第五章
专业工作者
——铃木俊隆
——天文学家杰西·格林斯坦
黎明正慢慢接近1980年智利的拉斯坎帕纳斯天文台。我一整夜都在一台2.5米的杜邦望远镜的控制室里，和一个满脸不快、胡子拉碴的天文学家在一起，他对我们环境的理解可以向外太空延伸1亿光年。他知道我们和我们的邻近星系在庞大的邻近星系群、星系团和超星系团中所处的位置，以及在宇宙膨胀过程中，空间的膨胀对抗数以万亿计的恒星之间的互相吸引力时，它们是如何运动的。他如此熟悉这一切，就如你我在夜晚摸到浴室灯开关一般。屋外，群山——有如金属一般，仿佛扔一颗石头就能发出“叮”的声响，仿佛地震来时都能听见——沐浴在温柔的星辉下，但我们什么都看不见。我们待在温暖明亮的控制室里，我们的工作就是按按钮，保证导引星始终在电脑显示器上十字准线的中心，用一个连着一台望远镜的巨大方形玻璃摄影底板拍摄星系的图像，那台望远镜我们整晚也没见到。
现在我一直等待的时刻到来了。我们就快接近天文晨光了——再来一次曝光肯定来不及，我们怕变亮的天空会在我们结束曝光之前让整个底板模糊掉，但黑暗的环境还够目视观测。我从抽屉里取出一枚沉重的铜质目镜——一件积满灰尘的旧物，年代很早，和啤酒罐一样大——它带领我进入圆顶外漆黑的世界。在那里，在圆顶的开口处，可以看到云雾般的星星映出巨大望远镜的剪影。我在黑暗中摸索，它摆荡到大麦哲伦星云，那是一个邻近的星系。圆顶随之转动，银河横贯圆顶的开口，像从一架倾斜的直升机舱门内看外面的一条河流。然后，随着齿轮的声音缓缓降低，一切都停止了。我插入目镜，准备做一件很少在现代专业天文学领域听说的事：我准备真正通过一台大型望远镜去目视。
我聚焦在一个有很多星星的视场，能看见视场左边闯入一小片灰色的薄雾——那是蜘蛛星云的外围，是星云中一个巨大的恒星诞生区。我按下铁质控制盒上的一个按钮，望远镜滑向这个星云的中央。我看到这幅景象时吸了一口气：砖红色的暗礁和珍珠灰色的气体云飘荡着，像梦境宫殿中的帷幔。我越往中间看，星云物质越亮，在那里，大片气体纠缠着剑鱼座30[43]星团里的恒星。这光在星系间旅行了18万年，在这期间一直发散，但还是亮得足以让我瞥见。我往后退了退，发现自己凝视着的是一束从目镜中流泻出的光，像一道手电光。我抬头看见它在圆顶内部投射出星云的模糊的圆形图像。
观测助手清脆的声音从对讲机里传来。“蒂姆，你在下面还好吗？”我想说什么，却说不出来。
由于空前大的望远镜的出现，专业天文学在这一个多世纪里得到推进，但大型望远镜有它们的局限性。最典型的就是它们一次只能看到天区很小的一部分图像：相同条件下，大孔径意味着长焦距，也意味着有限的视场。它们也非常耗时，因为通常它们被用来尽可能往更“深”处探索，需花费很长的时间曝光，记录下能捕捉到的最暗的天体及其特征；大型望远镜有时候一个晚上甚至没法拍摄几张照片。尽管世界上目前已有比以前任何时候都多的大孔径山顶望远镜，但与业余爱好者手中数以千计的小型设备相比，数量还比较少。所以专业工作者——尽管不是他们自己的错——往往忽略了很多天空中发生的事。他们不能很好地在一年内用5米的望远镜瞄准月球暗面，以记录下流星体的撞击，或在数月内指向几颗变星，直到最后记录下“光变曲线”，展现它们的亮度随时间发生的变化。
