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追寻黑暗
只有很少人住在可以直接从后院观测到6等星(肉眼通常可以看到的最暗的星)的地方。大多数业余天文学家必须经过一番探寻才能找到这样的地点,如果你住在一个人口过百万的城市或其附近,那这番探寻会是一场远征。很遗憾地告诉你,开车整整90分钟只为得到一个还说得过去的银河视野,绝对算得上是稀松平常的经历。在本节中,我们将就如何找到一个暗夜下的观测点提供一些方法和建议。
寻找一个黑暗的观测点
即使在城市之外,阻碍依然存在。房主们喜欢在屋外安装从黄昏亮到黎明的安全灯,其灯光能从3千米之外射入天文学家的眼睛。而且除了乡村的照明,还有一个问题是,当你来到郊区之后,到底该往哪走。
在远郊的路边停车,用双筒望远镜进行观测是可行的,但架设天文望远镜和支架就不太理想了,它们可不能在几秒钟内就被放回车里。被误认为是居心叵测的入侵者,这种情况是真有可能发生的。业余天文学家讲述过不少可怕的经历:跟心生疑虑的土地所有者面对面对峙,有时还被用枪指着,或者撞见一整车来找麻烦的人。
独自出发寻找一个黑暗的地点以观察极光、流星雨或明亮的彗星,总是一场豪赌。然而有些时候,这是唯一的选择,特别是有些事件,例如彗星回归或罕见的行星在地平线附近相合,需要从某个特定的视角去观测。
为了长期使用,你需要找到一个不会被入侵者干扰的黑暗观测点。如果你的朋友或家人有别墅或农村的土地,那你就万事俱备只欠东风了。如果没有,那么可以去当地的天文俱乐部或者为观星者设立的社交媒体上提问,问清楚他们都是去哪里观测夜空的。俱乐部可能在某个安全的地方设有会员专用的天文观测站,也可能找到一个公园或保护区,允许他们在下班后进入和使用。
一个高质量的观测点需要具备哪些要素呢?银河应该是清晰可见的。在地平线以上5度以内的范围内,3等星应该是肉眼可见的,并且在真实地平线处的星体,用双筒望远镜也应该能观测到。想要在整个地平线上找不到任何一处来自附近城镇或较远城市的光穹是几乎不可能的。但如果最大的光穹朝向北方,那也算是最好的情况了——除非你想要观测北极光。从北半球的地点看,当下在天空北面的天体在两个季节后就会来到头顶上方,那时便可见了,所以观测点应该位于附近大城市的南边。如果你出城之后向北走,那你观测大部分目标时都是在回望城市的光亮。不过,在大城市以东或以西的观测点也能成为不错的选择。
位置很重要,地形也同样重要。降雪是一个不利因素,不仅是因为它所代表的寒冷天气,还因为它会把光线反射到天空,进一步加剧已有的不论何种形式的光污染。由于反射光,被雪覆盖的地区的天空可能至少要亮半个等级。寒冷、清爽的夜晚可能乍一看还不错,但北方冬夜里“璀璨的天空”在一定程度上只是明亮的猎户座和它周围那几个包含了很多恒星的星座使你产生的错觉。
最理想的观测点是一个与世隔绝的、位于高处的空地,周围有颜色较深的植被,如茂密的草地、灌木丛或树木(也有助于阻挡远处的光线)。针叶树比落叶树更好,不仅因为它们全年都能阻挡光线,还因为它们向大气中释放的水分(即露水)更少。基于同样的原因,要避免靠近开阔水域或沼泽地的低洼地区,因为那里的露水和雾气会大大缩短观测的时间。海拔越高的地点往往空气也越为干燥。
找寻最完美的观测点
当我们寻求离家较远的完美观测点和最佳的观测体验时,下面几个因素也是我们需要考虑的。
首先,其所在的位置必须是可到达的。如果你不能带着天文望远镜一起到达那里,那么它再完美也毫无意义。理想情况下,我们要避免在尘土飞扬或崎岖坎坷的道路上长途跋涉。尘土会给你的光学设备蒙上一层灰,还会钻进支架和驱动器,而摇晃的天文望远镜会让镜片和镜筒互相碰撞。
