第16卷 第3期 邯郸学院学报 2006年9月

第 7 卷 第 3 期 邯 郸 学 院 学 报 7 年 9 月 Vol.7 No.3 Jourl of Hd College Sept. 7 学 术 名 家 著 名 天 文 学 家 王 绶 琯 院 士 访 谈 录 康 香 阁 ( 邯 郸 学 院 学 报 编 辑 部, 河 北 邯 郸 565) 摘 要 : 王 绶 琯 院 士 不 仅 是 一 位 著 名 的 天 文 学 家, 而 且 也 是 一 位 著 名 的 科 普 教 育 专 家. 多 年 来, 他 从 高 中 科 普 做 起, 到 初 中, 再 到 各 级 党 政 干 部, 正 在 形 成 一 套 完 整 的 科 普 教 育 体 系 和 具 体 操 作 方 法. 按 科 普 的 层 次 顺 序 可 表 达 为 : 全 民 科 普 科 技 精 英 层 次 的 科 普 和 管 理 决 策 层 次 的 科 普. 根 据 普 及 的 对 象 和 内 容, 具 体 操 作 方 法 可 表 达 为 : 全 体 公 民 基 本 科 学 素 质 的 提 髙, 以 广 大 的 初 中 学 生 群 体 的 工 作 为 切 入 点 ; 科 技 精 英 后 备 队 的 科 学 素 质 的 培 育, 以 有 志 于 科 学 的 优 秀 髙 中 学 生 群 体 的 工 作 为 切 入 点 ; 各 级 政 府 领 导 层 的 科 学 素 质 的 提 髙, 以 科 技 论 述 和 科 技 信 息 的 沟 通 和 评 判 为 切 入 点. 关 键 词 : 王 绶 琯 ; 院 士 ; 天 文 学 家 ; 科 学 普 及 ; 科 学 素 养 ; 科 技 人 才 培 养 措 施 中 图 分 类 号 :C96: G36 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :673-3(7)3--5 收 稿 日 期 :7--8 作 者 简 介 :[ 采 访 者 ] 康 香 阁 (959 ), 男, 河 北 成 安 人, 邯 郸 学 院 学 报 副 主 编 编 审. [ 受 访 者 ] 王 绶 琯 (93 ), 男, 福 建 福 州 人, 中 国 科 学 院 资 深 院 士, 著 名 天 文 学 家 科 普 教 育 家. 我 国 著 名 天 文 学 家, 中 科 院 王 绶 琯 院 士 从 事 天 文 学 研 究 近 6 年, 为 我 国 的 天 文 学 事 业 做 出 了 巨 大 贡 献 : 他 开 创 了 中 国 的 射 电 天 文 学 观 测 研 究 领 域 并 卓 有 成 效 地 予 以 推 进 ; 他 是 中 国 现 代 天 体 物 理 学 的 早 期 创 建 者 之 一 ; 他 在 主 持 提 高 中 国 时 号 精 确 度 负 责 北 京 天 文 台 及 其 射 电 天 文 研 究 的 创 建 与 发 展 等 方 面 作 出 了 重 要 贡 献 ; 他 负 责 成 功 地 研 究 出 多 种 重 要 的 射 电 天 文 设 备 并 取 得 多 项 创 见 性 研 究 成 果 ; 世 纪 9 年 代 与 苏 定 强 院 士 等 一 道 提 出 LAMOST 方 案, 被 列 为 国 家 九 五 期 间 大 型 科 学 工 程 项 目, 等 等. 为 表 彰 他 对 天 文 事 业 的 贡 献, 在 993 年 月 中 国 紫 金 山 天 文 台 将 三 一 七 一 小 行 星 命 名 为 王 绶 琯 星. 本 刊 特 约 了 王 院 士 两 篇 文 章. 第 一 篇 是 天 文 学 的 基 本 性 质 与 发 展 规 律, 是 谈 王 院 士 对 这 门 学 科 的 性 质 与 发 展 的 理 解 ; 第 二 篇 是 LAMOST 之 旅, 是 谈 王 院 士 参 加 主 持 的 一 个 天 文 学 大 项 目, 代 表 了 他 对 发 展 天 文 学 实 测 的 看 法. 这 两 篇 文 章 是 王 院 士 自 己 治 学 的 体 会. 王 绶 琯 院 士 不 仅 在 天 文 学 领 域 成 就 卓 著, 更 可 贵 的 是, 他 长 期 以 来 为 青 少 年 科 普 事 业 倾 注 了 大 量 心 血. 现 在, 他 仍 担 任 北 京 青 少 年 科 技 俱 乐 部 活 动 委 员 会 主 任, 活 跃 在 科 普 事 业 的 第 一 线, 用 自 已 的 平 生 治 学 所 得 来 引 导 和 帮 助 青 少 年, 给 他 们 成 才 创 造 条 件. 在 科 普 工 作 过 程 中, 王 院 士 经 过 多 年 的 思 考 和 实 践 已 形 成 了 自 己 科 普 理 论 体 系, 本 次 就 科 普 工 作 与 王 院 士 作 了 访 谈. 选 拔 科 技 精 英 从 高 中 做 起 康 香 阁 :998 年, 由 您 发 起, 中 科 院 6 名 院 士 积 极 参 与 倡 议, 在 有 关 部 门 的 支 持 下, 于 999 年 6 月 成 立 了 北 京 青 少 年 科 技 俱 乐 部, 并 且 亲 自 担 任 俱 乐 部 主 任, 当 时 您 是 基 于 什 么 样 的 考 虑 来 做 这 件 事 的? 王 绶 琯 : 多 年 以 来, 我 接 触 到 过 不 少 很 有 科 学 天 赋 的 少 年 人. 在 我 印 象 里 他 们 都 是 希 望 之 星. 但 后 来 都 不 知 道 他 们 哪 里 去 了. 相 隔 十 几 年, 有 的 可 能 是 没 有 引 导, 走 了 别 的 路, 有 的 则 可 能 流 失 到 外 国 去 了. 青 少 年 时 期 需 要 引 导, 非 常 需 要 给 他 们 创 造 条 件. 如 果 他 们 有 志 于 科 技 事 业, 我 们 科 技 界 能 不 能 也 跟 体 育 界 文 艺 界 选 拔 人 才 一 样, 也 常 常 去 留 意 自 己 行 业 的 苖 子, 早 一 点 去 发 现 去 引 导 去 扶 植, 这 样 就 会 有 科 技 界 的 郎 朗 和 刘 翔 出 现. 当 然, 科 技 界 情 况 和 体 育 界 文 艺 界 不 尽 相 同, 科 技 界 选 拔 人 才 的 范 围 更 广 泛, 难 度

更 大. 但 是 我 们 说 科 教 兴 国, 这 是 我 们 国 家 的 百 年 大 计, 要 大 家 都 来 努 力. 方 方 面 面 的 人 都 来 关 怀 都 来 努 力, 事 情 就 可 以 做 起 来. 中 国 科 协 提 倡 大 手 拉 小 手, 这 个 口 号 很 亲 切, 北 京 就 有 许 多 科 技 大 手, 大 家 都 有 拉 小 手 的 愿 望. 所 以 我 就 想 这 样 的 事 可 以 先 在 北 京 市 试 着 做 起 来, 经 过 多 方 面 的 努 力, 我 们 成 立 了 北 京 青 少 年 科 技 俱 乐 部. 康 香 阁 : 主 要 是 从 选 拔 科 技 精 英 人 才 考 虑 的? 王 绶 琯 : 对! 我 们 国 家 现 在 经 济 发 展 得 很 快, 但 要 是 没 有 一 个 坚 强 的 科 技 基 础, 就 很 难 变 成 真 正 强 大. 在 这 里, 人 才 是 第 一 位 的, 是 当 务 之 急. 现 在 我 们 国 家 在 稳 定 地 发 展, 是 培 养 人 才 的 好 时 期, 机 不 可 失. 如 果 今 天 有 一 个 爱 因 斯 坦, 他 生 在 战 火 纷 飞 的 伊 拉 克 的 话, 他 的 天 才 十 之 八 九 会 是 被 埋 没 的. 人 生 还 是 需 要 机 遇 的, 我 们 需 要 去 创 造 环 境 创 造 机 遇 创 造 条 件, 让 有 志 于 从 事 科 学 工 作 的 中 学 生 能 够 成 才, 科 技 界 里 也 应 该 不 断 有 像 刘 翔 一 样 的 人 才 脱 颖 而 出. 康 香 阁 : 你 们 是 如 何 开 展 这 项 工 作 的 呢? 王 绶 琯 : 通 过 科 技 俱 乐 部 活 动 的 形 式, 在 科 学 家 和 青 少 年 中 间 架 起 一 道 沟 通 的 桥 梁. 俱 乐 部 在 北 京 一 方 面 联 络 了 6 所 中 学 作 为 基 地 学 校. 另 一 方 面, 在 中 国 科 学 院 以 及 北 大 清 华 等 大 学 所 属 的 多 个 科 研 机 构 共 建 北 京 青 少 年 科 技 俱 乐 部 学 术 指 导 中 心. 科 研 机 构 推 荐 热 心 青 少 年 教 育 的 专 家 担 任 科 技 导 师, 指 导 学 生 的 科 研 实 践 活 动, 科 技 俱 乐 部 基 地 学 校 的 辅 导 老 师 配 合 科 技 导 师, 做 好 学 生 的 组 织 管 理 工 作. 俱 乐 部 成 立 七 年 来, 做 的 主 要 是 有 志 于 科 学 的 优 秀 高 中 学 生 的 工 作, 给 他 们 创 造 条 件, 帮 助 他 们 走 进 科 学. 康 香 阁 : 您 是 说 高 中 阶 段 是 成 才 的 关 键? 王 绶 琯 : 我 们 统 计 了 一 下, 上 个 世 纪 年 里, 诺 贝 尔 物 理 学 奖 的 获 得 者 中, 大 概 3% 的 人 是 在 3 岁 以 前 做 出 他 的 获 奖 工 作 的. 他 们, 以 及 许 多 其 他 杰 出 的 科 学 家 都 是 在 二 十 五 六 岁 左 右 进 到 创 造 高 峰, 这 表 示 他 们 在 岁 出 头 就 已 经 进 入 角 色. 从 这 个 年 龄 往 后 推, 应 当 是 在 高 中 时 期 他 们 就 开 始 进 入 科 学. 这 是 一 个 需 要 得 到 引 导 的 年 龄 段. 如 何 刻 意 在 这 个 年 龄 段 培 养 和 发 现 科 技 苖 子, 应 当 说 是 我 们 非 常 关 注 的 问 题. 在 这 个 问 题 上 我 常 想, 如 果 说 科 学 天 才 是 天 赋 加 汗 水, 那 么 世 界 各 地 应 当 按 人 口 比 例 出 现 科 学 人 才. 但 事 实 上 并 不 是 这 样, 因 为 机 遇 在 这 里 起 了 决 定 性 的 作 用. 历 史 上, 当 年 牛 顿, 一 个 农 村 青 年, 如 果 不 是 他 的 一 位 舅 父 要 他 到 剑 桥 读 书 的 话, 他 可 能 就 留 在 家 里 务 农. 世 界 史 中 科 学 发 展 这 一 章 就 会 是 另 外 的 写 法 了! 这 种 机 遇 往 往 被 传 为 佳 话. 在 我 们 中 国, 大 家 都 知 道 华 罗 庚 当 年 受 到 熊 庆 来 扶 植 的 佳 话. 现 在 我 们 眼 前 这 些 有 志 于 科 学 的 优 秀 少 年 当 中, 就 有 许 多 可 能 成 为 下 一 代 的 华 罗 庚, 需 要 我 们 及 时 为 他 们 创 造 机 遇 让 他 们 得 以 接 近 今 天 的 熊 庆 来. 科 技 俱 乐 部 正 是 带 着 这 个 问 题 设 置 了 科 研 实 践 活 动, 这 个 活 动 中 每 年 接 受 中 学 校 推 荐 的 一 批 有 志 于 科 学 的 优 秀 高 中 学 生, 安 排 他 们 以 一 年 左 右 的 课 余 时 间 和 假 期, 到 中 国 科 学 院 和 大 学 的 优 秀 科 研 团 队 中 去 参 加 真 刀 真 枪 的 科 研, 和 科 学 家 们 一 起 做 课 题 ( 导 师 需 要 视 具 体 情 况 选 出 适 合 于 各 个 学 生 参 与 的 课 题 ). 目 的 是 让 他 们 实 践 一 次 科 学 思 想 和 科 学 方 法 的 运 用 借 以 调 动 自 己 的 科 研 潜 能, 并 在 工 作 中 得 到 求 师 交 友 的 机 会. 最 初 人 们 曾 经 担 心 这 样 做 会 不 会 给 科 研 人 员 带 来 过 重 的 负 担. 因 为 科 研 人 员 都 在 承 担 国 家 的 第 一 线 研 究 任 务, 现 在 要 他 们 挤 出 时 间 做 这 样 一 件 本 不 熟 悉 的 事, 要 花 很 多 精 力, 他 们 是 否 承 受 得 起? 再 说 这 些 实 验 仪 器 都 非 常 昂 贵, 使 用 时 间 以 及 安 全 方 面 的 限 制 等 都 会 成 为 问 题. 但 结 果 出 乎 意 料 却 似 乎 又 在 意 料 之 中. 原 来 许 多 科 学 家 都 很 喜 欢 这 些 好 学 的 少 年, 乐 意 指 导 他 们, 大 多 数 师 生 相 处 都 很 愉 快, 许 多 同 学 都 体 会 到 了 这 样 的 求 师 交 友 受 益 良 多. 我 们 七 年 来 这 样 做, 在 一 定 程 度 上 起 到 了 帮 助 参 加 活 动 的 每 一 个 学 生 走 近 科 学 的 作 用, 同 时 做 到 了 从 中 发 现 一 些 可 能 的 科 学 苗 子. 康 香 阁 : 你 们 采 取 何 种 评 价 方 式, 评 价 出 一 个 高 中 生 就 是 科 学 苗 子? 王 绶 琯 : 判 断 一 个 学 生 是 不 是 科 学 苖 子, 确 实 是 一 个 值 得 研 究 的 问 题, 因 为 不 能 单 靠 考 试 或 竞 赛 来 确 定 他 是 不 是 科 学 苖 子, 特 别 是 在 应 试 教 育 和 应 赛 教 育 的 影 响 下. 科 技 俱 乐 部 发 展 了 一 种 评 议 方 法, 大

