhuǎn)的規(guī)律講解給普羅大眾，或是單純?yōu)榱藙?chuàng)造一種特別的景觀，人們很早就試圖采用一些裝置復(fù)現(xiàn)星空。據(jù)傳，古希臘的哲學(xué)家阿基米德曾經(jīng)制造過一種展示行星運(yùn)動(dòng)的儀器，當(dāng)羅馬征服希臘后，這架儀器還曾經(jīng)被當(dāng)作戰(zhàn)利品運(yùn)往羅馬。直到現(xiàn)在，在科普展館中，仍然有一些類似的機(jī)械裝置，向參觀者展示著月相變化、四季更替等自然現(xiàn)象的原因。這些裝置雖然簡單直觀，但參觀者處在天體以外的視角，無法提供像在地球上仰望星空一樣的觀感體驗(yàn)。

18世紀(jì)，俄羅斯圣彼得堡一家博物館中展出的“戈托地球儀”，則提供了一種觀察星空的全新感覺。從外觀看，“戈托地球儀”除了擁有3.1米直徑的巨大個(gè)頭外，與一般的地球儀似乎沒有什么差異。然而，設(shè)計(jì)者獨(dú)具匠心地在地球儀內(nèi)部設(shè)置了幾個(gè)座椅。當(dāng)觀眾在座椅上坐定后，在燭光的照耀下，能看到地球儀內(nèi)部布置的天體模型通過水力的驅(qū)動(dòng)在地球儀內(nèi)部游走，仿佛星空被復(fù)制到了這個(gè)地球儀中。直到20世紀(jì)初，仍然有科普場館選擇這種裝置。1913年，芝加哥科學(xué)院博物館使用的類似功能的地球儀，直徑達(dá)到5米，總共能夠演示692顆星星的變化。

這種特別的地球儀提供了由內(nèi)而外看星星的視角，但其局限性依然是比較明顯的：受材料和機(jī)械技術(shù)的限制，這種裝置的尺寸不能無限地放大，一次容納的觀眾有限。同時(shí)，視覺效果上，距離真實(shí)星空仍然有一定的差距。

1912年，瑞士巴塞爾的安代爾曼教授發(fā)現(xiàn)了一種演示天體運(yùn)行的新方法。在他設(shè)計(jì)的儀器上，兩個(gè)代表行星的模型圍繞著儀器中心代表太陽的模型旋轉(zhuǎn)。在每顆行星上，都安裝了一個(gè)燈泡。當(dāng)將某顆行星模型上的燈泡打開時(shí)，太陽和另一顆行星模型的影子就能被投射到墻壁上。隨著裝置的運(yùn)行，影子的位置變化就反映了從燈泡所在的行星上觀測到的天體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。雖然這個(gè)裝置相當(dāng)簡單，看起來本應(yīng)是亮點(diǎn)的天體也變成了黑色的影子，但卻給天體運(yùn)行的演示提供了新的思路。

光學(xué)投影

球形屏幕再現(xiàn)星空

20世紀(jì)初，在西門子和倫琴等著名科學(xué)家的幫助和推動(dòng)下，德國工程師馮·米勒準(zhǔn)備在德國慕尼黑市創(chuàng)建一所博物館。在建館過程中，馮·米勒希望能夠安置一臺能夠真正重現(xiàn)星空與天象的設(shè)備，不但能顯示視運(yùn)動(dòng)相對簡單的恒星的位置變化，還能演示視運(yùn)動(dòng)比較復(fù)雜的行星的變化。這樣，參觀者們在博物館里能夠更加直觀地認(rèn)識和理解天文和宇宙方面的知識。一開始，米勒的想法仍然是修建一個(gè)類似于戈托地球儀的裝置，只是直徑能夠達(dá)到六七米，從而能夠容下更多的觀眾。

米勒將實(shí)現(xiàn)這一構(gòu)想的希望，寄托在了德國的蔡司公司身上。喜愛攝影的讀者一定不會(huì)對蔡司的名字感到陌生，這個(gè)從家庭作坊起家的公司，是有名的光學(xué)系統(tǒng)制造商之一，其生產(chǎn)的望遠(yuǎn)鏡、相機(jī)、鏡頭等產(chǎn)品享譽(yù)世界。當(dāng)蔡司公司接手這個(gè)任務(wù)后，經(jīng)過一番討論與思考，否定了地球儀式的機(jī)械裝置演示星體運(yùn)行的方案，進(jìn)而提出了使用光學(xué)儀器向屏幕投影，從而再現(xiàn)星空的想法。為了讓觀感更接近實(shí)際的星空，屏幕并非一般電影院所使用的垂直銀幕，而是如同蒼穹一樣的球形屏幕。這種球形屏幕，一般安裝在一個(gè)半球狀的建筑頂部，形成一個(gè)微縮版的天空。

