多倫多磁學和氣象學觀測站

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多倫多磁學和氣象學觀測站（Toronto Magnetic and Meteorological Observatory）位於加拿大安大略多倫多的多倫多大學，是一個歷史性的天文台。原有建築於1840年建成，是愛德華·薩賓為確定地磁偏角波動成因開展的一次全世界範圍研究計劃的組成部分。多倫多觀測點的測量結果證實，太陽黑子對地磁場的影響會導致地磁偏角發生變化。1853年研究計劃結束後，加拿大政府將觀測站大幅擴張，將其作為該國主要氣象站和此後50餘年的官方計時器。此外，這座觀測站還被視為加拿大天文學的誕生地。

## 薩賓的研究

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在不同的地點使用指南針時，其指嚮往往有所變動，並不完全是同一方向，甚至不同時間在同一地點測量時也會如此。天文學家愛德蒙·哈雷於1701年發現這種情況及其會對航海產生的不利影響。當時的研究認為，造成這種影響的因素可能也會導致天氣變化，針對磁場變化的研究可能給天氣預報帶來進展。

1833年，英國科學促進協會在英國各地開展一系列磁學測量活動。在英國皇家炮兵少校愛德華·薩賓（Edward Sabine）的指揮下，持續數年之久的測量計劃拉開帷幕，其結果於1838年公布。測量工作進行期間，還有科學家建議將測量範圍向全球範圍擴展。1836年，德國探險家兼博物學家亞歷山大·馮·洪堡致信時任皇家學會主席蘇塞克斯公爵，弗雷德里克·奧古斯特親王（Prince Augustus Frederick, Duke of Sussex），信中稱，對於一個領地遍布全球的國家來說，開展這樣一個正式項目有非常重要的意義。1837年，英國科學促進協會在利物浦召開第7次會議。薩賓在會上宣布，「地球磁場無論如何都是我們生活星球最重要的物理史分支之一」，在他看來，無論是同代人還是子孫後代，都會把這一項目研究視為在海上拼搏的人們最值得追求的事業，對於一個在每個艱巨的事業上都力求拔得頭籌的國家來說，這無疑是值得努力達成的成就。

1837年，英國政府出資在格林尼治修建磁學觀測站。英國科學促進協會繼續為在世界各地建設類似觀測站奔走呼號，政府於1838年接受建議並撥款。1839年，英國政府和皇家學會準備派出4支考察隊，分別在開普敦、聖赫倫那島、荷巴特和（最後一個）多倫多修建磁學觀測站。由英國皇家炮兵軍官組成的小組被派往各地開展測量工作，前往加拿大的隊伍原計劃在蒙特婁近海的聖海倫島（Saint Helen's Island）修建觀測站，但在發現當地岩石存在強烈磁場影響後決定把地點遷至多倫多。工作組於1839年抵達多倫多，在約克堡的廢棄軍營安頓下來後開始建設觀測站。觀測站獲得國王學院以西約4公頃土地，該學院所在地如今屬安大略省省議會所有。

觀測站於1840年建成，正式名稱叫「女王陛下在多倫多的磁學和氣象學觀測站」（Her Majesty's Magnetical and Meteorological Observatory at Toronto）。站內包含兩座木質建築，其中一座放置磁學測量設施，旁邊的另一座有約一半埋入地下，主要用於「實驗測定」。主建築的最北側同放有經緯儀的小型錐形圓頂相連，這裡主要通過天文觀測來精確認定當地時間。兩幢建築在修建期間儘量少用金屬，即便不得不用時也是採用黃銅或銅之類不具磁性的金屬或合金。附近還建有小營房，用於安置工作人員。

通過多倫多和荷巴特觀測站的測量結果，薩賓發現地磁偏角既有持續數小時的短期波動，又有長達數月的長期偏差。他很快得出結論，認為短期波動是日夜交替所致，長期偏差則是受可見光中的太陽黑子數目影響。針對這一專題，他先後在《自然科學會報》發表兩篇介紹性論文。其中第一篇於1851年出版，主要收集早期的測量數據；第二篇於1852年出版，內容同海因利希·史瓦貝的太陽黑子測量密切相關。史瓦貝的研究於1851年經亞歷山大·馮·洪堡的《宇宙》變得廣為人知。從多倫多觀測站獲得更多數據後，薩賓得以給出決定性的證明，為期11年的太陽周期引起地球磁場出現類似的周期變化。1856年，他發表了有決定性意義的第3篇論文《較大磁場干擾平均影響的周期性規律》，文中還特別稱讚多倫多觀測站對此項目的貢獻。

1842至1853年，地磁研究先驅約翰·亨利·勒弗羅伊（John Henry Lefroy）爵士擔任多倫多觀測站站長。1960年，安大略遺產基金會、加拿大公民和文化部在多倫多大學校園內為勒弗羅伊立起紀念牌匾。

