模擬的星空依然閃亮！1923年，投影式星象儀的發明，滿足人們對滿天星斗的想望！

圖 / 林志隆提供

人類的宇宙觀演變如何改變planetarium的設計

許多人到科博館參觀時會順便也看一場太空劇場的球幕影片，而每一場在正片之前都會先由工作人員提供5-10分鐘的簡短星象教學，讓觀眾們體驗一下星空之美並認識當季的重要星座。

當劇場人員把燈光逐漸熄掉投射出逼真的星空畫面時，許多人都會為投射出來的星空所震懾，而真正在晴朗的高山野外看到的星空，其實比在劇場中看到的還要更加美麗許多倍。在太空劇場的半圓形球幕內投射模擬星空的機器叫做「星象投影(或模擬)儀」，或者簡稱為「星象儀」，這樣的設備發明至今其實還不到100年。

目前中文裡的星象儀(或天象儀)是指由內往外投射模擬星空到一個球型銀幕的設備，它來自英文的planetarium(乾隆時代音譯為不蠟尼大利翁)，但是planetarium這個字在英文中其實有非常多重的意義，這和它的發展演變歷史有很大關係，而這個演變又跟西洋的科學觀宇宙觀演變有密切關係，本文希望用簡潔的方式闡述人類的宇宙觀演變如何改變planetarium的設計，或者planetarium的演變是如何呈現人類宇宙觀的演變。

在英文中planetarium這個字可以指投影星空的星象儀，可以是自外向內看的老式星(天)象球(像科博館水運儀象台上面那一顆渾象球)；可以指使用這個設備進行教學的場所(星象館，通常有個半球圓頂)；也可以是展示天文知識的展覽館(中文叫天文館，不管裡面有沒有星象投影設備)；也可以是展示太陽系各天體運行的一項展示模型(中文叫做太陽系儀、行星儀或太陽系行星儀)，所以很多人一聽到這些東西就頭昏眼花不知所云了。

水運儀象台上的那顆黑色「象球」，就是古代天文官演示天體運行的立體星圖

簡單的說，planetarium就是一個呈現人類宇宙觀的演示道具。幾千年前人類就開始把天上的東西畫下來，畫在平面的牆或紙上面就是普通的星圖。可是星空看起來是個立體的圓球狀，畫到平面上會變形，所以就有人找了顆球把星星點在上面，這樣隨時間轉動起來最能跟實際天體位置契合。水運儀象台最上面那顆黑色的「象球」，就是古代天文官演示天體運行的立體星圖。

中國史書記載在西元前四世紀的戰國時期，甘德、石申就製作過一種叫做「渾象」的球形設備來演示天體運行，之後歷代的天文學家都喜歡這個概念。而在西元前二世紀的古羅馬記載中，也提到古希臘的泰利斯(Thales)做過類似的東西。在現代的教學儀器中也還有這樣的東西叫做「天球儀」，只是大多會使用透明壓克力球讓學習者更容易感受到天球的概念。在這樣的天球儀上只能畫上固定的恆星，並無法演示日月五行(合稱七曜)的運行，但是古人可以利用渾儀測定七曜每日在恆星間的位置，進而了解其移動規則並進行各種計算和天象預報。

乾隆皇帝的珍寶「布蠟尼大利翁」，其實就是精美的太陽系儀

到了歐洲文藝復興時代，日心說漸漸取代了地心說，各行星和太陽的距離、軌道位置、大小比例等漸漸被測定出來，這時候就有人開始製作太陽系的模型(圖四)，這樣的東西也被稱為planetarium，中文則稱為太陽系(行星)儀(所以叫做planet-arium)。1792年英國馬戛爾尼使團進獻給乾隆皇帝的珍寶中有「壹座大架仔」叫「布蠟尼大利翁」，其實就是一座製作非常精美的太陽系儀。根據文獻描述這應該是把太陽放在中心，周圍依照距離和大小比例置放6大行星(含地球)和他們的衛星，以發條為動力經過各種比例的齒輪帶動支撐行星的連桿，可以演示行星公轉的週期比例，甚至可以推演何時會發生日月食(原文中為日失月失)。

