古斯特里（Goostrey）

Maximus Nostramabus

12小时前

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偏执而获救了宇宙边缘 - 卓瑞尔河岸天文台 1594

什么和为什么

我已经造访过三百多处世遗，其中绝大多数都承载着悠久的历史：无论是城堡、教堂还是各类建筑，甚至有不少已成废墟；更不用说那些见证了地质年代变迁的自然遗产了。在我的印象中，历史不足百年的世遗屈指可数：目前能想到的只有弗兰克・劳埃德・赖特（英语：Frank Lloyd Wright）设计的所罗门・R ・古根海姆博物馆（Solomon R. Guggenheim Museum，我在关于纽约（New York）的博文中曾提及），以及奥斯威辛（Oświęcim）的灭绝营遗址（我在相关博文中也曾介绍过）。毕竟“遗产”二字本身就意味着历史积淀。此外，真正以展现现代性和科学进步为主题的世遗也真并不多见，直到我造访了卓瑞尔河岸天文台（Jodrell Bank Observatory）。这处遗产在众多世遗中显得有些“另类”，但其背后的故事同样引人入胜；尤其是对于我而言，它生动地展现了学术界与科学事业在艰难困境中如何携手前行…

故事始于1945年，即第二次世界大战刚刚结束之时。尽管英国（United Kingdom）最终获胜，但国家却面临着巨大的经济困境。战火给城市造成了严重破坏，资源极度匮乏；科学界在困境中挣扎，不得不将原本为军事目的而开发的技术，转用于学术研究。在这段历史中，有一位核心人物—曼彻斯特大学（University of Manchester）的物理学家伯纳德・洛弗尔（Bernard Lovell）。洛弗尔当时从事雷达和射电天文学研究；战后，他希望开展对宇宙射线及来自太空的高能粒子的探测。然而在他大学所在的城市环境中，来自各类电气设备、交通运输、振动以及其他射电源的干扰，严重阻碍了他的实验。于是他将研究工作转移到了偏远的卓瑞尔河岸（Jodrell Bank）乡村地区—这片土地是大学在战前购入的，最初本意是用于生物学和农业研究。

1945年12月，洛弗尔在距离曼彻斯特（Manchester）以南约三十公里的地方建立了研究基地。由于该地几乎没有城市无线电干扰，非常适合进行灵敏的射电天文实验。受限于资源匮乏，洛弗尔及其同事只能搜集并利用军用剩余雷达设备，因陋就简地搭建起一些基础的设施。他们是在物理学的一个新兴前沿领域开展研究，所用的设备实际上是被废弃的旧物—其中一部分甚至直接来自刚刚结束的那场战争。

作为一名从事科学研究的学者，我对这一点有着深刻的共鸣。在大多数人（包括我母亲）眼中，我们似乎拥有设备完善的实验室和充裕的科研经费，工作环境十分优越。但现实往往是：我们必须设法利用手头现有的资源，在重重困难中推进工作，并一点一滴地构建起能够支撑研究的生态系统。对我个人而言，作为一名理论研究者，虽然对昂贵设备的依赖程度相对较低，但那种在困境中前行的挑战却始终存在。

回到洛弗尔的研究工作：他之所以投身射电天文学，是因为这一领域开启了一个全新的观测窗口。天体所发射的电磁辐射几乎涵盖了整个光谱，而不仅仅是人类通过望远镜所能看到的那个狭窄波段。射电波能够揭示光学望远镜无法直接观测到的物理过程，例如高能粒子的辐射、星际气体，以及某些极其遥远的天体源。通过探测和分析这些信号，射电天文学家得以研究那些此前无法触及的宇宙现象。

当然，这也给洛弗尔及其团队带来了巨大的挑战。来自太空的信号往往极其微弱；为了探测到这些信号，仪器必须能够将真正的天体辐射与地面干扰或噪声区分开来。这意味着他们需要更大型、更精密的设备，以及更深厚的工程技术与专业知识。最关键的是，他们需要一座能够灵活转动、指向天空中任意方向的抛物面天线（碟形天线）。

洛弗尔竟奇迹般地说服了大学和政府为他的研究提供资助，并提议建造一座直径二百五十英尺（约七十六点二米）、可全方位转动的抛物面天线，以支持其研究工作。即便在当今经济富足的时代，从大学的角度来看，这恐怕也会被视为疯狂之举。这座天线建成后将成为当时世界上最大的同类装置；在二十世纪四十年代末，它被广泛视为一场鲁莽的工程赌博—而且坦白地说，或许也真算是有道理。

