中国天体物理学之滥觞:近代篇第二篇「天文学史」

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中国传统天文学起源甚早。最近几年的陶寺遗址考古发掘证实中国早在公元前2000年前就有了比较专业的天文观测台和观测仪器圭表。此后经过历朝历代，直至明末西方天文学传入，中国传统天文学都在相对独立地发展着，与古希腊数理天文学形成了天文学的传统——代数传统与几何传统。

明末清初时期的中西天文学交流是16~17世纪欧洲天文学革命在中国的回响，但是这种交流最终因为雍正、乾隆年间愈演愈烈的中西礼仪之争，导致耶稣会传教士被驱逐而中绝。西方“新”天文学在古老中国逐渐萎缩成了钦天监内对《御制历象考成后编》的抱残守缺。

图1. 陶寺古观象台遗址（崔辰州/摄）

19世纪，天体物理学的诞生，天文学进入了全新的领域。19世纪中后叶，一些天体物理学知识也开始在中国传播，传播主要中介还是传教士。1853年，英国传教士艾约瑟（Joseph Edkins,1823~1905）与中国学者张福僖合译《光论》。其中提到太阳光谱中的暗线与明线，“太阳光中有无数定界黑线，惟电气、油火、烧酒诸光但有明线，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著作也包含了一些天体物理学知识，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、对无线电通讯影响的叙述，《西学略述》中有关于太阳和恒星的吸收光谱和化学组成的介绍。

另外，在一些出国访问与参观的中国官员和学者的记述中，也有零星的提到一些天体物理学知识和别国进行天体物理研究的观感，如《郭嵩焘日记》就记录了郭嵩焘在英国观察光谱实验，用光谱学方法测定矿物成分，研究太阳和其他星体的化学组成以及发现化学元素的方法。这些最早传入的天体物理学知识本身不成体系，又被零散地记录在不同种类的著作中，因此其传播范围有限，产生的影响也比较小。

图2. 艾约瑟（Joseph Edkins,1823-1905）

民国时期的天体物理学发展

二十世纪初，一些受过欧美高等教育的留学生把天体物理学系统地带到了中国，并且试图使其在中国落地生根。其中，推动天体物理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，前两位建立了天体物理学为核心的中央研究院天文研究所，后者建立了以变星、星云研究为主的中山大学数学天文系。

高鲁在欧洲留学时专业学习并不是天文学，但是他对天文学有浓厚的兴趣，曾考察过巴黎天文台，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，非为天体物理、力学、光学高深之研究，不足以立新学发明之基”。

回国后，他按照近现代天文台的标准，把原清钦天监改造成了中央观象台。他还谋划把中央观象台未来发展重点放在天体物理学上，“本台以研究物理天文为基础，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. 北京市：京华印书局代印, 1921. 第13~14页.）他筹划在京西碧云寺山上建立圆顶赤道仪室及子午仪室，组建“物理观测股”，进行太阳物理的观测研究。北京建立天体物理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南京成立，高鲁任所长，建立天体物理天文台又为天文研究所的首要任务和建台目标。可以说，由于高鲁的谋划和推动，中国天体物理学的发展才进入实质性阶段。

图3. 高鲁（1877-1947年）

1928年高鲁出国，余青松成为第二任所长。余青松先后匹兹堡大学和加利福尼亚大学攻读天文学，并获得博士学位。回国前，他已经是享誉世界的天体物理学家，在恒星光谱观测与研究方面已经取得多项成就。1926年，国际天文学联合会还把把由余青松创立的“恒星光谱分类法”命名为“余青松法”。

图4. 余青松（1897～1978）

余青松接任天文研究所所长，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根据现代天文学和天体物理学研究的需要亲自规划设计的，台内设置的所有仪器也都是由他本人亲自选购。他全面考虑了现代天文研究的四个重要方面，即恒星物理、太阳物理、变星研究和方位天文，为此分别设置了四个观测室：大赤道仪室、小赤道仪室、变星仪室和子午仪室，并为每个室配置了观测所需的当时国际最先进的仪器。（丁蔚.天体物理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会议文集. 郑州：大象出版社, 1996.01. 第316页.）

1934年9月紫金山天文台落成，1935年从北京搬来的古代天文仪器，简仪、浑仪等也一并安放在天文台上，紫金山天文台发展成了集古代、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. 国内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年淞沪抗战爆发，天文所携带部分轻便仪器（大、小赤道仪的镜头、太阳分光仪、变星仪等）进行疏散，1938年到达云南昆明，1939年在昆明建成凤凰山天文台。根据带来的仪器，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。抗战结束后的第二年，天文研究所迁回南京。凤凰山天文台50年代是中国科学院紫金山天文台一个天文观测站，70年代扩建成中国科学院云南天文台，现在是中国天体物理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毁比较严重；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量有限，天文人才的培养也严重滞后，因此在这段时期从事天体物理学研究非常困难。

