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上海天文馆怎么逛?让天文人告诉你藏在里面的“小心思”

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澎湃新闻 2021-07-27 07:57

作为上海新的文化地标,上海天文馆自落成以来,备受瞩目。
它也是目前全球建筑规模最大的天文馆,占地面积约5.86万平方米,建筑面积约3.8万平方米。从空中俯瞰,就像一座巨大的星际飞船停泊在港口,独具特色的圆洞天窗、球幕影院和倒转穹顶构成独特的“三体”结构,充满了神秘。

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上海天文馆 上海天文馆官网 图

不过有人疑问,我对天文一窍不通,天文馆设计师的那些“小心思”,到底有怎样的含义?天文馆到底怎么逛,才能不落下“彩蛋”?
澎湃新闻私家地理栏目邀请上海交通大学物理与天文学院在读博士研究生樊仕达,让“天文人”告诉你这些上海天文馆应该怎么逛。
澎湃新闻:您是天文专业的,从专业角度看,新落成的上海天文馆给您留下了什么样的初印象?
樊仕达:天文馆设计很棒,应用了很多新技术,尤其是一些展览,给了我们更多身临其境的体验。
如果你仔细留意,会发现设计师在设计这座建筑时,包含了很多与天文学知识有关的“彩蛋”。比如馆内有一个大型的天象厅,就是8K球幕影院的所在地,外形是一个很大的球体,建筑有一半悬浮于地面之上。天象厅球体上方有天窗,阳光透过天窗会在地上形成一个环状的投影。

8K球幕影院,外形是一个很大的球体,悬浮于地面之上。 上海天文馆官网 图

圆洞天窗配合特殊的地面铺装形成了一个简易的日晷。 上海天文馆官网 图

澎湃新闻:上海天文馆独特的圆洞天窗、球幕影院和倒穹顶三个圆形元素构成的“三体”结构,被人津津乐道,可否介绍下“三体”在天文学中代表了什么?
樊仕达:这个“三体”和大家听说过的科幻小说《三体》不一样,它描述的是天体物理学上关于天体运行的三体问题。
比如说,我们所说的天体运行二体问题,指的就是一个物体绕着另一个物体转,这特别容易理解,我们可以非常精准地去预测两个物体的位置。但如果这时候有第三个或更多物体进来,基于引力或是其他的力进行基本运动的时候,这个问题就会变得相当复杂。例如进行动力学模拟时,若将某个天体的初始条件,如质量、初始位置和初始速度等进行细微的改变,就会发现,在足够长时间的运动模拟后,计算结果之间的区别会非常大。这就好比“蝴蝶效应” ,一个初始条件的细微差别,会引起后面巨大的变化,而且物体数量越多,我们就越难精准预测物体未来的运动轨迹。
太阳、地球和月亮的相互绕转,就是一个经典的三体问题。在太阳系中,除了太阳之外,引力最大的是木星,另外还有土星、海王星这些大行星,它们对很多小天体都有引力作用,即天体摄动,于是我们在实际计算小行星的轨道时,会经常考虑到这些大行星的摄动作用,这也涉及到三体或者说多体的问题。

从空中俯瞰蓝天白云下上海天文馆的“三体”结构。 视觉中国

澎湃新闻:您感觉这次上海天文馆内观测仪器的配置上有什么亮点?
樊仕达:上海天文馆内目前有两座天文台,一座是望舒天文台,里面安置国内最大口径的科普光学望远镜,可以观测月亮、行星和夜空中的各种天体,但并不直接对公众开放使用,而是会定期举办一些观星类的活动,可以预约参加。
另一座是羲和太阳塔,里面放的是太阳望远镜。我咨询了天文馆的讲解员,他说塔的二层是望远镜的所在位置,地上一层展厅对公众开放,公众可以在里面参观望远镜实时拍摄的太阳影像。羲和太阳塔未来也会举办活动,比如公众可以主动提交观测申请等等。这些仪器都是非常专业的观测设备,确实可以满足许多星空爱好者的需求,具有很大的科普意义。

羲和太阳塔 上海天文馆官网 图

澎湃新闻:这次馆内的主展区分为三个主题,分别是“家园”、“宇宙”和“征程”,三个区域分别带给您怎样的体验?
樊仕达:我个人觉得,相对于过去国内的科技馆或天文馆,这次上海天文馆科技整个参观路线,设计得非常完整,是一个循序渐进的过程。而且设计得也很科学,基本上只要跟着路标走,就能完整地逛完,不会让你走回头路。