高度也很重要。但别走极端!虽然在海平面附近时,周围的空气可能是最干净清透的,但是大气层本身却能吸收至少0.3等的亮度,即使是在抬头直视最顶端的天空时。而在2100多米的高度,大气层只吸收0.15等的亮度。我们把这称为“大气消光”现象。
为什么不去更高的地方?除了让你感到头晕和呼吸困难,你会发现2700多米以上的空气中减少的氧气含量还会影响眼睛的暗适应能力——你在夜间会无法看到光芒比较微弱的物体。以夏威夷冒纳凯阿火山为例,在其海拔约4267米、遍布着大型天文台的山顶上,肉眼观测到的恒星数量要少于在海拔2700多米的游客中心观测到的。
干燥的空气也是好的,但不能有过多灰尘。灰尘颗粒会散射光线,还会使光学系统变得一团糟。水蒸气就更糟糕了,而那可不只是因为露水。北美洲东部区域因为湿度较高的空气而损失了至少0.2等的亮度。正是这种大气消光使得恒星在地平线处显得晦暗,因为从这个角度观测时,我们的目光透过大气层的厚度比我们仰视头顶时要大得多。在不考虑灰尘或烟雾的影响时,空气越干燥,大气消光效应就越弱。
因此,我们完美的暗夜观测点应该是介于海拔600到2100米之间,在干旱、湿度低的气候下,远离光污染源,并且可以通过已铺设的道路到达。符合这些描述的区域包括澳大利亚的大部分地区,智利的沙漠地区,美国西部和西南部的大部分地区以及夏威夷的部分地区。在加拿大,不列颠哥伦比亚省南部、艾伯塔省和萨斯喀彻温省也都符合。在更靠北的地方,天空是黑暗的,但是经常被时不时冒出来的极光照亮。
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暗夜圣地
在一个真正黑暗的观测点,比如得克萨斯州星空聚会,黄道光很明亮,而金星(本图中心偏下的位置,其上方是木星)会阻碍眼睛的暗适应。
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天文野营
加拿大安大略省南部的斯塔费斯特是一个位置理想的露营地,周围绿树成荫,可以享受到良好的地平线视野。这张照片中,绚烂的夕阳和曙暮辉预示了一个美好的观星之夜。
星空聚会礼仪手册
1 在天黑前到达 不要在天黑后才到达,还开着大灯寻找停车位。
2 停车时尽量减少灯光 如果你计划在天黑时就离开,把车停在出口附近,面向外面。
3 关闭车内灯 确保你打开车门时,车内灯和警报器不会亮起。
4 只用暗淡的红光 最重要的是,所有的手电筒都应该只开红灯,而且要对着地面,不要对着人。
5 不带宠物,不听音乐 保持夜晚的安静,你能听到的只有观测者发出的喜悦的声音。
6 禁止使用激光 规则各不相同,但有些活动在天黑后就禁止使用绿色激光指示器。
7 注意脚下 电源线、三脚架、帐篷绳索和其他装备都可能会把你绊倒。
8 尊重他人的望远镜 永远都要先询问你是否可以使用,并且除非有人告知你如何调焦,否则不要上手触碰。
9 留意天文摄影家 要记住有些人正忙于拍摄图像,没有多余的时间和你分享视场。
10 保持清晨安静 在露营过夜时,要尊重别人想睡觉的意愿。
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那些冒险去到一个真正黑暗的观测点的观测者,常常对天空看起来并不是完全漆黑的感到惊讶。在最好的观测点观测,夜空是灰色的。这些甚至在远离银河的区域都存在的背景亮度,来自遥远的无法分辨的恒星发出的亮光。在适宜的天空下,那些沿着银河分布的肉眼可见的暗星云(第二章中提到过的煤袋星云)要比天空的其他部分更暗,因为它们离我们距离更近,遮挡了遥远的星光。
还有同样在第二章中介绍过的大气辉光,往往会给天空增加一道自然的背景光。位于智利并靠近南大西洋异常区(地球磁场上的一个“洞”)的观测点,特别容易爆发大规模的大气辉光,使照片中的天空变成红色。在我们最爱的位于澳大利亚的观测点,气辉非常罕见。但是森林大火和洪水可是一点也不罕见!
