天文学范例6篇

天文学

天文学范文1

英文名称:Progress in Astronomy

主管单位:中国科学院

主办单位:中国科学院上海天文台

出版周期:季刊

出版地址:上海市

种:中文

本:16开

国际刊号:1000-8349

国内刊号:31-1340/P

邮发代号:

发行范围:国内外统一发行

创刊时间:1983

期刊收录:

CBST 科学技术文献速报(日)(2009)

中国科学引文数据库(CSCD―2008)

核心期刊:

中文核心期刊(2008)

中文核心期刊(2004)

中文核心期刊(2000)

中文核心期刊(1996)

中文核心期刊(1992)

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联系方式

期刊简介

本刊是中国天文学会委托中国科学院上海天文台主办的天文学类学术核心刊物。主要刊登反映国内外天文学各分支学科最新研究进展的评述性文章,也发表研究论文、研究快报的学科前沿介绍、学术活动等稿件。

主要栏目

述评、研究论文、研究快报、学术活动。

天文学范文2

占星术是天文学的“女儿”

太阳为什么会从东边升起又从西方落下?夜空里的星星为什么会眨眼睛?月亮上有没有嫦娥……从古到今,人们对这些问题充满了好奇和幻想,并且做了很多努力去探索、去研究,慢慢形成了天文学。天文学就是探索宇宙奥秘的科学。

占星术则是根据天象来预卜人间事物的一种方术。在原始社会文化发展的早期阶段,由于当时人们的知识水平和生产力都很低,对自然现象中的一些规律没有掌握,于是把人们生活中的吉、凶、祸、福与某些自然现象联系起来。

早期的占星术多是利用星象观察来占卜较为重大的事件,如战争的胜负,国家或民族的兴亡,以及国王或大臣的命运等,后来逐渐扩展到个人命运以及日常生活中的琐事。随着日月星辰运行规律的逐渐被揭示,占星术出现了各种体系和复杂的推算方法,愈加显示其神秘性。在古代,占星与天文学曾有着密不可分的联系。但望远镜被发明后,天文学和占星术的道路就彻底分开了。

天文学家开普勒也用占星术替人算命,不过,他可不相信占星术,只是以此来谋生。开普勒曾自我解嘲地说过:“如果占星术女儿不为天文学母亲挣面包,天文学母亲就一定要挨饿了。”

罕见天象,其实并不罕见

至于有人说2012年出现了很多罕见天象,这恐怕是受了美国好莱坞灾难片的影响。很多人以往并不关心天象变化,到了2012年忽然关注起了天文学,想在星球运转上寻求“世界末日”的证据,其实这是徒劳的。

2012年既没有什么大劫难,也没有什么极为罕见的天象,只有一个百年难遇的金星凌日。比起1994年万年难遇的苏梅克一列维9号彗星撞击木星,2001年11月18日的狮子座流星雨大爆发,2003年8月24日~27日6万年以来最接近地球的火星,2009年7月22日长江流域百年难遇的长达6分钟以上的日全食,都要逊色得多。

玛雅人预言,2012年12月21日是一个“劫数”,这时大灾难就要来临。但这一天,既没有彗星撞击地球,也没有大地震、火山和海啸的预报。如果这一天太阳爆发大耀斑,那也只是巧合。

曾经的末日预言

所谓“末日预言”,2012年并不是唯一。比如大家平安度过的1999年,也曾经被人预言为“世界末日”。

400多年前的法国医生诺查丹玛斯,这位16世纪的法国人曾用十分晦涩难懂的诗句撰写了《诸世纪》一书,共有1200首四行诗。书中用大量暗示性的语句预言了从那时起直至2000年这数百年间的世界大事。《诸世纪》一书流传甚广,特别在欧洲,不断有人对《诸世纪》作猜谜式的“考证”,把某些历史事件与书中某些隐晦的预言诗句作对应,以图阐发其所谓的“微言大义”。更有甚者,书中第十卷上有一首诗预言了1999年人类将面临空前的劫难,诗里这样描写道:“1999年7月,恐怖魔王从天而降,蒙古大王重新出现,这期间,战神以幸福的名义主宰世界……”

如果只是诺查丹玛斯的一家之言,人们倒不妨一笑置之。然而,到上世纪70年代,日本的五岛勉又写下《1999人类大劫难——诺查丹玛斯恐怖大预言》一书,声称请人通过电脑计算发现,1999年8月18日那天,天空中太阳、月亮和九大行星将组成“十字架”形状,宣称这乃是“最凶兆”的象征,也恰好应证了诺查丹玛斯所预言的人类大劫难。届时,洪水地震、瘟疫饥荒、世界大战以至外星人入侵,种种无情的天灾人祸将使人类最终难以跨越20世纪。此言一出,真有点惊世骇俗的味道,令众多不明真相的世人倍感忧虑和恐慌。

不管预言如何言之凿凿,当人类平平安安地进入到了2000年,那些所谓预言也就不攻自破了。

忧天,古人有之——成语故事《杞人忧天》

该如何应对一个个的所谓“末日预言”呢?看看下面这则成语故事,你也许会得到一些启发。

从前在杞国,有一个胆子很小而且有点神经质的人,他常会想到一些奇怪的问题,而让人觉得莫名奇妙。

有一天,他吃过晚饭以后,拿了一把大蒲扇,坐在门前乘凉,并且自言自语地说:“假如有一天,天塌下来,那该怎么办呢?我们岂不是无路可逃,而将活活地被压死,那不就太冤枉了?”

天文学范文3

美国科学家哈罗德·克莱顿·尤里是宇宙化学的第一人,他因为发现了氢的同位素——氘,在1934年荣获诺贝尔化学奖。

1931年,物理学家伯奇和天体物理学家门泽尔首先提出了“氢除含有原子量大约为1的一些原子外,还含有原子量大约为2的一些原子,后者所占比例约为1/4500”的假说。当时在美国哥伦比亚大学工作的尤里对这一假说非常感兴趣。1931年年底,尤里教授等人把4升液态氢蒸发到只有几立方毫米,在进行光谱分析后发现一些新谱线的位置正好与预期的原子质量为2的氢谱线一致,从而发现了重氢。尤里称它为deuterium,在希腊语中是“第二”的意思,中文译名为“氘”。欧阳院士认为:“氘的发现是科学界一件很了不起的事。现在最常见的是氧化氘(D2O,又名重水),它的主要特性与普通水(H2O)大不相同。后来重水成为制造原子弹所需的重要材料之一。”

尤里还是宇宙化学、天体化学的创立者。他在1952年发表了宇宙元素丰度数据,发展了元素起源和宇宙学理论。尤里还研究了恒星、太阳系、行星的化学组成和起源。他还认为地球的原始大气应当和现在的木星大气相似,主要由甲烷、氨和氢组成。在太阳系形成初期,处于金牛T型变星阶段的太阳,驱散了地球的原始大气。现代地球的大气层是次生大气层,来源于地球内部的排气过程,以及经过漫长的与地球水体和生物界的协调演化过程,将火山大气层二氧化碳大气层逐步变成了现今的氮氧大气层。“我们现在对于地球、木星、太阳等化学成份的了解,都是从尤里的模型发展而来的。他研究了各种类型的陨石按什么样的比例、怎样构成了地球、火星等行星,而对陨石的研究就可以给出相关证据。”欧阳院士介绍道,“在陨石研究方面,尤里对陨石进行了分类,还提出了太阳系的行星是由各个行星胎吸积各种类型的星子(相当于各种类型的陨石)形成的理论,并认为在别的行星上也可能产生生命。”

