微米精度探寻百年星空变迁

技术人员正将底片放上扫描仪，生成的图像会显示在身后的计算机上。记者许琦敏 摄

　　“今人不见古时月，今月曾经照古人。”百年前的星空和今夜之所见，会有那么一点点不同，就在这细微的变化中，天文学家可以从中探寻天体演化的诸多秘密。

　　就在中科院上海天文台佘山观测站的一间实验室里，珍藏着我国自1902年以来拍摄的3万多张天文照相底片。这是在过去10年时间里，我国一批老天文学家从全国各地天文台站搜罗来的。就这样，一个研究团队静静地开始了一项浩大的工程——将这批历时百年的老底片数字化。一旦数字化完成，这将成为一批宝贵的科学基础数据，为天体变源、星团运动学等学科领域提供宝贵的原创资料。

　　最近，这项国家科技部资助的基础性工作专项重点项目有了突破性进展:扫描位置精度达到1微米的扫描仪研制成功，目前达到这一精度的扫描仪，全世界仅三台。昨天，记者在佘山天文台底片扫描实验室里看到了这台世界顶级扫描仪。

　　测恒星位移，挑战扫描精度极限

　　扫描精度达到1微米是什么概念?照片上一个像素的边长是10微米，扫描出来的图像偏差不能超过1/10——如果扫描一根头发丝，误差不能超过1/70。而一般商用扫描仪，最高精度在5-7微米。

　　“扫描精度达到1微米，就可以满足天文底片数字化需求。”项目执行负责人、中科院上海天文台高级工程师赵建海说，当今达到这一精度的扫描仪世界上只有三台，一台在哈佛大学，一台在比利时皇家天文台，还有就是这台在佘山底片扫描实验室由国际合作团队刚研发成功的。

　　为何一定要达到这么高的精度?

　　赵建海说，恒星离地球很远，从地球上看过去，它们在天空中的位置几乎是不变的，即使过了几年、几十年，可能位置也只有细微的变化，如果扫描精度不够，这种差别根本发现不了。

　　早年拿到东京大学博士学位、已在日本生活二十多年的赵建海博士一心学术报国，闻讯国内底片数字化缺人研究的消息，放弃优越的生活条件，不计待遇，在已过半百的年纪，回到了中科院上海天文台。花了整整6年多时间，他领导的研究团队与日本厂家合作，不仅研制出了底片扫描仪，还开发出了配套的图像处理软件，为百年天文底片的数字化扫清了最大的技术障碍。

　　在佘山站的天文底片库里，记者接连穿过4扇门，终于走进了安放这台扫描仪的房间:不足10平方米的房间中央，扫描仪被放在一个塑料罩子中。赵建海解释，由于扫描仪精度高，因此哪怕房间通风口的微弱气流，也会影响其工作精度，因此用塑料罩来挡风。同时，安放扫描仪的大理石台面也是特制的，它几乎不会变形。最特别的是桌子下面的基墩——这3平方米地板下，有数根深5米的桩，一直打到佘山的基岩上，就为了避免周边震动影响了底片的扫描精度。

　　百年老底片，多少星际故事待挖掘

　　在安放扫描仪的实验室外，几十个顶天立地的文件柜里，收藏着来自全国的3万多张天文底片。彗星、日食、月食、星系……它们根据来源、拍摄时间、拍摄内容，分门别类地归在不同柜子中。

　　“最早的底片是佘山天文台在1902年拍摄的，当时用的底片是在玻璃上涂上药膜。”从事底片保管、扫描的助手杨静介绍，这些底片在扫描之前，必须先经过清洗、分类，玻璃面用软布蘸纯净水擦拭，药膜面只能靠工具吹气去除污染物。

　　由于年份久远，有不少底片霉变、起泡，甚至卷曲、残缺。不过，在整理过程中，还是有很多非常漂亮的底片，记者看到:一张1964年拍摄的M31仙女座大星云就非常清晰漂亮，1908年拍摄的彗星有一条漂亮的彗尾……

　　记者随手拿起一张底片，上面布满了密密麻麻的黑点，每个黑点都是一颗星星。“当时由于读片设备限制，只能对观测目标进行研究，但它周围还有90%以上的天体信息没有被利用。”赵建海说，他们除了标定赤经、赤纬，拍摄对象和拍摄年份外，还要确定使用的是何种底片、是否加滤光片、当时天气情况等，最终目标是为每一张底片生成一份信息档案。

　　恒星在天空中的位置变化，一种是水平方向位移，另一种是纵向运动——靠近地球或远离地球，这就需要从恒星光度的变化来判定。赵建海介绍，扫描仪可以分辨出0.01星等，同样达到了世界一流的指标。

　　“宇宙、银河系之所以会演变到今天，就是由一颗颗星星的运动逐步累积而来，通过这批天文老底片，我们可以从历史中找寻出探究奥秘的线索。”他说，接下去他将着手将扫描仪的精度提升到0.25微米，扩大这台扫描仪的应用范围，“早在上世纪八九十年代，欧洲与日本已经开始这方面工作，而老底片是我们独特的科学基础数据，我们应该利用它们做出原创性的工作”。