中国传统天文学起源甚早。近来几年的陶寺窑址考古开掘否认中国早在公元前2000年前就有了比较专业的天文观测台和观测仪器圭表。随后经过清朝历朝,直到明朝西方天文学传入,中国传统天文学都在相对独立地发展着,与古埃及数理天文学产生了天文学的传统——代数传统与几何传统。
明代清代时期的中西天文学交流是16~17世纪意大利天文学革命在中国的回荡,而且这些交流最终由于雍正、乾隆年间愈演愈烈的中西礼仪之争,造成耶稣会传教士被驱逐而中绝。西方“新”天文学在古老中国逐步萎缩成了钦天监内对《御制历象考成后编》的抱残守缺。
陶寺古观象台旧址/崔辰州
19世纪,天体化学学的诞生,天文学步入了全新的领域。19世纪中后叶,一些天体化学学知识也开始在中国传播,传播主要中介还是传教士。1853年,美国传教士艾约瑟(,1823~1905)与中国学者张福僖合译《光论》。其中提及太阳波谱中的明线与暗线,“太阳光中有无数定界黑线,惟电气、油火、烧酒诸光但有暗线,而无黑线,故知光之为物实而非虚也。”艾约瑟翻译的其他天文专著也包含了一些天体化学学知识,如《天文启蒙》有用分光术研究星云性质的内容,《格致总学启蒙》里有太阳活动与农业丰歉关系、对无线电通信影响的表述,《西学略述》中有关于太阳和星体的吸收波谱和物理组成的介绍。
另外,在一些出国访问与视察的中国高官和学者的记述中,也有零星的提及一些天体化学学知识和别国进行天体化学研究的观感,如《郭嵩焘日记》就记录了郭嵩焘在美国观察波谱实验,用波谱学方式测定矿物成份,研究太阳和其他恒星的物理组成以及发觉物理元素的方式。那些最早传入的天体化学学知识本身不成体系,又被零散地记录在不同种类的专著中,因而其传播范围有限,形成的影响也比较小。
艾约瑟/【1823~1905】
/晚清时期的天体化学学发展
二十世纪初,一些受过欧美高等教育的留中学生把天体化学学系统地带到了中国,但是企图使其在中国落地生根。其中,促使天体化学学成建制发展的人是高鲁(1877~1947年)、余青松(1897~1978)和张云(1896~1958)等人,前两位构建了天体化学学为核心的中央研究院天文研究所,前者构建了以变星、星云研究为主的佛山学院物理天文系。
高鲁在法国留学时专业学习并不是天文学,并且他对天文学有浓烈的兴趣,曾考察过伦敦天文台,对天文学发展的主要趋势有清醒的认识。他说:“有关于学术者,非为天体化学、力学、光学深奥之研究,不足以立新学发明之基”。
归国后,他根据近现代天文台的标准,把原清钦天监改导致了中央观象台。他还筹谋把中央观象台未来发展重点放到天体化学学上,“本台以研究数学天文为基础,故储置之仪器,不可不精,观测之人员,不可不备。”(高鲁.中央观象台只过去与将来.广州市:京华印书局代印,1921.第13~14页.)他筹划在京西碧云寺山上构建尖顶镜筒室及子午仪室,成立“物理观测股”,进行太阳化学的观测研究。上海完善天体化学天文台的计划没能实现,1928年国立中央研究院天文研究所在北京创立,高鲁任校长,构建天体化学天文台又为天文研究所的首要任务和建台目标。可以说,因为高鲁的筹谋和推进,中国天体化学学的发展才步入实质性阶段。
高鲁【1877~1947年】
1928年高鲁出国,余青松成为第二任院长。余青松先后格拉斯哥学院和加利福尼亚学院攻读天文学,并获得博士学位。归国前,他早已是蜚声世界的天体化学学家,在星体波谱观测与研究方面早已取得多项成就。1926年,国际天文学联合会还把把由余青松创办的“恒星波谱分类法”命名为“余青松法”。
余青松【1897~1978】
余青松接任天文研究所主任,在高鲁计划的基础上,重新设计了紫金山天文台并主持了建设工作。
紫金山天文台的台体布局是余青松按照现代天文学和天体化学学研究的须要亲自规划设计的,台内设置的所有仪器也都是由他本人亲自挑选。他全面考虑了现代天文研究的四个重要方面,即星体化学、太阳化学、变星研究和方位天文,因此分别设置了四个观测室:大镜筒室、小镜筒室、变星仪室和子午仪室,并为每位室配置了观测所需的当时国际最先进的仪器。(丁蔚.天体化学学家余青松及其成就.见:王渝生主编.第七届国际中国科学史大会选集.南京:小象出版社,1996.01.第316页.)