洛弗尔与结构工程师查尔斯・哈斯本德（Charles Husband）合作，共同设计了“马克一号（Mark I）”射电望远镜（1987年更名为“洛弗尔望远镜（Lovell Telescope）”）。在建造过程中，哈斯本德面临着巨大的工程挑战，特别是在重量、尺寸和操控性方面。他采用了一种巧妙的解决方案：利用从英国皇家海军（Royal Navy）退役军舰的炮塔上拆下的齿条，使整个结构既能沿环形轨道平稳地进行方位转动，又能实现从地平线到天顶（zenith）的方位角（azimuth）调节。

工程于1952年动工，但由于多次结构重新设计，成本急剧膨胀。到1955年，项目面临严重的超支问题—预算从最初估计的 GBP £120,000 飙升至超过 £700,000（折合今日币值高达£25,000,000）。洛弗尔及其团队陷入了财务困境，不仅面临政府的严厉审查和因债务入狱的风险，还承受着来自大学内部的猛烈抨击、冷嘲热讽和轻蔑。议会和大学里的批评者们质疑，为何要在一个尚未得到验证的研究领域投入如此巨额的资金。这使得洛弗尔本人、他的研究、整个项目乃至大学都处于崩溃边缘，承受着巨大的压力，甚至沦为了众人的笑柄。然而，1957年下半年发生的一地缘政治事件，彻底改变了卓瑞尔河岸的命运—它从一个被视为疯狂且铺张浪费的研究项目，摇身一变成为了冷战（Cold War）时期一项至关重要的国家资产。

1957年10月4日，苏联（俄语：Советский Союз）发射了世界上第一颗人造卫星史普尼克一號（俄语：Спутник-1）。虽然西方国家可以接收史普尼克一號的遥测无线电信号，但美国和英国军方都没有能够跟踪将人造卫星送入轨道的大型 R-7 弹道导弹（俄语：Р-7 Семёрка）洲际弹道导弹（Intercontinental Ballistic Missile，ICBM）运载火箭的雷达系统。众所周知史普尼克一號除了发出嘟嘟的无线电信号之外什么也没做，苏联实际上也邀请了全球业余和专业无线电操作员来记录卫星传输的信号。然而间谍活动的偏执情绪开始出现，不是因为史普尼克一號，而是因为 R-7 弹道导弹的威胁，西方立即争先恐后地寻求立即解决方案。人们的注意力转向了卓瑞尔河岸。

根据政府的命令，洛弗尔和他的工程团队立即在四十八小时内改造了望远镜设备，将巨型碟形天线转变为超远程雷达装置。 1957年10月12日，卓瑞尔河岸成功获取了英国上空史普尼克一號运载火箭的雷达回波，并将其公开广播。这标志着人类历史上第一次通过雷达跟踪太空中的人造物体，也是科学以光速延伸以完成几乎非科学问题的罕见时刻之一。一夜之间，卓瑞尔河岸和洛弗尔的团队证明了英国可以探测到来袭的苏联弹道导弹，验证了远程雷达技术的战略价值，并使该天文台一跃成为国际明星，名副其实也具有讽刺意味。公众的赞誉随之而来，政治敌意消失了，剩余的建设债务通过公共和国家资金得到了清除。不可思议的逆转！从那时起，卓瑞尔河岸就成为英国国防的主要预警雷达，同时履行探索宇宙前沿的所有科学职责。在地缘政治紧张局势加剧期间，例如1962年的古巴导弹危机（西班牙语：Crisis de Octubre），该望远镜处于待命状态，以探测针对欧洲的潜在导弹发射。间谍活动如何拯救了英国最大胆的科学项目。

虽然英国和西方普遍对苏联表现出敌意，但至少从科学角度来看，卓瑞尔河岸在冷战期间保持相对政治中立，特别是在科学和太空努力方面。事实上，在整个二十世纪五六十年代，卓瑞尔河岸一直是美国和苏联太空计划的首要中立跟踪设施。其中许多重要成就包括：