意 为 : 试 题 为 根 据 学 生 完 成 的 科 研 报 告 提 出 进 一 步 研 究 的 课 题, 要 求 他 设 计 研 究 方 案. 考 试 采 取 开 卷 准 备, 3 分 钟 互 动 答 辩 的 方 式. 评 议 委 员 会 由 多 位 (5 位 ) 教 授 组 成, 各 人 分 别 对 每 个 学 生 评 级 一 般, 优 秀 或 突 出. 几 年 里 每 年 都 有 几 名 学 生 被 9% 或 85% 以 上 的 评 委 评 为 突 出. 这 些 学 生 可 以 认 为 是 科 学 苗 子. 我 们 把 这 个 结 果 告 诉 他 们 的 学 校, 希 望 特 加 关 注, 学 校 有 责 任 进 一 步 给 他 创 造 条 件. 康 香 阁 : 这 些 科 学 苗 子 去 向 如 何? 跟 踪 了 吗? 王 绶 琯 : 七 年 来, 参 加 俱 乐 部 的 学 生 都 上 了 他 们 希 望 上 的 大 学. 很 多 苖 子 都 到 国 外 去 了. 我 并 不 反 对 出 国 留 学. 但 是 我 非 常 希 望 多 发 现 科 学 苗 子, 希 望 发 现 了 的 科 学 苗 子 能 够 跟 踪 扶 植, 我 们 不 只 是 关 心 他 考 上 大 学, 成 材, 而 且 在 他 成 材 后 关 心 他 发 挥 自 己 的 作 用, 当 然 首 先 是 希 望 他 能 在 我 们 国 家 的 科 学 事 业 中 起 到 栋 梁 作 用. 康 香 阁 : 您 更 关 注 的 是 今 天 看 到 的 科 学 苗 子 在 将 来 应 该 是 一 个 很 好 的 科 学 家. 王 绶 琯 : 如 果 是 个 诺 贝 尔 奖 级 的 人 才, 最 好 远 在 他 得 奖 之 前 就 发 现 他 重 用 他, 这 是 国 家 对 自 己 子 弟 的 知 遇. 这 比 等 到 他 成 名 了 再 号 召 他 海 归 会 更 现 实. 知 遇 之 恩 也 是 一 种 报 效 的 动 力! 历 史 上 韩 信 是 一 个 军 事 天 才, 最 初 在 项 羽 帐 下. 项 羽 没 有 发 现 他, 更 没 有 用 他. 结 果 他 到 了 刘 邦 那 里, 登 坛 拜 帅, 立 了 大 功. 项 羽 后 来 派 人 去 说 服 他 合 作, 当 然 没 有 成 功. 科 学 无 国 界 是 对 科 学 的 性 质 而 不 是 对 效 果 而 言 的. 一 个 科 学 人 才 多 的 国 家 就 会 是 强 大 的 国 家. 应 当 早 期 发 现 人 才 扶 植 人 才, 多 出 现 年 轻 的 顶 梁 柱. 康 香 阁 : 谈 到 诺 贝 尔 科 学 奖, 可 以 说 是 中 国 几 代 人 的 梦 想, 因 为 获 得 诺 贝 尔 奖 不 仅 是 一 种 荣 誉 的 问 题, 它 反 映 的 是 一 个 国 家 的 科 学 和 技 术 水 平. 获 得 诺 贝 尔 奖 可 能 比 获 得 奥 运 会 争 办 权 更 让 中 国 人 激 动, 奥 运 会 许 多 国 家 都 有 条 件 办, 诺 贝 尔 奖 只 有 少 数 国 家 能 获 得. 由 诺 贝 尔 奖 联 想 到 中 国 屈 辱 的 近 代 史, 科 技 的 落 后 是 中 国 近 代 遭 受 屈 辱 的 最 主 要 原 因 之 一. 目 前, 按 照 您 倡 导 的 这 种 提 早 发 现, 系 统 培 养 的 模 式, 我 想 中 国 人 距 获 得 诺 贝 尔 奖 时 间 会 越 来 越 近, 您 已 经 8 多 岁 的 高 龄 了, 仍 在 一 刻 不 停 地 为 祖 国 培 养 人 才, 您 是 我 们 学 习 的 榜 样, 人 民 会 非 常 地 感 谢 您. 据 您 的 理 解, 中 国 在 那 些 科 技 领 域 与 诺 贝 尔 奖 距 离 最 近? 能 否 谈 一 谈? 王 绶 琯 : 过 奖 了, 实 在 不 敢 当! 我 们 只 是 从 民 间 自 由 探 讨 的 角 度 做 一 些 试 验, 希 望 能 有 一 些 参 考 价 值. 大 家 当 然 知 道, 诺 贝 尔 奖 没 有 包 括 数 学 和 好 些 其 他 学 科, 评 议 上 还 出 现 过 许 多 争 议 ( 比 如 相 对 论 没 有 入 选 ), 但 是 总 体 上 说 它 的 权 威 性 毋 庸 置 疑. 我 们 不 宜 把 它 锦 标 化, 更 不 要 把 科 学 家 明 星 化. 诺 贝 尔 奖 授 予 自 然 科 学 的 重 大 发 现 和 科 学 方 法 的 重 大 发 明, 属 最 高 层 次 的 创 造 性 智 慧. 对 于 现 代 社 会, 创 造 性 智 慧 的 拥 有 是 其 实 力 所 在. 获 奖 多 的 国 家 综 合 实 力 就 强. 从 全 局 看, 在 年 多 一 点 的 诺 贝 尔 奖 历 史 中, 还 没 有 一 项 工 作 出 自 中 华 大 地 ( 尽 管 有 些 科 学 家 的 工 作 已 属 此 水 平 ), 这 当 然 不 能 不 引 起 我 们 的 关 注. 然 而 诺 贝 尔 奖 并 非 凤 毛 麟 角. 自 然 科 学 方 面 获 奖 者 每 十 年 不 下 六 七 十 人. 其 中 有 一 些 旷 世 奇 才, 但 大 部 分 则 是 一 般 的 优 秀 学 者 ; 有 一 部 分 工 作 依 靠 昂 贵 的 精 良 设 备 来 完 成, 但 也 有 不 少 工 作 选 择 或 设 计 了 适 用 而 且 相 对 低 廉 的 设 备. 环 顾 我 所 接 触 到 的 我 国 青 年 科 学 骨 干 ( 在 我 国, 指 目 前 三 四 十 岁 的 成 材 者 ), 他 们 的 学 术 造 诣 和 基 本 工 作 条 件 并 不 亚 于 这 些 获 奖 者, 如 果 [ 科 学 成 就 ] [ 努 力 ] [ 素 养 ] [ 机 遇 ], 那 么 我 们 获 奖 的 概 率 之 所 以 少 于 他 人, 应 当 可 以 从 机 遇 上 找 到 原 因. 我 们 年 轻 骨 干 队 伍 的 年 龄 比 起 前 述 诺 贝 尔 奖 获 得 者 脱 颖 而 出 时 的 平 均 年 龄 ( 几 岁 ) 大 了 很 多 的 事 实, 就 可 能 解 释 为 错 过 了 科 学 创 作 最 佳 年 龄 段 的 机 遇. 前 面 所 说 的 为 优 秀 高 中 学 生 设 置 的 科 研 实 践 活 动 的 试 验, 则 可 以 看 作 是 为 了 弥 补 这 一 缺 憾 而 致 力 于 早 期 发 现 人 才 所 做 的 一 种 尝 试. 自 然 科 学 家 面 对 未 知 世 界, 要 运 用 洞 察 力 以 判 明 探 索 的 方 向 运 用 创 造 性 以 追 求 探 索 的 目 标. 而 运 用 之 妙, 存 乎 一 心, 所 以 必 须 有 一 个 自 由 发 挥 的 空 间 ; 另 外, 探 索 本 身 就 是 试 错, 必 须 有 一 个 宽 容 的 环 境. 这 就 是 说, 自 由 与 宽 容 的 工 作 环 境 是 自 然 科 学 工 作 者 所 需 要 的 外 部 机 遇. 当 然, 自 由 和 宽 容 都 是 相 对 的. 对 于 任 何 人 或 任 何 事 都 有 一 个 适 度 的 相 对 于 约 束 的 自 由 和 相 对 于 问 责 的 宽 容. 对 于 不 同 层 次 的 人 才 需 要 掌 握 不 同 的 度. 看 来 我 们 目 前 对 于 二 十 来 岁 尚 未 成 名 的 潜 在 杰 出 人 才 所 掌 握 的 度 偏 严, 以 致 这 个 年 龄 段 登 3

上 科 坛 的 十 分 罕 见 ( 其 中 时 而 施 加 的 善 意 的 劝 诱 或 压 力 起 了 揠 苖 助 长 的 作 用 ). 项 羽 知 兵 善 战, 用 对 待 一 般 警 卫 员 的 度 对 待 韩 信 ; 刘 邦 将 兵 的 能 力 有 限, 但 他 一 听 到 推 荐, 便 立 即 登 坛 拜 帅 ( 这 是 为 了 杰 出 人 才 能 够 发 挥 才 智 而 给 予 的 度 高 度 自 由 和 宽 容 的 度 ), 从 而 造 就 了 一 位 军 事 上 诺 贝 尔 奖 级 的 人 才. 我 们 注 意 到, 刘 邦 体 系 里 有 一 个 很 强 的 包 括 萧 何 张 良 在 内 的 推 荐 人 才 的 班 子. 如 果 我 们 在 发 现 了 科 学 苖 子 之 后, 能 有 一 个 由 德 高 望 重 的 教 练 级 或 导 演 级 ( 而 非 运 动 员 或 演 员 ) 科 学 家 们 组 成 的 鉴 别 和 推 荐 的 班 子, 当 有 助 于 今 日 科 学 韩 信 的 出 现. 培 育 公 民 的 基 本 科 学 素 质 从 初 中 做 起 康 香 阁 : 北 京 青 少 年 科 技 俱 乐 部 成 立 七 起 年 来, 主 要 是 面 向 高 中 生, 发 现 科 学 苗 子, 可 以 说 是 精 英 科 普, 是 为 培 养 未 来 科 学 家 而 设 计 的. 除 此 之 外, 您 近 期 又 筹 划 了 一 个 校 园 科 普 活 动, 主 要 是 针 对 初 中 生. 为 什 么 把 校 园 科 普 活 动 选 择 在 初 中 阶 段? 王 绶 琯 : 这 里 考 虑 的 是 科 学 素 质 教 育 问 题. 6 年, 我 们 国 家 提 出 了 提 高 全 民 科 学 素 质 的 号 召, 事 情 很 迫 切. 因 为 我 国 公 民 科 学 素 质 的 欠 缺 已 经 成 为 国 家 现 代 化 建 设 的 一 大 阻 力. 素 质 是 修 养 的 结 果, 是 自 觉 地 积 累 起 来 的. 如 果 大 家 都 有 这 样 的 自 觉, 全 民 的 科 学 素 质 就 会 不 断 提 高. 自 觉 的 修 养 不 是 自 生 的, 需 要 打 好 基 础. 素 质 教 育 为 的 就 是 提 高 素 质 的 基 础. 全 民 素 质 不 能 自 然 形 成, 必 须 有 一 个 素 质 教 育 的 过 程. 应 该 是 在 年 轻 的 时 候 就 打 下 这 个 基 础. 接 受 这 种 教 育 是 公 民 的 权 利, 所 以 最 好 放 在 九 年 义 务 教 育 阶 段 进 行, 使 所 有 人 都 会 轮 到. 中 国 人 如 何 成 为 中 国 人 最 关 键 的 正 是 在 这 个 阶 段. 一 个 社 会 要 培 养 公 民 的 素 质, 这 个 阶 段 是 很 重 要 的. 我 觉 得 科 学 素 质 的 培 养 跟 别 的 方 面 相 比, 可 能 要 稍 微 难 一 点, 需 要 年 龄 稍 微 大 一 点, 小 学 生 太 小 了, 应 当 定 在 初 中. 目 前 初 三 学 生 应 试 任 务 太 重, 所 以 初 二 比 较 合 适. 校 园 科 普 活 动 就 是 针 对 初 中 年 龄 段 的 特 点 设 计 的 科 学 素 质 教 育, 目 的 是 激 发 全 体 学 生 对 科 学 的 兴 趣, 引 导 他 们 自 发 追 求 科 学 知 识, 关 心 科 学 信 息, 在 校 园 中 营 造 爱 科 学 学 科 学 的 气 氛. 这 种 气 氛 应 当 始 终 在 校 园 中 延 续, 形 成 风 尚, 使 学 生 养 成 亲 近 科 学 以 知 为 乐 的 习 惯. 康 香 阁 : 在 初 中 阶 段 如 何 开 展 校 园 科 普 活 动? 王 绶 琯 : 一 个 可 供 参 考 的 做 法 是 : 选 定 科 学 时 事 或 重 大 科 学 事 件 的 题 材, 发 动 学 生 ( 可 以 定 为 初 中 二 年 级 ), 以 班 为 单 位, 在 教 师 的 辅 导 下 通 过 自 己 查 阅 资 料 ( 主 要 是 老 师 按 初 中 学 生 的 条 件, 事 先 设 计 好 安 放 在 网 络 中 待 查 的 条 目 ) 制 作 成 科 普 展 板 或 墙 报, 并 在 校 园 中 演 示 讲 解. 做 出 一 个 好 的 展 板, 给 同 学 给 老 师 讲 解, 会 给 学 生 带 来 参 与 感 和 成 就 感. 学 生 们 有 了 参 与 感 和 成 就 感, 就 会 体 验 到 学 科 学 的 乐 趣, 从 知 之 者 变 成 乐 之 者, 从 学 科 学 进 到 爱 科 学. 这 个 活 动, 持 续 一 学 年, 可 以 做 到 也 必 须 做 到 班 上 每 一 个 学 生 都 实 实 在 在 地 参 与. 这 是 全 民 教 育, 一 个 也 不 能 少! 学 生 的 展 板 做 出 来 后, 老 师 ( 和 专 家 ) 点 评. 初 二 的 学 生 能 做 出 这 样 的 东 西, 当 然 要 肯 定 要 鼓 励. 只 要 是 要 点 明 确, 不 必 要 求 全 面. 但 是 科 学 上 必 须 严 格, 不 对 的 地 方 要 引 导 他 再 去 查 资 料, 查 了 改 进 了, 他 们 不 但 不 会 感 到 挫 折, 相 反, 又 会 多 了 一 分 自 信. 对 于 做 了 展 板 还 要 求 更 多 知 识 的 学 生, 应 当 准 备 更 高 层 次 的 网 上 条 目. 一 个 学 校 中 初 二 年 级 每 个 班 各 自 都 把 自 己 的 选 题 做 出 展 板, 在 校 园 中 交 互 讲 解 交 流, 将 会 激 发 起 活 跃 的 科 学 气 氛. 做 好 这 件 事 的 关 键 是 教 师 用 以 示 范 的 科 普 讲 演 文 本 的 创 作. 每 一 个 讲 题 都 需 要 单 独 创 作 一 篇 文 本. 每 篇 分 两 个 部 分. 其 一 为 讲 演 的 正 文, 供 约 一 小 时 的 讲 演. 正 文 本 身 应 当 是 一 篇 完 整 的 科 普 讲 本, 使 用 适 合 于 初 中 学 生 的 科 普 语 言, 并 尽 量 利 用 图 画 乃 至 卡 通, 以 求 活 泼 生 动. 文 本 的 另 一 部 分 为 参 考 条 目. 这 是 讲 演 文 本 中 的 无 声 部 分. 每 一 篇 讲 演 都 刻 意 在 不 同 段 落 里 设 计 一 系 列 提 示 或 启 发, 同 时 编 写 相 应 的 参 考 条 目 放 在 资 料 库 中 以 供 检 索. 学 生 在 听 讲 后 自 己 动 手 检 索 以 助 发 挥 充 实 或 复 述 学 到 的 内 容. 参 考 条 目 分 为 三 个 层 次, 其 中 基 本 层 次 的 条 目 对 讲 演 的 各 个 要 点 提 供 比 较 详 细 的 解 释, 学 生 在 写 书 面 要 点 复 述 时 可 以 用 作 参 考. 第 二 层 次 的 条 目 含 有 讲 演 中 每 一 处 提 示 或 启 发 的 答 案 或 指 南, 以 助 学 生 在 编 制 墙 报 时 拓 宽 自 己 的 思 路. 第 三 层 次 的 条 目 主 要 是 介 绍 与 讲 演 题 内 容 相 关 的 科 普 读 物, 供 有 意 于 进 一 步 了 解 这 一 课 题 的 同 学 参 考. 这 种 试 验 如 果 成 功, 可 以 充 分 利 用 互 联 网 的 好 处. 每 个 选 题 的 材 料 做 好 了, 全 国 的 学 校 都 可 以 参 考 可 以 4

