星大如桃：现代穹顶天象厅和穹幕影院的直径

面对这种看来有点“普适”意义的尺度体系的天球模型，读者们可能会有这样的疑问：古人在观天时，有这个本领（或本能）把半径13米左右的假想天穹作为标准投影面，在这个投影面上来估测各种天空现象的尺寸大小，那么，这是古人的“专利”吗？现代人有没有这种本领？

这个问题非常重要。笔者经过周密论证认为，现代人仍然是有这种本领的（详细论证过程本书第三部分再展开）。事实上，无论古今中外，人们在野外观天时，以这种半径13米左右的假想天穹作为标准投影面的本领是相同的，这实际上是人的一种“本能”。现代人从小受的教育是几乎一切都要用仪器来测量，而且要测到小数点后尽可能多的位，但观天时的这种本能仍然没有随着社会的“进步”而消失。

下面我们举天象厅、穹幕影院的例子来说明。天象厅是天文馆、科技馆、少年宫等科普场馆为了生动直观地演示天空星座的分布、天穹的运转以及各种天象（如行星、彗星的运行，流星的划过，日月食的过程等）而搭建的巨大半球状建筑。从其内部看，从头顶到整个四周是一个完美的半球状天幕，在球心位置放有一架复杂的天象仪，可以通过放映的方式把星体投影在半球状的天幕上，形成一个“人造星空”，观众坐在下方抬头就可以感受到上方这个半球状的天穹正上演的各种天象。有的天象厅还可以兼放立体电影，称“穹幕影院”或“空间剧场”。

这个过程很像我们刚才建立目视投影天球模型的逆过程。我们建立那个目视观天的天球模型时，是把无穷远处的天空现象投影在一个想象的半径13米的透明天穹上（去丈量它们的大小）；而现在则是把人造的天空现象投影在一个真实的穹顶上，然后想象它们就是在遥远天空中发生的天象。

那么为了让人们观看时有身临其境的感觉，这个半球状天幕的尺寸多大合适呢？表2.4.1列出了世界上一些大型天象厅及著名穹幕影院的直径。

表2.4.1　世界上一些大型天象厅、穹幕影院的直径

（续表）

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可以看出，大型天象厅的直径多为23～26米，这个数字与古人目视测天时下意识参照的天球尺寸不谋而合。这是因为，人们建造天象厅展示人造星空的时候，选取的放映投影距离必须符合人的心理和本能的习惯需求。

我们这里举的都是大型天象厅的例子，其大小明显有个限度——27米（只有一个最早的直径30米的杜塞尔多夫天文馆例外，毁了之后没有再建）。

图2.4.1　建设中的伦敦天象厅

天象厅是1923年由德国蔡司公司发明的。早在1758年，剑桥大学的罗哲•朗就造出了西方第一台凿孔式的“假天仪”，它是一个能转动的大圆球，在大圆球上按星星的位置、亮度凿很多大大小小的孔，人在里面仰望，在外面灯光或自然光的照射下，那些小孔就会像满天的星星一样。这种纯机械的装置因为过于笨重死板，后来被淘汰了。德国蔡司公司的工程师班内菲尔德发明了另一种方案：盖起空心半球建筑（天象厅）作为背景天幕，里面用射光灯投射演示星空，同时还可以用放映机表现各种天象的变化，轻巧、方便而又灵活，因此一直沿用下来。世界第一座天象厅的直径为16米，后来才扩大为25米，设计者在设计天象厅时，一定做过多次不同尺寸天穹的测试，最后才确定了现今最有天穹实感的大型天象厅尺寸。

一直到今天，世界各国仍都把大型天象厅的穹幕半径定在12～13米，这并不是单纯效仿德国蔡司公司的先例，而是因为这种尺寸的穹幕恰好能满足人的视觉心理需要。按说建造更大（比如像体育馆、大剧院那么大）的天象厅，会使星空显得更深邃，更能令人体会到宇宙的浩大，以现代社会的技术和财力并非做不到，但这样的天象厅，星体的投影不在合适的距离处，观察起来反而感觉虚假和费力。

只从天象厅的例证，我们就可以看出古人与现代人在目视观天上心理需求的相通之处。我们去空气清洁、无光污染的山区景点观天时，常听有人惊叹“星星又亮又密，如在树梢一般”，这种比喻在科学上当然没有多大意义，但也说明人在目视观天时的心理参照距离是树梢的高度。所以说，观天时，如果没有或忽略其它参照物，人们会觉得天象就发生在13米之处，于是天象厅半径定为13米就是最合适的了。

当然，我们所举天象厅的例子都是大型天象厅。许多中小城市、学校的天象厅出于参观人数和成本考虑，大都建得较小，如直径18米、16米，甚至还有直径小到5米、3米的。越小的天象厅，越令人感到不舒服，在里面观看时，双眼立体透视效果使天幕缺乏真实感（第三部分我们再探讨），让人感觉不是在看“星象”而是在看“星图”，因为过近的天球距离无法与人的心理习惯、生活经验相匹配。所以，天象厅直径定为23～26米是为了使观众有真实感。