星空聚会
一个流行的观测天空的方式是,在一个适宜的地点,和其他人一起观星。这样的活动被称为星空聚会。这种聚会可以是在附近公园里度过一个晚上或一整个周末,甚至可以是历时一周的露营,其间人们在星空下架设起他们的装备,进行长时间的观测。
星空聚会的主要目的是与业余天文爱好者一起愉快地观测和聊天。仅仅在北美洲,就有至少十几个大型的星空聚会(参加人数超过300人),以及另外三十几个爱好者数量在50到200名不等的聚会。其中肯定至少有一个聚会的地点是距离当地居民一天车程内的。欧洲(如英国)和澳大利亚也会在暗夜观测点举办星空聚会和天文野营活动。
相比之下,截止到20世纪70年代,全世界只有一个重要的星空大会,在佛蒙特州南部的Stellafane举办。这是第一个,也是目前北美洲最著名的业余天文学家的聚会。每年夏天,他们都会聚集在一个名为Stellafane(拉丁语,意为“参拜星星”)的花岗岩山丘上度过一个周末。1926年第一次聚会时,大会的核心成员只有20名天文望远镜制造者,而现在已经发展到几千人的规模。参与者爬过岩石、钻出帐篷,一边消灭掉成千上万个汉堡和热狗,一边用宝石检验员一样犀利的目光检视那些手工制作的天文望远镜,毫无疑问,这些目光里一定还掺杂着一定程度的羡慕。
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光污染地图
上图:北美洲西部的大部分地区是黑暗的,零星散布着城市灯光构成的“岛屿”。在人口更稠密的东半部,陆地十分明亮,但其中仍有黑暗的“绿洲”。
图例:不同博特尔等级的地区在光污染地图和应用程序上用不同颜色表示,黑色到深灰色代表最黑暗的博特尔等级为1级和2级的天空。蓝色和绿色是乡村的博特尔 3级和4级的天空。城市内部的核心区域是明亮的灰色和白色,它们的博特尔等级为8级到9级。每1博特尔等级对应的天空质量计量仪(SQM)指数和裸眼极限星等(NELM)值的范围也进行了标示。
另一个年度天文聚会是为期一周的得克萨斯州星空聚会,每年5月在得克萨斯州西南部靠近戴维斯堡的普鲁德牧场举办。得克萨斯州星空聚会距离米德兰或埃尔帕索(最近的优质航空服务站点)两个半小时车程,是渴望暗夜的业余天文学家的聚会。其地理位置相对靠南(北纬31度),且与城镇地区相距较远,能够展现北美大陆上一些质量最好的夜空。还有一个额外的好处是它靠近麦克唐纳天文台。
美国其他主要的星空聚会有:2月在佛罗里达群岛举行的冬季星空聚会;宾夕法尼亚州中北部的黑森林星空聚会;内布拉斯加星空聚会;俄勒冈州星空聚会;俄克拉何马州星空聚会;华盛顿州北部的桌山星空聚会。在加拿大,安大略省芒特福里斯特附近的斯塔费斯特和萨斯喀彻温省的夏季星空聚会也吸引了大量参与者。参加当地的星空聚会对任何一名观星者来说,往往都是那一年的天文日程中的高光时刻。
近年来,各种室内天文贸易展来来去去,但有一个始终是爱好者心中的另一个“圣地”。一年一度的美国东北天文论坛(NEAF)会持续一个周末的时间,供应商会在大厅里摆满诱人的玩具,供人们试用和购买,其间还有讲座和研讨会。东北天文论坛由洛克兰天文学俱乐部于每年的4月在纽约的萨芬举办。
在英国,除了在布雷肯山和基尔德森林等暗夜观测点举办的天文露营,还有一些室内天文贸易展,如伦敦的AstroFest,以及户外科学节,如在卓瑞尔河岸天文台举办的蓝点科学节,都能吸引数百至数千人参加。关于世界各地天文活动的详细信息可以在天文学杂志或其网站上找到,也可以在互联网上搜索活动名称,找到这些活动的网站。
给你的天空打分
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估计你的裸眼极限星等:北方
使用那些呈现了两个天极(全年都可观测到的区域)附近天域的星图,可以估计出从你所在的观测点能用肉眼看到的最低亮度的星体——即你的裸眼极限星等。上方的星图包含了小熊座北极星周围的北方天空。在这两张星图中,数字表示恒星的星等,其中的小数点不显示,以免与恒星相混淆。因此64表示的是6.4等,接近典型的裸眼极限。两张星图的视场宽度都是25度,大约是4个双筒望远镜的视场。