巨大傅科摆 樊仕达 图

“家园”展区内的太阳。 视觉中国 图

离开“宇宙”展区,就是“征程”展区。这里展现的是天文学的发展历程,从古代人类怎么探索天空,一直到人类发射探测器的历史以及我国航天科研成就。
展厅内有很多古代天文学家的手稿和著作,特别是展出了牛顿著作《自然哲学的数学原理》的英文版初版,非常珍贵。另外还有我国的嫦娥五号探测器、玉兔二号月球车等模型,都是1:1制作,而且可以进行操作演示,开馆那天还新增了嫦娥五号带回的月壤样本。今年4月在文昌航天发射场升空的天和核心舱1:1模型也在这里展出,观众可以走进去,参观里面的设备。

“征程”展区的嫦娥五号探测器、玉兔二号月球车等模型 樊仕达 图

“征程”展区出去后,通往一楼的螺旋走廊。 樊仕达 图

澎湃新闻:从专业角度来看,展区中有哪些让你印象深刻的部分?
樊仕达:我印象最深的是“家园”展厅里的光学天象厅。整个天象厅的设计很有意思,球形外墙本身就是一块大屏幕,模拟出地球的样子,并且通过视频来演示地球的变化。进入内部后,讲解员通过人工操作向我们演示星星的东升西落,模拟观星的效果。
因为馆内的走廊都是螺旋向上的,所以当我们走出“家园”,继续向二楼走去,这时停下脚步,回望天象厅,你会发现眼前的景象非常震撼,好像身处太空俯视地球一般,继续往上走,到了三楼,再从上往下看,又给人一种更新的视觉体验。之后还会经过天象厅的另一半,那里又是一个夜晚的地球。

“家园”展区外部直径20米的天象厅外层被投影成地球的形态。 上海天文馆官网 图

“宇宙”展区里有很多的让人眼前一亮的创意。比如说有一个互动空间,通过墙上和地上的网格状的光线来表示时空场,如果有人踩上去的话,线条就会扭曲,这就演示了广义相对论基本原理——引力场是时空的弯曲,其曲率与物体质量相关。
另外一个展厅内的月球模型也很有意思,运用了VR技术,观众可以通过设备操作,了解月球上不同的位置的地形和我国发射的月球探测器。

通过墙上和地上的网格状的光线来表示时空场。 樊仕达/视觉中国 图

我觉得上海天文馆的一个特点是,里面很多模型,包括屏幕演示的图像,比例都非常大,所以更方便观众去体会宇宙那种浩瀚无穷的尺度。
值得一提的是,在过去国内天文馆的天象厅,观众一般是坐在固定的席位上,像在电影院一样观看球幕电影,但上海天文馆天象厅的设计参考了很多国外的案例,不仅配有讲解员,观众还可以随意躺在地板上的懒人沙发上,模仿在户外观星的感觉,更加身临其境。

里面很多模型,包括屏幕演示的图像,比例都非常大。 樊仕达 图

澎湃新闻:天文馆重要的职能之一就是科普教育。但怎么把科普真正地做到通俗易懂,吸引观众,需要天文馆工作人员许多的考量。您在这次体验中有什么感触吗?
樊仕达:我觉得上海天文馆做得很好的一点是,展览的视觉效果很好。换句话说,即使是小朋友,他可能看不懂介绍的文字,但震撼的视觉效果也会吸引他。
其次是通过一些直观的体验来阐述基本的科学原理。比如说在太阳系的展区,有一块展台上摆着许多苹果模型,这些苹果看起来大小一样,但其实重量不同,你可以把它拿起来,通过感受它的分量,了解物体在不同星球上的重力。比如,在土星上的苹果特别重,然后在月球上的苹果就很轻。
还有一个演示陨石坑的装置,通过一台高速相机连续拍摄小球落在沙坑的过程,观众可以看到陨石坑是怎样形成的。而去年在我国青海发现的陨石坑现场,也被完整搬了过来,安置在整个展示区域内。
上海天文馆设有博士后流动站,有科研人员,工作人员也在科普内容上花了很多心思,有非常好的专业基础。馆内也表达了非常开放的意见收集意愿,邀请游客去发现、反馈科普文字与数据上的纰漏之处。