而业余爱好者可以自由观测他们喜欢的东西。对很多人来说，这无非就是呆呆地看着宝盒星团，或试图拍几张三叶星云的可爱照片。但对有些人来说，这意味着对科学的真正贡献，意味着得到专业工作者的关注。反过来，天文爱好者通常会对专业工作者的技术专长表达感激，否则很多人一开始就很难开展有意义的观测，或者至少会降低他们数据的竞争力而导致其难以发表。结果便是业余与专业合作的繁荣。
我在纽约罗切斯特参加美国天文学会的活动，空旷的会议大厅被一排排汇报成果的海报占据。一些业余爱好者站在自己的海报旁边，等待被提问，像舞会上的壁花一样郁郁寡欢。（作为一个年轻的博士后站在海报旁边，和作为一个年长的业余爱好者痛苦地意识到自己的无知暴露于“真正”科学家面前的危险，感觉完全不同。）我和道格·韦斯特交谈起来，他是一名航空工程师，他的海报是关于他与威奇托州立大学的职业天文学家戴维·亚历山大合作的一个项目，题目是“晚型星研究”。（“晚型星”是指比太阳温度低的恒星。）韦斯特与专业工作者和研究生一起工作，努力研究这些恒星，试图深入理解它们的化学构成，以及当亮度改变时，它们的气体如何变化。他用的是一架现成的8英寸望远镜，每天晚上把它安装在他的后院。
“你也许会想，他们有数千流量标定的晚型星光谱放在那里，但事实并非如此。”韦斯特说。（我恰到好处地点点头，没有主动说自己从来没考虑过或者有能力去拍摄一个流量标定光谱——它是一颗恒星的化学签名，并修正了其经过地球大气时受到的吸收效应——那就像为一架巨大的钢琴调音。）“我已经修正了好几颗恒星的光谱了，都是文献里根本没有的。我不可能整夜不睡觉——我白天还有工作和别的事——所以我练得炉火纯青。把我的望远镜拖到院子里，对好极轴，采集数据，只需要20分钟。
“天文学是时间的黑洞，”他补充道，“你可能会把一生都投进去。所以为什么要这么做？我不知道。在二年级的时候，我就告诉我爸，以后我想做个天文学家。这也不是件坏事。它让我没法去酒吧。”
另一幅海报汇报的是后院天体物理中心的发现。后院天体物理中心是由哥伦比亚大学的天文学家约瑟夫·帕特森领导的，他主要研究激变变星。关于激变变星，帕特森在发表于《天空与望远镜》的一篇文章里的解释是：
最具戏剧性的波动莫过于气体倾入白矮星表面，密度达到一定程度时，引发一次热核爆，导致系统突然爆燃。专业工作者没有多少使用望远镜的时间来等待这种不可预测的激变，所以帕特森组织业余爱好者来监测它们。
他发现召集业余爱好者来进行这种重复性的观测并非易事。“针对一颗恒星进行5000次连续测量，对此表示兴奋的只有一个非同寻常的人，”他承认，“这需要对观星和对科学的持久的爱。”[45]但他最终还是聚集起一个由大约三四十座业余天文台组成的全球网络，位置从莫斯科、曼哈顿到澳大利亚的阿德莱德，还有南非的布隆方丹、丹麦的颂德夫和意大利的切卡诺。
这样的网络能够实现对夜空的持续观测：借用形容不列颠帝国的老话，这是日不“升”的全球观测组。在通过这种监测获得的一次重要发现中，帕特森和他的业余合作者确定了激变变星半人马座V803的基本光变周期为23小时。天文学家曾研究半人马座V803几十年，都没能发现它的基本亮度周期，因为在南极之外，没有一个观测者能够在星星升起或太阳落下之前连续监测它23小时。然而这个网络可以牢牢盯着半人马座V803并发现该周期。这个团队还发现了帕特森所说的“诡异又美丽的氦星——猎犬AM”的公转周期，这个结果确认了1993年的时候关于这个奇特双星系统结构的理论。