尤里在研究生命起源方面也颇有建树。1953年,尤里和学生米勒(Stanley L.Miller)共同设计了一套仪器,模拟原始地球大气的成份和条件,在甲烷、氨、氢和水蒸气混合物中,连续进行了一星期的火花放电后,形成了十多种氨基酸。这说明原始大气有产生蛋白质的可能,为研究生命起源问题开辟了重要途径。他还参与了“海盗”号火星着陆器探测计划。第二次世界大战期间,尤里还参加了美国政府研制原子弹的“曼哈顿计划”。他利用掌握的同位素化学方面丰富的知识,对于第一颗原子弹的诞生发挥了很大作用。

宇宙成因核素的开拓者

威拉得·法兰克·利比是美国物理学家,一生致力于放射性碳定年技术与方法的发展,为考古事件的精确定年开创了新途径,干1960年获得诺贝尔化学奖。

欧阳院士告诉我们:“宇宙线作用于大气中的14N,能生成放射性的14C(半衰期为5730年),14C属于宇宙成因核素的一种。大气二氧化碳中的碳元素含有三种同位素,即12C、12c和14C,三种同位素的丰度比较稳定。三种同位素都以二氧化碳的形式参与生物界生命过程。在漫长的历史时期中,生物体内12C、13C和14C含量的比例是稳定的。一旦生命过程结束,就不再有碳的交换,那么生命体中14C含量会因衰变而随时间减少。因此,通过稳定的12C和放射性的14C相对含量的测定,可以准确算出某一样品终止碳交换至今的时间。这种方法可以帮助考古学家确定考古事件的年代,帮助地质学家确定地层中冰川的年代历史、古火山喷发的期次、古海洋平面以及沉积物的沉积速度,还可以帮助地理学家研究古代气候的变化等等。”

欧阳院士曾把这种方法用在马王堆女尸的年代鉴定上。他们选取了女尸的棺木和堆放在棺木周围的木炭样品,精确测定了女尸的年代。但欧阳院士也指出,14C测年法最长只能测定两、三万年的时间。时间更久远的样品,可以用其它的同位素测年法。陨石的年龄有46亿年,就是用别的同位素测定的,如铀铅法、铷锶法、铼一锇法和铅一铅法等。

宇宙线与行星、月球、小行星和陨石物质相互作用,能产生字宙成因核素,如26Al、53Mn、60Co等,测定宇宙成因核素可以获得行星和月面撞击坑的形成年龄、行星与月球表土暴露在行星际空间的年龄、小行星相互碰撞破碎的年龄、小行星碎块在行星际空间运行的年龄、火星与月岩被溅射出母体的年龄、陨石降落至地球后的保存年龄等。宇宙成因核素的研究与测定技术已成为宇宙年代学的重要组成部分,为行星、月球与小行星表层的暴露历史,小天体撞击行星与卫星以及相互撞击的历史,以及陨石与小天体在行星际空间的运行历史提供了精确的时标。揭开小天体撞击地球诱发恐龙灭绝之谜

欧阳院士还介绍道,另外一位对天文学有所贡献的是西班牙裔美国粒子物理学家刘易斯·沃特-阿尔瓦雷茨(Luis Walter Alvarez)。他因发展了气泡技术和发现了许多共振态而荣获1968年诺贝尔物理学奖。但他的影响更为广泛的工作是提出小行星撞击地球,诱发地球气候环境灾变,导致6500万年前以恐龙为代表的70%的物种灭绝的假说。阿尔瓦雷茨的文章发表在1980年的《科学》杂志上,并由此逐步建立了小行星撞击地球诱发地球气候环境灾变和生物物种大灭绝的学说。

1980年,阿尔瓦雷茨与其子沃尔特·阿尔瓦雷茨(Walter Alvarez,地质学家)等人研究欧洲地层时发现,在全球的白垩纪与第三纪交界的界线层中的锇、铱、铂、钌、铑、钯等铂族元素的丰度高于地壳平均含量的三、四倍,这一界线层的年龄刚好是6500万年,正值恐龙灭绝事件(6500万年以前)之时。陨石和小行星上的铂族元素含量比地壳的平均值高出1个~2个数量级。小天体撞击地球后,它们的全部物质和撞击挖掘出的撞击坑内的物质完全混合,大大稀释了铂族元素的丰度,但仍然比地壳的平均值高3倍~4倍。撞击产生的浓密尘埃和大火灰烬,弥漫在地球的大气层中,并缓慢沉降到地球表面。

欧阳院士认为:“小天体在行星际间运行的速度是每秒45千米,地球公转的速度是每秒30千米。它们对撞的速度达到每秒75千米,而若小天体追上地球,每秒也至少有15千米的速度。这么高速的碰撞能产生多大的能量?根据物理学定律,算下来的结果十分惊人。假如有一个10千米大小的天体撞击地球,产生的能量就相当于地球上全部核武器共同爆炸能量的几千倍。小天体撞击地球时要先通过大气层,它压缩大气会产生很强的冲击波。这个高温高压的冲击波,就像氢弹爆炸一样,可以燃烧地球上所有的可燃物质,引起森林大火,甚至全球大火,而燃烧的灰烬我们都可以找到证据。”

“超高温超高压的强大冲击波撞击地球表面,能产生巨大的地震,并进一步产生全球规模的大海啸。而小天体撞击地面后,会形成直径200千米的巨大撞击坑,把撞击坑里所有的岩石、土壤全部粉碎、气化、融熔并向外溅射。大量粉尘弥漫在平流层,遮盖了90%的照射到地面的阳光,所以在地球表面看到的太阳是非常灰暗的。另外,由于缺少阳光,地球变得很寒冷,我们测到地球表面年平均温度下降了14度,这是典型核冬天的表现,那是一个寒冷、昏暗的地球。所有植物的光合作用都因此被抑制或停止,大批植物死亡,而以植物为食的动物,由于食物链中断也大批死亡,这就导致了地球生物物种的灭绝事件。”

欧阳院士告诉我们,“这个事件已经找到了证据,因为生物的尸体都埋藏在地层里。现在,撞击坑已找到了,大量证据表明小天体撞击在墨西哥北部的尤卡坦半岛,科学家们打了很多钻孔探测,确证是造成那次事件的元凶。携带了这些证据的尘埃,最后都要慢慢沉降下来。我们在拉萨附近的岗巴地区找到了大量的证据,是在白垩纪与第三纪地层交界处、厚度约1厘米的界线层里。那时的地区还没有喜马拉雅山和珠穆朗玛峰,而是属于海洋,直到70万年前才上升成为山脉。我们测量了拉萨附近界线层形成时的年平均温度,比正常时期要低14度。所以当时的地球是一个寒冷、黑暗的地球,全部证据都已找到了,而且全世界100多个地方都找到了相似的证据。我们地球上生物物种的演化是很艰难的,经过了多次的劫难。而恐龙灭绝这一次还算中等的,还有更严重的生物物种灭绝事件,有90%的物种从地球上被消灭了。”

