看见星星

那是1975年。我当时9岁，住在俄亥俄州的谢克海茨。最新一期《天文学》杂志的封面彻底颠覆了我年幼的认知。那天吸引我目光的，并非NASA对水星和金星的新图像。那些图像固然壮观，但我说的不是那种。封面上的那是一张猎户座参宿四的图片——一颗恒星。它与那些借助探测器变得更清晰、更细致的模糊行星完全不同。那是一点被解码的光，一个数学上的点，突然间有了维度、结构和**真实感**。这近乎魔法。我彻底着迷了。

我从此沉迷于天文学，最终成为《探索》杂志的编辑，并一直等待着更多恒星的图像。等待，等待，又等待了很久，久到几乎以为我只是做了一个惊人的梦。

去年春天，当我终于看到另一颗恒星——仙女座Zeta（And）——的新图像时，这些记忆如潮水般涌来。与猎户座参宿四粗糙的重建图不同，这幅图像是对恒星表面的精准描绘。

这不仅仅是一张静态图，而是一系列图像拼接成的一部电影。一帧帧地，我可以观察到那些酷炫的暗斑随着仙女座Zeta的旋转而移动；与此同时，一个更大的斑块固定在它可见的极点上。从未有人能如此清晰地看到一颗遥远的恒星。而这一切，都来自一千万亿英里之外的距离！最终，我们就能直接比较我们的太阳和其他恒星，对恒星演化模型进行具体检验，理解外星星球与其太阳之间详细的关系。

我联系了密歇根大学的博士后研究员 Rachael Roettenbacher，她创作了这幅独特的恒星肖像。我想知道她是否和我一样惊叹。不——她显然比我更甚。“我惊叹于这一切的可能，这实在是太棒了，”她说。“我有时喜欢看看这部电影，提醒自己这确实发生了。”

突破光线障碍

那么，为何花了这么长时间？Roettenbacher的简短回答是，恒星显得极小。传统的观测技术仍然无法将它们纳入视野，甚至差得很远。

以猎户座参宿四为例，它是最适合成像的目标之一。它是一颗巨大的恒星，是夜空中最亮的恒星之一，直径是太阳的近1000倍，但距离我们如此之远，以至于在天空中看起来比冥王星还要小。以天文学的术语来说，它的角直径约为50毫角秒，或者说，在哈勃望远镜的最佳图像中，大约是**一个像素**的一半大小。仙女座Zeta看起来还要小20倍。当伽利略在1609年用他的望远镜观察天空时，他认为恒星是无量纲的光点。时至今日，即使在世界上最伟大的天文台，这一点基本仍然成立。

从20世纪60年代末开始，天文学家看到了前进的希望：一种名为“散斑成像”的技术，可以突破传统望远镜的极限。其原理是拍摄恒星一系列高速快照，冻结地球大气层造成的模糊效应，然后从中重构出真实的图像。不幸的是，散斑成像涉及到大量的数学推断。基特峰国家天文台Roger Lynds团队拍摄的猎户座参宿四图像——这张曾让我年少时如此兴奋——就使用了这项技术来显示恒星的整体大小和形状，但未能可靠地捕捉到任何特定的表面细节。

下一个巨大的飞跃是光学干涉测量，即将两个或多个望远镜的光束合并，从而创建一个相当于两个望远镜之间距离的单一望远镜。其好处是能够获得比哈勃望远镜锐利数百倍的图像。射电天文学家多年来一直采用类似的方法，并取得了巨大成功，但可见光波长比无线电波长短一百万倍，这意味着光学干涉测量需要高出一百万倍的精度。20世纪70年代有希望的实验很快就遇到了当时硬件和软件的限制，“任何涉及光学干涉测量的东西都一度失去了兴趣，”Roettenbacher解释说。

然而，在几乎没有引起轰动的情况下，有几组执着的科研人员一直在朝着恒星前进——尽管是以一种令人痛苦的、渐进的步伐。从20世纪80年代末开始，美国海军和洛厄尔天文台之间的一项合作项目开始在亚利桑那州开发海军精密光学干涉仪（NPOI）。与此同时，在佐治亚州立大学的高角分辨率天文学中心（CHARA），天文学家Harold McAlister倡导建造一台干涉仪，将加州威尔逊山上六台独立望远镜的光线合并。经过16年的规划和建造，CHARA终于在2001年全面投入运行。不久之后，密歇根大学的John Monnier开始研发一种名为MIRC（密歇根红外合成器）的仪器，该仪器可以将合并后的光线转化为有意义的图像。2006年，他在附近的织女星上测试了它，发现能够清晰地看到恒星的快速旋转如何将其扭曲成近似蛋状。

Roettenbacher在俄亥俄卫斯理大学上大学时读到了关于织女星结果的报道。“我记得当时想，‘这是最酷的事情了。’我非常着迷，我们竟然能[清晰地看到]非太阳的恒星，”她说。那时，她完全不知道自己将来会从事这样的工作。但仅仅几年后，她在密歇根大学攻读研究生，与Monnier一起努力将光束汇集起来，并以仙女座Zeta作为恒星近距离拍摄的完美目标。

群星属于我们

Roettenbacher的尝试需要前所未有的精度。使用干涉测量，没有“即点即拍”。要获得清晰的恒星图像，需要大量的额外、繁琐的工作。

仙女座Zeta需要18天才能自转一圈，所以Roettenbacher必须监测这颗恒星至少18个晚上，每晚通宵。这还算容易的部分；然后是数据处理。CHARA的光学干涉测量需要收集来自六个不同望远镜的光束，筛选数千兆字节的数据，然后将光束合并以合成通常只有巨大的空间望远镜才能实现的图像。最后，所有处理过的数据都被导入Monnier开发的软件程序中，该程序将光波信息转化为图像。

“我甚至不想计算我花了多少时间做所有这些，”Roettenbacher笑着说。但随后迎来了回报：“我们对图像的惊人程度感到难以置信。”

她不仅能看到其表面的恒星斑点（磁活动产生的巨大标记），而且注意到它们与太阳上的斑点行为截然不同。我们的太阳在南北半球之间具有磁对称性，但仙女座Zeta却奇怪地不平衡，只在其赤道的一侧表现出这种活动。“人们仍在研究这个理论，”Roettenbacher说。

仙女座Zeta的图像和电影预示着更多即将到来的恒星景象。Roettenbacher即将观测另外两颗更小、更难的目标恒星。工程师们目前正在为NPOI配备四台1.8米的大型望远镜；在升级后，它将提供比CHARA更清晰的视野。智利的VLT干涉仪自2000年开始运行，但现在才接近其全部潜力，其分辨率较低，但可以看到更暗淡的天体。这些仪器将审视行星在幼年恒星周围形成的盘面，并观察被称为新星的灾难性恒星爆炸。

但对我来说，Roettenbacher对仙女座Zeta的观测是决定性的事件，它改变了我们看待宇宙的方式。伽利略用他的望远镜做的第一件事之一就是观察太阳黑子。现在我们已经看到了另一颗恒星上的黑子。我们已经告别了占星术时代的最后残余，进入了恒星学（aster-ology）的时代：恒星作为物理的、可触及的、以及极其可见的存在的时代。