试 用. 对 于 一 些 条 件 困 难 的 地 区, 比 如 说 一 些 西 部 的 学 校, 所 有 这 些 材 料 都 可 以 做 成 光 盘 送 给 他 们. 只 要 有 电, 有 一 台 电 脑 就 可 以 用. 当 然 这 是 一 个 理 想 状 态 的 描 述. 到 目 前 我 们 只 是 在 开 始 摸 索, 只 是 几 位 同 仁, 和 几 所 学 校 的 教 师 志 愿 者 一 起, 在 做 一 个 初 步 的 实 验. 3 提 高 各 级 党 政 领 导 的 科 学 素 质 从 科 技 论 述 和 科 技 信 息 的 沟 通 和 评 判 做 起 康 香 阁 : 在 教 育 系 统 之 外, 您 也 考 虑 到 了 党 政 干 部 科 普 的 问 题, 这 是 提 高 全 民 科 学 素 质 的 一 个 组 成 部 分, 对 党 政 干 部 科 普 应 采 取 哪 些 措 施? 王 绶 琯 : 对 党 政 干 部 的 科 普, 考 虑 把 切 入 点 放 在 各 级 政 府 领 导, 因 为 他 们 属 于 国 家 和 地 方 行 政 的 决 策 层, 他 们 的 科 学 素 质 直 接 关 系 到 一 方 的 现 代 化 建 设. 其 重 要 性 自 不 待 言. 针 对 决 策 层 群 体 的 科 普, 应 当 是 有 助 于 他 们 对 科 学 本 身 对 重 要 科 学 问 题 的 理 解, 对 科 学 信 息 的 掌 握, 以 及 对 这 些 内 容 的 社 会 影 响 的 判 断. 这 是 一 种 建 在 普 通 公 民 科 学 素 质 以 及 领 导 干 部 的 政 治 素 质 的 基 础 上 的 髙 一 层 次 的 科 学 素 质. 对 于 各 级 政 府 领 导 进 行 科 普, 除 了 过 去 我 们 国 家 已 经 采 取 的 许 多 措 施, 如 举 办 讲 座 报 告 会 等 形 式 外, 我 建 议 可 再 采 取 更 进 一 步 的 针 对 性 更 強 的 一 些 措 施, 如 : () 从 报 纸 书 刊 电 视 以 及 网 站 上 收 集 的 有 关 科 技 和 科 技 问 题 的 论 述 讨 论 争 论 文 章, 以 文 摘 形 式 编 成 集 ( 电 视 上 的 科 技 讲 坛 采 访 等 也 可 以 录 下 汇 集 成 参 考 材 料 ), 定 期 ( 比 如 一 个 月 一 个 季 度 ) 发 给 各 级 政 府 ( 包 括 通 过 网 站 的 交 换 ). () 出 版 科 学 新 闻 速 评. 从 报 刊 网 站 收 集 科 技 新 闻, 每 条 请 几 位 科 学 家 分 别 写 一 两 百 字 的 评 语, 每 周 出 一 辑, 发 送 到 各 政 府 网 站. 政 府 有 关 机 关 可 以 把 收 到 的 材 料 复 制 或 再 制 作, 分 发 给 领 导 干 部. 可 以 考 虑 定 期 ( 每 周 或 每 月 ) 用 科 学 信 息 交 流 会 等 方 式 用 一 些 时 间 ( 比 如 说 一 小 时 ) 放 映 评 判 这 些 材 料, 以 保 证 这 种 科 普 到 位. 这 里 的 材 料 均 属 受 到 关 注 的 普 遍 意 义 上 的 科 技 信 息 和 问 题. 摘 录 时 不 对 内 容 进 行 任 何 加 工 ( 任 何 加 工 都 应 当 是 发 生 在 读 者 的 头 脑 里, 不 宜 越 俎 代 庖 ). 这 一 层 次 的 科 普 的 作 用 不 在 于 引 导 受 众 来 理 解 什 么 或 来 做 什 么, 而 是 为 他 们 提 供 科 学 涵 养 的 营 养 料. 对 于 一 个 领 导 干 部, 涵 养 是 素 质 的 一 个 重 要 组 成 部 分, 而 涵 养 始 自 广 纳 和 深 判. 康 香 阁 : 前 面, 请 您 谈 了 高 中 阶 段 和 初 中 阶 段 的 科 普 工 作, 并 且 都 有 具 体 的 措 施, 那 么, 对 于 提 高 大 学 师 范 生 的 科 学 素 质, 应 采 取 哪 些 措 施? 比 如, 我 们 邯 郸 学 院 就 是 以 培 养 师 范 生 为 主 的 本 科 院 校, 相 同 的 院 校 全 国 有 数 百 所 之 多, 这 些 院 校 培 养 出 来 的 学 生 将 来 大 部 分 是 中 学 老 师, 他 们 的 科 学 素 质 提 高 了, 会 对 中 学 生 的 科 普 工 作 起 到 至 关 重 要 的 作 用. 王 绶 琯 : 先 引 一 段 过 去 关 于 文 明 社 会 的 中 小 学 教 育 的 设 想 的 文 : 对 于 教 师, 首 先 要 求 整 个 社 会 从 观 念 上 承 认 : 一 个 胜 任 的 中 小 学 教 师 的 职 业 修 养 和 社 会 贡 献 绝 不 亚 于 一 个 大 学 教 授. 社 会 必 须 把 造 就 和 承 认 自 己 的 中 小 学 教 授 队 伍 作 为 一 项 根 本 要 务. 而 由 于 教 学 互 动, 每 门 主 课 的 每 位 教 师 负 责 的 学 生 人 数 不 能 太 多, 把 所 有 学 校 各 个 班 级 各 门 主 课 所 需 的 中 小 学 教 授 加 起 来, 数 目 将 会 非 常 可 观, 要 求 很 大 的 国 家 预 算 和 社 会 支 持. 这 样 一 来, 未 免 使 得 这 种 理 想 显 得 有 些 超 前. 不 过, 当 有 一 天 建 设 美 好 的 将 来 从 少 年 教 育 做 起 的 共 识 真 正 得 到 实 现, 全 球 各 地 中 小 学 教 授 的 素 质 地 位 和 数 量 真 正 都 被 提 到 了 文 武 百 业 的 前 列, 人 们 将 会 有 望 真 正 地 看 到 人 类 社 会 摆 脱 文 明 危 机, 历 史 将 会 真 正 地 翻 开 告 别 野 蛮 的 一 页! 这 不 是 梦 想, 是 人 类 文 明 进 化 的 方 向. 现 在 一 代 人 经 历 过 了 世 纪 现 代 化 野 蛮 和 愚 昧 的 惨 痛, 普 遍 加 强 了 对 下 一 代 人 素 质 的 关 注. 师 资 培 养 的 国 家 投 入 将 会 随 着 经 济 发 展 而 改 善. 而 对 我 国 来 说, 当 前 至 关 重 要 的 是 恢 复 并 继 而 提 高 对 中 小 学 教 师 社 会 功 能 的 承 认. 只 要 有 了 适 当 的 经 济 支 持 和 舆 论 支 持, 也 许 五 六 年 后 人 们 的 观 念 会 变 成 : 师 范 院 校 当 然 要 跟 军 事 院 校 一 样, 国 家 负 责 免 费 入 学. 师 范 的 竞 争 可 激 烈 了, 考 分 要 求 不 比 北 大 清 华 的 低. 毕 业 生 考 教 师 执 照 ( 届 时 会 有 的 ) 十 拿 九 稳, 比 律 师 执 照 医 生 执 照 ( 会 有 的 ) 都 值 钱! 人 家 师 范 毕 业 生, 教 书 育 人, 哪 儿 不 能 去?. 5

第 7 卷 第 3 期 邯 郸 学 院 学 报 7 年 9 月 Vol.7 No.3 Jourl of Hd College Sept. 7 天 文 学 的 基 本 性 质 与 发 展 规 律 王 绶 琯 ( 中 国 科 学 院 国 家 天 文 台, 北 京 8) 摘 要 : 本 文 原 是 为 中 国 大 百 科 全 书 第 版 写 的 条 目 ( 第 版 尚 未 出 版, 编 者 注 ), 以 取 代 年 前 第 版 中 的 天 文 学 条 目. 当 时 感 到 科 学 进 步 使 内 容 变 化 如 此 之 多 如 此 之 快, 这 个 条 目 很 快 又 将 不 足 以 告 诉 读 者 天 文 学 的 面 貌. 于 是 决 定 重 新 架 构, 成 为 本 文, 写 作 的 重 点 移 到 了 天 文 学 的 本 质 与 规 律. 分 两 个 部 分 : 第 一 部 分 基 本 性 质, 包 括 () 作 为 一 门 自 然 科 学 的 天 文 学 ;() 天 文 学 与 地 学 的 分 工 ;(3) 天 文 学 与 物 理 学 的 关 系 ;(4) 天 文 学 模 型 的 几 个 先 验 条 件. 第 二 部 分 发 展 规 律, 包 括 () 研 究 的 目 标 与 手 段 ;() 三 个 认 识 层 次 与 大 循 环 ;(3) 天 文 学 的 三 次 历 史 性 突 破 ;(4) 大 设 备 战 略 与 小 设 备 战 略 ;(5) 天 文 学 与 技 术 科 学 的 关 系. 关 键 词 : 天 文 学 ; 天 文 学 与 天 体 物 理 学 ; 天 文 学 方 法 中 图 分 类 号 :P-9 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :673-3(7)3-6-8 收 稿 日 期 :7--9 作 者 简 介 : 王 绶 琯 (93 ), 男, 福 建 福 州 人, 中 国 科 学 院 资 深 院 士, 著 名 天 文 学 家 科 普 教 育 家. 翻 开 人 类 文 明 史 的 第 一 页, 天 文 学 就 有 着 显 著 的 地 位. 在 古 人 的 宇 宙 观 里, 天 文 总 是 相 对 于 地 理 的. 但 随 着 对 自 然 认 识 的 进 步, 宇 宙 渐 渐 归 入 到 天 的 范 畴. 进 入 现 代, 天 文 学 作 为 自 然 科 学 体 系 中 的 一 门 学 科, 依 照 其 研 究 目 标, 研 究 手 段 和 与 其 他 学 科 的 交 叉, 可 以 由 下 面 的 一 张 框 架 图 来 定 义 ( 图 ): 图 里 罗 列 了 当 前 天 文 学 各 门 分 支, 轮 廓 性 地 展 示 了 今 天 天 文 学 整 体 的 概 貌. 图 上 三 角 形 框 架 的 三 条 边, 分 别 代 表 着 当 前 普 遍 采 用 的 三 种 不 同 的 学 科 分 类, 即 :() 按 研 究 目 标 分 类,() 按 观 测 工 具 分 类 和 (3) 按 理 性 工 具 分 类. 本 文 将 首 先 介 绍 这 种 结 构 的 意 义 及 其 在 历 史 上 的 发 展, 并 大 略 浏 览 一 下 今 日 的 天 文 视 野, 然 后 结 合 天 文 学 的 基 本 性 质 和 发 展 规 律 的 讨 论, 尝 试 说 明 4 年 里 天 文 学 的 几 次 重 大 进 展 和 今 天 亲 历 的 时 机. 图 中 三 个 分 类 的 主 题 科 学 目 标 研 究, 得 力 于 两 类 工 具 的 发 展. 这 两 类 工 具, 观 测 工 具 和 理 性 工 具, 分 别 渊 源 于 同 时 代 的 技 术 和 同 时 代 的 基 础 科 学, 体 现 为 与 天 文 学 交 叉 并 应 用 于 天 文 研 究 的 技 术, 和 与 天 文 学 交 叉 并 应 用 于 天 文 研 究 的 基 础 科 学. 这 两 类 工 具 在 天 文 研 究 中 相 互 结 合 ( 图 中 表 为 虚 线 连 接 ). 图 的 框 架 ( 以 及 框 架 上 的 学 科 栏 目 ) 直 接 引 自 年 前 出 版 的 中 国 大 百 科 全 书 天 文 卷, 仅 作 了 几 处 变 动, 即 : 在 观 测 工 具 栏 中 增 加 了 中 微 子 天 文 和 引 力 波 天 文 的 实 测 手 段, 和 在 科 学 目 标 栏 中 列 入 了 地 外 文 明 和 宇 宙 大 尺 度 结 构. 图 天 文 学 分 支 的 交 叉 框 架 图 6

图 中 为 实 用 天 文 学 设 立 了 一 个 位 置, 其 中 的 每 一 项 内 容 均 可 视 为 天 文 学 中 某 一 分 支 与 一 项 实 用 研 究 的 交 叉, 但 是 项 目 彼 此 之 间 没 有 必 然 的 联 系. 图 中 的 框 架 结 构 意 在 反 映 天 文 学 的 发 展 规 律, 而 学 科 的 发 展 则 反 映 在 每 个 臂 上 不 同 时 期 的 栏 目 及 其 内 容 的 变 化 上. 初 版 问 世 后 的 年 里, 学 科 栏 目 略 有 增 加, 而 每 门 学 科 的 内 容 则 均 已 今 非 昔 比. 回 顾 一 下 远 古 文 明 时 期, 那 时 的 天 文 研 究 目 标 仅 仅 限 于 几 个 太 阳 系 天 体 ( 以 及 作 为 天 空 背 景 的 几 千 个 恒 星 ), 观 测 工 具 主 要 受 惠 于 大 自 然 安 在 人 体 上 的 小 望 远 镜 眼 睛, 而 理 论 工 具 则 仅 是 萌 芽 时 期 的 天 体 测 量 学. 尽 管 如 此, 这 三 个 方 面 一 开 始 就 各 就 各 位, 安 在 上 述 框 架 图 上, 并 随 着 时 代 的 发 展 而 不 断 充 实 发 展 变 化, 记 载 着 天 文 学 走 过 的 古 代 科 学 漫 长 的 旅 程, 直 到 7 世 纪 前 夕. 在 天 文 学 的 发 展 中,7 世 纪 是 划 时 代 的. 首 先 是 第 谷 开 普 勒 牛 顿 三 部 曲 在 这 一 时 期 里 完 成 的 革 命 性 突 破 牛 顿 力 学 定 律 和 万 有 引 力 定 律 的 发 现. 这 一 突 破 宣 告 了 现 代 科 学 的 诞 生. 而 天 文 学 研 究, 从 此 越 过 了 几 千 年 来 单 纯 追 求 太 阳 系 天 体 运 行 的 唯 象 解 释, 进 入 到 借 助 力 学 规 律 对 包 括 太 阳 系 天 体 在 内 的 一 切 天 体 机 械 运 动 的 本 质 探 明. 上 述 框 架 图 的 理 性 工 具 臂 上 则 因 之 出 现 了 第 二 个 主 要 分 支 天 体 力 学. 7 世 纪 的 另 一 个 突 破 发 生 在 69 年, 当 时 伽 利 略 首 次 以 手 制 望 远 镜 观 测 天 文 目 标, 这 使 得 天 文 视 野 越 过 了 肉 眼 聚 光 能 力 的 局 限, 开 始 伸 展 向 更 加 幽 微 因 而 也 是 更 深 更 广 的 宇 宙 空 间. 这 一 突 破 赋 予 了 上 述 框 架 上 的 光 学 天 文 实 测 手 段 以 新 的 意 义 : 开 始 了 世 世 代 代 求 大 求 精 日 积 月 累 永 不 停 息 的 各 类 天 文 望 远 镜 的 研 制. 这 两 大 突 破 启 动 了 现 代 天 文 学 凭 借 观 测 工 具 和 理 性 工 具 发 展 的 两 条 腿 走 路, 开 始 以 比 以 往 快 得 多 的 节 奏 一 步 步 深 入 到 天 文 世 界 各 个 层 次 的 不 同 领 域, 展 开 了 各 类 科 学 目 标 的 探 索. 这 一 进 程 迄 今 经 历 将 近 4 年, 而 这 张 框 架 图 也 就 随 着 逐 步 扩 展 成 了 今 日 的 组 成. 今 日 视 野 中 的 天 文 世 界 天 文 观 测 工 具 ( 图 中 的 观 测 工 具 臂 )4 年 里 从 伽 利 略 手 制 的 第 一 具 望 远 镜 发 展 到 了 今 天 所 有 的 光 学 射 电 和 空 间 天 文 观 测 等 手 段, 使 视 野 里 从 仅 仅 目 力 所 及 的 日 月 五 星 ( 金 木 水 火 土 五 个 行 星 ) 和 几 千 个 背 景 恒 星, 扩 大 到 了 今 日 所 见 的 天 文 世 界 ( 如 图 中 的 科 学 目 标 臂 所 列 ). 下 面 是 从 近 处 小 范 围 到 远 处 大 轮 廓 的 概 略 描 述 : 行 星 世 界 对 于 尺 度 只 及 万 分 之 一 光 年 的 行 星 世 界, 虽 然 今 天 仍 还 只 有 太 阳 系 这 个 惟 一 的 完 整 样 本, 但 是 航 天 技 术 介 入 之 后 的 研 究 手 段 是 划 时 代 的, 往 时 远 望 的 目 标, 从 月 亮, 行 星 际 物 质, 到 各 大 行 星 及 其 卫 星 及 彗 星, 小 行 星, 从 此 都 成 为 列 队 待 访 的 新 大 陆, 目 前 得 到 直 接 探 测 的 目 标 正 在 不 断 增 加. 恒 星 世 界 对 于 恒 星 世 界, 首 先 是 光 学 手 段, 继 而 加 上 射 电 红 外 等 手 段, 使 视 野 覆 盖 了 纵 横 万 光 年 的 银 河 系. 在 银 河 系 范 围 数 以 千 亿 计 的 恒 星 中, 已 经 获 得 光 谱 光 度 测 量 的 目 标 达 到 了 数 以 百 万 计, 其 中 大 批 目 标 得 到 了 精 细 定 位 ; 这 些 观 测 中 记 录 到 了 大 量 的 双 星, 以 及 聚 星 星 团 ; 记 录 到 了 各 类 周 期 性 变 光 的 变 星 以 及 不 规 则 变 星 ; 记 录 到 了 各 类 恒 星 向 空 间 抛 射 物 质 的 现 象 以 及 剧 烈 的 新 星 爆 发 和 超 新 星 遗 迹 ; 测 到 了 一 批 以 发 射 短 周 期 脉 冲 为 特 征 的 中 子 星, 并 测 出 了 由 于 影 响 周 围 天 体 的 运 动 或 辐 射 而 透 露 出 自 己 的 存 在 的 黑 洞 ; 测 到 了 弥 漫 在 广 大 空 间 中 的 星 际 物 质 和 成 批 遮 蔽 星 光 的 暗 星 云 和 受 亮 星 照 明 的 亮 星 云 ; 测 到 了 含 有 丰 富 星 际 分 子 的 星 云 ; 发 现 了 星 云 内 的 恒 星 诞 生 地 ; 通 过 测 到 的 恒 星 和 星 际 物 质 的 空 间 分 布 勾 勒 出 了 银 河 系 结 构 及 内 部 运 动 的 轮 廓 ; 通 过 观 测 银 河 系 外 围 气 体 的 运 动 发 现 了 其 中 出 入 银 河 系 的 气 团 ; 意 识 到 了 单 凭 着 看 得 到 的 恒 星 和 星 际 物 质 的 引 力 将 无 法 避 免 外 围 气 体 四 散 逃 逸, 从 而 推 论 出 了 银 河 系 中 存 在 着 巨 大 份 量 的 暗 物 质. 星 系 世 界 和 可 测 宇 宙 在 星 系 世 界 里 ( 银 河 系 是 其 中 规 模 较 大 的 一 员 ), 依 据 今 日 广 泛 采 用 的 膨 胀 宇 宙 模 型, 整 体 可 测 宇 宙 的 尺 度 为 多 亿 光 年, 其 中 各 种 类 型 大 小 不 一 的 星 系 星 罗 棋 布, 用 目 前 的 光 学 观 测 手 段 估 计 可 以 测 到 亿 个 左 右, 实 际 上 进 行 过 光 谱 测 量 的 已 将 近 万 个 ; 射 电 天 文 学 问 世 以 来, 率 先 探 测 到 了 类 星 体 和 宇 宙 微 波 背 景 辐 射 ; 光 学 射 电 和 空 间 手 段 联 手 测 到 了 成 批 的 活 动 星 系 核 以 及 宇 宙 间 各 种 大 规 模 物 质 抛 射 剧 烈 爆 发 高 能 辐 射 的 现 象 ; 日 益 精 致 的 宇 宙 背 景 辐 射 的 探 测 把 宇 宙 学 的 研 究 推 进 到 了 新 的 前 沿. 发 现 了 星 系 的 分 布 呈 集 聚 倾 向, 大 的 星 系 团 可 含 有 上 千 个 星 系, 尺 度 达 千 万 光 年 ; 对 星 系 团 内 星 系 运 动 的 测 量 发 现 了 赖 以 维 持 动 力 7