天文学范文4

多年的教学实践表明,专业课教学任务不同于基础课程的教学模式,常常面临讲授过于简单、学员兴趣较低,讲授过于深入、学员难以吸收的问题[2]。这就要求教学组全体教员科学备课、精准指导,努力提高教学“效益”,实现教学水平的提高。

1.1集中优势,补弱固强

在教学过程中,每学年开学前,教研室主任和教学组长,根据教学对象的不同,集中优势教学资源、汇聚精干力量,选定任课教员。并安排年轻教员试讲,全体教学组对年轻教员的试讲提意见、挑“毛病”,确保教学水平。在课程教学过程中,要善于找准理论与实际的结合点,理论课上以案例分析为主线讲解内容;实习课上以理论回顾为主线体验实践,并适时调整实习课的教学内容及其与理论课的衔接过程,确保教学工作的正确性和科学性。

1.2全面学习,强化自身

自身素质的提高应引起全体教员的高度重视。要求年轻教员,尤其是以前未接触过航空航天医学知识的非现役教员、带教实习课的研究生,进教研室当年不参加大课和小课教学,只作为辅讲教员随堂跟听每一位教员的授课。同时要求不仅学习本专业相关的专业知识,还要系统学习航空航天医学专业的各门课程。对于有教学经验的教员,在平时的授课中要充分准备,并在教案中体现教员本人对本次教学内容最新进展的掌握情况,在提高教员专业水平的同时,确保提高教学质量。

2努力提高“师资储备”能力,确保丰富教学形式

基于专业课教学“练为战、学为用”的特点,教学方向问题尤为突出。教员必须始终把好转变部队战斗力生成模式,提高学员任职能力的方向。然而由于编制体制调整,教研室教员数量太少,同时部分同志出国留学、不在岗,造成主讲教员人数偏少,且有职称断层现象。只有提高师资力量的储备能力,才能圆满完成教学任务。

2.1处理好“内”与“外”的关系

各教研室每学年开学前,会根据教学对象和教学内容,外请本学科专家前来做专题讲座。如教学对象为本科学员,对航卫保障工作一片空白,则外请专家多为常年工作于航空兵部队的航空军医、卫生队长和场战医院院长等。如教学对象为进修生,他们大多来自一线航卫保障岗位,则外请专家多为专业研究人员或空军医学研究所的同行专家。这一举措弥补了“内”部人员不足的矛盾。

2.2处理好“专”与“兼”的关系

军事航空医学需要研究高性能战斗机飞行人员的卫勤保障问题。近年来,教研室从实际出发,与对口航空兵部队在自愿的基础上建立院校教育和部队训练相结合的协作关系。选取工作正规、制度健全、业务建设较好、卫生工作基础好、卫生人员素质较高的航空兵部队具有相应的航卫保障专业知识和组织指挥能力的卫勤领导和能够担负教学任务的航空卫生保障工作的相关人员担任教研室的兼职教员,按照教学计划,完成一定学时的教学任务。由于他们有较丰富的航卫工作经验和一定的组织能力,并具有相应的学历和资历,对他们的课堂教学效果,学员们反映良好。通过“专”业教员与“兼”职教员相结合,使课堂教学异彩纷呈。

2.3处理好“教”与“研”的关系

在教学布局上,教研室着眼于提高学员的综合素质和能力,精心设计教学板块和专题,在教学中注重将创新理论、本专业研究进展与教学工作有机结合,增强学员分析解决问题的本领。在完成教学计划的前提下,按照研究生工作安排和科研进展,有目的地选择对本课程感兴趣又学有余力的学员组成课外科研小组,由教研室内学校评定的本科生早期接触科研导师指导,进行文献查阅、撰写综述和课外科研实验等活动;参加研究生开题报告、中期汇报和论文答辩,扩大教学内容。由于“教”学与科“研”工作的有机结合,不仅丰富了教学内容,而且可利用学员的新颖思路和创新思维推动本学科学术研究工作的开展。

3努力创造“良好氛围”能力,确保促进教学工作

3.1发挥工作动员优势

航空航天医学系在每学年的教学正式开始前都会组织开课动员,提高教员的教学热情和学员的学习热情。教研室也会因时因地进行教学动员,备课、集体讨论。并通过先进教学个人、优秀教案等评比,激励教员人人争先进,个个当标兵。

3.2运用先进教研室成功经验

学习先进典型,是激励教员的强大动力。教研室通过定期组织教员跟听其他先进教研室优秀教员的课堂听课,学习他们的授课方式和特点,并在教研室内部建立必要的会议制度,进行学习体会交流,进一步制定符合本门课程教学的工作计划和方案,使教研室自身的课程教学有所突破,保证课程质量稳步上升。

4努力提高“教学保障”能力,确保教学任务的需求

教学任务的圆满完成,要求各级教学相关部门树立“以学员为本”理念,建设高效的保障机制,全面保障任务需求。对于教研室和教学组而言应该从以下做起。

4.1确立理论与实践相统一的思想

多年来,我教研室积累了大量航空兵场站航卫保障工作的录像片,为学员理论知识联系工作实际提供了不可多得的视频教材。使学员掌握航空航天医学各相关学科的知识结构,并能应用于实际工作。通过理论学习与视频教学相结合,提高学员的知识运用能力,并可满足航空兵部队第一任职的需要。

4.2探索从工作实际出发的途径

航空航天医学专业课是在学员即将进行实习,来年步入工作岗位的时机开展的,其学习目的是为了将来在航卫保障中能够发挥作用。因此,教学工作应该从适应航卫保障工作的角度去完善。实习课为学员提供动手操作、贴近实际工作的机会,教研室教员渊博的专业知识、熟练的操作技术,会使学员们受到极大鼓舞。外请专家、兼职教员丰富的工作经验和对航卫工作的敬业精神,使学员受到了潜移默化的教育,从而提高了学员对基层航空卫生保障工作的热情。

4.3注意提高统筹协调的能力

天文学范文5

    一. 天文学研究的历程

    朱熹对天文现象的思考很早就已开始。据朱熹门人黄义刚“癸丑(1193年,朱熹63岁)以后所闻”和林蘷孙“丁巳(1197年,朱熹67岁)以后所闻”,朱熹曾回忆说:“某自五、六岁,便烦恼道:‘天地四边之外,是什么物事?’见人说四方无边,某思量也须有个尽处。如这壁相似,壁后也须有什么物事。其时思量得几乎成病。到而今也未知那壁后是何物?”[ ]可见,朱熹从小就关心天文,直到晚年仍对此难以忘怀,并孜孜以求。

    然而,朱熹在其早期的学术生涯中,并没有进行天文学的研究。朱熹早年除读儒家经典外,“无所不学,禅、道文章,楚辞、诗、兵法,事事要学”[ ]。绍兴三十年(1160年,朱熹30岁),朱熹正式拜二程的三传弟子李侗为师,开始潜心于儒学,并接受李侗以“默坐澄心”于“分殊”上体认“理一”的思想。

    据《朱文公文集》以及当今学者陈来先生所着《朱子书信编年考证》[ ],朱熹最早论及天文学当在乾道七年(1171年,朱熹41岁)的《答林择之》,其中写道:“竹尺一枚,烦以夏至日依古法立表以测其日中之景,细度其长短。”[ ]

