坐落於英國柴郡鄉下的Jodrell Bank天文台今年入選了世界遺產名錄。為什麼一個天文台能夠進入這樣的名錄，它有著什麼樣迷人的故事呢？
（本文作者在Jodrell Bank天文台生活工作過若干年頭，積累了一肚子的故事和八卦〜）
撰文 | 許丹丹
編輯 | 韓越揚
Lovell望遠鏡是當今世界第三大全可動式射電望遠鏡（口徑76米），坐落於東經2°18'北緯53°14'，英國柴郡（Cheshire）鄉下一個名為Jodrell Bank（喬德瑞爾班克）的天文台。2019年7月7日，Jodrell Bank天文台入選了UNESCO世界文化遺產。
Jodrell Bank天文台位於曼徹斯特南偏西約30公里處一個名叫Goostrey的小村莊的東北邊緣。這個安靜的英式村莊歷史悠久，擁有一座院裡院外都開滿藍紫色和粉紅色鬱金香的英式教堂，兩個具有重要戰略意義的鄉下酒吧。這裡有成片的麥田和草場：每年到了七月底、八月初的時候，金燦燦的麥子閃亮得刺眼；金黃的草場裡會堆起一坨坨半人高或圓或方的乾草捆（供牲畜們過冬）——「堆置乾草垛」曾是英國農牧業區長大的孩子們盛夏最愛的田間實踐；而草場上一年四季的其它時間都長著專注吃草的羊。
由Goostrey開車沿A535公路向北，沿途都是大片的農場和莊園：綠綠的草場上不規則地點綴著巨大的橡樹和蘋果樹，還有被小樹林包圍的池塘。這裡可能是柴郡最美麗的地方了：從谷歌地圖上看去，整片地區好像一幅用不同層次的綠和黃刷成的油畫，上面零星點綴著農舍、別墅和教堂。的確，Goostrey實際上處於柴郡「黃金三角」地區的西南邊緣：其東北方向的隔壁小鎮Wilmslow和Alderly Edge住著球星、影星、大企業家等各種社會名流；整個地區以昂貴的別墅莊園和優美恬靜的田園風光而著稱。
觀天利器
Jodrell Bank天文台就坐落在如此美麗如畫的英國柴郡鄉村；它是這個地區最特別的一道風景。這裡坐落有世界上第三大的全可動式射電望遠鏡——口徑76米的Lovell望遠鏡。這個龐然大物的腳下還有一架13米的射電望遠鏡，取名為「42ft」，常年用於對蟹狀星雲中脈衝星的觀測。Lovell望遠鏡東南方300米左右的距離上還站著另外兩架射電望遠鏡，一架是38米寬的Mark II，另一架是7米口徑的教學望遠鏡。
天文台的所在地原先是曼徹斯特大學植物系的實驗田，後來成為曼徹斯特大學的雷達實驗基地；今天它還是大學天體物理中心的觀測基地以及Square Kilometre Array（SKA，平方公里陣列）的總部所在。
說起Lovell望遠鏡，它起初被命名為「Mark I」，直到1987年才被正式更名為「Lovell望遠鏡」——以Sir Bernard Lovell（Bernard Lovell爵士）的名字來命名；他是大望遠鏡建設的總負責人，也是Jodrell Bank天文台的第一任台長。
Lovell望遠鏡是世界第三大的全可動式射電望遠鏡；並列第一大的是70年代建成的德國Effelsberg 望遠鏡和本世紀初建成的美國Green Bank望遠鏡，二者口徑均為100米。全可動的工作方式意味著望遠鏡可以通過機械轉向系統而指向全天任意方位，從而瞄準不同位置的觀測對象。