学 平 衡 的 引 力 大 部 分 源 于 团 内 的 暗 物 质. 星 系 际 空 间 以 及 星 际 空 间 中 暗 物 质 的 存 在, 而 且 质 量 远 远 超 过 了 可 见 物 质, 是 当 前 天 文 学 研 究 中 的 一 大 挑 战 ; 宇 宙 空 间 中 以 星 系 集 聚 为 标 志 的 大 轮 廓, 体 现 为 宇 宙 大 尺 度 结 构, 已 有 的 观 测 发 现 了 在 亿 光 年 尺 度 上 的 结 构 呈 显 著 的 不 均 匀 性. 更 深 一 步 的 测 量 在 积 极 进 行 中. 天 文 学 的 基 本 性 质. 作 为 一 门 自 然 科 学 的 天 文 学 自 然 科 学 旨 在 认 识 自 然, 以 发 现 和 研 究 自 然 现 象 探 索 和 解 读 自 然 规 律 为 目 的. 自 然 科 学 的 成 果 可 以 应 用 于 技 术 科 学 和 技 术 的 发 展, 但 其 目 的 并 不 因 实 际 功 利 而 转 移. 天 文 学 作 为 一 门 自 然 科 学, 同 样 赋 有 这 样 的 基 本 性 质. 认 识 自 然 按 深 刻 程 度 可 以 分 为 三 个 层 次. 第 一 是 认 识 自 然 事 物 的 存 在 的 表 象 ; 第 二 是 认 识 其 表 象 的 经 验 规 律 ; 第 三 是 认 识 其 存 在 与 发 展 的 本 质. 对 此, 首 创 现 代 天 文 学 的 第 谷 开 普 勒 牛 顿 三 部 曲 可 以 视 为 典 型. 历 史 上, 太 阳 系 天 体 运 行 的 研 究, 历 年 到 了 第 谷, 第 一 层 次 的 认 识 达 到 了 前 所 未 有 的 精 度, 而 开 普 勒 三 定 律 所 体 现 的 第 二 层 次 认 识 上 的 成 就, 直 到 现 在 都 堪 称 登 峰 造 极. 但 即 便 如 此, 这 两 个 层 次 的 认 识 还 只 是 做 到 了 知 其 然 而 不 知 其 所 以 然, 基 本 上 只 对 一 事 一 物 ( 即, 对 于 描 述 太 阳 系 天 体 运 行 ) 有 效. 只 有 到 了 牛 顿, 才 把 研 究 从 物 体 之 间 相 对 运 动 的 表 象 深 入 到 这 种 运 动 的 物 理 本 质, 从 而 从 知 其 然 跃 进 到 了 知 其 所 以 然. 牛 顿 的 工 作 在 这 里 起 了 双 重 的 作 用 : 首 先 是, 作 为 物 理 学 家 的 牛 顿 把 太 阳 系 天 体 运 动 看 成 是 大 自 然 在 太 空 中 演 示 的 一 个 力 学 实 验, 并 使 之 成 为 他 建 立 力 学 理 论 的 依 据 ( 力 学 是 物 理 学 中 最 先 被 开 拓 的 一 个 分 支 ). 结 果 如 所 周 知, 发 现 了 万 有 引 力 和 力 学 规 律, 其 适 用 范 围 遍 及 到 万 事 万 物 的 力 学 关 系. 这 是 人 类 认 识 自 然 的 一 次 历 史 性 的 突 破. 而 在 这 个 过 程 中, 作 为 天 文 学 家 的 牛 顿, 把 所 建 立 的 力 学 理 论 应 用 于 太 阳 系 的 天 体 运 行 现 象 的 解 释, 使 其 达 到 了 知 其 所 以 然, 也 就 是 达 到 了 第 三 层 次 的 认 识. 而 天 文 学 自 此 在 力 学 现 象 研 究 的 领 域 中 拥 有 了 使 研 究 得 以 进 入 第 三 层 次 的 理 论 工 具 天 体 力 学. 这 对 于 天 文 学 来 说 同 样 是 一 次 历 史 性 的 突 破. 探 究 产 生 这 种 突 破 的 条 件, 可 以 看 出, 具 备 有 以 下 两 个 特 征 : () 物 理 学 前 沿 研 究 ( 当 时 是 力 学 规 律 的 探 讨 ) 和 天 文 学 前 沿 研 究 ( 当 时 是 行 星 运 行 规 律 的 解 释 ) 在 理 论 研 究 层 次 上 相 互 融 合, () 理 论 的 形 成 得 到 了 凝 聚 天 文 观 测 结 果 的 经 验 规 律 ( 当 时 是 开 普 勒 三 定 律 ) 的 验 证. 这 两 个 特 征 可 以 视 为 天 文 学 重 大 发 展 的 征 兆. 这 种 三 个 层 次 的 研 究 而 达 成 的 现 代 意 义 上 的 科 学 认 识, 有 如 建 筑 三 层 楼 阁, 每 一 层 都 有 自 己 的 特 点 自 己 的 份 量, 相 接 相 承, 形 成 了 整 体 的 髙 度. 为 了 强 调 这 一 性 质, 我 们 在 后 面 的 章 节 中 以 第 谷 开 普 勒 牛 顿 三 部 曲 为 典 型, 采 取 如 下 表 述 : 第 谷 型 研 究 ( 第 一 层 次 ): 实 测 发 现 获 取 基 本 信 息. 开 普 勒 型 研 究 ( 第 二 层 次 ): 信 息 发 掘 创 造 经 验 模 型 ( 描 述 表 象 ). 牛 顿 型 研 究 ( 第 三 层 次 ): 理 论 解 释 创 造 理 论 模 型 ( 描 述 本 质 ). 这 里 借 助 大 师 的 名 称 以 表 明 各 个 层 次 的 份 量 ; 用 模 型 的 创 建 来 代 表 科 学 信 息 的 梳 理 和 解 释. 模 型 体 现 为 理 论 构 思 对 实 测 数 据 的 拟 合. 理 论 构 思 允 许 选 择, 而 实 测 数 据 则 受 到 技 术 方 法 的 制 约, 含 不 确 定 性. 因 此, 一 个 科 学 模 型 实 质 上 是 在 具 体 条 件 下 的 一 种 最 佳 拟 合. 作 为 拟 合, 它 容 许 不 同 的 佳 选 并 存, 等 待 更 有 说 服 力 的 实 测 来 作 出 抉 择. 这 体 现 了 科 学 研 究 中 所 固 有 的 宽 容 性. 拟 合 是 用 数 学 来 表 现 的, 因 而 能 够 作 出 推 论 以 扩 大 认 识, 作 出 预 测 以 接 受 验 证. 推 论 和 预 测, 使 科 学 认 识 在 理 论 模 型 所 代 表 的 水 平 上 接 受 新 的 挑 战, 由 于 科 技 进 步 不 断 带 来 的 理 论 能 力 和 实 测 条 件 的 提 高, 任 何 时 候 所 选 的 模 型 都 会 不 断 地 面 临 着 新 的 理 论 的 挑 战 和 实 测 的 挑 战. 这 是 一 种 永 无 休 止 的 挑 战. 而 正 是 这 种 永 无 休 止 体 现 了 科 学 研 究 的 进 取 性. 历 史 表 明, 在 一 门 学 科 的 发 展 中, 大 大 小 小 的 挑 战 激 励 了 前 进 的 力 量, 而 每 次 强 挑 战 的 解 决 都 会 显 著 提 高 理 论 模 型 的 权 威 性, 而 当 遇 到 不 能 解 决 的 强 挑 战 时, 则 可 能 预 兆 着 学 科 的 革 命 性 进 展. 在 前 面 的 事 例 中, 天 体 力 学 建 立 之 后 遇 到 的 一 次 强 挑 战 是 846 年 海 王 星 的 搜 索, 这 次 强 挑 战 被 解 决 了, 当 时 曾 经 被 誉 为 科 学 的 伟 大 胜 利 ; 另 一 次 是 88 年 水 星 近 日 点 进 动 超 差 值 的 确 定, 这 是 一 次 不 能 解 决 的 强 挑 战, 现 在 我 们 知 道, 正 是 预 兆 着 引 力 理 论 的 大 变 革. 8

. 天 文 学 与 地 学 的 分 工 及 第 谷 型 研 究 在 自 然 科 学 中, 天 文 学 与 地 学 在 实 测 研 究 层 次 上 有 所 分 工. 广 义 的 天 通 常 代 表 了 宇 宙 的 宏 观 总 体, 地 则 是 其 中 一 个 极 其 微 小 然 而 也 是 极 其 特 殊 的 部 分. 地 的 特 殊 在 于 它 的 外 壳 上 居 住 着 人 类 宇 宙 的 研 究 者, 从 而 成 为 人 们 得 以 进 行 最 详 尽 最 缜 密 研 究 的 一 个 天 体, 也 就 形 成 了 地 学 在 宇 宙 研 究 中 的 独 特 地 位. 在 地 学 研 究 中, 研 究 者 可 以 身 历 其 境 实 地 勘 察, 可 以 主 动 地 采 集 样 品, 主 动 地 布 置 实 验. 而 这 些 都 是 地 以 外 的 天 体 研 究 所 不 可 能 的. 地 以 外 的 范 围 是 一 般 人 所 说 的 天, 可 望 而 不 可 及, 天 文 学 家 面 对 着 天 上 遥 远 的 乃 至 极 其 遥 远 的 为 数 众 多 往 往 是 非 常 暗 弱 的 天 体, 不 能 实 地 勘 察, 不 能 主 动 采 样, 不 能 设 置 实 验, 他 所 能 做 的 限 于 远 远 地 观 和 远 远 地 测. 这 与 地 学 以 及 其 他 的 科 学 相 比, 无 疑 是 一 种 欠 缺. 正 是 因 为 有 了 这 种 欠 缺, 天 文 学 家 世 代 相 承, 不 遗 余 力 地 研 究 和 发 展 观 和 测 的 手 段 和 艺 术, 致 广 大 尽 精 微, 以 至 于 使 天 文 学 被 喻 为 一 门 观 测 的 科 学, 在 人 类 认 识 自 然 的 奋 斗 中 始 终 拥 有 一 个 前 列 的 位 置. 观 和 测 的 能 力 与 同 时 代 的 技 术 发 展 息 息 相 关. 历 史 上, 观 的 能 力 从 7 世 纪 伽 利 略 望 远 镜 的 问 世 开 始, 经 历 将 近 4 年 的 技 术 改 革 和 创 新, 到 世 纪 末, 光 学 望 远 镜 的 聚 光 口 径 已 经 达 到 了 米 级, 威 力 为 伽 利 略 镜 的 十 几 万 倍. 同 样, 光 学 以 外 的 波 段, 随 着 同 代 技 术 的 步 伐, 首 先 是 世 纪 后 叶 射 电 望 远 镜 和 干 涉 仪 的 发 展, 继 而 是 各 个 波 段 的 空 间 望 远 镜 红 外 紫 外 X 射 线 伽 玛 射 线 等 天 文 卫 星 的 运 转, 到 了 跨 世 纪 时 期, 全 部 这 些 设 施 都 经 历 了 两 代 和 两 代 以 上 的 更 迭, 使 天 文 观 测 迈 入 了 全 ( 电 磁 ) 波 段 巨 信 息 量 大 设 施 联 合 运 作 的 时 代. 测 的 能 力, 同 样 在 世 纪 出 现 巨 大 的 飞 跃, 突 出 的 如 各 类 光 敏 器 件 的 发 展, 已 经 使 一 些 波 段 的 天 文 探 测 器 做 到 了 噪 音 接 近 于 零 的 理 想 水 平 ; 一 些 干 涉 仪 系 统 分 辨 细 节 的 能 力 达 到 了 万 分 之 一 角 秒 ( 相 当 于 能 够 分 辨 出 千 米 远 处 并 排 的 两 根 头 发 丝 ),. 世 纪 后 叶 航 天 技 术 的 发 展, 把 人 类 或 人 类 派 遣 的 使 者 ( 各 类 遥 感 探 测 器 机 器 人 等 ) 送 到 月 球 太 阳 系 空 间 以 及 几 个 行 星 上 去, 从 而 把 地 学 研 究 手 段 应 用 到 了 地 球 以 外 的 这 些 天 体. 这 样, 从 天 文 学 与 地 学 的 分 工 来 说, 属 于 地 的 范 围 有 所 扩 大. 而 天 文 学 研 究 则 从 此 在 太 阳 系 范 围 内 增 加 了 若 干 得 以 精 测 细 测 的 珍 贵 样 本. 科 学 意 义 无 疑 是 重 大 的. 但 是 尽 管 如 此, 它 的 实 测 研 究 仍 然 面 对 的 是 无 际 宇 宙 中 无 数 的 暗 弱 天 体, 并 不 因 此 改 变 它 作 为 一 门 观 测 的 科 学 的 性 质. 由 于 天 文 观 测 面 向 的 是 极 其 辽 阔 的 空 间 中 为 数 众 多 非 常 暗 弱 ( 其 中 还 隐 藏 着 许 多 难 以 逆 料 ) 的 目 标, 而 且 愈 远 就 愈 多 愈 暗 愈 难 以 分 辩, 因 此 对 所 有 的 天 文 研 究 领 域 ( 行 星 世 界, 恒 星 世 界, 星 系 世 界, ) 来 说, 更 深 更 广 更 精 的 观 测 都 会 是 永 远 迫 切 的 要 求. 这 就 是 说, 在 看 得 见 的 将 来, 天 文 学 的 发 展 对 于 提 高 观 测 设 备 能 力 的 要 求 还 看 不 出 什 么 止 境. 实 际 的 制 约 只 是 来 自 技 术 上 的 可 能 性 和 经 济 上 的 可 行 性. 与 此 同 时, 来 自 学 科 本 身 的 挑 战 则 会 经 常 激 励 技 术 和 方 法 上 的 革 新 以 及 专 用 性 ( 通 常 是 小 型 的 ) 设 备 的 创 造. 总 起 来 说, 在 大 方 向 上 按 目 前 的 发 展 趋 势, 年 内 空 间 天 文 各 个 波 段 的 设 备 可 望 再 得 到 一 代 更 新 ; 地 面 设 备 将 加 速 向 巨 型 化 发 展, 除 了 平 方 千 米 射 电 望 远 镜 计 划 外,3 米 级 的 光 学 红 外 望 远 镜 和 干 涉 仪 当 能 初 步 实 现, 米 级 光 谱 巡 天 设 备 也 应 当 能 够 进 入 议 程. 三 五 个 十 年 之 后 当 可 能 在 月 球 上 建 立 起 第 一 个 天 文 观 测 基 地..3 天 文 学 与 物 理 学 的 关 系 及 牛 顿 型 研 究 在 牛 顿 型 研 究 的 层 次 上, 天 文 学 可 以 看 成 为 一 门 以 物 理 学 为 基 础 的 自 然 科 学. 在 自 然 科 学 中, 物 理 学 的 基 础 研 究, 涉 及 物 质 的 基 本 结 构 和 相 互 作 用 的 基 本 规 律, 属 物 质 世 界 认 识 的 最 深 层 因 而 也 是 最 基 础 的 理 论. 天 文 学, 和 其 他 物 质 科 学 一 样, 在 牛 顿 型 研 究 中, 正 是 利 用 物 理 学 的 基 础 理 论 对 实 测 现 象 作 出 解 释, 或, 用 前 面 的 说 法 : 构 建 理 论 模 型. 在 这 个 意 义 上, 天 文 学 是 一 门 以 物 理 学 为 基 础 ( 或, 为 理 论 工 具 ) 的 自 然 科 学. 前 面 说 到 在 第 谷 开 普 勒 牛 顿 三 部 曲 中, 力 学 定 律 和 万 有 引 力 定 律 的 奠 定, 产 生 了 天 体 力 学. 这 对 于 天 文 学 是 一 次 重 大 突 破, 因 为 它 在 历 史 上 首 次 从 物 理 学 ( 当 时 为 力 学 ) 的 成 就 中 获 得 理 论 工 具, 提 髙 了 认 识 自 然 的 深 刻 层 次. 在 这 以 后, 天 文 学 不 断 地 吸 收 同 代 物 理 学 的 成 就, 实 测 上 建 立 了 包 括 以 天 文 光 度 学 和 光 谱 学 为 主 的 技 术 和 方 法 ; 信 息 上 相 应 地 包 括 了 天 体 的 各 种 物 理 内 容 ( 温 度, 密 度, 电 场, 磁 场, 视 向 速 度, 化 学 组 成, ); 理 论 上 不 断 随 着 物 理 学 的 发 展 充 实 自 己 的 理 论 工 具 库, 顺 理 成 章 地 发 展 了 理 论 天 体 物 理 学. 到 世 纪, 天 体 物 理 学 的 应 用 遍 及 各 类 天 体 的 结 构 和 演 化, 成 为 天 文 学 研 究 手 段 的 常 规. 9