大会充斥着最近由业余爱好者达成的其他成就的新闻。一队初高中生被邀请参加图森的一个暑期实践活动，他们用基特峰的一台望远镜确认了靠近M31星系的73颗新星。（新星是指突然爆发的恒星，其亮度增长百倍甚至百万倍。）沃伦·奥法特是新墨西哥州克劳德克罗夫特的一名业余爱好者，他对矮新星蛇夫座V2051做了2500次观测。南非开普敦大学的索尼娅·弗里尔曼通过研究奥法特的数据，得以确认蛇夫座V2051的距离，以及其吸积盘的倾角和旋转特性，吸积盘就是恒星附近围绕着的一团旋转着卷入恒星的物质。
在纽约州的布法罗，四个布法罗天文协会的成员获得了一个γ射线暴源的光学闪图像，仅比卫星侦测到γ射线暴源晚了34小时。γ射线暴源是很神秘的现象，它的发生完全不可预料，覆满天空又很快消退。这些迅速变暗的爆发事件只有不到百分之一能被光学图像观测捕捉到。布法罗的业余爱好者用一架12英寸的望远镜捕捉到了这次的图像。只有很少的专业工作者，在依赖哈勃空间望远镜和夏威夷的大型凯克望远镜的前提下，才能设法做到这一点。他们确认，这个天体位于可观测宇宙半径五分之四的位置上，是迄今被爱好者捕捉到的最远的暴源。
在楼下昏暗的、没有窗户的会议大厅里，来自亚利桑那州凤凰城的天文爱好者吉恩·汉森正在汇报他对变星双子座U的监测。双子座U的昵称是Gem U，这是一个由一颗红矮星和一颗白矮星组成的相接食双星系统，它们靠得非常近，沿着一个平面围绕彼此共同的中心旋转，该平面恰好与地球相切。白矮星从红矮星表面吸取气体，形成一个蓝白色吸积盘，而且它会周期性地被红矮星掩食。产生的光变曲线非常复杂，由有节奏的食和白矮星偷去的气体达到一定质量并爆发而产生的不可预测的喷发组成。汉森每晚仔细检查100颗以上的恒星，用他极具经验的双眼找出当中行为异常的某一个。
1997年11月的一个夜晚，汉森发现双子座U突然变亮了，它平时的亮度为14等，食期间亮度为15等。他给全世界业余观测者发了一封邮件，向他们发出预警——双子座U要爆发了。他还联系了专业天文学家珍妮特·马泰，后者通知NASA官方，建议他们中止昂贵的卫星的计划观测，比如EUVE（极紫外探测器）和RXTE（罗西X射线时变探测器）的观测，把它们的注意力都放在一个引人注目的相接双星上。与此同时，太阳在凤凰城升起，数小时过去了，汉森和马泰都没有从地球暗面的观测者那里得到任何消息。时间的流逝让马泰越来越紧张。如果她联系NASA的依据仅仅是一个天文爱好者的判断——他自己都只是目视，连CCD图像都没有，就宣称“那颗星星要爆发了”——那么她就要冒“狼来了”的风险。如果她保持沉默，而汉森被证明是正确的，科学家就浪费了一次捕捉到双子座U发生变化的好时机。她最终决定相信汉森的眼睛。她联系了NASA，昂贵的卫星转向了双子座U。
凤凰城里，焦虑的汉森在薄暮中满头大汗，然后用望远镜瞄准树丛缝隙中的双子座U。他欣慰地看见它确实在爆发，亮度一路飙到9.7等。多亏他的努力，NASA卫星才能捕捉到有价值的数据，否则就要错过了。汉森后来了解到，他的地面观测伙伴之所以没有声音，是因为他们那里整晚有云。“结果我是当晚整个世界上唯一头顶有云洞的人。”他沉思道。
