9-16世纪,伊斯兰世界曾是世界天文学领域的领头羊。

伊斯兰继承了巴比伦、印度和古希腊的天文学的传统,伊斯兰学者们在天文学领域做出了一连串伟大的贡献,甚至部分促成了现代天文学的形成。

9世纪初,充满好奇心的哈里发马蒙下令在巴格达和大马士革建立天文台,以制定历法,并检验古希腊和印度的天文数据。与此同时,在哈里发的鼓励下,帝国境内各种语言、各种信仰的学者们积极参与了百年翻译运动,如饥似渴地把希腊、印度、巴比伦、波斯等文明的学术文献翻译成阿拉伯文,将所知世界的知识纳为己有。

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11世纪伊斯兰世界的天文仪器——星盘

01

黄金时代

伴随着百年翻译运动和宽容的宗教气氛,伊斯兰世界的学术也进入了黄金时代。

各种学术之中,天文学更是以其实用性和严密性,得到了飞速的发展。无论是制定历法、确定方向还是航海远行,都离不开天文学的帮助。当时的统治者们也乐于资助学者,为天文台的建设买单。

于是,在伊斯兰世界,出现了一批享誉世界的著名天文台。

马拉盖天文台遗址上的金属穹顶

1259年,在伊尔汗国统治者旭烈兀的支持下,伊朗学者图西(Nasir al-Din al-Tusi,当时也是旭烈兀的维齐尔,相当于宰相)在东阿塞拜疆的马拉盖(Maragheh)建立了当时世界上规模最大,设备最先进的天文台。

据说在其鼎盛时期,马拉盖天文台不但拥有许多天文仪器,还有一座包括40多万卷藏书的图书馆。

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马拉盖天文台的仪器复原图

马拉盖天文台的核心是台尺寸非凡的壁象限。

当时,天文观测和读数依赖肉眼,因此只要把天文仪器尽可能做大,就能得到更精确的观测读数。这股仪器大型化的风潮也刮到了中国,数十年后,元代郭守敬和王恂组织修建的登封观星台就建造了拥有30多米长读数尺的大型圭表。

15世纪的波斯细密画,描绘了图西和学者们的工作

值得一提的是,图西本人就是一位成就斐然的天文学家,根据天文台的观测记录,他编写了当时世界上最准确的历表(伊尔汗历表,也有直接音译称积尺的)。

图西批判了托勒密认为地球是静止的观点,为了解释其行星运动理论,他设计了名为图西双圆(Tusi couple)的数学模型,据说哥白尼就受到了图西理论的影响。

此外,图西还认为银河系是许多恒星的集合,数百年后,伽利略用望远镜证实了这一观点。

马拉盖天文台遗址

https://muslimheritage.com/instruments-maragha-observatory/

02

风沙

图西死后,他的儿子继任为天文台的负责人,但是随着旭烈兀的去世,此后天文台得不到统治者的资助,逐渐荒废,之后更是因为地震和风沙的侵蚀成为一片废墟。尽管萨非王朝的阿巴斯大帝曾计划重修马拉盖天文台,但是在沙阿去世后,这一计划最终也不了了之。

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苏联时代的邮票,绘有兀鲁伯和兀鲁伯天文台的壁象限

继承马拉盖衣钵的是帖木儿帝国时期的兀鲁伯天文台。兀鲁伯(Ulugh Beg)是帖木儿的孙子,16岁时,他成为帝国故都撒马尔罕的总督(当时的统治者沙哈鲁把首都迁到了阿富汗赫拉特)。

兀鲁伯立志将撒马尔罕建设成帝国的知识中心,他创办学校,邀请Ali Qushji、Jamshid al-Kashi等著名学者前来工作,这些人后来也成为兀鲁伯天文台的核心研究人员。

兀鲁伯天文台的壁象限遗址

兀鲁伯本人就是个天文学家,年轻时他曾参观过马拉盖天文台。1428年,他在撒马尔罕建立了著名的兀鲁伯天文台。和马拉盖天文台相同,兀鲁伯天文台的核心同样是巨型壁象限,这台壁象限的半径达到了36米,是当时世界上最精确的天文装置。

通过这些装置,兀鲁伯编制了包括994颗恒星的兀鲁伯星表(Zij-i Sultani),精确测定了恒星年的长度、地球的黄赤交角等。这是当时世界上最精确的星表,直到16世纪才被第谷布拉赫以及Taqi al-Din的星表超越。