    测量日影的长度是古代重要的天文观测活动之一。最简单的方法是在地上直立一根长八尺的表竿,通过测量日影的长短来确定节气;其中日影最短时为夏至,最长时为冬至,又都称为“日至”。与此同时,这种方法还用于确定“地中”。《周礼?地官》载:“以土圭之法测土深,正日景以求地中。……日至之景,尺有五寸,谓之地中。”意思是,在夏至日中午测得日影为一尺五寸的地方,此地便是“地中”。而且,从“地中”向北,每一千里则影长增一寸;向南,每一千里则影长减一寸。这就是《周髀算经》所谓“周髀长八尺,勾之损益寸千里”。这一说法到南朝以后受到怀疑;唐朝的一行和南宫说通过不同地区日影的测量,进一步予以纠正。朱熹要其弟子林择之协助测量日影,显然是要比较不同地区日影的长短,其科学精神可见一斑。

    在同年的《答蔡季通》中。朱熹写道:“历法恐亦只可略说大概规模,盖欲其详,即须仰观俯察乃可验。今无其器,殆亦难尽究也。”[ ]

    蔡季通,即蔡元定(1135~1198年);建阳(今属福建)人,学者称西山先生;精于天文、地理、吕律、象数,着作有《律吕新书》、《大衍详说》等;为朱熹“四大弟子( 蔡元定、黄干、刘爚、陈淳)”之首。蔡元定的年龄仅比朱熹小5岁,并在天文学等科学上有所造诣,很受朱熹的器重。从以上所引《答蔡季通》可知,当时朱熹正与蔡元定讨论天文历法,并且认为,研究历法必须用科学仪器进行实际的天文观测。

    淳熙元年(1174年,朱熹44岁),朱熹在《答吕子约》中写道:“日月之说,沈存中笔谈中说得好,日食时亦非光散,但为物掩耳。若论其实,须以终古不易者为体,但其光气常新耳。”[ ]显然,朱熹在此前已研读过北宋着名科学家沈括的《梦溪笔谈》,并对沈括的有关天文学的观点进行分析。胡道静先生认为,在整个宋代,朱熹是最最重视沈括着作的科学价值的唯一的学者,是宋代学者中最熟悉《梦溪笔谈》内容并能对其科学观点有所阐发的人。[ ]

    淳熙十三年(1186年,朱熹56岁),朱熹在《答蔡季通》中写道:“《星经》紫垣固所当先,太微、天市乃在二十八宿之中,若列于前,不知如何指其所在?恐当云在紫垣之旁某星至某星之外,起某宿几度,尽某宿几度。又记其帝坐处须云在某宿几度,距紫垣几度,赤道几度,距垣四面各几度,与垣外某星相直,及记其昏见,及昏旦夜半当中之星。其垣四面之星,亦须注与垣外某星相直,乃可易晓。……《星经》可付三哥毕其事否?甚愿早见之也。近校得《步天歌》颇不错,其说虽浅而词甚俚,然亦初学之阶梯也。”[ ]可见,当时朱熹正与蔡元定一起研究重要的天文学经典着作《星经》和以诗歌形式写成的通俗天文学着作《步天歌》,并就如何确定天空中恒星的位置问题进行讨论,其中涉及三垣二十八宿星象体系。

    同年,朱熹在《答蔡伯静》中写道:“天经之说,今日所论乃中其病,然亦未尽。彼论之失,正坐以天形为可低昂反复耳。不知天形一定,其间随人所望固有少不同处,而其南北高下自有定位,政使人能入于弹圆之下以望之,南极虽高,而北极之在北方,只有更高于南极,决不至反入地下而移过南方也。但入弹圆下者自不看见耳。盖图虽古所创,然终不似天体,孰若一大圆象,钻穴为星,而虚其当隐之规,以为瓮口,乃设短轴于北极之外,以缀而运之,又设短轴于南极之北,以承瓮口,遂自瓮口设四柱,小梯以入其中,而于梯末架空北入,以为地平,使可仰窥而不失浑体耶?”[ ]在这里,朱熹设想了一种可进入其中观看天象的庞大的浑天仪。

    淳熙十四年(1187年,朱熹57岁),朱熹在《答廖子晦》中写道:“日之南北虽不同,然皆随黄道而行耳。月道虽不同,然亦常随黄道而出其旁耳。其合朔时,日月同在一度;其望日,则日月极远而相对;其上下弦,则日月近一而远三。如日在午,则月或在卯,或在酉之类是也。故合朔之时,日月之东西虽同在一度,而月道之南北或差远,于日则不蚀。或南北虽亦相近,而日在内,月在外,则不蚀。此正如一人秉烛,一人执扇,相交而过。一人自内观之,其两人相去差远,则虽扇在内,烛在外,而扇不能掩烛。或秉烛者在内,而执扇在外,则虽近而扇亦不能掩烛。以此推之,大略可见。”[ ]在这里,朱熹对月亮盈亏变化的原因作了探讨。

    淳熙十六年(1189年,朱熹59岁),朱熹在《答蔡季通》中写道:“极星出地之度,赵君云福州只廿四度,不知何故自福州至此已差四度,而自此至岳台,却只差八度也。子半之说尤可疑,岂非天旋地转,闽浙却是天地之中也耶?”[ ]在这里,朱熹试图通过比较各地北极星的高度及其与地中岳台的关系,以证明大地的运动。

    朱熹在一生中最后的十年里,在天文学研究上下了较多的功夫,并取得了重要的科学成就。南宋黎靖德所编《朱子语类》卷一“理气上?太极天地上”和卷二“理气下?天地下”编入大量朱熹有关天文学的言论,其中大都是这一时期朱熹门人所记录的。例如:《朱子语类》卷二朱熹门人陈淳“庚戌(1190年,朱熹60岁)、己未(1199年,朱熹69岁)所闻”:“天日月星皆是左旋,只有迟速。天行较急,一日一夜绕地一周三百六十五度四分度之一,而又进过一度。日行稍迟,一日一夜绕地恰一周,而於天为退一度。至一年,方与天相值在恰好处,是谓一年一周天。月行又迟,一日一夜绕地不能匝,而於天常退十三度十九分度之七。至二十九日半强,恰与天相值在恰好处,是谓一月一周天。月只是受日光。月质常圆,不曾缺,如圆球,只有一面受日光。望日日在酉,月在卯,正相对,受光为盛。天积气,上面劲,只中间空,为日月来往。地在天中,不甚大,四边空。……”[ ]

    《朱子语类》的其它卷中也有此类记录。例如:《朱子语类》卷二十三黄义刚“癸丑(1193年,朱熹63岁)以后所闻”:安卿问北辰。曰:“北辰是那中间无星处,这些子不动,是天之枢纽。北辰无星……。”义刚问:“极星动不动?”曰:“极星也动。只是它近那辰后,虽动而不觉。……今人以管去窥那极星,见其动来动去,只在管里面,不动出去。向来人说北极便是北辰,皆只说北极不动。至本朝人方去推得是北极只是北辰头边,而极星依旧动。又一说,那空无星处皆谓之辰……。”又曰:“天转,也非东而西,也非循环磨转,却是侧转。”义刚言:“楼上浑仪可见。”曰:“是。”……又曰:“南极在地下中处,南北极相对。天虽转,极却在中不动。”[ ]