天空的黑暗程度通常划分为从1到9的九个级别,其评判标准是由美国天文学家约翰·博特尔(John Bortle)在2001年设计出的量表。
◆博特尔1级代表最黑暗的天空,可以看到对日照,甚至可能看到大气辉光。黄道带很明亮,也许还带有一丝黄色调。银心亮到能在地面上投出物体的影子,金星会影响你的眼睛对黑暗的适应能力。
◆博特尔2级几乎和1级一样好,只有当暗色物质遮挡星光时,才能隐约看到云层。想要见到这样的天空,你也许得飞到另一个国家甚至另一个大陆。
◆博特尔3级和4级代表的是比较典型的乡村天空,我们会把这些地方用作当地的观测点而频繁光顾,无论是独自前往还是用来举办星空聚会。黄道光清晰可见,银河看起来结构分明,但点缀在地平线上的光穹散发出明显的微光。远处的云层都显得较为明亮,因为它们反射了城镇的灯光。要好好享受博特尔3级或4级的天空可能需要一个周末或一周的假期。
◆博特尔5级和6级是城市附近的耕地和外围郊区的天空。在一个晴朗的夜晚,可以观测到银河,但最多也只表现为头顶上的淡淡光亮。低处的天空是明亮的,任何飘过此处的云也都显得明亮。然而,仙女星系还是可以用肉眼看到的,同时大多数深空物体通过天文望远镜观测也都令人印象深刻。进行深空摄影是可能的,尤其是在光污染滤镜的协助下。这样的观测点是“一夜游”的好去处。
◆博特尔7级可能是我们许多人居住的地方:郊区和城市核心区的外围。即使晴朗的夜空也是灰色的,看不到银河。4等或5等亮度的恒星是裸眼极限。虽然较亮的深空物体可以通过天文望远镜观测到,但它们与背景缺乏对比度,在博特尔等级比这稍高一点点的天空中,对比还是存在的。你能够看到星团,但是看不到星系。
◆博特尔8级和9级是城市和中心市区的天空。即使在一个条件很好的夜晚,也只有最亮的1等、2等星可以被观测到,而大多数星座的图案都是不可见的。月球和行星是天文望远镜的主要观测目标。
天空的亮度也可由另一个指数表示,即SQM,命名自天空质量计量仪,是由Unihedron公司(网址见链接列表18条目)制造的用于量化天空亮度的常用设备。其数值以“等每平方角秒”为单位。最黑暗的天空,博特尔等级为1级和2级,SQM指数为22到21.5(数字越小,天空越亮/越差)。离城市不远的地方,博特尔3级到5级,SQM指数为21.5到19。最明亮的城市天空的SQM指数只有18或更少。
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估计你的裸眼极限星等:南方
这张用于南半球的星图描绘了位于南极座的南天极周围的天空。无论你在哪个半球,在至少是博特尔5级的天空下,大多数人的裸眼极限星等是6等。在极少数情况下,在博特尔 3级和更好的天空下,视力异常好的人可以看到7等甚至7.4等,但这取决于天空条件。干燥的天空相比潮湿的天空能看到更多的星体。城郊天空的裸眼极限星等可能被限制在4等甚至更差。
暗夜保护地
在过去的20年里,我们为之鼓掌并大力支持的一项运动是建立包含现有州级、省级或国家公园在内的暗夜保护地。保护自然夜空与公园的目标相吻合。大多数情况下,公园的夜空已经足够黑暗,所需要的只是遮蔽仍有的少数灯光,然后通过法律法规正式认证它享有“暗夜”这一称号,并履行相应的义务。有了这个认证后,公园通常被要求开展更大范围的活动,比如在面向大众的科普活动中增加观星环节,以及宣传“公园的另一半景色只在天黑后可见”。
国际暗夜协会向美国和世界各地的候选地点授予暗夜称号,其类别下至采用了“夜空友好型”照明设施的暗夜社区,上至属于世界上最黑暗的几个观测点的暗夜保留地。介于这两个类比之间的是暗夜公园和暗夜保育区,后者的认证条件相比前者要严苛一些。截至2020年底,国际暗夜协会已经认证了130个暗夜地点。
在加拿大,加拿大皇家天文学会(网址见链接列表19条目)率先建立了暗夜保护地,并授予申请地官方认定的暗夜称号。其类别包括:夜间保护区,这一类别不要求接纳公众游客;暗夜保护地,其中包括对外开放的公园;城市星空公园,其照明受到控制,但天空不一定是完全黑暗的。加拿大有超过25个地点被认证。