作为美国变星观测者协会（又叫AAVSO）的主任，珍妮特·马泰整理了超过3万颗变星的观测记录，它们大多数是由天文爱好者完成的；她还协调了几百个观测计划，其中包括专业工作者和业余爱好者合作的项目。这些数据为几千个研究项目提供了养分，并被用于23个卫星项目的开展。一个有名的例子是欧洲太空总署的依巴谷卫星，它在一年内不同的时间精准测量恒星的位置，然后用视差法获得它们的距离，也就是记录下由于地球公转时自身位置移动导致的邻近恒星相对于远距离恒星的位置移动。通过导入依巴谷数据和业余观测者对数千变星的监测数据，科学家得以让电脑区分已知的变星和卫星探测器发现的新星。
马泰告诉大会，天文学家用AAVSO的记录和哈勃空间望远镜研究刍藁增二——一颗脉动红巨星，一颗白矮星围绕它运行，亮度周期最小的时候接近332天。他们发现一个尾巴形状的结构从红巨星延伸出来，到达白矮星，这也许是有史以来第一幅关于相接双星系统物质交换的直接图像。她补充道，业余观测者对矮新星天鹅座SS型星的爆发的观测，提醒了NASA调配两个卫星瞄准这颗奇怪的恒星，得到的结果有助于天文学家了解它复杂的结构。
为表感激，NASA把EUVE卫星3天的观测时间分配给了天文爱好者，让他们自由使用它。
这对业余爱好者来说，当然是荣幸，但被允许使用重要望远镜和卫星的观测时间的爱好者可能要掌心出汗了，他们所面临的挑战就如同一个业余赛车手突然发现自己的手放在F1赛车上。有一个短期项目是为提出具有潜在专业用途的研究计划的业余爱好者设计的，在这个项目中，石油化学家和兼职天文教师威廉·亚历山大得到了使用哈勃空间望远镜的授权。[46]“我是那种很懒的业余爱好者，”亚历山大说，“我不太喜欢经常把我的望远镜拖到后院去。所以1993年哈勃空间望远镜业余观测计划一宣布，我就试图想出一些有用的东西来做这个。我选定星际介质中氘—氢的比例来进行研究。利用哈勃望远镜，我就可以利用起紫外线波段，它们只在太空里才有。”
亚历山大的项目通过审核后，他被邀请到马里兰州巴尔的摩的空间望远镜研究所——他很快发现，这个地方能满足的是专业天文工作者的需求，而非业余爱好者的学习曲线。“我想尽办法做这些观测，”亚历山大回忆道，“尽管我被叫作PI（首席研究员，一个科学研究团队的负责人），但我对此并不很了解。”他兴奋地记录着相邻两颗恒星的光谱，结果表明两者之间至少产生了一定的氘。如果无误，这就会修改之前认为宇宙中绝大部分氘产生于大爆炸的标准宇宙学假设。亚历山大最终在《天体物理学报》上发布了他的数据，与两位专业工作者——杰夫·林斯基和科罗拉多大学的布赖恩·伍德共同署名，而且值得骄傲的是，后来这篇论文在科学文献中被引用十几次。不过，他的观测尚未达到专业工作者应该做到的完成度——天体物理学家告诉他，依据这个事实，他还应该测量他获得的恒星光谱中的镁II线——所以这篇论文的影响力打了一点折扣。
比尔·阿基诺是一个研究γ射线暴源的业余爱好者，他向大会建议，哈勃的业余观测者项目“尚未达到终极目标”，最终被取消是因为“业余爱好者和专业工作者是不一样的。我们业余爱好者有自己的本职工作。我们渴望学习，但我们也需要帮助。专业工作者得有意愿和我们一起工作并指导我们，业余爱好者得有能力迎接专业工作者设下的挑战——得有意愿去学习如何达到专业工作者的水平”。
但这所需要的时间和精力都超过了业余爱好者可以投入的。