前 面 曾 经 指 出, 牛 顿 当 时 在 奠 定 力 学 定 律 和 万 有 引 力 定 律 的 过 程 中, 即 将 天 文 学 实 测 应 用 于 物 理 学 理 论 的 探 讨, 又 使 物 理 学 理 论 应 用 于 天 文 实 测 的 解 释. 后 者 像 前 面 所 说 的, 现 在 已 经 是 天 文 学 研 究 手 段 的 常 规, 而 前 者, 虽 然 作 为 物 理 学 的 研 究 手 段 属 于 罕 见, 但 也 并 非 不 可 思 议. 当 时 牛 顿 继 承 了 伽 利 略 力 学 实 验 的 结 果, 但 伽 利 略 的 实 验, 精 度 受 到 了 条 件 的 严 重 限 制. 而 与 此 对 照, 天 文 学 上 行 星 的 轨 道 运 动 作 为 一 种 力 学 实 验, 既 不 受 磨 擦 阻 力 的 影 响, 而 且 周 期 很 长, 能 有 效 地 缓 解 计 时 技 术 的 不 足, 正 是 一 种 理 想 的 状 态. 当 年 牛 顿 在 力 学 研 究 上 的 突 破, 很 大 程 度 上 得 力 于 这 一 天 文 实 验 的 利 用. 天 文 实 测 的 这 种 应 用,3 多 年 里 还 发 生 过 几 次, 其 中 的 两 次 同 样 堪 称 为 历 史 性 的 突 破 : 分 别 发 生 在 世 纪 上 叶 的 核 物 理 领 域 和 当 今 的 粒 子 物 理 领 域, 都 是 在 前 沿 研 究 中 依 靠 了 只 有 天 文 世 界 中 才 能 找 到 的 极 端 环 境 和 条 件, 和 存 在 着 天 文 实 测 能 够 提 供 而 且 事 实 上 只 有 天 文 实 测 才 能 提 供 的 科 学 验 证. 这 两 次 事 件 我 们 将 留 到 后 面 讨 论. 在 较 平 常 的 范 围 里, 天 文 实 验 应 用 于 物 理 学 研 究 的 例 子 亦 间 有 所 见, 著 名 的 如 在 日 全 食 之 际 测 量 太 阳 边 缘 上 的 星 光 位 移 以 检 验 相 对 论 光 线 弯 曲, 又 如 测 量 脉 冲 双 星 的 周 期 变 化 以 验 证 引 力 辐 射, 等 等. 可 以 想 象, 由 于 一 切 天 文 现 象 都 有 它 的 物 理 起 因, 在 天 文 世 界 中 大 自 然 随 时 随 处 都 在 表 演 着 各 种 物 理 实 验, 其 中 在 现 有 条 件 下 可 供 利 用 的 应 当 很 多, 而 且 随 着 天 文 观 测 能 力 的 发 展 还 将 不 断 增 多. 但 是, 要 能 够 从 中 发 现 所 需 要 的 实 验 并 加 以 利 用, 则 只 能 依 靠 科 学 工 作 者 的 渊 博 和 匠 心. 显 然, 这 种 工 作 应 当 属 于 物 理 学 研 究, 但 是 习 惯 上 一 直 被 纳 于 天 文 学 名 下..4 天 文 学 模 型 的 几 个 先 验 条 件 这 里 我 们 列 出 建 构 天 文 学 模 型 时 普 遍 认 同 的 几 条 先 验 原 则, 但 不 涉 及 哲 学 讨 论. () 认 定 宇 宙 间 物 质 及 所 遵 循 的 规 律 的 统 一 性. 这 决 定 了 可 以 把 发 生 在 天 上 和 发 生 在 地 上 的 自 然 现 象 互 相 印 证, 视 为 一 个 整 体 ; 决 定 了 可 以 用 我 们 认 识 的 自 然 科 学 规 律 来 解 释 极 其 遥 远 的 天 文 现 象 ; 决 定 了 可 以 用 天 文 知 识 来 探 索 物 理 学 和 其 他 自 然 科 学 的 基 本 规 律. 任 何 原 则 都 要 接 受 实 测 的 考 验. 在 这 个 问 题 上, 当 实 测 与 已 有 的 认 识 发 生 矛 盾 时, 首 先 要 做 的 是 检 查 修 正 或 改 建 模 型, 把 矛 盾 看 成 是 促 使 科 学 进 步 的 挑 战, 而 不 轻 易 放 弃 统 一 性 原 则. () 认 定 人 类 寄 居 的 地 球 太 阳 系 银 河 系 在 宇 宙 中 不 具 有 特 殊 优 越 的 地 位. 这 是 从 中 世 纪 的 地 心 论 被 抛 弃 以 来 形 成 的 观 念, 可 以 推 论 到 在 宇 宙 中 任 何 天 区 及 其 中 的 事 物 都 不 占 有 特 殊 优 越 的 地 位. 这 符 合 今 日 被 认 同 的 宇 宙 学 原 理. 更 进 一 步, 可 以 认 为 任 何 一 类 天 文 现 象, 不 论 在 宇 宙 间 什 么 地 点, 只 要 环 境 条 件 相 似, 演 化 时 期 相 近, 都 会 遵 循 相 似 的 产 生 和 发 展 的 途 径. 根 据 这 种 信 念, 天 文 学 家 们 尽 管 生 年 不 满 百, 却 可 以 通 过 大 规 模 测 量 和 比 较 各 类 天 体 ( 恒 星, 星 系, ) 不 同 时 期 的 样 本, 来 验 证 长 以 百 万 年 乃 至 百 亿 年 计 的 演 化 历 程. 近 数 十 年 来 探 索 地 外 文 明 之 举, 同 样 也 是 基 于 这 种 信 念. (3) 认 定 宇 宙 间 物 质 的 存 在 组 合 和 演 变 的 无 限 性. 这 意 味 着 任 何 时 候, 在 已 被 认 识 的 天 文 现 象 之 外, 总 会 存 在 着 等 待 我 们 去 发 现 或 深 入 一 步 了 解 的 现 象 ( 至 少 在 可 预 见 到 的 将 来 是 如 此 ). 这 决 定 了 天 文 观 测 手 段 的 发 展 成 为 前 进 的 原 始 推 动, 常 常 超 前 于 学 科 的 发 展. 3 天 文 学 的 发 展 规 律 天 文 学 的 发 展 规 律 反 映 在 天 文 学 的 历 史 里. 自 牛 顿 时 期 以 来, 现 代 天 文 学 走 过 了 3 多 年, 学 科 的 面 貌 发 生 了 巨 大 的 变 化, 包 括 又 经 历 了 两 次 历 史 性 的 突 破. 这 样 的 历 史 经 验, 应 当 足 以 从 中 探 究 前 进 过 程 的 内 外 影 响 和 主 导 取 向 也 就 是 学 科 的 发 展 规 律. 决 定 发 展 规 律 的 首 先 是 学 科 的 性 质. 前 面 我 们 讨 论 了 天 文 学 的 基 本 性 质, 包 括 天 文 学 作 为 一 门 自 然 科 学 及 认 识 自 然 的 三 个 层 次 ; 天 文 学 与 地 学 的 分 工 及 其 作 为 一 门 观 测 的 科 学 的 性 质 ; 天 文 学 与 物 理 学 的 关 系 及 其 在 研 究 上 相 辅 相 成 的 性 质 ; 以 及 天 文 学 赖 以 开 展 研 究 的 几 个 先 验 条 件. 下 面 我 们 将 以 这 些 为 出 发 点 展 开 讨 论. 3. 天 文 学 研 究 的 目 标 与 手 段 前 面 我 们 提 出 了 天 文 学 作 为 一 门 自 然 科 学, 以 认 识 自 然 为 目 的. 认 识 自 然 由 浅 入 深, 分 为 三 个 层 次 : 获 取 观 测 信 息 ( 第 谷 型 研 究 ) 创 造 经 验 模 型 ( 开 普 勒 型 研 究 ) 创 造 理 论 模 型 ( 牛 顿 型 研 究 ). 每 个 层 次 上 的 探 索 目 标 均 为 自 然 所 固 有 而 为 探 索 者 所 未 知. 因 而 探 索 者 需 要 随 时 掌 握 学 科 的 形 势, 洞 察 所 处 的 时 机 选 择 恰 当 的 路 线. 这 种 洞 察 力 取 决 于 他 的 战 略 素 养, 尊 重 认 识 自 然 的 规 律, 不 凭 主 观 意 志, 当 然 也 不 涉 及 实 际 功 利.

研 究 路 线 首 先 体 现 为 研 究 手 段 的 设 计. 手 段 借 助 于 适 当 的 工 具 来 实 现. 我 们 在 这 里 用 了 带 引 号 的 工 具, 指 的 是 具 体 的 工 具 的 制 造 和 运 用 的 知 识, 同 时 它 是 广 义 的, 代 表 观 测 工 具 和 理 性 工 具. 作 为 一 种 知 识, 在 相 互 流 通 的 范 围 内 可 以 传 播 和 继 承, 因 此 可 以 设 想 存 在 着 一 种 把 全 部 同 类 知 识 汇 总 起 来 的 全 社 会 技 术 工 具 储 备, 全 社 会 数 学 工 具 储 备 和 全 社 会 理 性 工 具 储 备. 当 然, 作 为 知 识 的 总 汇, 这 种 储 备 是 取 之 无 尽 用 之 不 竭 的, 而 且 按 以 下 所 说 的 意 义 上, 它 还 将 愈 用 愈 多. 研 究 工 作 者 根 据 自 己 的 课 题 设 计, 从 工 具 储 备 中 选 取 所 需 的 各 项 工 具, 用 以 组 构 成 针 对 性 的 手 段, 也 就 是, 创 造 出 应 用 于 自 己 的 具 体 课 题 的 工 具. 下 面 图 中 的 左 边 标 出 了 天 文 学 研 究 涉 及 的 三 种 储 备 技 术 工 具 储 备, 数 学 工 具 储 备 和 理 性 工 具 储 备. 研 究 工 作 者 从 中 取 出 工 具 以 创 造 新 的 工 具, 结 果 完 成 了 一 项 工 具 创 新. ( 如 果 涉 及 的 是 技 术 工 具, 则 他 实 质 上 是 完 成 了 一 项 技 术 科 学 的 研 究. 这 个 问 题 我 们 将 留 在 后 面 讨 论 ). 这 种 新 创 的 工 具 虽 然 是 为 特 定 的 课 题 创 造 的, 但 是 由 于 工 具 的 泛 适 用 性 ( 即 适 于 广 泛 的 相 似 的 应 用 ), 新 工 具 作 为 一 种 知 识 的 创 新, 会 自 动 地 立 时 贡 献 于 相 应 的 全 社 会 知 识 储 备. 这 是 一 种 良 性 循 环, 在 图 中 左 方 用 箭 矢 表 出. 3. 三 个 认 识 层 次 与 大 循 环 阶 梯 图 中 的 中 央 部 分 表 示 了 按 第 谷 开 普 勒 牛 顿 三 部 曲 的 称 谓 依 序 划 分 的 三 个 层 次 的 科 研 目 标 和 过 程. 具 体 的 科 研 课 题, 图 里 标 为 源 课 题, 出 自 当 代 天 文 学 研 究 前 沿 ( 图 中 右 上 角, 代 表 对 当 代 天 文 世 界 整 体 的 理 性 认 识 的 前 沿 ). 源 课 题 是 天 文 实 测 的 课 题, 按 性 质 可 以 分 为 两 类 : 实 测 主 导 和 理 论 主 导. 前 者 的 根 据 是 天 文 学 对 于 更 多 更 深 更 广 更 精 的 观 测 的 永 远 迫 切 的 要 求 ( 见 前 ), 后 者 则 主 要 基 于 理 论 模 型 所 发 动 和 所 接 受 的 实 测 的 挑 战. 源 课 题 启 动 的 研 究 首 先 达 到 第 谷 型 研 究 层 次, 产 生 了 基 本 资 料. 然 后 依 序 ( 如 图 中 所 示 ) 晋 入 开 普 勒 型 研 究 和 牛 顿 型 研 究 层 次, 分 别 提 炼 出 经 验 规 律 和 作 出 理 论 解 释, 最 后 得 到 的 结 果 反 馈 到 了 当 代 天 文 学 研 究 前 沿 成 为 整 体 理 性 认 识 的 新 增 部 分. 这 个 过 程 在 图 中 表 为 大 循 环, 是 一 种 螺 旋 上 升 的 循 环 终 点 回 到 起 点 的 位 置 时 升 高 了 一 级 认 识 阶 梯. 图 中 的 这 两 类 循 环, 一 类 为 前 面 所 说 的 联 系 到 了 几 个 方 面 的 社 会 储 备, 代 表 了 课 题 进 展 的 外 部 因 素, 另 一 类 是 这 里 的 大 循 环, 代 表 了 课 题 进 展 的 内 部 程 式. 图 天 文 学 研 究 的 内 外 因 结 构 及 循 环 互 动 示 意 图 这 些 描 述 适 用 于 天 文 学 各 个 领 域 的 大 小 课 题, 在 很 大 程 度 上 反 映 了 学 科 的 发 展 规 律. ( 当 然, 这 些 描 述 主 要 是 概 括 性 的, 每 个 课 题 如 何 运 转 均 当 视 具 体 情 况 而 定. 比 如 某 些 循 环 可 能 会 在 某 一 个 研 究 层 次 上 停 留, 另 外 某 些 却 可 能 顺 着 先 前 的 轨 迹 很 快 到 达 终 点 ). 3.3 天 文 学 的 三 次 历 史 性 突 破 前 面 我 们 提 出 过 天 文 研 究 上 历 史 性 突 破 事 件 的 两 大 特 征, 这 里 用 图 上 ( 大 循 环 ) 的 语 言 重 复 一 遍 :() 天 文 学 前 沿 研 究 与 物 理 学 前 沿 研 究 在 建 立 理 论 模 型 层 次 ( 牛 顿 型 研 究 ) 上 相 互 融 合 ;() 理 论 模 型 的 建 立 得 到 了 天 文 实 测 ( 第 谷 型 研 究 ) 的 验 证, 特 别 是 得 到 提 炼 了 天 文 实 测 结 果 的 经 验 模 型 ( 开 普 勒 型 研 究 ) 的 验 证. 这 两 个 特 征 之 所 以 然 重 要 是 可 以 理 解 的. 理 论 模 型 是 以 物 理 理 论 为 依 据 对 天 文 实 测 作 出 的 最 佳 理 论 拟 合. 按 学 科 发 展 的 观 点, 理 论 模 型 在 理 论 与 实 测 的 交 互 挑 战 之 中 建 成, 而 且 在 建 成 的 同 时 就 启 动 了 新 的 挑 战, 也 就 是 为 了 验 证 巩 固 发 展 这 种 模 型 而 进 行 的 挑 战. 挑 战 的 实 质, 针 对 的 是 模 型 本 身 在 新 的 实 测 和 理 论 的 加 入 后 还 能