16世纪奥斯曼帝国的六分仪

兀鲁伯死后,天文台被毁,追随他的学者们被驱逐,最后一任台长Ali Qushji晚年来到科斯坦丁尼耶,将帖木儿文艺复兴的成果传授给奥斯曼帝国的学者们。

03

重建

百年之后,奥斯曼帝国苏丹穆拉德三世邀请出生于叙利亚的学者Taqi ad-Din来到科斯坦丁尼耶并为其建造天文台。

Taqi ad-Din和奥斯曼帝国的天文科研团队

为了力争成为伊斯兰世界,乃至整个世界的标杆,穆拉德三世不惜工本的支持Taqi ad-Din的天文台建设。Taqi ad-Din本人则为天文台开发了许多仪器,包括当时最精确的机械钟之一。

1577年,天文台竣工,包括山上的观测台、图书馆、工作区以及一系列天文仪器。利用这些仪器,Taqi ad-Din编制了当时最准确的星表,并首次采用小数符号记录数据。

Taqi ad-Din撰写了一篇论文来介绍科斯坦丁尼耶天文台的各种仪器,其中包括——

  • 源自古希腊的:浑天仪(用来测定天体的坐标,演示天球模型)、星盘(测量天体高度)、三角仪(测量天体高度);

  • 源自伊斯兰世界:壁象限(精确测定天体高度)、方位角象限(测定天体方位角);

  • Taqi ad-Din自制的:机械钟(测定恒星的升起时间,带有时分秒的刻度)、标尺象限(测量日月的视直径)、地球仪、Muşabbaha bi'l-menatık(六分仪)、Sunaydi尺、平行尺。

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Taqi ad-Din看彗星

不幸的是,科斯坦丁尼耶天文台并未运行多久。

天文台竣工当年,天空中掠过了一颗巨大的彗星,Taqi ad-Din将彗星解释为幸福和繁荣的象征,认为这预示着奥斯曼帝国将征服波斯。但是帝国与波斯的战争并不如预想般顺利,境内的瘟疫则和“幸福繁荣”相悖。

此外,帝国的高层官员也反对占星术的滥用,认为这是“窥视天堂的秘密”,于是在1580年,这座伊斯兰世界最大的天文台,仅运行了3年,就被拆除了。

Stjerneborg天文台

科斯坦丁尼耶天文台被拆毁后一年,丹麦天文学家第谷布拉赫在北欧建造了著名的Stjerneborg天文台,积累起大量观测资料,成为开普勒发现行星运动三大定律的基石。

西方的天文学以不可阻挡之势发展起来,与此同时,伊斯兰世界的天文学却一蹶不振,再也没出现过著名的天文学家。

伊斯兰世界的天文学论文产出

阿尔及利亚天文学家Nidhal Guessoum调查了2000年-2009年间阿拉伯世界学者发表的天文学论文,并将其与以色列、南非、土耳其、伊朗进行对比。

Nidhal发现,阿拉伯国家每1000篇论文中,仅有3篇论文与天文学有关,其中的大部分论文,还都是由埃及学者贡献的,同属伊斯兰世界的土耳其和伊朗,情况也不乐观。

作为对比,以色列每1000篇论文中,有14篇与天文学有关,南非则为24篇,美国、中国、印度、日本、巴西、西班牙等国,则在10-25篇之间。

看一下引用数字,情况更为惊人。

整个阿拉伯世界的天文学论文引用数量,不如土耳其一国,而以色列和南非的论文引用数字则是阿拉伯世界的20倍和9.5倍。

这些有较多天文学论文产出的国家,都有大型的天文台和望远镜可供使用,可见天文台的建设与天文学的发展密切相关。

04

现代天文台

19世纪,伊斯兰世界的天文学和自然科学研究陷入停滞,不过随着西方思想的到来,情况发生了改变。

默罕默德阿里,埃及“洋务运动”的发起人,也是现代埃及的主要奠基者

19世纪初,埃及统治者默罕默德阿里着手实行改革,他准备在开罗近郊的Boulaq建立天文台,并从法国工程师兰伯特(Charles Joseph Lambert)开办的学校中招募研究者。

之后,优秀毕业生Mahmoud Hamdi、Ismail Mustafa等人被派往法国学习,并得到了al-Falaki(天文学家)的称号。

为了建造筹备中的天文台,Ismail Mustafa被委以采购仪器的重任。大部分仪器都是法国制造的,其水准和当时欧洲最先进的设备不相上下。运用这些先进仪器,Mahmoud Hamdi和Ismail Mustafa组织了大规模的大地测量,让埃及成为继美国和西班牙之后,世界第三个根据标准米尺度进行大地测量的国家。