先驱者五号（Pioneer 5，1960年）：天文台指挥并跟踪美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）的探测器，距离达三千五百万公里，展示了深空无线电通信；
月球九号（俄语：Луна-9，1966）：当卓瑞尔河岸设法拦截探测器的无线电信号时，苏联飞船首次成功软着陆在月球上。洛弗尔的团队意识到数据流与报纸传真机使用的标准格式相匹配，卓瑞尔河岸的科学家从《每日快报（Daily Express）》借来了一台传真机，对数据进行了解码，并在克里姆林宫（俄语：Кремль）正式向公众发布了第一张月球表面照片之前发布了这些照片。
月球十五号（俄语：Луна-15）和阿波罗十一号（Apollo 11，1969 年）：每个人都知道尼尔・阿姆斯特朗（Neil Armstrong）和巴兹・奥尔德林（Buzz Aldrin）在阿波罗十一号任务中进行的人类首次月球行走，但很少有人知道同时进行的苏联月球十五号任务。事实上，无人机器人探测器是在阿波罗十一号任务前几个小时发射的，两者实际上是在进行一场真正的太空竞赛，争夺第一个到达月球表面的机会。卓瑞尔河岸跟踪了月球十五号探测器，该探测器几乎在同一时间尝试执行全自动月球样本收集任务。不幸的是，月球十五号在绕月球运行了两个地球日后，在下降过程中坠毁在月球表面。无论如何，当它坠毁时，距离阿姆斯特朗和奥尔德林踏上月球已经过去了近十三个小时。坠机地点距离阿波罗十一号的着陆点超过五百五十公里，尽管从太空/月球的角度来看仍然非常接近。卓瑞尔河岸记录了探测器直到坠毁那一刻的轨迹，证实它不会对阿波罗十一号宇航员构成碰撞威胁。顺便说一句，这场竞争实际上是和平、健康和亲切的：虽然卓瑞尔河岸没有直接与苏联进行正式沟通，但苏联确实直接向 NASA 发布并分享了月球十五号的飞行计划和轨道参数，以防止与阿波罗十一号号发生任何碰撞或干扰。

我们将在后面的章节中讨论卓瑞尔河岸的其他科学成就。

地名

古斯特里（Goostrey）在历史记载中首次出现于1086年的《末日审判书（Domesday Book）》中，当时拼写为“Gostrel”。该地名可能意为“戈德赫尔的树（Godhere's tree）”，其中“戈德赫尔（Godhere）”是当时当地的一位地主或领主。

“乔德雷尔（Jodrell）”这一姓氏源自威廉・乔德雷尔（William Jaudrell）。他曾是一名弓箭手，在十四世纪的“百年战争（Hundred Years' War）”期间，效力于伍德斯托克的爱德华（Edward of Woodstock，本名 Edward Plantaganet）麾下。他获得了位于柴郡（Cheshire）的土地作为奖赏。

看

卓瑞尔河岸天文台（Jodrell Bank Observatory）

这里其实规模相当小，在园区内逛一圈大约只需三十分钟（当然不包括“第一道曙光展馆（First Light Pavilion）”）。除了洛弗尔望远镜外，园区内还散布着许多其他雷达和天线设备，但这些区域通常不对外开放，属于禁入范围。总的来说，整个园区环境悠闲，非常适合全家人在此度过轻松的一天。

该遗址最引人注目的核心设施无疑是上图所示的洛弗尔望远镜，它在这一地区的地平线上格外醒目；该望远镜建成时，曾是世界上规模最大的射电望远镜天线。目前，这一纪录的保持者是位于俄罗斯（俄语：Россия ）泽连丘克斯卡亚（俄语：Зеленчу́кская ）的 RATAN-600 射电望远镜（俄语：РАТАН-600 – Р адиоастрономический Телескоп Академии Наук – 600 ），其天线直径达五百七十六米。若要全面了解卓瑞尔河岸的科学与建筑遗产，还有另一项同样重要的设备不容忽视，那就是“马克二号（Mark II ）”望远镜—它位于同一地址内，距离洛弗尔望远镜仅一公里之遥。

马克二号望远镜于1964年建成，其反射面呈独特的椭圆形，与洛弗尔望远镜那巨大的圆形天线盘截然不同。这种迥异的设计，体现了射电天文学在解决各类技术难题时所采用的多元化工程方案。两台望远镜协同工作，其核心在于利用干涉原理将各自接收到的信号进行叠加。卓瑞尔河岸天文台在开创和发展远距离射电望远镜联网技术方面发挥了先驱作用；这些技术后来成为了构建更大规模干涉测量网络的基础。此外还有一座“马克三号（Mark III）”望远镜，位于更远处的南特威奇（Nantwich），由卓瑞尔河岸天文台进行远程操控。马克二号和三号均由洛弗尔和哈斯本德共同设计，但马克二号目前不对外开放。