保罗·博尔特伍德是加拿大的电脑系统分析师，也是一个经常与专业工作者合作的天文爱好者，他曾写道：“我没有多少时间做研究（我还得赚钱谋生），从维护天文台到打扫地板，楼里的一切都要我自己来做。我没有助手，也没有时间‘跟上行业的步伐’，除了观测，做不了其他任何事。每个人都应该做适合他做的——我生产高质量的数据。但有时候我让一些专业工作者失望了，因为我没能生产出博士水平的天体物理论文，或者没能完全读懂我作为合作者的论文。”博尔特伍德抱怨自己被那些专业工作者“惹恼”了不止一次，他说，就是那些用了他的数据却不给他一定的名誉的人。这有时是因为他们想独占成果，但更多的时候是因为，他们的同行如果知道他们非常依赖的这些信息来自“一架7英寸的业余望远镜”，就不会信任它们了。[47]然而这些不顺并不能让博尔特伍德远离夜空。他做耀变体的光度测定，测量活动星系核（耀变体被认为是黑洞附近喷出的喷流）的亮度变化，录下土星环掩人马座28的过程。他还拍摄亮度低至24等的星系，凭借业余爱好者所能拍到的“最深空”CCD图像赢得一场比赛。他用“堆栈”，也就是叠加的方式赢得了这项成就——601次曝光，总计超过20小时，是他在位于渥太华郊区的家中用16英寸望远镜拍的。图像中记录下的星光比地球还要老1倍。
开始真正做科学研究的时候，业余爱好者投入的不仅有他们的数量——有经验的业余爱好者的数量也许是专业天文工作者的10倍——还有他们的时间。[48]阿基诺记录道：“业余爱好者的装备是最适合用来做那些需要花费数天、数周甚至几十年的长期项目的。”比如说，要发现一颗新星，平均需要做500到600小时的观测。因此，几乎所有的亮新星都是由业余爱好者发现的。
业余爱好者哪怕没法获得一台望远镜，只需要一台电脑和一台调制解调器，通过研究由自动搜索项目的数据构建的“虚拟宇宙”，也能做一定的研究。在罗切斯特大会上，普林斯顿大学的博赫丹·帕琴斯基在一次典雅的报告中描述过这样的一个项目。帕琴斯基还就另一位业余爱好者——格热戈日·波伊曼斯基领导的自动化全天巡视（ASAS）做了报告。ASAS运营了两年，只用一个135毫米的相机镜头搭配一个市面上现成的CCD芯片，它们就装在智利拉斯坎帕纳斯天文台的一座小活动屋顶棚的一角，带有驱动装置。“这个项目的最终目的是监控天上我们能看到的星等极限内所有恒星的变化。”帕琴斯基说。数据是自动收集的，记录在磁带内，无须观测者在场。拉斯坎帕纳斯的技术员隔一个月左右会把数据磁带拿出来，寄到北方，然后插入一盘新的磁带。用这种简单的系统，波伊曼斯基和他的同事在两年内鉴别出近3900颗变星，这其中只有155颗是标准文献之前编目为变星的，只有46颗是由太空卫星中最强大的变星侦测器依巴谷发现的。[49]
帕琴斯基估计，“约有100万颗变星正等待被普通的望远镜发现”。“我不认为成长过程中会有什么必然的限制，就算是用这样一个小型设备。”他说，并补充道，ASAS只会记录全天不到百分之一天区的变星。“这就像买乐透彩票。你可能会发现一颗新星，发现一个光学闪——谁知道呢。我们就是不知道那里到底有什么。”
无人能精准预测，用这样的测量方式，我们在上千变星中获得的原始数据里能发现什么，帕琴斯基谈起将来几年内未来的研究者用互联网探索虚拟宇宙。“我建议用吸尘器法，”他说，“你把得到的数据放进数据库，然后仔细观察思考。我自己曾是个业余变星观测者，至今我心中对它们仍怀有爱意。我希望我退休后能舒服地坐着喝咖啡，在互联网上看变星。有些人可能不太想放弃在黑暗中挨冻的那种浪漫。但我还是更愿意坐在温暖的屋子里，喝着咖啡放松一下，就让望远镜坐在寒冷和黑暗中吧。”