Abbasiya的Khedivial天文台中的老望远镜

阿里的孙子伊斯梅尔帕夏也是现代化的积极推动者。他曾在巴黎求学。在法国天文学家勒维耶(他率先通过计算预测了海王星的存在)的建议下,1865年,伊斯梅尔帕夏着手建造一座当时世界领先水平的天文台。

天文台位于开罗附近的Abbasiya,同样由Ismail Mustafa负责仪器的采购和管理。之后的近40年里,这座天文台一直都是伊斯兰世界最先进的天文台。

Helwan天文台

1903年,因开罗城区的扩大,Khedivial天文台的观测条件恶化,天文台搬迁至开罗南部,古都孟菲斯对岸的Helwan附近。

英国天文学家M. Reynolds为Helwan天文台赠送了一架78cm口径的反射望远镜,这是当时世界上屈指可数的大望远镜之一,直到今天,伊斯兰世界都没有多少比它大的望远镜。不过当时埃及处于英国的半殖民殖民统治之下,使用这些设备进行观测的大多也是英国天文学家。

Kottamia天文台的1.88米望远镜

1948年,英埃政府为Helwan天文台订购了1.88米的大反射望远镜。

1964年,独立后的埃及政府又在开罗附近的山上建立了Kottamia天文台,这架望远镜最终被安放在Kottamia天文台,至今还是整个中东和北非(包括以色列,不包括高加索)最大的光学望远镜。

近年来,这架望远镜经过改造,增加了ccd、光谱仪等,依旧是埃及最强大的天文仪器。

05

埃及之外

埃及之外,其他伊斯兰国家的天文台建设则迟缓得多。

奥斯曼帝国天文台老照片

1868年,在Taqi ad-Din的科斯坦丁尼耶天文台被毁后268年,奥斯曼帝国终于重新建立了天文台。

天文台位于科斯坦丁尼耶亚洲部分的于斯屈达尔,最初名为”帝国天文台“(Rasathane-i Amire),主要致力于天气预报和授时服务。法国工程师Aristide Coumbary成为天文台的首任台长。

不过这座天文台在1909年被叛军摧毁,数十年后,天文台得到重建,成为土耳其海峡大学的校属天文台。

贝鲁特的Lee天文台

1873年,美国传教士Cornelius Van Dyck在黎巴嫩贝鲁特的贝鲁特美国大学建立了黎凡特地区的第一座现代天文台。天文台的名字“Lee”,得名于曼彻斯特的富商Henry Lee,他为天文台的建设提供了巨额的资金支持。

这座天文台拥有一架30cm口径的望远镜,不过如今仅用于教学科普方面。

阿尔及尔的阿尔及利亚天文、天体物理和地球物理研究中心

1890年,法国人在阿尔及利亚阿尔及尔附近的高山上建立了西北非的第一座现代天文台。

当时,阿尔及利亚属于法国的一部分(当做国土而不是殖民地的那种),天文台的前几任台长也都是法国人,直接参与到法国的科研活动中。

后来,这座天文台被阿尔及利亚收归国有,成为阿尔及利亚目前仅有的天文研究机构(天文台官网都还是法语的)。

伊斯坦布尔大学天文台的圆顶

一战之后,奥斯曼帝国解体,伊斯兰世界的政治格局发生了重大变化。在一批德国学者的帮助下,凯末尔对伊斯坦布尔大学进行改革。

1933年,伊斯坦布尔大学成立天文学系,德国学者Erwin Finlay-Freundlich受邀成为首位系主任。他建议在大学中建立天文台,1936年,天文台落成,成为土耳其的首座现代天文台。

此后,土耳其的一些大学也陆续建立了天文台,但是直到1997,土耳其才成立了安装大型望远镜的国立天文台。

约旦安曼,人们在观测金星凌日

二战后,中东北非的阿拉伯国家纷纷独立,伊朗也脱离了殖民势力。随着石油的发现,许多中东国家逐渐富裕起来,这些国家陆续建立起一些工业,对应用科技展开研究。

不过像天文学这样的理论学科并没有得到多少重视。

埃尔比勒天文台遗址,可以看到被导弹击中的痕迹

新兴伊斯兰国家中,唯一的例外在伊拉克。1973年,伊拉克总统贝克尔下令在北部库尔德人聚居的埃尔比勒附近建立大型天文台。伊拉克人向蔡司、克虏伯和利勃海尔订购了3台大型仪器,包括3.5米和1.25米口径的反射望远镜,以及30米的毫米波射电望远镜。