要维护一处既是科研设施、又是联合国教科文组织世遗的场所，既充满挑战，也代价高昂。展览资料显示，洛弗尔望远镜重达三千二百吨的钢结构，需要持续进行涂漆、防锈处理以及结构应力监测，以抵御柴郡当地气候环境对其造成的侵蚀与损耗。此外，为确保射电接收机的灵敏度，当地政府在遗产保护的缓冲区内实施了严格的规划管制。这些规定限制了城市开发、工业机械设备以及可能产生电子噪声的商业无线发射装置。进入该区域时，所有手机必须关机，因为望远镜的天线盘极易捕捉到手机信号，从而干扰到天文观测所需的信号—毕竟，你肯定不希望望远镜“接收”并“广播”出你的通话内容吧！

任何科学升级项目（例如安装新型低温接收机或高速光纤线路）都必须符合遗产保护法规，以确保历史遗迹的本体结构得到妥善保存。鉴于该地现已被列为世界遗产，相关合规要求也变得更加严格。

自二十世纪六十年代以来，卓瑞尔河岸一直是公众参与科学的先驱，每年接待数十万游客、学校团体和研究人员。最近，初光馆于2022年开放。这座绿草覆盖的圆顶建筑与洛弗尔望远镜碟形天线的直径精确匹配。这里设有记录卓瑞尔河岸故事的展品、互动展览和天文馆，该天文馆使用1957年碟形表面修复后的原始钢板建造而成。本博客所写的大部分材料都是从展品中摘取的。我还在展馆内观看了一部关于阿波罗十一号任务的令人印象深刻的三十分钟全球幕电影。

尽管在太空追踪领域取得的成就使其享誉全球，但卓瑞尔河岸的核心使命始终是基础射电天文学研究。该天文台在开启现代观测天体物理学方面持续发挥着奠基性作用，直至今日。其中一些科学发现堪称开创性成果：

类星体（quasar）：二十世纪五十年代末至六十年代初，卓瑞尔河岸的科学家们发现了一类极其致密、高能的天体；尽管在光学望远镜中它们看起来如同恒星，却能发射出海量的无线电波。这类天体（其中最著名的包括 3C 48 和 3C 273）被称为“类星体”。类星体的发现证明了宇宙在漫长的演化历程中处于不断变化之中，并为支持“大爆炸（Big Bang）”模型提供了强有力的实证依据。

脉冲星（pulsar）：继乔斯林・贝尔・伯内尔（Jocelyn Bell Burnell）和安东尼・休伊什（Antony Hewish）于1967年发现脉冲星之后，卓瑞尔河岸成为了全球领先的脉冲星研究中心。脉冲星是高速旋转且具有强磁场的中子星，它们会发射出电磁辐射束，如同宇宙中的灯塔一般扫过太空。卓瑞尔河岸为此开发了专门的硬件设备，用于搜寻和监测脉冲星。
广义相对论（general relativity）的观测：卓瑞尔河岸天文台对脉冲星的长期监测，为广义相对论提供了观测证据；通过对双脉冲星系统轨道衰减的研究，证实了引力辐射的存在。
引力透镜（gravitational lens）：1979年，卓瑞尔河岸的研究团队发现了“双类星体（Twin Quasar）” 0957+561。他们在天空中观测到两个位置非常接近且完全相同的类星体。卓瑞尔河岸的观测结果证实，这并非两个独立的天体，而是同一个背景类星体；其发出的光和无线电波在经过一个位于前景的星系时，受到该星系引力场的影响，发生了弯曲并分裂成了两个独立的像。这是对“引力透镜”现象的首次观测证实—这一现象正是广义相对论所预言的。

在卓瑞尔河岸，科学研究从不孤军奋战。为了获得比单面天线所能提供的更高的角分辨率，卓瑞尔河岸率先开创了射电干涉测量技术。通过将相距甚远的射电望远镜所接收到的信号进行关联，天文学家能够合成出一个“孔径”—其规模相当于一座国家大小的望远镜。这一探索最终演变为“多单元射电关联干涉仪网络（Multi-Element Radio Linked Interferometer Network，MERLIN）”，并进一步发展为“增强型 MERLIN（e-MERLIN）”。该系统由多达七台射电望远镜组成，分布在英国境内，跨度达二百一十七公里，并通过高速光纤网络相互连接。卓瑞尔河岸正是这一国家级科研设施的中央控制枢纽与超级计算合成中心。

卓瑞尔河岸还与“平方公里阵列天文台（Square Kilometre Array Observatory， SKAO）”的建设密切相关。这是一个国际合作项目，旨在利用分布在澳大利亚（Australia）和非洲南部的大规模天线阵列，构建出一台极其强大的射电望远镜。SKAO 的总部就设在卓瑞尔河岸—那是一间朴实无华的办公室，坐落在洛弗尔望远镜和马克二号望远镜之间；而其核心的望远镜设施则正在其他大洲建设之中。