一名小朋友在上海天文馆的一个宇宙星球互动装置前体验。 视觉中国 图

澎湃新闻:听说有针对不同观众群体设计了多条参观路线?
樊仕达:所有路线都会经过最主要的“家园”、“宇宙”、“征程”三个展区, 然后在主路线的基础上,针对不同的人群,比如说情侣路线,就会把球幕影院放在里面;亲子路线的话,会推荐一些专为儿童设计的互动特色展区。
澎湃新闻:听说您从高中开始就对天文很感兴趣,但那时候还没有像上海天文馆这样的科普基地,你怎样去培养自己的爱好?
樊仕达:我从小对大自然就很感兴趣,天文是其中一部分。到了高中,当时学校有天文社团,我出于兴趣就报名了。老师每周给我们上几节天文课,学校里也有一座天文台,天气好的时候,老师会组织我们进行一些观测活动。那时候对天文的热爱,现在想起来还挺疯狂,我们有时候会半夜爬起来,偷偷跑到宿舍楼阳台上去看星星,暑假大家还会组织去野外山上露营。
可以说,天文学与其他学科不一样的魅力是,它描述的内容虽然遥不可及,但却是一门你可以把书本上学到的知识快速应用到现实中的学科,比如说你拿着星图对着天空找星星,会像挖到宝物般,发现星星确实就在那里。而当你学了更多的知识后,会意识到它们背后还有更多肉眼无法直接看见的天文现象,与令人震撼的大尺度结构,会欣赏到这个世界的浩渺与神奇。

天文学是真正一门你可以把书本上学到的知识快速应用到现实中的学科。 樊仕达 图

澎湃新闻:天文学一向是比较冷门的专业,但这几年伴随着户外旅行、星空摄影的兴起,您是否发现天文爱好者越来越多?
樊仕达:其实在过去十几、二十年来,天文学在国内一直非常小众,过去国内最少的时候,只有两三所大学有独立的天文系,包括业余的圈子里,大家就这么些人,都互相熟知。这几年,天文学在国内人气的确越来越高了,现在已经有二十多所学校开设天文系。
很多人会问,学天文出来干什么?确实,如果你想通过天文学科去就业,确实比较困难,主要的途径是继续在大学或者在科研院所做科研, 除此之外,不想做科研也以考虑去上海天文馆这些地方做科普。

体验走入“黑洞”的感觉。 视觉中国 图

澎湃新闻:您提到现在国内院校越来越注重天文人才的培养,就你观察,我国天文科研事业发展近几年的发展是怎样的?
樊仕达:因为天文观测数据经常受观测设备、地理位置和观测时间所限,而天文科研往往需要综合多种波段、多个时间的观测数据。所以天文科研上在国际上有一个公约,就是天文数据在获得观测数据一定时间后会像全世界公开,这个时间一般是一年半到两年。
我国天文学研究起步较晚,因此在很长一段时间,由于没有大型的射电望远镜、光学望远镜,天文台观测能力不够,就只能通过项目合作的方式使用其他国家的天文设备产生的数据,或使用已经开放的数据来做研究,自己生产的数据深度不足、波段覆盖有限。但这几年,随着国家对天文学科的重视,天文台建设越来越多,例如正在新疆阿里、青海建设的天文台。我们自己研发的观测卫星也将逐步发射上天,例如中国空间站的巡天望远镜计划、HUBS X射线成像卫星等。等这些设备都投入运转之后,我们的科研人员就可以拿到更多的一手的数据,对我国天文学发展来说肯定会有划时代的变化。

“祝融”号火星车模型。 视觉中国 图

澎湃新闻:在天文科普事业上,我们还能做的有哪些?
樊仕达:我觉得最重要的问题是,很多人缺少真正观星的机会。以前我上大学的时候,我和同学组织过“路边天文”的活动,就是让爱好者把自己的望远镜拿到路边,让老百姓免费看太阳、月亮和行星,你会发现大家都很感兴趣,例如有些人平时用肉眼看月亮,觉得上面坑坑洼洼的,但用望远镜看,会发现月球上的环形山是那么惊艳,在目镜里看到木星的四颗卫星确确实实地在那里,会觉得非常神奇。所以除了书本之外,实际观看的效果也很重要。

很多人缺少真正观星的机会。 樊仕达 图

其实天文研究的周期很长,很多时候我们的科研成果都是为下一代“天文人”做铺垫,包括前面提到的大型射电望远镜、观测站,它们建设周期都特别长,需要五年、十年,甚至五十年。所以有时候老师会开玩笑跟我们说,你们现在努力工作,努力搞科研,这些设备虽然你们这代人享受不到,但几十年后的“天文人”一定会用到。
所以在天文馆看到那些前来参观的小孩子,我就会想,他们中的有些人,或许就是未来的天文工作者。
7月26日,上海天文馆发布公告,由于台风关系,为确保游客出行安全,7月27日(周二)将继续闭馆一天。已购的7月26日、7月27日参观票、电影票将分别自动调整至8月8日、8月10日使用,另外相关的退票手续可通过原购票平台办理。

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