但是天文研究所在天体物理方面还是开展了一些观测和研究：进行了三次日食观测，开展了两项国际联测项目。太阳分光观测是天文研究所开展最早、观测最系统、次数最多项目，也是中国天体物理学领域的一项开创性工作。造父变星的照相观测，拍摄的底片和结果汇总到美国哈佛天文台。凤凰山天文台时期开始了太阳黑子的目视观测，用海尔太阳镜观测过太阳色球现象，同时也进行过一些月球、行星、彗星、流星和新星等观测。

图5. 民国新建的紫金山天文台

图6. 张云（1896-1958）

张云在法国里昂大学获得天文学博士学位，主要从事物理变星、食变星的测光研究、造父变星的统计和脉动理论等研究工作。1926年，张云在中山大学建立了数学天文系，1929年建立了天文台从事教学和研究工作，赤道仪室配备有15厘米赤道仪，附有11厘米天图摄影仪，还有法制20厘米反射望远镜和15厘米折射望远镜各一架，供观测星体及太阳斑点之用。

张云个人的研究兴趣在变星方面，同时他还认为“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”，对于无力发展天体物理学的中国来说，变星观测可作为“天学无继的中国做迎头赶上去的突破口”。（刘心霈,吕凌峰.中山大学天文台的创建、发展[J].中国科技史杂志,2015,(第1期).）

中山大学天文系曾对一组短周期变星作了系统观测，发表了测光研究论文。其他的变星观测则以目视为主。更为重要的是，中山大学数学天文系作为国内第一所近代天文系，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徐家汇、佘山天文台和后来由中国接管的青岛观象台。徐家汇天文台从1872年建立到1950年为止一直由法国天主教耶稣会掌管，是法国科学院从事区域性观测与研究的分支机构。徐家汇天文台主要工作是授时、气象。1900年建立的佘山观象台是徐家汇天文台的天文分部，主要负责天文、地磁和大气物理方面的观测和研究。

佘山观象台装备的主要天文仪器有：40厘米赤道式折射双筒望远镜，10厘米小赤道仪，还有彗星照相仪、太阳偏振镜、动丝测微器、目视分光镜和黑子照相仪等附属设备。佘山观象台开展的天体物理的观测与研究工作，在太阳方面有从1904年起利用40厘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. 徐家汇天文台史料.《中国天文学史文集》编辑组编.中国天文学史文集.第4集.科学出版社，1986. 第200~201页.）。在恒星、双星、新星和彗星等方面，摄有天体照片3000张。对1122对赫歇尔双星进行了重测，1910年哈雷彗星回归时进行了照相观测，1918年天鹰座新星的分光观测，对银河星团NGC1750、NGC1817、NGC2682、NGC2437、等进行了照相研究等。这些观测资料在50年代得到了很好地利用，开创了中国星团研究的先河。

图7. 佘山40厘米赤道式折射双筒望远镜图片来自于The Development of Astronomy and Emergence of Astrophysics in China, in The Emergence of Astrophysics in Asia, ed. by T. Nakamura & W. Orchiston, pp.213~244, Springer.

青岛观象台建立于1898，最先由德国海军建立，1914年~1924年被日本占领，1924~1938年被中国收回，抗日战争时期又被日本占领，抗战胜利后归属于中国。

青岛观象台一些重要的观测仪器都是中国第一次接收后增添，主要仪器是32厘米标准天图式赤道仪，这是当时中国主权内最大口径的折射望远镜，16厘米盖氏赤道仪和其他的用于测时和报时方面的仪器。青岛观象台曾经利用大赤道仪做过恒星指数、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，青岛观象台进行了日影描绘，拍摄了日食影片，还用光谱仪拍摄了太阳光谱（朱楞. 昆明天文工作站、青岛观象台史料. 紫金山天文台台刊.第4集第4期. 第71页.）。

除了这些天文机构里的研究和观测，还有一些物理学家也从事过天体物理方面的研究。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。西南联合大学吴大猷指导研究生黄昆研究过日冕光谱线，发表论文《日冕光谱线的激起》。

民国时期中国天体物理学的发展有了一个良好的开端：“余青松最早将国外先进的天体物理的观测设备和研究手段引进了紫金山天文台，掀开了我国天体物理研究的扉页。”（丁蔚.天体物理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会议文集. 郑州：大象出版社, 1996.01. 第317页.）

这一时期从事天体物理学研究的人不是很多，他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物理学研究。但是由于抗日战争和国内战争，中国天体物理学失去了发展的机会，没能在这座装备精良的天文台进行过长时间的观测，并且由于两次历经两次搬迁和战争，观测仪器遭到了很大的损毁。在此艰难的时局下，中国开始了一些零散的天体物理研究，离形成学科系统还有很大的距离。

作者简介：宁晓玉，中国科学院大学人文学院教授，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》、《中国古代天文学的独特体系》、《The Development of Astronomy and Emergence of Astrophysics in China》，发表论文数十篇。