## 氣象服務

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皇家學會的研究項目於1853年告一段落後，多倫多的觀測站計劃廢棄，但羽翼未豐的殖民地政府經過長期辯論後決定接管該站運作。位於開普敦、聖赫倫那島和荷巴特的觀測站之後都走進歷史的塵埃，但多倫多的觀測站就此存活下來並得到升級，其作用也相應擴張，成為加拿大漁業及海洋部運營的氣象站。擴充期間，站內原有的木製建築也更換成永久性的建築物。

觀測站新大樓於1853年經多倫多建築師弗里德里克·坎伯蘭（Frederick Cumberland）設計，他當時還在設計多倫多大學的大學學院，新學院位於觀測站以北不遠處，用於取代原本的國王學院。新的觀測站大樓以石頭修築，旁邊是放置經緯儀的塔樓。新大樓於1855年建成，位置正好在如今多倫多大學的集會大廳正門入口對面。

作為氣象站期間，多倫多觀測站會收集加拿大本土312個觀測站和美國36個觀測站的報告，這些觀測站都配有「一個水銀氣壓計、兩個溫度計（最高和最低溫度計各一個），一台用於測量風速的風速計，一個風向標和一個雨量計。」東部標準時間（當時叫「75度經線時間」）每天上午8點到晚上8點，所有報告以編碼形式送至多倫多觀測站，生成的圖表可用於預測未來36小時的天氣。預測結果接下來經電報發往全國各地，圖表也向報紙和貿易局發布以便公眾獲知資訊。觀測站裝上電話後還開始應需提供天氣預報，這對水果商販來說非常重要，因為他們需要根據天氣情況來計劃發貨運輸。

觀測站還有其它用途。1880年，該站所測數據也用於確立標準時間，此後作為加拿大的官方計時器直至1905年才由渥太華的自治領天文台取代。多倫多消防大廳會在每天上午11點55分響鈴，鈴聲正是由多倫多觀測站發出的電信號控制。

1881年，站長查爾斯·卡普米爾（Charles Carpmeal）建議為觀測站添置高質量的天文望遠鏡。在他看來，直接對太陽進行觀測應該有助於更好地了解太陽黑子對天氣的影響（但遲至1910年時，觀測站時任站長R·F·斯圖帕特才認定「太陽黑子對天氣的影響要大於月球的環」）。與此同時，1867年成立的加拿大政府也對參與國際合作、準確記錄1882年金星凌日產生濃厚興趣。觀測站獲得資金，從TCS公司買下一台150毫米規格的折射望遠鏡。觀測站的圓頂設計原本只適用於尺寸及活動幅度都比較小的設施，但新買的望遠鏡長度超過2米，這樣圓頂的開放幅度就會對望遠鏡的觀測範圍產生限制。塔樓內為此修建了一條大石柱，用於將望遠鏡升至更高的位置，改善視野開闊度和觀測的便捷性。但由於天氣情況欠佳，新望遠鏡未能對金星凌日的測量做出貢獻，並且1895年水星凌日時也因同一原因未能參與測量。

## 搬遷

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19世紀90年代，隨著多倫多大學的急劇擴張，觀測站周圍變得越來越擁擠。南面不遠處的學院街上新建了電車軌道，觀測站周圍的現代建築中大量採用金屬，對儀器形成干擾。1898年，新的地磁觀測站在愛靜閣開放，位於大學校園內的觀測站從此就只作為氣象學和太陽觀測站使用。

1907年時，觀測站已經完全被新的大學建築包圍，施工產生的灰塵致使氣象儀器阻塞，夜間的燈光還導致天文學觀測無法進行。氣象局決定停用原有大樓，將觀測站遷往校園最北側布魯爾街上的新大樓，以原有大樓同多倫多大學交換新地塊產權。之前從TCS公司買下的折射望遠鏡純屬天文學儀器，對氣象觀測沒有什麼作用，但由於沒有人接手，也沒有其他用途，望遠鏡還是隨氣象局一起遷至布魯爾街的新觀測站。多倫多大學接管原本的觀測站大樓後本要將之廢棄，但經應用科學與工程學講師路易·博福特·斯圖爾特（Louis Beaufort Stewart）爭取，大樓得以保留下來，供勘測和大地測量系使用。經斯圖爾特安排，大樓在另一個更加適合的地點重建。拆遷工作於1907年進行，原建築的石塊先直接留在原地，冬季過後再用於修建新大樓，新大樓坐落在大學學院主建築以東不遠處，位於哈特大宅（Hart House）以南。

1930年，氣象局同意將已不再使用的折射望遠鏡捐給多倫多大學，學校要做的就只是負責運輸，最終望遠鏡和觀測站的圓頂均移至哈特大宅以南的觀測站大樓內。1952年，望遠鏡又遷至多倫多北部的戴維·鄧拉普天文台（David Dunlap Observatory），再於1984年捐獻給加拿大科技博物館（Canada Science and Technology Museum）。大學勘測和大地測量系繼續使用觀測站大樓直至20世紀50年代，此後這裡開始用於多種用途，如警察分局及電話總機等。觀測站已更名為路易·博福特·斯圖爾特觀測站，於1953年移交學生管理委員會（如今的多倫多大學學生會）並沿用至今。