設(shè)計(jì)制造用于投影星空的天象儀，是實(shí)現(xiàn)這一構(gòu)想的關(guān)鍵。然而，第一次世界大戰(zhàn)的爆發(fā)使相關(guān)技術(shù)的研發(fā)幾乎陷入停滯。直到戰(zhàn)后的1919年，才終于由蔡司公司的工程師鮑爾斯費(fèi)爾德提出了可行的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。在此基礎(chǔ)上，也有不少天文學(xué)家參與到了相關(guān)工作中來，根據(jù)天體運(yùn)行的規(guī)律進(jìn)行了大量計(jì)算，確保天象儀放出的是精準(zhǔn)的星空圖像，恒星、行星的位置和運(yùn)動(dòng)都與實(shí)際情況基本相符。這樣，新裝置才能真正起到科學(xué)普及的作用，而不是讓參觀者簡單地看看熱鬧。

1923年，天象儀和球幕的試制基本完成。為了在正式安裝前根據(jù)實(shí)際使用結(jié)果進(jìn)行改進(jìn)，天象儀沒有被立即運(yùn)往博物館，而是在蔡司公司的總部所在地耶拿進(jìn)行了首次放映試驗(yàn)。結(jié)果，天象儀的首秀大獲好評，在場的觀眾無不為之震撼，并將其稱為“耶拿奇跡”。1925年，天象儀和與之配套的球幕圓頂在馮·米勒創(chuàng)建的德意志博物館調(diào)試完成并向公眾開放，成為了世界上第一個(gè)天文館。蔡司公司設(shè)計(jì)制造的天象儀，也被定型為“蔡司Ⅰ型”天象儀。

加速普及

小孔式天象儀試制成功

德意志博物館天文館的演示效果，給參觀者們留下了深刻的印象。不過，由于地理?xiàng)l件的限制，生活在北半球的人們?nèi)绻坏侥习肭蚵眯校簧紵o法看到南十字星座等天體系統(tǒng)。

為了改變這種情況，讓北半球的人們也能感受南半球的別樣星空，人們對蔡司Ⅰ型天象儀進(jìn)行了改進(jìn)，為天象儀配備了兩個(gè)恒星投影球，使得天象儀既能夠展示德國所在的地球北半球所看到的星空，又能展示地球南半球所看到的星空。1926年，第一座裝備了這種改進(jìn)的蔡司Ⅱ型天象儀的天文館在耶拿落成。此后，新的天文館如雨后春筍一般，在歐洲的多個(gè)城市中出現(xiàn)。比如1928年，羅馬天文館建成。1929年，莫斯科天文館建成。而1930年，一下子有5個(gè)新的天文館，分別在斯德哥爾摩、米蘭、漢堡、維也納和歐洲以外的芝加哥出現(xiàn)。位于芝加哥的阿德勒天文館，是由芝加哥慈善家阿德勒在觀看完德意志博物館天文館的演示后決心修建的。在開館后，這個(gè)天文館迎來了數(shù)以千萬計(jì)的參觀者。1937年，亞洲首座天文館在日本東京開幕。

鏡片式投影的天象儀，像是一臺復(fù)雜精密的幻燈機(jī)，將“底片”上的天體形象投影到熒幕上。這種天象儀投影產(chǎn)生的星點(diǎn)非常細(xì)膩，壽命也很長。例如，日本東京澀谷區(qū)東急百貨公司頂樓的五島天文館，蔡司Ⅳ型天象儀足足使用了44年。而天象儀“退休”的原因也并非自身壽命耗盡需要報(bào)廢，而是因?yàn)榻?jīng)濟(jì)不景氣，有關(guān)經(jīng)營者無法維持天文館運(yùn)作而被迫讓天象儀“下崗”。

雖然蔡司公司開發(fā)的投影式天象儀具備種種優(yōu)點(diǎn)，但居高不下的價(jià)格，使得只有大型機(jī)構(gòu)和科普場館才有足夠的財(cái)力在大城市建立天文館。在1940年，富裕的美國也僅開辦了5個(gè)天文館。