不 能 保 持 为 最 佳 拟 合, 一 般 并 不 涉 及 对 所 依 据 的 物 理 理 论 的 质 疑. 但 是, 一 旦 出 现 了 这 种 质 疑, 就 可 能 引 导 向 重 大 的 突 破. 我 们 现 在 讨 论 的 情 况 比 这 个 更 超 出 了 一 步, 因 为 所 依 靠 的 物 理 理 论 本 身 就 已 经 是 处 在 接 受 重 大 挑 战 的 研 究 前 沿 上, 因 此 所 得 到 的 理 论 模 型 也 就 是 牛 顿 型 研 究 成 果, 必 然 超 出 了 天 文 学 的 常 规 范 围 而 进 入 更 基 础 的 物 理 学 领 域 ( 正 如 当 年 第 谷 开 普 勒 牛 顿 三 部 曲 的 成 果 那 样 ). 这 是 物 理 学 的 研 究 前 沿 融 入 天 文 学 领 域 的 结 果. 这 种 结 果 的 产 生 并 非 偶 然. 因 为 物 理 学 的 前 沿 研 究 中 往 往 需 要 只 有 天 文 世 界 里 才 能 找 到 的 极 端 的 物 理 条 件 ( 如 超 高 温 度 超 高 密 度 超 真 空 超 磁 场 强 度, ), 而 当 这 种 极 端 情 况 也 正 好 是 天 文 学 研 究 的 前 沿 时, 就 存 在 着 天 文 实 测 能 够 提 供 而 且 往 往 是 只 有 天 文 实 测 才 能 提 供 的 实 测 验 证. 前 面 我 们 己 经 对 现 代 天 文 学 发 展 中 的 首 次 历 史 性 突 破 第 谷 开 普 勒 牛 顿 三 部 曲 做 了 分 析. 可 以 与 之 比 拟 的 第 二 次 重 大 突 破 发 生 在 世 纪 上 叶, 当 时 物 理 学 上 核 物 理 研 究 的 前 沿 和 天 文 学 上 恒 星 内 部 结 构 和 演 化 的 研 究 前 沿 在 理 论 研 究 层 次 上 相 互 融 合, 而 由 当 时 的 观 测 素 材 中 提 炼 出 来 的 表 达 恒 星 光 度 和 表 面 温 度 关 系 的 经 验 模 型 赫 罗 图, 则 提 供 了 天 文 实 测 的 验 证. 这 次 突 破 ( 同 样 具 有 前 面 说 过 的 两 大 特 征 ) 发 生 在 对 恒 星 世 界 的 认 识 上, 成 功 地 把 满 天 空 互 不 关 联 的 恒 星 的 生 命 史 以 及 周 期 表 上 所 有 的 化 学 元 素 的 合 成, 一 举 纳 入 到 同 一 个 演 化 理 论 模 型 里. 这 个 模 型 带 来 的 强 挑 战 之 一, 对 中 子 星 的 预 言, 在 6 年 代 由 于 脉 冲 星 的 发 现 得 到 了 验 证. 这 极 大 地 加 强 了 这 一 模 型 的 权 威 性, 并 启 动 了 对 天 文 学 和 物 理 学 均 属 意 义 重 大 的 黑 洞 的 搜 索 和 理 论 探 讨. 现 代 天 文 学 的 第 三 次 历 史 性 突 破 发 生 在 星 系 世 界 所 代 表 的 宇 宙 整 体 的 认 识 上, 目 前 正 在 进 入 高 潮. 这 个 过 程 肇 始 于 世 纪 前 叶, 当 时 哈 勃 定 律 的 发 现, 使 广 义 相 对 论 得 以 与 膨 胀 宇 宙 模 型 相 结 合, 导 致 了 大 爆 炸 宇 宙 学 模 型 的 诞 生. 6 年 代 宇 宙 微 波 背 景 辐 射 的 发 现, 使 这 一 理 论 模 型 获 得 了 广 泛 的 认 同. 随 后 经 历 了 几 次 强 挑 战, 到 今 天 形 成 了 物 理 学 上 基 本 粒 子 研 究 前 沿 和 天 文 学 上 宇 宙 极 早 期 研 究 前 沿 的 理 论 融 合 ( 在 那 里 存 在 着 匪 夷 所 思 的 超 高 温 和 超 高 密 ), 汇 聚 了 今 日 物 理 学 探 索 极 小 的 极 致 和 天 文 学 探 索 极 大 的 极 致 的 努 力, 进 展 中 所 需 要 的 实 测 验 证 正 在 牵 引 着 当 前 所 有 重 大 天 文 设 备 的 关 注 ; 针 对 性 的 几 项 设 施, 包 括 用 以 探 测 宇 宙 背 景 微 小 起 伏 的 卫 星 和 大 规 模 测 量 宇 宙 更 深 处 的 星 系 类 星 体 红 移 的 光 谱 巡 天 设 施, 均 在 持 续 发 展 中. 3.4 大 设 备 战 略 与 小 设 备 战 略 前 面 我 们 曾 数 次 提 到 天 文 学 对 于 更 多 更 深 更 广 更 精 的 观 测 的 永 远 迫 切 的 要 求. 这 使 得 历 代 天 文 学 家 都 把 实 现 更 大 更 精 的 观 测 设 备 看 成 为 永 远 迫 切 的 课 题. 针 对 这 一 要 求, 今 天 的 天 文 学 家 们 几 乎 总 是 在 完 成 一 代 威 力 超 越 以 往 的 重 大 设 备 的 同 时, 就 已 经 开 始 了 下 一 代 同 类 设 备 的 筹 划. 这 种 大 设 备 战 略, 从 前 面 列 举 的 近 几 个 年 里 地 面 和 空 间 各 种 波 段 的 天 文 望 远 镜 的 发 展 和 更 新 的 情 况 里 就 可 以 得 到 充 分 的 说 明. 威 力 超 越 以 往 的 设 备 可 以 引 发 天 文 学 各 个 不 同 领 域 的 新 的 挑 战 和 大 面 积 开 拓, 是 天 文 科 研 攻 坚 中 的 主 力. 这 类 设 备 通 常 是 国 家 级 项 目, 而 且 往 往 需 要 多 国 合 作. 这 种 大 型 设 备 的 功 效 令 人 瞩 目, 但 局 限 性 也 是 明 显 的. 它 非 常 昂 贵, 制 造 周 期 长 ; 它 设 计 上 着 重 稳 妥, 装 备 上 着 重 通 用, 遇 到 特 殊 问 题 时 适 应 性 不 强 ; 它 数 量 少, 使 用 上 分 配 到 每 个 课 题 的 观 测 时 间 少, 难 以 有 效 地 进 行 搜 索 性 监 测 性 的 研 究. 而 与 此 对 照, 小 设 备 ( 或 非 大 设 备 ) 造 价 低, 制 造 时 间 短, 利 于 及 时 针 对 研 究 课 题 做 成 专 用 装 置 ; 它 数 量 多, 可 供 灵 活 调 动, 允 许 承 担 占 用 长 观 测 时 间 的 课 题. 同 样 重 要 的 是, 当 遇 有 技 术 创 新 的 概 念 需 要 摸 索 时, 只 有 小 设 备 才 能 够 适 应 反 复 的 试 验. 因 此 从 全 局 看, 大 小 设 备 均 应 属 学 科 发 展 战 略, 如 果 说 大 设 备 是 堂 堂 之 阵, 正 正 之 旗, 那 么 小 设 备 就 是 时 能 导 致 克 敌 制 胜 的 奇 兵. 拿 最 近 的 一 些 事 例 来 说 : 著 名 的 哈 勃 空 间 望 远 镜, 耗 资 巨 亿, 启 动 后 在 行 星 恒 星 星 系 宇 宙 学 各 个 领 域 几 乎 所 有 的 前 沿 的 开 拓 上 均 发 挥 了 巨 大 的 功 效, 堪 称 当 代 通 用 性 大 设 备 的 代 表 作. 小 设 备 方 面 则 如 不 久 前 投 入 工 作 的 WMAP 卫 星 ( 一 种 探 测 宇 宙 背 景 微 小 各 向 异 性 的 专 用 卫 星 ), 它 在 天 文 卫 星 群 中 只 算 是 一 个 小 伙 伴, 但 是 它 受 理 论 主 导 探 测 功 能 之 锋 直 指 当 前 宇 宙 学 的 要 害, 而 且 制 造 周 期 短, 收 效 快. 还 可 以 举 一 些 例 子 : 如 前 面 提 到 过 的 脉 冲 星 和 宇 宙 微 波 背 景 辐 射 的 发 现 ( 两 者 都 获 得 了 诺 贝 尔 物 理 学 奖 ) 均 应 归 功 于 投 入 甚 小 的 专 用 性 小 设 备, 而 世 纪 中 天 文 观 测 手 段 上 的 重 大 创 新 3 年 代 的 施 密 特 望 远 镜 和 6 年 代 的 综 合 孔 径 射 电 望 远 镜 的 早 期 实 验, 也 都 是 由 小 型 设 施 来 完 成 的. 这 些 事 例 足 以 说 明 小 设 备 的 应 用, 尽 管 已 经 习 以 为 常, 但 还 是 必 须 用 战 略 眼 光 来 看 待. 3.5 天 文 学 与 技 术 科 学 的 关 系 前 面 我 们 讨 论 过 天 文 学 作 为 一 门 自 然 科 学 的 基 本 性 质. 相 对 于 自 然 科 学, 技 术 科 学 旨 在 利 用 自 然 改 造 自 然,

致 力 于 技 术 的 创 造, 也 就 是 工 具 ( 按 前 面 所 作 的 定 义 ) 与 材 料 的 创 造. 它 的 目 标 含 强 烈 的 功 利 性 质. 技 术 科 学 创 造 技 术, 技 术 创 造 物 质 文 明. 人 类 文 明, 从 远 古 的 石 器 时 代 到 今 天 的 信 息 时 代, 就 都 是 以 技 术 为 标 志 以 技 术 的 进 步 来 划 分 的. 但 是, 利 用 自 然 改 造 自 然 的 前 提 是 对 自 然 的 认 识. 技 术 科 学 的 发 展 与 自 然 科 学 息 息 相 关. 但 这 不 能 解 释 为 两 者 的 混 同. 其 涵 义 应 当 是 以 下 两 条 : 一 是 一 门 现 代 技 术 科 学 的 成 立 可 以 溯 源 于 自 然 科 学 对 自 然 事 物 的 认 识 ; 二 是 一 门 自 然 科 学 获 得 的 新 的 认 识 ( 新 的 自 然 品 物, 新 的 经 验 规 律, 新 的 理 论 结 果 ), 都 存 在 着 或 迟 或 早 被 应 用 于 某 种 技 术 研 究 的 可 能. 这 些 关 系 可 以 理 解 为 : 在 技 术 科 学 研 究 中, 自 然 科 学 起 了 理 性 工 具 的 作 用 ( 对 照 前 面 讨 论 过 的 : 在 自 然 科 学 研 究 中, 技 术 科 学 起 了 技 术 工 具 的 作 用 ). 工 具 必 不 可 少, 但 并 不 是 主 体. 主 体 是 这 门 技 术 科 学 研 究 的 目 标. 工 具 服 从 于 主 体, 适 则 用, 不 适 则 弃. 这 一 推 理 有 助 于 理 解 所 说 的 实 用 天 文 学 的 实 质. 举 众 所 熟 知 的 时 间 计 量 学 为 例 : 这 是 一 门 历 史 悠 久 的 技 术 科 学, 从 一 开 始 就 一 直 得 力 于 天 文 学 的 应 用. 首 先 是 太 阳 相 对 于 地 面 固 定 目 标 的 运 行 周 期 被 利 用 为 计 量 时 间 长 度 的 标 准, 即, 用 以 给 出 了 日 的 定 义 并 发 展 了 将 之 应 用 于 时 间 服 务 的 技 术. 在 这 之 后, 随 着 天 文 学 的 进 步, 认 识 到 了 这 种 周 期 运 动 是 地 球 自 转 的 反 映, 而 在 力 学 问 世 之 后 对 于 地 球 巨 大 的 惯 性 维 持 着 自 转 周 期 的 稳 定 有 了 正 确 的 理 解, 从 而 能 够 从 理 论 上 探 讨 各 种 导 致 地 球 自 转 微 小 偏 差 的 起 因 并 加 以 改 正. 这 种 进 步 使 时 间 计 量 标 准 的 精 度 得 以 不 断 提 高. 而 这 个 情 况 从 古 代 一 直 延 续 到 世 纪 上 叶, 是 到 那 时 为 止 各 门 实 用 天 文 学 中 ( 见 本 文 篇 首 ) 实 现 最 大 实 用 功 能 的 一 门. 当 然 我 们 看 到, 这 部 分 天 文 研 究, 具 体 为 地 球 自 转 研 究 ( 属 地 球 动 力 学, 但 历 史 上 一 直 归 在 天 文 学 名 下 ), 只 是 从 天 文 学 浩 浩 洪 流 中 引 出 的 一 道 支 流 汇 入 了 时 间 计 量 科 学 的 河 道. 对 于 天 文 学 来 说, 这 种 学 科 交 叉 当 然 反 过 来 也 有 利 于 地 球 动 力 学 的 发 展, 但 并 不 影 响 整 个 天 文 学 按 自 身 发 展 的 规 律 前 进 的 主 流. 如 所 周 知, 世 纪 中 叶 原 子 时 计 的 启 用 结 束 了 地 球 自 转 作 为 主 力 计 时 标 准 的 历 史. 这 门 古 老 的 实 用 天 文 课 题 至 此 告 一 终 结. 这 是 正 常 的, 也 可 以 说 是 一 种 规 律 : 学 科 交 叉 服 从 于 研 究 的 主 题, 利 则 合 无 利 则 止. 在 这 之 后, 时 间 计 量 学 按 着 自 己 的 发 展 轨 道 继 续 前 进 ; 而 地 球 自 转 的 研 究, 作 为 地 球 动 力 学 的 一 个 部 分, 则 由 此 得 以 用 更 精 确 更 稳 定 的 时 间 计 量 为 工 具, 继 续 着 它 本 身 的 追 求. 普 遍 地 说, 天 文 学, 作 为 一 门 自 然 科 学, 在 它 发 展 的 过 程 中, 每 当 为 一 门 技 术 科 学 的 研 究 所 应 用 时 就 会 产 生 出 属 于 所 谓 实 用 天 文 的 课 题, 其 中 有 的 可 能 重 要 到 足 以 形 成 一 门 实 用 天 文 学. 前 面 时 间 计 量 的 例 子 说 明 了 这 种 实 用 的 性 质. 事 实 上, 天 文 学 作 为 一 门 自 然 科 学, 本 身 还 赋 有 一 种 普 遍 的 作 用 于 实 用 贡 献 的 功 能. 但 这 是 与 实 用 天 文 截 然 不 同 的 一 种 间 接 的 功 能. 为 了 说 明, 让 我 们 回 到 前 面 表 示 天 文 学 发 展 规 律 的 图. 图 中 表 示, 在 第 谷 型 研 究 中 根 据 科 学 目 标 制 定 了 实 测 战 略, 然 后 从 社 会 储 备 中 提 取 合 适 的 技 术 工 具 设 计 并 创 造 出 针 对 科 学 目 标 所 需 的 观 测 手 段 ( 包 括 观 测 设 备 及 其 运 用 的 方 法 ). 这 种 设 备 投 入 使 用 后, 一 方 面 继 续 进 行 图 的 右 边 所 示 的 学 科 内 部 的 大 循 环, 另 一 方 面, 如 图 的 左 边 的 循 环 所 示, 进 入 与 全 社 会 技 术 工 具 储 备 的 互 动. 天 文 学 实 测 研 究, 在 与 全 社 会 技 术 储 备 的 这 种 互 动 中, 由 于 其 研 究 前 沿 的 课 题 通 常 有 着 很 强 的 挑 战 性, 决 定 了 它 对 于 观 测 手 段 要 求 也 具 有 很 强 的 挑 战 性, 从 而 在 上 述 的 循 环 中 导 致 了 高 水 平 技 术 的 产 生 和 反 馈. 这 种 髙 水 平 反 馈 的 实 用 功 能 可 以 达 到 非 常 可 观. 再 以 前 面 提 过 的 两 个 重 大 创 新 事 件 为 例 : 施 密 特 望 远 镜 的 发 明 奠 定 了 各 类 大 视 场 成 像 系 统 设 计 的 基 础 ; 而 孔 径 综 合 系 统 的 创 立 则 导 致 了 各 种 超 高 分 辨 率 定 位 和 成 像 的 开 拓. 前 面 说 过 : 可 以 把 技 术 方 法 的 知 识 看 成 是 全 社 会 共 有 的 工 具, 而 把 全 社 会 拥 有 的 技 术 知 识 包 括 运 用 技 术 的 知 识 看 成 一 种 用 之 不 竭 的 技 术 储 备 库 ( 图 中 表 示 为 大 容 器 ). 由 于 技 术 在 不 断 进 步, 库 的 库 存 随 着 不 断 增 加, 其 丰 富 程 度 和 增 长 率 代 表 了 全 社 会 的 综 合 技 术 实 力, 而 其 利 用 率, 则 反 映 了 社 会 的 科 技 管 理 水 平. 天 文 学 实 测 研 究 回 归 到 全 社 会 技 术 储 备 库 的 反 馈, 源 源 不 断 地 充 实 着 库 存, 而 且 有 着 很 高 的 高 新 技 术 含 量. 这 种 现 象, 是 包 括 天 文 学 在 内 的 自 然 科 学 对 实 际 应 用 的 一 种 重 要 的 贡 献 方 式. 它 虽 然 不 直 接 产 生 产 值, 但 却 实 时 地 创 造 技 术 资 源, 而 且 往 往 是 高 新 技 术 资 源. 3