如果建成,这座天文台的设备不但将在伊斯兰世界首屈一指,即使放到现代的中国,也属于领先水平。

可惜,这座天文台并没有建成。

两伊战争期间,天文台遭到伊朗的导弹袭击,天文台的建设断断续续,最终停止。后来,海湾战争又让天文台受到了二次打击,受到国际制裁影响,伊拉克既无财力继续建设天文台,学者们也和国际学界断了联系。直到最近,国际天文学会和库尔德地区当地的学者提议要重建天文台,不过离重建完成,可能还遥遥无期。

进入21世纪,情况有所改变。这一次,推动伊斯兰世界天文学发展的国家是伊朗和土耳其。

今天,伊朗和土耳其是伊斯兰世界工业和基础科学研究最发达的两个国家,每年的自然指数排名中,伊朗和土耳其都能名列前30名。虽然两国面临的国际环境大不相同,但作为其大国梦的组成部分,天文学和航天,都是伊朗和土耳其力争有所突破的领域。

伊朗国立天文台的圆顶

2004年,伊朗政府承诺建立大型的国立天文台。国立天文台位于伊斯法罕附近海拔3600米高的Gargash山上,被列为伊朗的三大科学工程之一,这里气候干燥,海拔高,空气好,是北半球比较理想的观测选址。

数十年来,由于遭受制裁,伊朗本土的科学家无法顺畅的和国际同行交流,伊朗学者们希望能够通过建立这座建立国际合作,并得到高质量的第一手资料。

INO340望远镜的规划图

天文台的核心是3.4米口径的RCC结构大型望远镜INO340。望远镜采用紧凑的地平式结构,带有自适应光学系统,用来减少大气对天文观测的影响。主镜由德国制造,余下则主要由伊朗本土团队完成,这对于之前只用过60cm望远镜的伊朗学者来说,无疑是个很大的挑战。

目前,INO340望远镜的机械装置已经组装完成,圆顶也已建设完毕,望远镜原定今年投入使用。届时,这架望远镜将成为亚洲乃至北半球同纬度最强大的天文望远镜之一。

(不过由于自适应光学传感器尚未到位,可能要跳票到2023年)

土耳其国立天文台

土耳其的计划更加雄心勃勃。1990年,土耳其科学技术研究委员会就着手成立了空间科学技术委员会(SSTC),此后,天文和航天领域的研究得到了政府的大力支持。

1997年,土耳其在安塔利亚建立了国立天文台(TÜBİTAK Ulusal Gozlemevi,TUG),通过与俄罗斯等国的合作,建立了包括1.5米反射式望远镜在内的科研装置。

2021年,土耳其在伊斯坦布尔附近的探空火箭试射

与此同时,土耳其也积极开展国际合作,借助外国技术发射了几颗国产通信卫星。2018年,土耳其更是成立了专门的空间局,以期能在2023年土耳其共和国建国100年之际,完成一些重大的空间项目。

(不过火箭领域,似乎还是伊朗进度快一点)

东安纳多卢天文台天文台的圆顶

在天文领域,土耳其计划在东部埃尔祖鲁姆附近3170米的山上建设东安纳多卢天文台(Doğu Anadolu Gözlemevi,DAG)。天文台的建设得到了阿塔图尔克大学等40所学校和机构的支持,甚至吸引了一些欧洲科学家的兴趣。

(讽刺的是,前几年土耳其曾试图加入欧洲南方天文台,但未获成功)

建造中的4米望远镜

东安纳多卢天文台的核心是一台4米的光学-红外望远镜。主要由比利时的AMOS公司负责建造,将配备自适应光学技术,至于天文台的穹顶,则由意大利的EIE Group Srl负责设计建造。

这将是土耳其的第一架红外望远镜,届时将成为伊斯兰世界,乃至亚洲最大的通用光学望远镜。这架望远镜的进度比较顺利,也许能抢在伊朗之前夺得中东第一望远镜的桂冠。

(目前亚洲最大的通用光学望远镜是日本的3.8米晴明望远镜,印尼准备引进技术建造类似的望远镜,中国有4米级别的lamost,不过其设计比较特殊,主要用于收集光谱)

06

附录

*.本文中的伊斯兰世界和中东,不包括19世纪后的中亚,以及孟加拉、东南亚和以色列。

伊斯兰世界的现代天文台列表,射电望远镜在伊斯兰世界非常少见,一些天文台的设备还不如我的高中……

参考资料:

1.https://www.nature.com/articles/498161a

2.https://whc.unesco.org/en/tentativelists/5574/

3.https://www.nriag.sci.eg/

4.http://iau-swa-road.aras.am/eng/astronomy_in_turkey.php

5.http://ino.org.ir/

6.https://tug.tubitak.gov.tr/en

作者:ag獭(知乎)

转载已获作者授权,对原文略有增减

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