    《朱文公文集》卷七十二朱熹所着《北辰辨》(大约写成于1196年,朱熹66岁)以及卷六十五朱熹所注《尚书》之《尧典》、《舜典》(大约写成于1198年,朱熹68岁)都包含有丰富的天文学观点。《北辰辨》是朱熹专门讨论天球北极星座的论文;在所注的《尧典》中,朱熹讨论了当时天文学的岁差、置闰法等概念;在所注《舜典》中讨论了早期的浑天说、浑天仪的结构,并详细记录了当时的浑天仪结构。

    这一时期朱熹所编《楚辞集注》(成书于1195年,朱熹65岁)之《天问》中也有一些注释反映了他在天文学方面的研究和造诣。

    二. 天文学的成就

    就朱熹研究天文学的方法而言,其最根本的研究方法是[ ]:

    其一,细心观察各种天文现象。朱熹是重视亲身观察、善于观察的人。他经常运用仪器观察天文现象;并运用观察所得验证、反驳或提出各种见解。

    其二,用“气”、“阴阳”等抽象概念解释天文现象。朱熹所采用的这一方法与中国古代科学家普遍采用的研究方法是一致的。

    其三,运用推类获取新知。朱熹经常运用“以类而推”的方法,用已知的东西、直观的东西,对天文现象进行类推解释。

    其四,阐发前人的天文学研究成果。朱熹研读过包括沈括《梦溪笔谈》在内的大量科学论着,对前人的天文学观点均予以评述,并提出自己的看法。

    从现代科学的角度看,朱熹的天文学研究方法,固然有其不足之处,这主要是由于古代科学所处的阶段而导致的。在古代科学的范畴中,朱熹的天文学研究方法应当属于合理。更为重要的是,朱熹运用这些方法在天文学上取得了重要的成就。

    朱熹在天文学方面的科学成就主要反映在他最后十年里有关的言论中。概括起来主要有三个方面:

    第一,提出了以“气”为起点的宇宙演化学说。朱熹曾经说:“天地初间只是阴阳之气。这一个气运行,磨来磨去,磨得急了便拶许多渣滓;里面无处出,便结成个地在中央。气之清者便为天,为日月,为星辰,只在外,常周环运转。地便只在中央不动。不是在下。”[ ]这里描绘了一幅宇宙演化途径的图景。

    在朱熹看来,宇宙的初始是由阴阳之气构成的气团。阴阳之气的气团作旋转运动;由于内部相互磨擦发生分化;其中“清刚者为天,重浊者为地”[ ],重浊之气聚合为“渣滓”,为地,清刚之气则在地的周围形成天和日月星辰。朱熹还明确说:“天地始初混沌未分时,想只有水火二者。水之滓脚便成地。今登高而望,群山皆为波浪之状,便是水泛如此。只不知因什么时凝了。初间极软,后来方凝得硬。……水之极浊便成地,火之极轻便成风霆雷电日星之属。”[ ]他根据直观的经验推断认为,大地是在水的作用下通过沉积而形成的,日月星辰是由火而形成的。

    将宇宙的初始看作是运动的气,这一思想与近代天文学关于太阳系起源的星云说有某些相似之处。1755年,德国哲学家康德提出了太阳系起源的星云说;1796年,法国天文学家拉普拉斯也独立地提出星云说。星云说认为,太阳系内的所有天体都是由同一团原始星云形成的。然而,在他们500多年之前,朱熹就提出了类似之说;尽管尚缺乏科学依据和定量的推算,但其通过思辩而获得的结果则是超前的。

    对此,英国科学史家梅森在其《自然科学史》一书中予以记述:“宋朝最出名的新儒家是朱熹。他认为,在太初,宇宙只是在运动中的一团浑沌的物质。这种运动是漩涡的运动,而由于这种运动,重浊物质与清刚物质就分离开来,重浊者趋向宇宙大旋涡的中心而成为地,清刚者则居于上而成为天。……”[ ]

    第二,提出了地以“气”悬空于宇宙之中的宇宙结构学说。朱熹赞同早期的浑天说,但作了重大的修改和发展。早期的浑天说认为:“天如鸡子,地如鸡中黄,孤居于天内,天大而地小。天表里有水,天地各乘气而立,载水而行”[ ]但是,当天半绕地下时,日月星辰如何从水中通过?这是困扰古代天文学家的一大难题。朱熹不赞同地载水而浮的说法,他说:“天以气而依地之形,地以形而附天之气。天包乎地,地特天中之一物尔。天以气而运乎外,故地搉在中间,隤然不动。”[ ]这就是说,地以“气”悬空在宇宙之中。

    至于地如何以“气”悬空在宇宙中央,朱熹说:“天运不息,昼夜辗转,故地搉在中间。使天有一息之停,则地须陷下。惟天运转之急,故凝结得许多渣滓在中间。”[ ]又说:“地则气之渣滓,聚成形质者;但以其束于劲风旋转之中,故得以兀然浮空,甚久而不坠耳。”[ ]朱熹认为,宇宙中“气”的旋转使得地能够悬空于宇宙中央。朱熹的解释克服了以往天文学家关于宇宙结构学说的弱点,把传统的浑天说发展到了一个新水平。[ ]

    关于地之外的天,朱熹说:“天之形,……亦无形质。……天体,而实非有体也。”[ ]“天无体,只二十八宿便是天体。”[ ]又说:“星不是贴天。天是阴阳之气在上面”;“天积气,上面劲,只中间空,为日月来往。地在天中,不甚大,四边空,”[ ]这显然是吸取了传统宣夜说所谓“天了无质,……日月众星,自然浮生虚空之中,其行无止,皆须气也”[ ]的思想。

    第三,提出了天有九重和天体运行轨道的思想。朱熹认为,屈原《天问》的“圜则九重”就是指“九天”,指天有九重。事实上,在朱熹之前,关于“九天”的说法可见《吕氏春秋?有始览》:中央曰钧天,东方曰苍天,东北曰变天,北方曰玄天,西北曰幽天,西方曰颢天,西南曰朱天,南方曰炎天,东南曰阳天;后来的《淮南子?天文训》等也有类似的说法;直到北宋末年洪兴祖撰《楚辞补注》,其中《天文章句》对“九天”的解释是:东方皞天,东南方阳天,南方赤天,西南方朱天,西方成天,西北方幽天,北方玄天,东北方变天,中央钧天。显然,这些解释都不包括天有九重的思想。

    朱熹则明确地提出天有九重的观点,并且还说“自地之外,气之旋转,益远益大,益清益刚,究阳之数,而至于九,则极清极刚,而无复有涯矣”[ ];同时,朱熹赞同张载所谓“日月五星顺天左旋”的说法。他进一步解释说:“盖天行甚健,一日一夜周三百六十五度四分度之一,又进过一度。日行速,健次于天,一日一夜周三百六十五度四分度之一,正恰好。比天进一度,则日为退一度。二日天进二度,则日为退二度。积至三百六十五日四分日之一,则天所进过之度,又恰周得本数;而日所退之度,亦恰退尽本数,遂与天会而成一年。月行迟,一日一夜三百六十五度四分度之一行不尽,比天为退了十三度有奇。进数为顺天而左,退数为逆天而右。”[ ]《朱子语类》卷二朱熹的门人在阐释所谓“天左旋,日月亦左旋”时说:“此亦易见。如以一大轮在外,一小轮载日月在内,大轮转急,小轮转慢。虽都是左转,只有急有慢,便觉日月似右转了。”朱熹赞同此说。[ ]