第 7 卷 第 3 期 邯 郸 学 院 学 报 7 年 9 月 Vol.7 No.3 Jourl of Hd College Sept. 7 LAMOST 之 旅 王 绶 琯 ( 中 国 科 学 院 国 家 天 文 台, 北 京 8) 摘 要 :LAMOST, 原 名 大 天 区 面 积 多 目 标 光 纤 光 谱 望 远 镜, 英 译 全 称 为 Lrge Sky Are Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope. 它 是 王 绶 琯 院 士 和 多 位 天 文 学 家 集 思 广 益 选 择 的 一 个 介 入 国 际 上 天 文 大 科 学 建 设 的 项 目, 构 想 于 世 纪 8 年 代,9 年 代 形 成 LAMOST 方 案, 被 列 为 国 家 九 五 重 大 科 学 工 程 项 目 付 诸 实 施. 本 文 作 于 世 纪 之 交, 叙 述 了 在 当 时 学 科 发 展 背 景 下 一 项 新 型 天 文 望 远 镜 的 研 创 过 程, 涉 及 到 科 学 发 展 中 的 一 些 战 略 思 考, 是 王 院 士 自 己 的 治 学 体 会. 本 刊 发 表 此 文, 对 我 们 如 何 开 展 科 学 研 究 具 有 重 要 的 启 迪 意 义. 关 键 词 : 天 文 仪 器 ; 光 谱 巡 天 ; 科 学 发 展 战 略 中 图 分 类 号 :P. 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :673-3(7)3-4-5 收 稿 日 期 :7--9 作 者 简 介 : 王 绶 琯 (93 ), 男, 福 建 福 州 人, 中 国 科 学 院 资 深 院 士, 著 名 天 文 学 家 科 普 教 育 家. LAMOST 是 我 国 天 文 界 集 思 广 益 选 择 的 一 个 介 入 国 际 上 天 文 大 科 学 建 设 的 项 目. 它 以 解 除 当 前 天 文 研 究 中 光 谱 测 量 严 重 缺 乏 这 一 瓶 颈 为 突 破 点, 提 出 一 个 可 以 称 之 为 大 题 小 做 的 方 案. LAMOST, 原 名 大 天 区 面 积 多 目 标 光 纤 光 谱 望 远 镜. 依 国 际 惯 例, 可 用 英 译 全 名 字 头 简 写 (Lrge Sky Are Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope). 994 年 在 其 学 名 待 定 之 际, 中 国 科 技 大 学 周 又 元 教 授 提 出 了 既 上 口 又 留 有 可 供 意 会 的 字 义 空 间 的 LAMOST. 说 起 LAMOST, 我 总 会 想 起 多 年 前 那 次 和 天 文 同 仁 们 夜 航 舟 山. 看 着 栏 杆 旁 宁 波 的 灯 光 渐 渐 隐 去, 我 独 自 回 味 着 当 天 下 午 参 观 天 一 阁 时 的 心 情 : 那 时 的 中 国 知 识 分 子 原 来 有 那 么 一 股 傻 劲! 天 文 学 中 呢? 这 使 人 想 起 了 五 四 时 期 以 来 的 一 代 天 文 学 拓 荒 者. 那 么 到 我 们 这 一 代 呢? 苏 定 强 陈 建 生 同 志 这 时 找 到 了 我, 他 们 两 位 现 在 都 是 中 国 科 学 院 院 士, 那 时 都 还 是 中 青 年 学 者. 他 们 找 我 是 为 了 讨 论 下 一 步 的 中 国 天 文 学. 当 时 我 国 天 文 学 正 面 对 着 极 其 困 难 又 非 常 急 迫 的 下 一 步. 我 们 的 浩 劫 年 月 (966 976), 正 赶 上 国 际 上 天 文 学 在 突 飞 猛 进. 到 接 下 去 的 又 一 个 年 里, 学 科 发 展 和 技 术 进 步 都 已 经 上 满 了 发 条. 现 在 放 眼 望 去, 世 界 上 天 文 强 国 正 在 调 动 千 军 万 马 向 全 波 段 深 开 拓 进 军! 主 要 战 场 上, 近 从 银 河 系 恒 星 和 它 们 的 行 星 系 统, 远 到 星 系 世 界 宇 宙 结 构 和 宇 宙 学 领 域, 都 摆 出 了 百 骑 争 驰 逐 鹿 中 原 的 架 势. 在 这 样 的 背 景 下, 我 们 如 何 才 能 有 所 作 为? 有 所 作 为 就 是 学 术 上 与 世 争 锋. 我 喜 欢 逐 鹿 中 原 的 比 喻. 学 术 争 锋 就 像 是 围 猎, 猎 手 们 之 间 既 合 作 又 竞 争. 广 阔 猎 场, 除 了 要 逐 的 鹿, 还 会 有 山 鸡 狐 兔 还 常 常 会 有 意 料 不 及 的 珍 禽 异 兽. 现 在, 强 国 各 路 装 备 精 良 的 猎 队 正 陆 续 进 入 阵 地, 声 势 浩 大. 我 们 呢? 装 只 是 轻 装, 人 多 半 是 新 人, 对 比 悬 殊, 参 加 进 去 后 能 不 能 找 到 自 己 的 位 置? 是 的, 我 们 不 能 跟 人 家 拼 经 济 力 量 搞 昂 贵 装 备. 我 们 又 不 愿 意 在 人 家 的 队 伍 后 面 跟 着 跑, 收 拾 一 些 狐 狸 兔 子 而 与 逐 鹿 无 缘. 我 们 也 做 不 到 分 管 一 方, 打 阵 地 战, 浩 浩 荡 荡, 横 扫 一 片. 但 是, 是 否 可 以 设 想 : 如 果 我 们 能 认 准 目 标 探 明 方 向 找 到 一 个 有 利 的 突 破 点, 然 后 把 虽 然 有 限 但 能 够 良 好 配 合 的 力 量 集 中 起 来 纵 向 挺 进, 我 们 是 不 是 也 有 可 能 捷 足 先 登 走 到 别 人 的 前 面 率 先 开 辟 出 一 块 属 于 我 们 的 首 猎 区? 4

可 能 性 应 当 是 肯 定 的. 有 史 可 鉴. 远 自 孙 子 兵 法, 近 及 毛 泽 东 军 事 思 想. 所 谓 集 中 优 势 兵 力 打 歼 灭 战. 天 文 学 的 一 些 历 史 事 件 也 可 作 证. 在 这 之 后 不 久, 我 们 把 目 标 定 在 配 置 多 根 光 学 纤 维 ( 简 称 多 光 纤 ) 的 大 天 区 面 积 大 规 模 光 谱 的 开 拓 上. 接 着 是 方 案 探 讨, 先 后 经 过 多 次 学 术 讨 论, 三 易 蓝 图,994 年 终 于 把 方 案 定 型 在 LAMOST 上. 我 们 当 时 分 析 了 国 际 上 跨 世 纪 时 期 的 重 大 天 文 项 目. 这 些 设 备 就 结 构 特 色 而 论, 均 属 扩 展 型, 即 依 靠 巨 大 投 资 结 合 高 技 术, 使 其 规 模 大 幅 度 地 超 过 了 原 有 的 同 类 设 备. 就 功 能 而 论, 均 体 现 了 新 一 轮 的 更 新 换 代, 具 体 可 以 归 为 以 下 五 类 : () 新 一 代 空 间 X 射 线 及 Γ 射 线 天 文 设 备. 共 多 亿 美 元. 发 现 的 目 标 将 从 现 在 的 约 5 个 提 高 到 6 级. () 新 一 代 空 间 红 外 天 文 设 备. 共 多 亿 美 元. 发 现 的 目 标 将 从 现 在 的 约 5 个 提 高 到 多 于 6 个. (3) 一 系 列 新 射 电 天 文 设 备. 共 约 亿 美 元. 各 个 波 段 的 聚 光 和 分 辨 能 力 均 将 大 幅 度 超 过 以 往, 发 现 的 目 标 将 从 现 在 的 5 个 提 高 到 6 级. (4) 台 口 径 8 米 级 新 技 术 光 学 望 远 镜. 共 约 亿 美 元. 光 度 学, 光 谱 学 以 及 高 空 间 分 辨 率 精 测 的 能 力 均 将 大 幅 度 超 过 以 往. (5) 哈 勃 空 间 望 远 镜. 约 亿 美 元. 将 对 大 批 精 选 目 标 进 行 高 分 辨 率 精 测. 这 些 设 施 是 跨 世 纪 时 期 天 文 学 围 猎 的 五 大 方 面 军, 标 志 着 天 文 实 测 已 经 揭 开 了 全 波 段 大 样 本 巨 信 息 量 时 代 的 序 幕, 正 在 把 学 科 的 开 拓 引 进 到 新 的 广 大 与 精 微. 这 就 是 说, 所 有 这 些 设 施 都 将 在 各 自 的 范 围 里 扩 大 登 录 各 类 样 本 ( 新 的 广 大 ), 并 对 精 选 出 的 研 究 目 标 进 行 精 测 ( 新 的 精 微 ). 系 统 地 登 录 全 天 各 类 天 体 的 工 作 称 为 巡 天, 是 整 个 天 文 世 界 的 户 口 普 查. 迄 今 普 查 到 的 天 文 目 标 约 9 个, 登 录 了 它 们 的 方 位 形 状 亮 度 和 颜 色. 这 种 基 本 巡 天 主 要 是 由 口 径 为. 米 的 光 学 施 密 特 望 远 镜 做 出 的. 前 面 所 说 的 新 一 代 重 大 设 备 中 的 射 电 红 外 X 和 Γ 射 线 设 施, 各 自 都 将 把 目 前 已 经 登 录 到 的 目 标 数 目 提 高 约 一 个 量 级, 各 达 6 左 右. 这 在 目 标 数 量 为 9 的 天 文 户 口 中 属 千 中 取 一, 可 以 看 为 是 这 些 特 殊 的 设 施 在 天 文 世 界 中 精 选 出 的 特 殊 目 标. 对 这 些 目 标 的 后 随 研 究, 将 是 利 用 包 括 所 有 这 些 新 设 备 在 内 的 各 种 观 测 条 件, 按 各 自 课 题 所 需, 进 行 精 测. 这 是 跨 世 纪 时 期 天 文 观 测 研 究 的 一 部 分 前 景. 但 是 迄 今 对 各 种 不 同 门 类 天 文 研 究 目 标 的 精 选, 绝 大 部 分 依 据 的 是 天 体 的 光 学 特 征, 包 括 亮 度 颜 色 形 状, 等 等. 不 久 前 依 据 亮 度 和 形 状 选 出 了 5 个 待 测 星 系 的 样 本 以 进 行 宇 宙 大 尺 度 结 构 研 究, 就 是 一 个 规 模 很 大 的 精 选 事 例. 精 测, 可 以 是 更 准 确 地 测 量 研 究 目 标 的 方 位 ; 或 是 更 精 确 地 测 量 它 的 亮 度 和 更 多 的 颜 色 ; 或 是 用 更 高 的 分 辨 率 测 量 它 的 形 状 和 结 构 ; 而 最 重 要 也 是 最 基 本 的, 是 用 光 谱 方 法, 测 量 它 的 物 理 状 态, 包 括 化 学 组 成 表 面 温 度 密 度 磁 场 电 场 视 向 速 度, 等 等. 光 学 天 文 光 谱 的 物 理 信 息 联 系 到 天 体 的 本 质, 内 容 如 此 丰 富, 而 它 的 可 测 对 象 首 先 正 是 迄 今 巡 天 所 得 的 多 达 9 级 的 光 学 目 标, 它 同 时 也 是 其 他 波 段 (X 和 Γ 射 线 红 外 射 电 ) 的 新 发 现 赖 以 后 随 研 究 的 一 个 重 要 手 段. 可 以 毫 不 夸 大 地 说, 迄 今 我 们 所 有 的 天 体 物 理 知 识, 绝 大 部 分 依 托 于 光 学 天 文 光 谱. 但 是, 近 百 年 来 天 文 光 谱 测 量 技 术 的 效 率 一 直 很 低, 以 至 于 迄 今 得 到 光 谱 测 量 的 天 文 目 标 不 过 5 个. X 射 线 红 外 射 电 等 波 段 要 求 光 谱 观 测 配 合 的 目 标 数 量 将 达 几 个 6 ; 到 跨 世 纪 时 期, 如 前 所 述, 天 文 研 究 进 展 所 要 求 的 光 谱 样 本 将 会 是 6 7 个 乃 至 更 多. 人 们 比 以 往 任 何 时 候 都 更 加 感 到 了 天 文 光 谱 测 量 已 成 为 学 科 发 展 中 的 瓶 颈. 天 文 光 谱 测 量 的 低 效 率, 一 个 先 天 性 的 原 因 是 因 为 经 过 分 光 之 后 探 测 器 上 的 光 流 量 减 少, 而 一 个 技 术 性 的 原 因 则 是 因 为 一 架 望 远 镜 在 同 一 个 时 间 只 能 观 测 一 个 天 体 的 光 谱. 这 不 像 成 像 观 测, 一 张 照 片 可 以 同 时 记 录 下 成 千 上 万 个 目 标. 长 期 以 来, 这 个 矛 盾 只 能 靠 制 造 更 多 更 大 的 望 远 镜 来 缓 和. 目 前 预 计 在 跨 进 新 的 世 纪 之 后, 全 球 将 会 有 多 台 4 米 级 望 远 镜 和 台 8 米 级 望 远 镜 在 工 作. 届 时 天 体 光 谱 精 测 的 能 力 比 起 目 前 的 情 况 将 大 有 改 善, 但 是 对 于 在 大 天 区 范 围 大 规 模 地 获 得 光 谱, 则 仅 靠 这 样 增 添 望 远 镜 的 数 量, 并 不 能 解 决 问 题. 5

解 决 光 谱 测 量 的 低 效 率, 首 先 要 寻 找 能 够 同 时 测 量 多 个 天 文 目 标 光 谱 的 途 径. 光 学 纤 维 技 术 的 成 熟 为 此 提 供 了 一 个 条 件. 美 英 两 国 的 几 个 天 文 单 位 不 失 时 机, 率 先 开 展 了 用 多 根 光 学 纤 维 ( 多 光 纤 ) 将 望 远 镜 视 场 上 多 个 天 体 的 像 引 到 同 一 个 光 谱 仪 同 时 进 行 观 测 的 试 验. 世 纪 8 年 代 中 期, 这 种 技 术 开 始 成 型, 当 时 预 计, 它 一 旦 成 熟, 将 会 改 变 长 期 以 来 光 谱 仪 只 能 测 量 视 场 中 一 个 单 独 天 体 的 低 效 率 状 态. 这 无 疑 将 是 当 代 天 文 观 测 技 术 的 一 大 飞 跃, 以 至 可 能 导 致 天 文 学 主 战 场 上 联 手 开 拓 的 上 述 五 支 方 面 军 之 外, 出 现 一 支 盼 望 已 久 的 劲 旅 一 支 大 规 模 天 文 光 学 光 谱 测 量 的 奇 兵. 不 过, 要 做 到 这 一 点, 还 必 须 同 时 克 服 另 一 道 难 关, 即 望 远 镜 的 性 能 必 须 满 足 既 深 又 广 的 观 测 要 求. 深, 要 求 望 远 镜 有 足 够 大 的 口 径, 用 以 测 到 足 够 暗 和 足 够 远 因 而 也 是 足 够 多 的 天 文 目 标 ; 广, 要 求 望 远 镜 有 足 够 宽 的 视 场, 用 以 适 应 大 片 天 区 中 各 类 样 本 的 空 间 分 布. 这 就 是 说, 要 求 设 计 出 一 种 兼 备 有 大 口 径 和 大 视 场 的 天 文 望 远 镜. 而 这, 恰 恰 正 是 多 年 来 天 文 学 研 究 中 经 过 许 多 尝 试 而 未 能 解 决 的 难 题! 对 于 我 们, 这 一 形 势 是 一 个 巨 大 的 机 遇. 它 使 大 规 模 天 文 光 学 光 谱 测 量 这 一 学 科 瓶 颈 的 疏 通, 集 中 到 解 决 天 文 光 学 上 的 一 个 难 题, 即 设 计 出 一 种 大 口 径 与 大 视 场 兼 备 的 天 文 望 远 镜. 解 决 这 个 问 题 主 要 依 靠 的 是 设 备 原 理 和 技 术 方 法 的 创 新, 而 不 是 财 大 了 气 才 能 粗 的 设 备 规 模 和 技 术 难 度 的 扩 展. 这 是 我 国 在 目 前 的 经 济 能 力 所 能 及 的 前 提 下, 能 够 和 他 人 站 在 同 一 起 跑 线 上 进 入 竞 赛 的 项 目, 是 允 许 我 们 斗 智 斗 勇 的 一 个 领 域. 我 们 还 意 识 到, 这 也 是 一 场 需 要 由 天 体 物 理 学 家 和 天 文 仪 器 专 家 配 合 的 双 打 比 赛. 为 了 取 胜, 每 人 每 一 步 的 攻 守 进 退 都 必 须 做 到 相 互 接 应. 而 这 将 取 决 于 当 事 者 的 意 志. 随 后 的 事 实 是, 我 们 做 到 并 始 终 坚 持 了 这 种 配 合. 前 面 提 到 的 三 易 蓝 图, 也 正 是 这 种 配 合 的 一 个 结 果. 国 际 上 在 大 规 模 天 文 光 谱 开 拓 上 先 走 一 步 的 是 英 国 科 学 家. 他 们 精 心 设 计 了 光 学 系 统, 使 3.9 米 口 径 的 英 澳 望 远 镜 (AAT) 得 到 3 平 方 度 的 视 场 ( 普 通 4 米 级 望 远 镜 的 视 场 则 不 及 平 方 度 ), 连 接 到 光 谱 仪 的 光 纤 达 4 根. 在 美 国, 正 在 执 行 一 项 目 前 说 来 非 常 先 进 的 SDSS 计 划. 主 体 是 一 架.5 米 口 径 的 望 远 镜, 视 场 比 AAT 大 一 倍 多, 达 7 平 方 度, 可 以 同 时 测 量 由 光 纤 引 出 的 6 个 天 体 的 光 谱. SDSS 由 美 国 普 林 斯 顿 大 学 等 4 个 单 位 合 作 研 制, 最 近 还 增 加 了 日 本 国 家 天 文 台 等 两 个 单 位. SDSS 在 跨 世 纪 时 期 将 完 成 平 方 度 天 区 ( 全 天 球 共 4 余 平 方 度 ) 中 的 6 个 天 体 光 谱 的 测 量 ( 主 要 对 象 是 星 系 和 类 星 体 ). 与 此 对 照, 过 去 年 里 得 到 过 光 谱 测 量 的 天 体 总 共 只 有 5 级. 这 个 计 划 的 实 现 无 疑 将 是 对 当 前 的 天 文 实 测 研 究 产 生 多 方 位 的 推 动. 但 是, 这 毕 竟 只 是 天 文 学 迈 入 大 规 模 光 谱 开 拓 的 第 一 步, SDSS 的 性 能 尚 不 足 以 松 开 跨 世 纪 时 期 的 天 文 实 测 的 瓶 颈. 因 此,SDSS 的 出 现 本 身 就 呼 唤 着 后 续! 继 SDSS 之 后 的 大 规 模 天 体 光 谱 测 量, 深 度 必 须 超 过 SDSS. SDSS 的 口 径 为.5 米, 因 此 采 取 4 米 以 上 的 口 径 是 必 要 的. 然 而 4 米 口 径 的 望 远 镜, 像 AAT 那 样 把 视 场 做 到 3 平 方 度 已 经 很 不 容 易. 然 而, 大 家 都 知 道, 巡 天 用 的 口 径..3 米 施 密 特 望 远 镜, 视 场 大 达 3 平 方 度, 其 光 学 设 计 堪 称 大 视 场 系 统 的 典 范, 但 却 未 能 被 用 在 较 大 的 望 远 镜 上. 主 要 是 这 种 系 统 要 做 到 大 口 径 就 只 能 采 用 反 射 改 正 镜 的 形 式, 而 这 种 形 式 的 反 射 式 施 密 特 望 远 镜, 视 场 大 小 取 决 于 望 远 镜 的 焦 比 ( 焦 距 与 口 径 之 比 ) 的 大 小. 口 径 大 了, 如 果 视 场 也 要 大, 就 需 要 用 很 长 的 焦 距, 镜 身 就 跟 着 要 做 得 很 长, 以 至 于 难 以 操 作. 举 例 来 说, 设 想 望 远 镜 的 通 光 口 径 为 4 米, 要 使 视 场 大 于 平 方 度, 就 会 要 求 相 应 的 焦 比 大 于 5, 也 就 是 焦 距 应 当 大 达 米. 这 种 望 远 镜 的 镜 身 长 度 应 为 焦 距 的 一 倍, 即 4 米. 把 这 样 的 庞 然 大 物 安 到 普 通 天 文 望 远 镜 所 用 的 装 置 上 以 进 行 天 文 观 测 操 作 显 然 是 很 困 难 的. 通 用 的 望 远 镜 装 置 很 像 一 架 探 照 灯, 镜 筒 安 装 在 带 水 平 轴 的 支 架 上, 支 架 又 安 装 在 可 沿 垂 直 轴 旋 转 的 座 架 上. 靠 这 样 的 两 个 转 轴, 镜 筒 可 以 随 时 对 准 天 空 中 的 任 何 方 向 并 进 行 跟 踪 观 测. 这 一 直 是 天 文 观 测 最 基 本 的 要 求. 多 年 来 各 国 天 文 光 学 名 家 都 在 这 种 通 用 的 望 远 镜 装 置 的 框 架 下, 探 求 新 的 光 学 设 计 来 解 决 扩 大 望 远 镜 视 场 的 问 题, 但 都 未 能 获 得 实 质 性 的 突 破. 事 实 上, 像 AAT 和 SDSS 这 样 的 雄 心 勃 勃 的 项 目, 都 是 放 弃 了 施 密 特 型 设 计, 采 取 了 牺 牲 视 场 以 使 镜 身 长 短 适 度. 这 对 于 这 里 所 讨 论 的 科 学 目 标 来 说, 可 说 是 很 严 重 的 牺 牲. LAMOST 的 设 计 采 取 了 另 一 种 思 路. 我 们 从 跨 世 纪 时 期 大 规 模 天 体 光 谱 开 拓 的 目 标 出 发, 在 仪 器 研 究 中 首 先 扣 紧 了 针 对 这 一 目 标 的 专 用 性, 即, 先 把 注 意 力 集 中 在 选 定 的 突 破 点 上, 然 后 再 来 估 价 其 他 可 能 的 应 用. 鉴 于 我 们 的 科 学 目 标 主 要 是 能 够 同 时 观 测 一 个 大 视 场 内 数 以 千 计 的 天 体. 这 种 观 测 的 最 佳 条 件 是 在 视 场 扫 6