随着越来越多的人开始追寻难忘的夜空体验,公园和社区也开始将其黑暗状态视为吸引游客的卖点。例如加拿大的贾斯珀国家公园是一个占地面积巨大的暗夜保护地,会在每年的10月举办暗夜节(网址见链接列表20条目),其间有世界知名的演讲者演讲,还有音乐会和大型星空聚会。在夏季高峰期和冬季滑雪季之间本该是淡季,酒店房间和餐馆却全部爆满。当地的商家爱死它了。许多其他公园和度假村纷纷开始效仿,举办暗夜节和他们自己的天空巡游项目,甚至为了应对那些阴天的夜晚而设立了小型天文馆。
天文旅游
不断扩展的天文旅游业务的核心活动是暗夜节。正如我们在第一章中陈述的,人们越是无法看到自然的夜空,就越是渴望看到它。没错,我们的祖父母在他们位于城市中的房子后院就能看到银河,但很有可能,他们在那时也从没专门去看过。现在,仅仅是一睹银河的真容,便能被列入“人生愿望”的清单中,将来自世界各地的人吸引到暗夜保护地。
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暗夜保护地
位于萨斯喀彻温省西南部的赛普里斯丘陵省际公园是首批被认证的暗夜保护地之一。每年夏天,观星者都会聚集在这里,欣赏银河(左图),也许还能额外看到极光(右图)。
星等标
一颗恒星的亮度,或者说星等的数值代表的意义可能与你所预期的相反。恒星越亮,其星等值就越低。5个星等的差异相当于100倍的亮度差异。肉眼所能看到的最暗的星体是6等。
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璀璨的猎户座
猎户座中最亮的两颗星(淡红色的参宿四和蓝白色的参宿七)的星等在0等到+0.5等之间,不过在2020年初拍摄这张照片时,参宿四已经暗淡到+1.4等,几乎与右上方的参宿五相当。猎户座的三颗腰带星亮度都在2等左右。
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为了吸引游客,许多位于暗夜地的度假村、民宿和农舍现在都提供天文学课程和望远镜出租服务。甚至那些专业的天文台也在寻求吸引更多游客,不仅是在白天,还有晚上。例如,在亚利桑那州图森附近的基特峰国家天文台(网址见链接列表21条目),游客可以预约导游环节或是预订508毫米口径的天文望远镜,以便在晚上进行个人观测或摄像。2019年,亚利桑那州弗拉格斯塔夫的洛厄尔天文台(网址见链接列表22条目)完成了对其外展设施的重大升级,现在,乔瓦里露天天文台上装备了数架最精致、最先进的天文望远镜,即使是最老练的业余天文学家也不可能不心动。
在世界各地,许多旅游公司专门从事科学和天文学旅行,这在很大程度上迎合了日益壮大的高龄人群市场,活跃的中老年旅行者渴望开发新的爱好,看到更广阔的世界。两种天空景观吸引了最多的游客:极光和日食。正如前一章所描述的,游客不惜冒着凛冽的寒冬去北极和亚北极地区旅行,以期看到北极光。他们通常都会得偿所愿。在英国和加拿大,甚至有历时一个晚上的极光航班,把游客带到云层之上,从平流层观赏极光。不过,南极光就没那么容易见到了。
自20世纪70年代以来,日食旅行一直是天文旅游机构的主要项目。现在,不管月影经过的路径有多偏,人们都不会放过任何一次观看日全食或日环食的机会,哪怕是要去往遥远的南极洲。(第十二章有更多关于日食的内容。)日食旅行是一种很好的休闲方式,你既进行了一次终生难忘的异国旅行,又目睹了一次终生难忘的盛况:太阳在白天突然“熄灭”。对于完全沉迷于此的人,未来的日食路径地图可以成为其终生的度假计划表。要查看这些地图,请访问链接列表23条目的网站。
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在白天追寻黑暗的人
每次发生日全食,都会吸引成千上万的“日食追逐者”,他们追寻的是一种特殊的黑暗形式,一种在正午时分月球遮挡太阳时突然降临的黑暗。这些照片是2013年11月3日在大西洋中部的m/v Star Flyer帆船上拍摄的。