    对此,英国着名科学史家李约瑟说:“这位哲学家曾谈到‘大轮’和‘小轮’,也就是日、月的小‘轨道’以及行星和恒星的大‘轨道’。特别有趣的是,他已经认识到,‘逆行’不过是由于天体相对速度不同而产生的一种视现象。”[ ]因此李约瑟认为,不能匆忙假定中国天文学家从未理解行星的运动轨道。

    在天文学研究中,朱熹除了提出以上新见外,还对沈括有关天文学的观点做过详细的阐述。例如:沈括曾说:“月本无光,犹银丸,日耀之乃光耳。光之初生,日在其傍,故光侧,而所见才如钩;日渐远,则斜照,而光稍满。如一弹丸,以粉涂其半,侧视之,则粉处如钩;对视之,则正圆。”[ ]朱熹赞同此说,并接着说:“以此观之则知月光常满,但自人所立处视之,有偏有正,故见其光有盈有亏。”[ ]他还说:“月体常圆无阙,但常受日光为明。初三、四是日在下照,月在西边明,人在这边望,只见在弦光。十五、六则日在地下,其光由地四边而射出,月被其光而明。……月,古今人皆言有阙,惟沈存中云无阙。”[ ]

    三. 对后世的影响

    中国古代的天文学大致包括宇宙结构理论和历法两大主要部分,尤以历法最为突出。宇宙结构理论自汉代形成盖天说、浑天说和宣夜说之后,也经历了不断的发展,主要表现为占主导地位的浑天说不断吸取各家学说之长而逐步得到完善。

    朱熹的天文学研究侧重于对宇宙结构理论的研究。他通过自己的天文观测和科学研究,以浑天说为主干,吸取了盖天说和宣夜说的某些观点,提出了较以往更加完善的宇宙结构理论,把古代的浑天说推到一个新的阶段,这应当是朱熹对于古代天文学发展的一大贡献。

    但是,由于朱熹的天文学研究只是专注于宇宙的结构,对于当时在天文观测和历法方面的研究进展关注不够,在这些方面的研究稍显不足。因此,他的宇宙结构理论在某些具体的细节方面,尤其是定量方面,尚有一些不足之处,有些见解和解释是欠妥当的。

    然而,他毕竟对宇宙结构等天文学问题作了纯科学意义上的研究,代表了宋代以至后来相当长一段时期中国古代天文学在宇宙结构理论研究方面的水平。而且,朱熹的宇宙结构理论在后来直至清代一直受到了不少学者的重视和引述。

    朱熹之后宋末的重要学者王应麟(1223~1296年,字伯厚,号深宁居士)撰《六经天文编》六卷,记述了儒家经典中大量有关天文学方面的重要论述,《四库全书?六经天文编》“提要”说:“是编裒六经之言天文者,以易、书、诗所载为上卷,周礼、礼记、春秋所载为下卷。”该着作也记述了朱熹的许多有关天文学方面的论述。

    元代之后科举考试以“四书五经”为官定教科书。其中《尚书》以蔡沈的《书集传》为主。蔡沈(1167~1230年,字仲默,号九峰)曾随其父蔡元定从学于朱熹。他的《书集传》是承朱熹之命而作,其中包含了朱熹所注《尚书》之《尧典》、《舜典》等内容,涉及不少有关天文学方面的论述。另有元代学者史伯璿(生卒不详)着《管窥外篇》;《四库全书?管窥外篇》“提要”说:该书中“于天文、历学、地理、田制言之颇详,多能有所阐发。”在论及天文学时,该书对朱熹的言论多有引述,并认为“天以极健至劲之气运乎外,而束水与地于其中”。这与朱熹的宇宙结构理论是一致的。

    明初的胡广等纂修《性理大全》,其中辑录了大量朱熹有关天文学的论述。明末清初的天文学家游艺(生卒不详,字子六,号岱峰)融中西天文学于一体,撰天文学着作《天经或问》,后被收入《四库全书》,并流传于日本。该书在回答地球何以“能浮空而不坠”时说:“天虚昼夜运旋于外,地实确然不动于中……天裹着地,运旋之气升降不息,四面紧塞不容展侧,地不得不凝于中以自守也。”这里吸取了朱熹关于气的旋转支撑地球悬于空中的宇宙结构理论;在解释地震的原因时,该书又明确运用了朱熹的这一观点,说:“地本气之渣滓聚成形质者,束于元气旋转之中,故兀然浮空而不坠为极重亘中心以镇定也。”在论及日月五星的运行方向和速度时,该书说道:“日月之行,宋儒言之甚详”,并且还直接引述朱熹关于五星运行方向和速度的观点予以说明。

    清代着名学者李光地(1642~1718年,字晋卿,号榕村)曾奉命主编《朱子大全》,其中“卷四十九理气一”有“总论、太极、天地、阴阳、时令”,“卷五十理气二”有“天文、天度、地理、雷电、风雨雪雹霜露”,收录了朱熹有关天文学的不少论述。李光地所着的《历象本要》引述了朱熹所谓“地在中央不动,不是在下”,“天包乎地”以及“天有九重”等,用以说明朱熹的天文学思想中包含了西方天文学有关宇宙结构的知识[ ]。他在所撰的《理气》篇说:“朱子言天,天不宜以恒星为体,当立有定之度数记之。天乃动物,仍当于天外立一太虚不动之天以测之,此说即今西历之宗动天也。其言九层之天。近人者最和暖故能生人物。远得一层,运转得较紧似一层。至第九层则紧不可言。与今西历所云九层一 一吻合。”[ ]他的《御定星历考原》六卷,也引述了朱熹有关宇宙结构的言论,并且认为,朱熹所说的“天包乎地,地特天中之一物尔”就是指“天浑圆地亦浑圆”,而与西方天文学的宇宙结构理论相一致。

    李光地与被誉为清初“历算第一名家”的梅文鼎(1633~1721年,字定九,号勿庵)[ ]交往甚密,并且对当时的西方科学都持“西学中源”说。梅文鼎在所着《历学疑问》中多处引用朱熹有关宇宙结构的言论。该书认为,朱熹已经具有西方天文学所谓“动天之外有静天”、“天有重数”和“以轮载日月”的观点,并且说:“朱子以轮载日月之喻,兼可施诸黄、赤,与西说之言层次者实相通贯。”[ ]

    除此之外,清代还有黄鼎(生卒不详)的《天文大成管窥辑要》八十卷,其中也包括朱熹有关天文学的不少论述。

    朱熹是古代的大哲学家,代表了中国古代哲学发展的一座高峰。也许正是这个原因,他在天文学上所取得的成就一直没有能引起人们足够的注意。但是,这并不能否认他在天文学上确实做出过卓越的贡献,他的宇宙结构理论对后世产生过重大的影响。