從事天文科普事業(yè)的美國人阿曼德·斯皮茲決心改變這一現(xiàn)狀。為了降低成本，他將投影式天象儀復(fù)雜的光學(xué)結(jié)構(gòu)簡化為十二面體，通過十二面體上開的孔洞所投射出的光線，在球幕上產(chǎn)生星象。在犧牲一部分投影效果的同時(shí)，這種天象儀的成本大大降低，售價(jià)僅為數(shù)百美元，比蔡司公司天象儀動(dòng)輒十多萬美元的價(jià)格低很多。1947年，小孔式天象儀試制成功并開始銷售，逐漸走入美國的小型博物館和學(xué)校。1957年蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星后，美蘇天空競賽引發(fā)太空熱潮，使得天文館在美國以前所未有的速度普及。斯皮茲的天象儀成為這一時(shí)期新建小型天文館的首選設(shè)備。

西直門外的北京天文館

多方呼吁終結(jié)果

我國對于天體運(yùn)行的觀測有著悠久的歷史，而天文館的出現(xiàn)，也很快受到了國內(nèi)科學(xué)界的關(guān)注。上世紀(jì)30年代《科學(xué)畫報(bào)》和《科學(xué)》等國內(nèi)雜志，有多篇文章介紹了這種新生事物。當(dāng)時(shí)，天文館被稱為“假天館”，人們迫切希望在中國的土地上建起一座天文館，有人甚至還提出了發(fā)行郵票或開辦股份公司，以民間集資的方式來實(shí)現(xiàn)。然而，在當(dāng)時(shí)動(dòng)蕩的社會(huì)條件下，這一愿望沒有得到實(shí)現(xiàn)。

新中國成立后，科學(xué)事業(yè)得到了充分的發(fā)展。關(guān)心天文科普事業(yè)的人們通過各種刊物積極宣傳天文館的用處與益處，并積極向有關(guān)部門領(lǐng)導(dǎo)建言獻(xiàn)策，希望天文館的建設(shè)能夠早日提上議事日程。1952年，李元先生向中國科學(xué)院有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)呈交《關(guān)于建立北京假天館(天文館)的計(jì)劃》，得到了積極的回應(yīng)，并將有關(guān)計(jì)劃轉(zhuǎn)交給北京市討論。恰巧，北京市負(fù)責(zé)相關(guān)工作的吳晗副市長在1951年曾親自參觀過德國耶拿的天文館，對天文館在科普教育上的作用評價(jià)很高。當(dāng)收到科學(xué)院的有關(guān)文件后，吳晗副市長親筆致信李元先生，不但表示贊成建館，還建議把建國門的北京古觀象臺也并入未來的北京天文館管理。

北京天文館舊館。

北京天文館新館內(nèi)部場景。

1954年夏天，我國駐民主德國使館反映，因我國和民主德國間有貿(mào)易順差，民主德國方面建議我國購買天象儀作為外貿(mào)補(bǔ)償。在這個(gè)契機(jī)下，中央文委當(dāng)年9月開會(huì)，決定籌建北京天文館，建館的具體工作和經(jīng)費(fèi)由中國科學(xué)院負(fù)責(zé)，北京市在基建和用地等方面予以配合。

關(guān)于新場館的定名，也經(jīng)歷了一些討論。有人主張使用“假天館”這一之前的名稱，也有人主張使用“天文電影院”這一反映實(shí)際功能的名稱。在國外，類似的場館功能比較單一，一般只用于演示星空天象。而北京天文館的開創(chuàng)者們認(rèn)為，在新中國當(dāng)時(shí)的條件下，新創(chuàng)辦的這個(gè)場館既應(yīng)該有演示天象的功能，同時(shí)還應(yīng)該有天文科普展覽與研究的功能。在陳遵媯先生的大力倡導(dǎo)下，這個(gè)場館最終采用了“天文館”這個(gè)名稱。

選址曾經(jīng)頗費(fèi)周折

北京天文館的選址也頗費(fèi)了一番周折。一開始，有關(guān)部門本來計(jì)劃將天文館建在天壇附近。對于天文館的外觀，有人建議摒棄國外常用的圓頂造型，認(rèn)為這種建筑外觀形似墳丘，不討人喜歡。他們希望新的天文館能建成中國式的攢尖大屋頂造型，與天壇祈年殿類似。不過，經(jīng)過建筑師們的討論后，最終還是選擇了圓頂造型的基本設(shè)計(jì)方案。大家認(rèn)為，我國的傳統(tǒng)文化中有天圓地方的說法，因此半球形的造型實(shí)際是符合我國傳統(tǒng)的。但是，由于當(dāng)時(shí)天壇附近總的城建規(guī)劃尚未完成，交通方面不是十分方便，而新建的建筑又可能破壞古建筑的整體風(fēng)貌，因此這個(gè)選址方案最終被否決。