筆者推測在最外面可能還有半球頂或環形的框架，上面崁著一些黃道附近的主要恆星。這在當時大概是世界最先進的科技了，只可惜當時參加使團進獻展演的貴族及官員都是外行人，以致沒人看懂得它的價值而被當成普通的珍寶就隨便擺著了。

19世紀初已把設施吊掛到天花板上，讓太陽和行星、衛星垂掛而下在空中運行

太陽系儀發展了數百年時間，從最早只是把太陽和6大行星按距離和大小比例擺在一個底座上，後來用齒輪連桿讓它們運轉，再到連衛星也可以按週期運轉(可以推演日月食)。後來越做越大，甚至到十九世紀初已經變成把設施吊掛到天花板上，讓太陽和行星、衛星垂掛而下在空中運行，尺寸也越做越大，有的甚至達到直徑十幾公尺，感官上的震撼也更加強勁。

在同一段時間裡還有一類觀點相反的設施也在快速發展，和前述跳脫地球由外往內看的太陽系儀相反，這種設施是做一個巨大的薄空心球殼，然後在薄殼上依照恆星位置打各種大小不同的洞，再由外透進光線。位在球內的人會看到漆黑的天空中出現了許多大小不一的光點，就像是夜間站在戶外看到的星空一樣逼真。這種球殼裡每個星星的亮暗是由洞的大小來控制，有些甚至還可以轉動這個球殼模擬地球自轉造成的星星東昇西落。

芝加哥阿德勒天文館的復古1913年的阿特伍德球，是一個直徑大約5米的薄球殼

圖六和圖七是筆者2017年到芝加哥阿德勒天文館(Adler planetarium)參訪時所看到的復古1913年的阿特伍德球(Atwood sphere)。它是一個直徑大約5米的薄球殼，目前改成觀眾坐在一個台座上整個往前滑進圓球中，解說員講解時圖七所示處還有兩個小馬達會帶動打了692個小洞的薄球殼轉動，觀眾在裡面看到透光的小洞排列出天上的星象，再由球殼轉動發現有一顆星(北極星)幾乎原地不動，是一種非常有趣的觀星學習體驗。這種設計和1947年Spitz發明的針孔投影式星象儀其實在概念上有密切關係，我們在下篇時將會對此做更多比對說明。

類似阿特伍德球這樣的設計在中國很早就出現，叫做「假天儀」

其實類似阿特伍德球這樣的設計在中國很早就出現，叫做「假天儀」。根據宋代的紀錄，韓公廉和蘇頌合作完成著名的水運儀象台之後，又和翰林學士許進合作設計了一個「假天儀」。這個設施是一個竹編紙糊的超大燈籠，大約比一個人高一些，紙殼上按照天上星辰的位置戳了許多個洞，坐在裡面的人可以看到彷彿真實的滿空星點。裡面還有樞紐可以扳動後讓燈籠旋轉，以模擬日月星辰的東升西落。

由於這樣的模擬星空效果非常好，因此許多國家都開始競相仿效，圓球的尺寸也越做越大。1905年德意志博物館慕尼黑館的奧斯卡·馮·米勒(Oskar von Miller)委託蔡司光學公司(Carl Zeiss Optics)設計製造一架世界最大，可以同時展現日心和地心觀點的運動的機器。這件作品在1924年才完成，結合了懸吊式行星儀與阿特伍德球的概念，它的可動式天花板直徑高達11.25米(土星的位置)，周圍牆面上還崁了180顆燈泡排出主要亮星的位置。

可是真正在歷史上具有突破意義的並不是這個星象儀房間，而是在開發過程中意外被啟發的副產品: 投影式星象儀。由於篇幅所限，投影式星象儀的演變歷史只能留待下篇再做介紹。