    注释:

    [ ] 李约瑟:《中国科学技术史》第四卷《天学》,北京:科学出版社1975年版,第2页。

    [ ] 〔宋〕黎靖德编:《朱子语类》,北京:中华书局1986年版,卷第九十四。

    [ ] 《朱子语类》,卷第一百四。

    [ ] 陈来:《朱子书信编年考证》,上海人民出版社1989年版。

    [ ] 《答林择之》,《晦庵先生朱文公文集》(四部丛刊初编),以下简称《文集》,卷四十三。

    [ ] 《答蔡季通》,《文集》续集卷二。

    [ ] 《答吕子约》,《文集》卷四十七。

    [ ] 胡道静:《朱子对沈括科学学说的钻研与发展》,《朱熹与中国文化》,学林出版社1989年版。

    [ ] 《答蔡季通》,《文集》卷四十四。

    [ ] 《答蔡伯静》,《文集》续集卷三。

    [ ] 《答廖子晦》,《文集》卷四十五。

    [ ] 《答蔡季通》,《文集》续集卷二。

    [ ] 《朱子语类》,卷第二。

    [ ] 《朱子语类》,卷第二十三。

    [ ] 乐爱国、高令印《朱熹格物致知论的科学精神及其历史作用》,《厦门大学学报》,1997年第1期。

    [ ] 《朱子语类》,卷第一。

    [ ] 《朱子语类》,卷第一。

    [ ] 《朱子语类》,卷第一。

    [ ] 梅森:《自然科学史》,上海译文出版社1980年版,第75页。

    [ ] 《晋书?天文志上》。

    [ ] 《朱子语类》,卷第一。

    [ ] 《朱子语类》,卷第一。

    [ ] 朱熹:《楚辞集注》,上海古籍出版社1979年版,第51页。

    [ ] 杜石然等:《中国科学技术史稿》(下),科学出版社1982年版,第106页。

    [ ] 朱熹:《楚辞集注》,第51页。

    [ ] 《朱子语类》,卷第二。

    [ ] 《朱子语类》,卷第二。

    [ ] 《晋书?天文志上》。

    [ ] 朱熹:《楚辞集注》,第51页。

    [ ] 《朱子语类》,卷第二。

    [ ] 《朱子语类》,卷第二。

    [ ] 李约瑟:《中国科学技术史》第4卷,科学出版社1975年版,第547页。

    [ ] 沈括:《梦溪笔谈》卷七《象数一》。

    [ ] 朱熹:《楚辞集注》,第53页。

    [ ] 《朱子语类》,卷第二。

    [ ] 乐爱国:《李光地的中西科技观述评》,载《李光地研究》,厦门大学出版社1993年版。

    [ ] 《榕村语录》卷二十六《理气》

天文学范文6

2016年7月3日上午,位于中国贵州省黔南州平塘县克度镇金科村大窝凼(读作dàng,意为塘、水坑)的500米口径球面射电望远镜(FAST,Five hundredmeters Aperture Spherical radio Telescope)的最后一块三角形反射镜面开始起吊,并在索网上面安放到位。至此,FAST球面上的全部4450块反射镜面均已安装完毕,望远镜的建设和组装工作宣告结束,接下来将进入调试阶段,并于2016年9月正式投入使用。届时,FAST的超高灵敏度和高分辨率将助力中国的射电天文学迈向世界前列。同样是挂着“望远镜”的名号,FAST却与我们日常熟悉的天文望远镜有很大不同。首先,FAST 的口径非常大, 达到了500米,即便是观测时的瞬时有效口径也达到了300米。而地面上的光学望远镜口径一般很难超过10米,否则因镜片自身的重量引发的镜面变形对其成像质量会有显著影响。其次,FAST似乎被固定在了一个大山坳里,而不是像天文望远镜那样被安装在某种脚架上。即使是德国的口径100米的玻恩射电望远镜,也有一个可以令其“摆头”的支架。那么,FAST究竟是一台怎样的设备,又能在哪些领域帮助中国的天文学家取得领先世界的成果呢?为了了解这些,先让我们一起回顾天文学领域中相对年轻的一门分支学科:射电天文学。 这是一幅FAST望远镜在组装工作临近完成时的航拍实景图,可以看到它庞大的主体被黔南群山环绕。十几年前,仅有几十户村民住在这儿,而且不通电,老百姓的生活基本与现代文明隔绝。

现代物理学起源于牛顿在1687年出版的《自然哲学之数学原理》一书,化学起源于中国的炼丹术和西方的炼金术,微生物学起源于列文・虎克发明的显微镜,但没有人能说清楚天文学何时何地起源于何人的研究。历史上,几乎所有的古文明都曾经独立地发展过自己的天文学,只是,当时的视界必然受限于那个年代的观测手段,而这种局限性在天文学的发展史上表现得尤为突出。总体来讲,人类天文学史上总共有三次观测手段的革新。首先是1610年,意大利物理学家兼天

文学家伽利略发明了第一台光学望远镜,使人类得以突破自身生理局限(正常人在暗夜中瞳孔能够张开的最大口径,为七八毫米),大幅提高了人们在可见光波段的集光能力。目前,经过了300多年的技术发展,以哈勃空间望远镜为代表的顶尖仪器已经能够令我们观察到宇宙大爆炸后最早一批诞生的星系。如此不可思议的成就令人类引以为傲的同时,也证明了可见光天文学有其自身的极限,在未来难有前沿性的突破。

天文观测手段的第二、第三轮革新是有关联的,它们都源于19世纪麦克斯韦的经典电磁理论。当时,麦克斯韦敏锐地指出了光其实是一类波长范围极其狭窄的电磁波,在可见光之外,自然界或许还存在其他波长的电磁波。这样的预言仿佛开启了一扇通往巨大未知世界的窗户,人们迫切地想知道那些比红光波长更长,或者比紫光波长更短的“不可见光”的世界是什么样的。只是,要想突破十几亿年来的生物进化限制,去自由感受不同波长的世界谈何容易。地球上的生命选定波长0.4微米至0.7微米的电磁波作为可见光有其背后的原因,那就是我们的太阳。它最强的能量辐射段正好落于可见光的中心:黄光波段。在自然界中,唯有像恒星内部的核聚变那样的物理过程才可能产生可见光,因而在夜空中能被人们直接观察到的目标大都是恒星、星系,或者是被恒星光芒激发的星云等。然而,宇宙中的绝大部分地方显然都不具备恒星内部的物理环境,而是处在某种低温、空旷的亚真空状态。那里的亚真空比地球上最好的实验室能够制造的真空还要空。根据维恩定律,那是毫米波、厘米波,甚至米波的世界。射电天文学由此初露端倪。