值得一提的是，坐落於大西洋島國波多黎各山谷中、曾用於拍攝電影《007黃金眼》的直徑300米的Arecibo射電望遠鏡，雖然其鏡體本身無法轉動，然而它可以通過繩索系統來移動懸掛饋源的位置，從而「瞄準」天空的不同方位（由於望遠鏡採用球面設計）。而屬於我們自己的、坐落於貴州山谷的直徑500米的天眼（FAST）射電望遠鏡（當之無愧世界最大的單孔徑射電望遠鏡），雖然同樣無法移動整個鏡體本身，但它採用了獨具匠心的「活動鏡面」技術（其表面由四千多塊獨立的反射面板共同拼接而成），可以通過局部鏡面變形來調節焦點位置，從而實現對不同天空位置的「瞄準」。
負債纍纍
說起望遠鏡建造的有趣歷史，1948年，Bernard Lovell為預期建造的當時世界上最大的射電望遠鏡做出了6萬英鎊的預算；望遠鏡始建於1952年，截至1957年完工時，實際花費為最初預算的十倍有餘！Bernard Lovell為此負債纍纍，還被一些短視的政客指責嚴重超額花費公共資源，面臨被送進監牢的危險！
是什麼堵住了這些無聊政客的嘴呢？1957年8月，望遠鏡竣工後便很快投入使用；當時正值美蘇太空競賽。兩個月後，蘇聯把第一顆人造地球衛星Sputnik 1送上太空，實現了三個星期的繞地軌道飛行。Lovell望遠鏡是西方國家唯一能追蹤到Sputnik 1的觀測設備。1960年3月，美國國家航空航天局又送「先驅者5號」前往金星。Lovell望遠鏡，作為當時世界上唯一能擔此重任的地面設備，向遠在千萬公里以外的「先驅者5號」傳達「火箭脫離」等系列指令、追蹤並接收遠在天邊的飛船發出的信息。這次任務之後，Bernard Lovell接到Nuffield勳爵的電話：「你的望遠鏡還欠著多少錢？」 「5萬英鎊。」 「就這麼多麼？我要把它全部還清……」所以當年的Jodrell Bank天文台還曾有過另一個名字，就是「Nuffield射電天文實驗基地」。
1966年2月，蘇聯搶在美國「阿波羅11號」載人登月之前，悄悄發射了無人登月飛船「月球9號」，並成功實現了人類歷史上的第一次月球軟著陸。當時蘇聯並沒有提前對全世界宣布此次登月任務，然而「月球9號」的全程飛行、包括最終的月面軟著陸，始終被Lovell望遠鏡仔細地監聽著；被望遠鏡同時截獲的還有「月球9號」在軟著陸之後發出的一段射電信息。Bernard Lovell爵士猜測，這發回地球的信息很有可能是以普通傳真電文形式傳輸的月球圖像。於是 Jodrell Bank天文台頑皮的科學家們就用倫敦《每日快報》提供的一架商業傳真機解譯了獲取的編碼，並於蘇聯之前發布了第一張月面照片！所以，技術先進，就能任性！
Lovell望遠鏡在歷史上曾被「更新升級」，現在表面的反射鏡面是後來又一次加築上去的。當2003年望遠鏡重新開放的時候，當時查爾斯王子參加了開放慶典。他身邊並沒有帶保鏢，和各地前來慶祝的普通人群非常接近！
其實在歷史上，Lovell望遠鏡始終在尋求外部經濟支持。曾有一段時期大家甚至考慮將Jodrell Bank改變為科普基地，修築一部電梯將遊客直接送到望遠鏡的反射鏡面層，以這樣的方式吸引遊客和創收（幸虧沒有這樣做！）。當然，最終曼徹斯特大學終於意識到Lovell望遠鏡和天文台的對學生有著巨大的吸引力。於是，為了擴大知名度，曼徹斯特大學每年都會聯合英國BBC廣播電台，在柴郡鄉下的Jodrell Bank天文台上映一場搖滾音樂會！
圖4. 2003年4月28號，查爾斯王子當時參加了Lovell望遠鏡升級的「開放」慶典。圖右側柱拐杖的長者為Lovell爵士。