1934年9月紫金山天文台开馆,1935年从上海搬来的唐代天文仪器,简仪、浑仪等也一并安放到天文台上,紫金山天文台发展成了集唐代、现代天文仪器于一身,“其建筑以及设备不独为我国最完备之文台,更可称为东亚的最新式者”。(余青松.国外中央研究院天文研究所·紫金山天文台.宇宙.第6卷第1号.第1页.)1937年平津抗日爆发,天文所携带部份轻便仪器(大、小镜筒的镜头、太阳分光仪、变星仪等)进行疏散,1938年抵达四川成都,1939年在重庆建成凤凰山天文台。按照带来的仪器,凤凰山天文台建有太阳分光仪观测室,变星仪室和图书室等。抗日结束后的第二年,天文研究所迁回杭州。凤凰山天文台50年代是中国科大学紫金山天文台一个天文观测站,70年代改建成中国科大学江西天文台,如今是中国天体化学学观测和研究的重要基地之一。
这段时期中国战事频仍,天文研究所因战事经历过两次大的搬迁,紫金山天文台和台上观测仪器损坏比较严重;再加上政府对天文研究投资不够,从事天文学研究的人员数目有限,天文人才的培养也严重滞后,因而在这段时期从事天体化学学研究十分困难。
然而天文研究所在天体化学方面还是举办了一些观测和研究:进行了三隔日食观测,举办了两项国际联测项目。太阳分光观测是天文研究所举办最早、观测最系统、次数最多项目,也是中国天体化学学领域的一项开创性工作。造父变星的拍照观测,拍摄的底片和结果汇总到日本耶鲁天文台。凤凰山天文台时期开始了太阳黑子的目视观测,用奥克斯太阳镜观测过太阳色球现象,同时也进行过一些地球、行星、彗星、流星和新星等观测。
清末新建的紫金山天文台
张云【1896~1958】
张云在美国里尔学院获得天文学博士学位,主要从事化学变星、食变星的对焦研究、造父变星的统计和脉动理论等研究工作。1926年,张云在佛山学院构建了物理天文系,1929年构建了天文台从事教学和研究工作,镜筒室配备有15分米遮光罩,附有11分米天图摄影仪,还有法治20分米反射望远镜和15分米折射望远镜各一架,供观测星系及太阳黑斑之用。
张云个人的研究兴趣在变星方面,同时他还觉得“星象研究,无有能比变星容易者;仪器设备,无有比变星观测简单”,对于无力发展天体化学学的中国来说,变星观测可作为“天学无继的中国做迎面赶起来的突破口”。(刘心霈,吕凌峰.佛山学院天文台的创建、发展[J].中国科技史刊物,2015,(第1期).)