最早辨识出天文学的无线电波源完全是个意外。那是在20世纪30年代早期,美国贝尔公司的研究员卡尔・央斯基在使用巨大的定向天线研究短波噪声的分布时发现,当天线逐渐靠近银河方向时电磁干扰逐渐增大,并且在人马座方向达到极值。他还发现这种噪声干扰会随地球自转,于23小时56分钟(一个恒星日)内完成一轮周期性变化。他最终得出结论,认为这种始终存在的短波本底噪声应当是来自银河系的某种赫兹波。奇怪的是,他当时并没有在短波噪声里发现太阳的踪迹。直到数年后,第二次世界大战进行得如火如荼之际,一位英国的陆军研究员才在甚高频军用雷达中监测到了来自太阳的强烈电磁干扰。而在此之前,天文学家已经寻找太阳的射电信号很多年了,均没有收获。这一消息直到1946年才公之于众。天文学家查阅了当时太阳的活动记录,得知那几天恰巧有一枚大黑子经过日轮中心。这次的意外证明了两件事:第一,前人明显低估了太阳的射电发射频率,当然,其中还有甚高频雷达制造技术上的困难;第二,太阳的射电干扰与日面活动的光学现象是有联系的。自此以后,英联邦国家陆续开展了一系列针对太阳的射电观测

工作,基本弄清了太阳在射电波段辐射强度的变化规律。

“二战”结束以后,同射电天文学蓬勃发展相呼应的是X射线和伽马射线天文学的兴起。不过,由于地球大气的观测窗口制约,这两门学科必须借助火箭的力量将观测仪器送往宇宙空间。这无疑大大提高了该领域的研究成本。不过,最终结果是非常值得的。X射线和伽马射线是比可见光波长短得多的电磁波,因而常常与某些极端暴烈的物理过程相联系,例如超新星爆发、致密星体碰撞、黑洞吸积等等。激烈的物理环境常常蕴含着物理学的新知,因此该领域成为天文学家

趋之若鹜的对象也就不足为奇了。值得一提的是,眼下我们正在经历第四次天文观测手段的革新。这便是引力波的加盟,它极有可能为我们带来宇宙深处关于黑洞合并、暗物质构成等方面的信息,并且引发新一轮颠覆性的天文认知巨变。未来结果如何,我们拭目以待。

我们回到射电天文学的发展历程上来。纵观20世纪天文学领域拿到的9次诺贝尔物理学奖,射电天文学就有5次,超过一半。它们分别是:1974年脉冲星的发现、1974年孔径综合技术的发明、1978年宇宙微波背景辐射的发现、1993年脉冲双星与引力波辐射、2006年宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性。

曾几何时,一说起诺贝尔奖,射电天文学家都是非常自豪的。事实上,射电天文学的强大威力是在前辈不断摸索的过程中被慢慢揭示出来的。在射电天文学的发展初期,同许多新兴学科一样,极少有人看好它,其原因主要是在观测的分辨率方面。针对电磁波的汇聚系统,有一个著名的瑞利判据:θ=1.2 2λ/D。

其中,θ代表仪器的最小分辨角,λ代表电磁波波长,D代表仪器口径。针对射电望远镜,假设其有效口径为10米,在中性氢的21厘米波段工作,则很容易计算出该仪器在天球上的分辨率约为1.5°,覆盖面相当于9个太阳的视面积!如此看来,即便是利用大型射电望远镜巡天,那效果也好像是一个高度近视患者的视野,分辨率之低令人很难将天球上的射电源同星图目标一一对应起来。后来,英国著名天文学家马丁・赖尔利用孔径综合技术一举破解了这个难题。他发现射电望远镜与传统设备不同,它可以在工作的时候同时记录下电波的相位信息。于是,他想到了利用相距遥远的两架望远镜联合观测的方法来提高目标分辨率。这就使得射电望远镜的分辨率水平一举超越了传统的光学望远镜,理论上甚至可以达到后者的1万倍!今天,我们已经能够利用甚长基线干涉测量技术(VLBI,Very Large Baseline Interferometry)的众多射电望远镜阵列,来追踪距离银心黑洞仅数百个天文单位的恒星的运动轨迹。

另外,同传统的天文学相比,射电天文学还有两个无与伦比的先天优势:第一,不受太阳和天气的影响,可全天候工作;第二,反射面的加工要求相对宽松。第一条初看起来很不可思议。普通人往往有一个牢不可破的成见,认为天文学家只能在晴朗而漆黑的夜晚工作。其实不然。前面也提到了,在20世纪30年代,人们首先在射电波段注意了银河系辐射的存在,之后才在太阳活动爆发的时候偶然察觉到了太阳的射电辐射。尽管后来科学家证实太阳在“平静期”也存在微弱的射电辐射,但与来自银河方向的强烈信号相比,简直可以忽略不计。天气方面也是如此,除非是那种四周电闪雷鸣的恶劣雷暴,否则很难影响到射电望远镜的正常工作。至于第二条我们需要了解的事实是:一台望远镜的反射面加工精度往往制约了它的工作波长。举个例子:若要在观测波长为λ的电磁波上获得足够高的信噪比,反射面的误差不能超过λ/16。对应到射电领域,这个数值往往在毫米量级上。与光学望远镜动辄几十个纳米的精度要求相比,这已经算是容易做到的了。不过值得注意的是,射电天文学的第一项优势在20世纪中期还比较突出,可是近年来,随着各类电器和无线电技术的普及,地球上的无线电环境也在逐年恶化中。同举目可见的光害不一样,除非是相关从业者或爱好者,否则无线电环境的恶化是常人难以察觉的。现任FAST总工程师的南仁东教授就曾坦言,要说FAST真正让人不放心之处,就是今后附近能否保持绝对的无线电静默。据说FAST项目在初建的时候,单是为了说服当地政府不要在附近大肆兴建观光设施,参观者也不允许携带手机等这些事情上就遇到了很大的阻力,许多人不能理解1000米外的一个小小的手机会对眼前的庞然大物有什么损害。其实这方面早有前车之鉴。河北兴隆的郭守敬望远镜LAMOST)项目就因选址不当,以及当地政府大兴土木等原因而深受光污染的影响,导致其建成数年后一直无法达到设计之初预想的效果。这类事件应当引起有关部门的足够重视。许多科研项目并不是说花了钱就能办成的,配套措施一定要到位,政策一定要倾斜,不然国家花重金建造的巨型科研设备最终只能沦为大而无用的“艺术品”,不仅令纳税人寒心,也令国外同行耻笑。

1963年11月1日,位于波多黎各的美国阿雷西博望远镜正式建成,一直到今天它都是世界上最大的单面射电望远镜,口径305米,依托波多黎各的碗状喀斯特地形而建。由于阿雷西博的反射面本身不能运动,因而只能通过改变接收装置的位置来扫描天顶附近一个宽约20°的带状区域。即便如此,它的极高灵敏度还是为天文学家带来了许多重大发现。其中最激动人心的便是1974

年泰勒与赫尔斯发现的第一对射电脉冲双星,他们利用其检验了爱因斯坦的引力波辐射预言,结果同广义相对论的计算完全一致。两人因此获得了1993年的诺贝尔物理学奖。

中国的FAST项目灵感源于美国的阿雷西博望远镜,却并非它的简单翻版。FAST克服了阿雷西博反射面无法运动的先天缺憾。在计算机自动程序的帮助下,FAST能在观测瞬间在500米的巨型球面上自动生成一面口径略小的300米抛物形反射面。这样一来,FAST不仅大大扩展了自身的观测范围(在天顶附近达到40°), 还能主动抵消地球的自转效应。这个过程虽然在原理上来说很简单,可若要付诸实践,技术难度必然不小。前面提到过,射电望远镜反射面的容许误差通常