成果也累累
其實，Lovell望遠鏡在科學界的知名度遠遠高出它在社會上的知名度！它在過去的70年里做出了眾多至關重要的科學發現。自建成之初，它就很快被投入使用，測量了第一批被觀測到的類星體的尺度。類星體是天文學家給一類非常遙遠的星系中明亮的核心區域起的名字，這些星系核心的超大質量黑洞活躍地吸積著流向它的氣體，將其加熱於是釋放出巨大的輻射能量。
上個世紀60年代初，Lovell望遠鏡探測到第一個來自外太空的脈澤源（雷射）信號，它是星系中恆星形成區的重要指示標準。
到了70年代末，Dennis Walsh博士利用Lovell望遠鏡觀測到了第一個星系強引力透鏡系統（0957+561A,B）的射電候選體——來自宇宙深處一個遙遠類星體的星光被一個前景星系強大的引力場分裂成兩束，從而形成兩個長得非常相似的像被望遠鏡探測到。它們的發現不僅僅為天文學家提供了稱重星系重量的巨「秤」，也成為放大更遙遠宇宙深處星系成員的天「眼」。
太空中還有一類非常有趣的天體，叫做脈衝星，天文學家認為它們是迅速旋轉著的中子星。中子星是恆星演化末期引力塌縮、超新星爆發之後的產物，整個星體由中子簡併壓支撐，非常緻密，整個太陽的質量會被壓縮到直徑20公里的尺寸里！而至今為止，所有探測到的射電脈衝星中有三分之二是由來自Jodrell Bank的天文學家們發現的！
傳奇爵士
圖5. Lovell爵士和夜晚以他名字命名的望遠鏡
Bernard Lovell爵士是Jodrell Bank天文台的靈魂人物，也是一位傳奇式的人物。1945年二戰結束後，Bernard Lovell在曼徹斯特大學的批准之下，帶著二戰中遺留下來的一台雷達，來到大學植物系的實驗基地Jodrell Bank，重新開始關於宇宙射線的研究工作；1952年到1957年，他又在這裡與英國頂級工程師Charles Husband爵士一起，建起後來以他名字命名的Lovell射電望遠鏡。前面講的每一個關於這架大望遠鏡的故事，也都是關於Sir Bernard Lovell本人的故事。要說的是，Sir Bernard Lovell的那個「Sir」（爵士）就是出於他為射電天文發展作出的重要貢獻而於1961年被授予的！
關於Bernard Lovell爵士流傳著各種傳奇故事；1941年二戰全面升級，英國空軍轟炸機部隊（RAF Bomber Command）感到在夜視條件下進行目標瞄準和鎖定非常困難。英國首相邱吉爾立刻下令成立一支由年輕的Bernard Lovell帶領的特別研究小組，負責設計H2S空軍雷達定位系統，以來幫助空軍實現在任何天氣和目視條件下進行所謂的「閉眼轟炸」（blind bombing）。
1942年的第一次實驗中，飛機由於事故墜毀，機上全體人員犧牲，上面搭載的僅有的一台原始設計的H2S雷達系統也付之東流。邱吉爾緊急召見Bernard Lovell，要求他在10月底之前務必將H2S雷達系統裝配到一整個空軍飛行縱隊上。
Bernard Lovell回答說：「在大部分研究組員犧牲及原始設備被毀的情況下，這不可能。」
邱吉爾聽了，把一支尚未點著的雪茄直接扔過Bernard Lovell的肩旁，「聽著，年輕人，你損失了一架（實驗）飛機；而我們在昨晚對科隆的轟炸中一次就損失了30架。你進去那屋裡，直到你能告訴我，我10月底可以擁有一支裝配有H2S雷達系統的飛行縱隊，你再出來！」