过 子 午 线 ( 即 南 北 方 向 ) 时 进 行. 因 此 采 取 把 望 远 镜 固 定 在 南 北 方 向 上 的 装 置 是 适 宜 的. 采 用 子 午 装 置, 可 以 利 用 一 个 反 射 系 统 把 望 远 镜 横 下 来 放, 如 图 中 所 示. 这 样 就 可 以 把 望 远 镜 的 所 有 组 成 部 分 主 镜, 反 射 镜, 焦 面 设 置 和 光 谱 仪 都 固 定 在 地 面 上, 就 允 许 把 焦 距 做 到 很 长. LAMOST 的 通 光 口 径 4 米, 焦 距 设 计 为 米 ( 焦 比 等 于 5), 从 而 做 到 了 视 场 大 达 平 方 度. 这 是 世 界 上 其 他 的 4 米 望 远 镜 望 尘 莫 及 的. LAMOST 的 焦 距 长, 使 焦 面 上 视 场 投 影 的 线 尺 度 达.5 米, 为 SDSS 系 统 焦 面 光 纤 板 的 七 倍 多, 可 以 安 插 8 根 光 纤 ( 实 际 上 按 4~6 根 设 计 ), 其 卧 式 装 置 则 允 许 把 支 撑 光 纤 板 的 座 架 固 定 在 基 座 上, 并 将 连 接 光 纤 的 光 谱 仪 固 定 在 光 谱 仪 室 里 ( 见 后 页 的 图 ), 这 样 就 可 以 按 要 求 设 计 一 批 光 谱 仪 ( 例 如 多 台 ), 其 中 至 少 包 括 一 台 光 谱 分 辨 率 达 百 分 之 几 纳 米 的 大 光 谱 仪. 所 有 的 光 谱 仪 同 时 工 作. 这 些 是 SDSS 不 能 做 到 的. LAMOST 作 为 一 种 反 射 施 密 特 望 远 镜, 球 面 像 差 的 改 正 可 由 放 在 球 心 位 置 上 适 当 形 状 的 非 球 面 反 射 面 来 承 担 ( 见 图 ). 作 为 一 种 子 午 装 置 的 望 远 镜, 这 个 反 射 面 还 要 承 担 对 准 目 标 并 在 它 通 过 子 午 线 前 后 一 个 半 小 时 中 的 跟 踪. 反 射 面 的 这 种 一 身 二 用 乍 看 起 来 似 乎 是 不 可 能 的. 但 苏 定 强 等 同 志 提 出 了 主 动 反 射 面 的 方 法, 即, 在 跟 踪 动 作 中, 反 射 面 一 面 改 变 着 方 向 一 面 由 主 动 光 学 调 控 到 所 需 的 非 球 面 形 状. 这 种 既 实 现 了 跟 踪 又 实 时 改 正 了 球 面 像 差 的 办 法, 是 一 项 很 有 特 色 的 创 新, 可 谓 是 光 学 设 计 中 的 画 龙 点 睛 之 笔. 南 北 固 定 球 面 主 镜 焦 面 主 动 反 射 改 正 镜 光 纤 光 谱 仪 主 镜 与 焦 面 相 距 米 焦 面 与 改 正 镜 相 距 米 图 LAMOST 望 远 镜 结 构 及 光 路 图 LAMOST 的 这 些 特 色, 使 得 它 大 规 模 测 量 天 文 光 谱 的 能 力 超 过 AAT 和 SDSS 约 倍. 安 装 在 我 国 现 有 的 天 文 台 址 上 ( 天 文 气 候 质 量 属 中 等 ), 按 设 计 规 定 的 工 作 能 力 的 /3 至 / 估 算, 预 计 每 3 年 即 可 在 万 平 方 度 的 天 区 中 测 得 7 个 天 体 光 谱. 这 较 之 SDSS 提 高 了 一 个 数 量 级. LAMOST 的 这 种 卧 式 装 置, 使 得 庞 大 而 沉 重 的 球 面 主 镜 最 复 杂 的 焦 面 光 纤 和 光 谱 仪 装 置 都 在 基 座 上 固 定. 这 较 之 通 常 的 望 远 镜, 在 加 工 和 安 装 上 都 容 易 得 多, 牢 靠 得 多, 造 价 也 低 得 多. 球 面 镜 和 平 面 反 射 镜 都 化 整 为 零, 利 于 加 工 和 调 控. 在 整 个 系 统 中, 反 射 面 是 惟 一 的 双 轴 运 转 部 分, 它 比 起 普 通 望 远 镜 来 重 量 小 得 多, 运 动 范 围 也 小 得 多. 这 些 因 素, 使 得 LAMOST 的 造 价 得 以 压 低 到 3 万 美 元 级. 在 LAMOST 系 统 中, 数 以 千 计 的 光 纤 和 余 台 光 谱 仪 涉 及 到 了 多 方 面 的 复 杂 技 术, 但 它 的 设 计 至 少 可 以 采 用 SDSS 现 有 光 纤 系 统 的 重 复. 随 着 技 术 的 发 展, 必 然 还 会 出 现 更 先 进 的 方 法. 用 在 大 规 模 天 文 学 光 谱 测 量 上,LAMOST 具 有 巨 大 的 威 力. 而 它 作 为 一 种 新 型 的 天 文 望 远 镜, 其 功 能 却 不 止 于 此. 例 如, 它 配 有 光 谱 分 辨 率 高 达 百 分 之 几 纳 米 级 的 光 谱 仪, 如 果 用 以 进 行 今 天 4 米 级 望 远 镜 所 担 任 的 光 7

谱 精 测, 则 它 可 以 一 当 十 而 有 余. 同 样 重 要 的 是, 若 把 焦 面 上 的 光 纤 板 换 成 CCD 进 行 新 一 轮 的 天 文 户 口 普 查, 则 LAMOST 的 聚 光 能 力 较 之 现 有 普 查 所 用 的. 米 施 密 特 望 远 镜 大 倍 之 多, 其 效 果 将 十 分 可 观. 作 为 一 种 子 午 装 置,LAMOST 只 能 在 天 体 通 过 子 午 线 前 后 对 它 们 进 行 观 测. 如 果 每 次 观 测 的 只 是 单 个 或 少 数 天 体, 那 么 这 种 方 式 远 不 如 普 通 望 远 镜 灵 活. 只 有 当 待 测 天 体 的 数 量 非 常 大 时, 子 午 观 测 才 成 为 最 佳 的 方 式. 这 好 比 当 学 生 很 少 时, 老 师 家 教 可 以 灵 活 安 排, 但 当 学 生 非 常 多 时, 办 个 学 校 让 他 们 分 批 按 时 到 校 上 课 则 是 最 佳 方 式. 我 们 估 计, 跨 世 纪 天 文 学 将 进 入 多 波 段 大 样 本 高 信 息 量 时 期, 待 测 天 体 数 量 迅 速 增 大 的 趋 势 是 必 定 无 疑 的. LAMOST 的 功 能 中 有 两 项 属 有 所 不 赶 的 部 分. 作 为 一 种 光 学 天 文 设 备, 它 一 不 能 与 亿 美 元 级 的 哈 勃 空 间 望 远 镜 的 高 空 间 分 辨 率 性 能 相 比, 二 不 能 与 每 台 一 亿 美 元 级 的 台 8 米 级 望 远 镜 的 精 测 能 力 相 比, 但 这 是 避 短, 因 为 如 果 反 过 来 看,LAMOST 之 所 长, 也 不 是 哈 勃 空 间 望 远 镜 和 8 米 级 望 远 镜 所 能 做 到 的. 当 时 舟 山 夜 航 的 两 位 年 轻 同 行 首 先 发 动 起 来 的 方 案 探 讨, 到 LAMOST 方 案 付 诸 实 施 已 告 一 段 落. 我 自 5 年 前 决 心 下 天 文 学 之 海, 到 迟 暮 还 能 经 历 这 一 段 旅 程, 实 是 学 海 生 涯 中 的 一 幸. 虽 然 其 间 转 口 换 航 多 属 常 规, 没 有 什 么 乘 风 破 浪 之 举, 但 回 味 起 临 近 目 的 地 的 两 年 里 有 幸 置 身 的 小 舟 中 的 海 上 甘 辛, 我 非 常 感 谢 机 遇 赐 我 以 同 舟 人 苏 定 强 王 亚 男 褚 耀 泉 崔 向 群. 协 力 把 舵 历 经 风 雨 同 舟 共 济 的 同 志 感 似 乎 有 回 召 学 术 青 春 之 力. 这 时 期 引 导 这 小 舟 进 港 和 送 上 顺 风 顺 潮 的 同 志 不 下 3 人, 包 括 邹 振 隆 陈 建 生 周 又 元 万 籁 卞 毓 麟 周 必 方 蒋 世 仰 苏 洪 钧 等 同 志, 他 们 的 帮 助, 从 资 料 战 略 把 关, 直 到 具 体 问 题 的 计 算 和 设 计 方 面 的 作 用, 都 深 深 融 在 LAMOST 方 案 之 中, 成 为 其 不 可 分 解 的 成 分. 8

第 7 卷 第 3 期 邯 郸 学 院 学 报 7 年 9 月 Vol.7 No.3 Jourl of Hd College Sept. 7 数 学 一 类 积 分 因 子 存 在 的 充 要 条 件 及 应 用 刘 晓 玲, 张 艳 霞, 王 淑 云 ( 邯 郸 学 院 数 学 系, 河 北 邯 郸 565) 摘 要 : 通 过 讨 论 ( x, y) ( p( x) q( y)) 型 积 分 因 子 存 在 的 充 要 条 件, 给 出 求 某 些 积 分 因 子 的 计 算 公 式 及 应 用. 关 键 词 : 恰 当 方 程 ; 积 分 因 子 ; 充 要 条 件 ; 通 解 中 图 分 类 号 :O75 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :673-3(7)3-9- 收 稿 日 期 :6-- 作 者 简 介 : 刘 晓 玲 (956 ), 女, 河 北 唐 山 人, 邯 郸 学 院 数 学 系 教 授. 设 M ( xy, ), Nxy (, ) 在 单 连 通 区 域 D 上 有 连 续 的 一 阶 偏 导 数, 对 于 形 如 M ( x, y) dx N( x, y) dy () M N [ ] 的 一 阶 微 分 方 程, 我 们 知 道 该 方 程 为 恰 当 方 程 ( 全 微 分 方 程 ) 的 充 要 条 件 是. y x M N 恰 当 方 程 可 通 过 凑 微 分 很 容 易 求 出 它 的 通 解. 若,() 为 非 恰 当 方 程, 积 分 因 子 就 是 为 求 解 这 y x 类 方 程 而 引 进 的 概 念. []39-5 定 义 若 存 在 连 续 可 微 的 函 数 ( xy, ), 使 得 M ( x, y) dx N( x, y) dy 为 恰 当 方 程, 则 称 ( x, y) 为 () 的 积 分 因 子. 下 面 给 出 一 类 积 分 因 子 存 在 的 三 个 充 要 条 件 : 定 理 方 程 () 有 形 式 为 ( x, y) ( p( x) q( y)) 的 积 分 因 子 的 充 要 条 件 是 M N ( ) /[ Np( x) Mq( y)] ( p( x) q( y)) () y x 并 且 积 分 因 子 为 ( u) du ( x, y) e, 其 中 u p( x) q( y). 或 证 明 必 要 性 : 若 方 程 () 有 积 分 因 子 ( x, y) ( p( x) q( y)), 设 u p( x) q( y), M N M N 则, 也 即 M( u) q( y) N( u) p( x) y x y x M N ( u) ( u) ( ) /[ Np( x) Mq( y)], 取 ( u), u p( x) q( y) y x ( u) ( u) 满 足 (), 且 积 分 因 子 为 ( u) du ( x, y) ( u) e, u p( x) q( y). 充 分 性 : 取 二 元 函 数 ( u) du ( x, y) e 乘 方 程 () 的 两 边, 其 中 u p( x) q( y), ( u) 由 () 给 出. 9

M M 因 为 M ( u) q N N ( y), N( u) p( x), 由 () y y x x M N M N M N [ ( u)( Mq( y) Np( x))], 即. y x y x y x 所 以 方 程 () 为 恰 当 方 程, ( u) du ( x, y) e, u p( x) q( y) 为 () 的 积 分 因 子. 即 () 有 形 如 ( x, y) ( p( x) q( y)) 的 积 分 因 子. m 推 论 方 程 () 有 形 式 为 ( x, y) ( x y ) m, N 的 积 分 因 子 的 充 要 条 件 是 M ( y N ) /[ mnx x My ] ( x y m m ), 且 积 分 因 子 为 ( x, y) e ( u) du m, 其 中 u x y ( 证 明 同 定 理, 略 ). 当 y, m 时, ( x, y) 就 是 仅 含 x 的 积 分 因 子, 当 x, 时, ( x, y) 就 是 仅 含 y 的 积 分 因 子. 推 论 方 程 () 有 形 式 为 f ( x) dx ( x, y) e g ( y) dy 的 积 分 因 子 的 充 要 条 件 是 M N ( ) /[ Nf ( x) Mg( y)] (3) y x 其 中 f ( x), g( y) 分 别 为 x 和 y 的 连 续 函 数. 证 明 必 要 性 由 定 理 可 证 ( 略 ). 充 分 性 : 在 (3) 中 令 f ( x) p( x), g( y) q( y), 即 p ( x) f ( x) dx, q ( y) g( y) dy, 又 设 u p( x) q( y), 由 定 理 知 ( u ), 则 () 成 立, 从 而 方 程 () 有 积 分 因 子 ( u) du du ( x, y) e e u e p( x) q( y) f ( x) dxg ( y) dy e e. 例 解 方 程 [ y x( x y )] dx xdy. 解 M N 在 推 论 中 取 m, 因 为 ( xy), y x M N Nx My ( x y )( xy), ( ) /(Nx My) y x x y ( u). ( ) du 所 以 由 推 论, 方 程 有 积 分 因 子 ( x, y) e u du u e, u x y x y 以 ydx xdy 乘 方 程 两 边, 有 xdx, x y 从 而 方 程 的 通 解 为 rct x y x C (C 为 任 意 常 数 ). ( 下 转 第 3 页 )