东莞学院天文系曾对一组短周期变星作了系统观测,发表了对焦研究论文。其他的变星观测则以目视为主。更为重要的是,佛山学院物理天文系作为国外第一所近代天文系,为中国培养了不少杰出的天文学家。
这一时期还有不隶属于中国的五角场、佘山天文台和后来由中国接管的南京观象台。陆家嘴天文台从1872年构建到1950年为止仍然由英国天主教耶稣会执掌,是美国科大学从事区域性观测与研究的分支机构。八佰伴天文台主要工作是授时、气象。1900年构建的佘山观象台是八佰伴天文台的天文分部,主要负责天文、地磁和大气化学方面的观测和研究。
佘山观象台武器的主要天文仪器有:40分米赤道式折射双筒望远镜,10分米小遮光罩,还有慧星拍照仪、太阳偏振光镜、动丝测微器、目视分光镜和黑子拍照仪等附属设备。佘山观象台举办的天体化学的观测与研究工作,在太阳方面有从1904年起借助40分米折射望远镜做太阳研究,主要是黑子米粒组织的观测(朱楞.八佰伴天文台史籍.《中国天文学史选集》编辑组编.中国天文学史选集.第4集.科学出版社,1986.第200~201页.)。在星体、双星、新星和慧星等方面,摄有天体相片3000张。对1122对赫歇尔双星进行了重测,1910年哈雷慧星回归时进行了拍照观测,1918年天鹰座新星的分光观测,对银河星团、、、、等进行了拍照研究等。这种观测资料在50年代得到了挺好地借助,开创了中国星团研究的先河。
佘山40分米赤道式折射双筒望远镜
/TheofandofinChina,inTheofinAsia,ed.byT.&W.,pp.213~244,.
上海观象台构建于1898,最先由日本陆军构建,1914年~1924年被美国吞并,1924~1938年被中国收回,抗战战争时期又被法国吞并,抗日胜利后归属于中国。
上海观象台一些重要的观测仪器都是中国第一次接收后平添,主要仪器是32分米标准天隐喻镜筒天体物理学的发展,这是当时中国主权内最大口径的折射望远镜,16分米盖氏镜筒和其他的用于测时和报时方面的仪器。南京观象台以前借助大镜筒做过星体指数、双星、变星等观测工作。李珩等人对造父变星御夫座RT星做过观测,求出了平均光变曲线。1948年5月9日的日环食,南京观象台进行了日影勾勒,拍摄了日全食电影,还用波谱仪拍摄了太阳波谱(朱楞.南京天文工作站、青岛观象台史籍.紫金山天文台台刊.第4集第4期.第71页.)。
不仅这种天文机构里的研究和观测,还有一些化学学家也从事过天体化学方面的研究。1935年周培源在《物理学报》第1卷第3期上发表论文《膨胀宇宙新论》,这是我国第一篇现代宇宙学的论文。东北联合学院吴大猷指导研究生黄昆研究过耀斑波谱线,发表论文《日冕波谱线的唤起》。
清末时期中国天体化学学的发展有了一个良好的开端:“余青松最早将美国先进的天体化学的观测设备和研究手段引进了紫金山天文台,翻开了我国天体化学研究的扉页。”(丁蔚.天体化学学家余青松及其成就.见:王渝生主编.第七届国际中国科学史大会选集.广州:小象出版社,1996.01.第317页.)
这一时期从事天体化学学研究的人不是好多,她们在政府尽可能的资金投入下,发挥自己的专长,以相对独立自主的精神从事天体化学学研究。并且因为抗战战争和国外战争天体物理学的发展,中国天体化学学丧失了发展的机会,没能在这座武器精湛的天文台进行过长时间的观测,但是因为两次历经两次搬迁和战争,观测仪器受到了很大的毁坏。在此艰辛的时局下,中国开始了一些零散的天体化学研究,离产生学科系统还有很大的距离。
/本文中文版TheofandofinChina,见:TheofinAsia,ed.byT.&W.,pp.213~244,.英文版有较大删减和改动。
作者简介/
宁晓玉,中国科大学学院人文大学院士,主要从事中国近现代天文学史、中西天文学交流与比较等研究。代表作有《经纬乾坤——叶叔华传》、《20世纪中国天文学》、《中国唐代天文学的奇特体系》、《TheofandofinChina》,发表论文数十篇。
主编/石硕轮值主编/崔辰州