當年11月底，這個目標達成。然而，由於H2S雷達系統異常先進從而過於機密：英國擔心一旦納粹通過墜毀的英國轟炸機而獲取這一系統，後果將不堪設想。於是，直到1943年史達林格勒戰役之後，H2S雷達系統才被首次裝備到飛往德國的轟炸機上。
這一裝備的投放使用對德國強大的潛艇部隊造成了精準而沉重的打擊。希特勒感嘆：「我們潛艇部隊的挫敗竟是出於敵人在技術上的一個創新發明……」
1946年戰爭結束以後，Bernard Lovell也由於H2S雷達系統的重要貢獻而被授予「大英帝國勳章」。
Bernard爵士在1945-1980年期間擔任Jodrell Bank天文台的台長。他是一個非常風趣幽默的人，也有他頗具一格的對下屬的管理方式。每當他需要讓他的屬下做出選擇的時候，他都會為大家提供三個候選答案，其中兩個的條件遠遠差於第三個選擇——而這第三個選擇正是他最希望屬下做出的選擇。於是，他的屬下自然都會直接並滿意地選擇第三個條件，於是所有的協調管理問題都會迎刃而解。
圖6. 曼切斯特大學Schuster 物理樓（攝於2019年7月22日）。內部的教室多用曾經在物理系工作過的諾獎獲得者或著名物理學家命名，其中包括盧瑟福、布拉格。
傳統與文化
Jodrell Bank天文台作為曼徹斯特大學的天體物理中心和實驗基地，擁有得天獨厚的學術和文化環境。曼徹斯特的悠久核物理歷史始於盧瑟福分離原子，玻爾也曾在那裡生活和工作。若干位諾貝爾獎得主來自曼徹斯特，包括1915年諾獎得主，首次探測到X-射線的布拉格父子；1948年在核物理和宇宙射線領域做出傑出發現的布萊克特和2010年諾獎得主，成功發明石墨烯的Andrei Geim和Konstantin Novoselov爵士。
有趣的是，Andre Geim爵士早在2000年就被授予了「搞笑諾貝爾獎」，因為他完成的一項不可思議的實驗——讓青蛙具有磁性，從而被超導懸浮在空中；該「重要「結果發表在《歐洲物理雜誌》上[1]，並因此榮獲了「搞笑諾貝爾獎」。10年後他終於獲得了真正的諾獎（他也是至今唯一同時獲得真正和搞笑版諾獎的人[2-3]）。
圖7. 被磁懸浮的青蛙（圖源：參考資料[4]）
曼徹斯特大學的另一位名人是物理學家Brian Cox。他是英國BBC廣播電台的長期科普紅人，風趣幽默，對公眾的物理講解深入淺出，是英國百姓最喜歡的公眾物理學講師。曼徹斯特大學由於它的物理傳統和這些諾貝爾獎而更為知名，吸引了眾多非常優秀的年輕學生前來求學。值得一提的是大學的很多講堂都是以上面提到的歷史上著名的物理學家的名字命名的，包括盧瑟福、玻爾和布萊克特等， 我們什麼時候才能開始這樣的傳統呢？Jodrell Bank的鄉下總是讓人愉悅的，無論是晴空萬里，還是陰雨綿綿；Lovell望遠鏡直至今日還是依舊毫無懈怠地忠實地接聽著來自宇宙深處的各種信號。這裡是連接物理世界與自然世界的前線，也是人類傾聽宇宙聲音的前沿。凡是經歷過Jodrell Bank天文台的人都會和這個很多人並不知名的小地方結下深刻的感情，帶著各種關於這個地方的美好回憶，今天，在這一刻，在遍布世界各地的研究所繼續享受著科學研究和探索未知世界的快樂。對人類傾聽宇宙的實踐，和對很多經歷過Jodrell Bank的科學人，這裡是一切開始的地方。
作者簡介
許丹丹，清華天文系助理教授，主要研究方向為引力透鏡和星繫結構演化。