后來，有關(guān)部門還考慮過將天文館修建在月壇附近或鼓樓上面，均因不盡合理而未能實(shí)現(xiàn)。北海公園后門斜對面、什剎海后海沿岸的一塊三角地，也曾納入過選址的考慮范疇，但因拆遷民房數(shù)量過大、什剎海水位過高等原因而未能入選。最終，建筑師們的目光投向了北京西郊動(dòng)物園附近的一片空地上。附近的北京動(dòng)物園和當(dāng)時(shí)剛剛建成的北京展覽館(當(dāng)時(shí)名為蘇聯(lián)展覽館)使得這里可以形成一個(gè)首都的文化娛樂中心，具備交通方便和風(fēng)景優(yōu)美的特點(diǎn)。雖然當(dāng)時(shí)北京北站(當(dāng)時(shí)名為西直門站)到門頭溝的鐵路支線就位于館址南側(cè)，火車經(jīng)過的震動(dòng)可能對天文館的設(shè)備產(chǎn)生影響，但人們估計(jì)隨著北京城建的發(fā)展，這段鐵路很快就會(huì)拆除。果然，在上世紀(jì)60年代末，北京北站到五路站的鐵路因市政規(guī)劃原因被拆除。

北京天文館建成開放

北京天文館于1955年10月24日正式動(dòng)工。除了土建工程外，天象儀的安裝和調(diào)試也耗費(fèi)了建設(shè)者們不少的心血。在德國蔡司廠家派出的專家指導(dǎo)下，儀器安裝得以順利完成，北京天文館的工作人員也掌握了這種精密光學(xué)儀器的有關(guān)技術(shù)。在訂購儀器時(shí)，天文館的建設(shè)者們還細(xì)心地意識到了投影字幕的語言問題，特地把星座、月份等名稱翻譯成中文交給蔡司工廠制作。1957年6月17日，天象廳內(nèi)進(jìn)行我國第一次人造星空表演，人們興奮地在球幕上看到了中文的說明字幕。在當(dāng)年國慶節(jié)，北京天文館正式向廣大群眾開放。

除了最為重要的天象館外，天文館的主體建筑中還設(shè)置了寬闊的門廳和兩翼的展廳。在門廳中，安裝了一個(gè)現(xiàn)象顯著的科學(xué)演示儀器——傅科擺，可以使觀眾真切地感受到地球的自轉(zhuǎn)。而兩翼的展廳用于布置各類天文科普展覽，使天文館的科普作用發(fā)揮得更充分。在主體建筑之外，還配套建設(shè)了天文臺、氣象站等觀測設(shè)施，能夠?qū)崿F(xiàn)天文館的科學(xué)研究功能。天文館占地除了滿足以上建筑的需要外，還為未來預(yù)留了發(fā)展空間。

新世紀(jì)天文館煥然一新

進(jìn)入新世紀(jì)后，北京天文館也迎來了新的發(fā)展機(jī)遇。2004年12月12日，北京天文館新館在天文館預(yù)留的園區(qū)土地上落成，使北京天文館有了更寬闊的展覽空間。根據(jù)建筑師對設(shè)計(jì)方案的描述，北京天文館的新館與老館在外觀上相互融合，舊館的圓頂可以被視作一定質(zhì)量的天體，而新館的外觀則表示天體周邊由于廣義相對論效應(yīng)而產(chǎn)生的時(shí)空彎曲。

2008年7月11日，整修一新的老館重新開放，喜迎北京奧運(yùn)會(huì)的到來。重修后的老館，除了保持原來的基本風(fēng)貌外，有關(guān)硬件設(shè)備得到了全面的更新。天象廳中原有的蔡司Ⅲ型天象儀，被更新?lián)Q代為蔡司Ⅸ型，同時(shí)還安裝了當(dāng)時(shí)世界上分辨率最高的全天域數(shù)字投影系統(tǒng)，不僅能為觀眾逼真還原地球上肉眼可見的9000余顆恒星，高達(dá)8K分辨率的球幕影像，還能實(shí)現(xiàn)虛擬天象演示、三維宇宙空間模擬、數(shù)字節(jié)目播放等多種功能。不論是成人還是兒童，都可以在天象廳中體驗(yàn)浩瀚宇宙的廣袤與絢爛。