中國天體物理學之濫觴：近代篇_風聞

本文英文版The Development of Astronomy and Emergence of Astrophysics in China, 見：The Emergence of Astrophysics in Asia, ed. by T. Nakamura & W. Orchiston, pp.213~244, Springer. 中文版有較大刪節和改動。

中國傳統天文學起源甚早。最近幾年的陶寺遺址考古發掘證實中國早在公元前2000年前就有了比較專業的天文觀測台和觀測儀器圭表。此後經過歷朝歷代，直至明末西方天文學傳入，中國傳統天文學都在相對獨立地發展着，與古希臘數理天文學形成了天文學的傳統——代數傳統與幾何傳統。

明末清初時期的中西天文學交流是16~17世紀歐洲天文學革命在中國的迴響，但是這種交流最終因為雍正、乾隆年間愈演愈烈的中西禮儀之爭，導致耶穌會傳教士被驅逐而中絕。西方“新”天文學在古老中國逐漸萎縮成了欽天監內對《御製曆象考成後編》的抱殘守缺。

圖1. 陶寺古觀象台遺址（崔辰州 攝）

19世紀，天體物理學的誕生，天文學進入了全新的領域。19世紀中後葉，一些天體物理學知識也開始在中國傳播，傳播主要中介還是傳教士。1853年，英國傳教士艾約瑟（Joseph Edkins,1823~1905）與中國學者張福僖合譯《光論》。其中提到太陽光譜中的暗線與明線，“太陽光中有無數定界黑線，惟電氣、油火、燒酒諸光但有明線，而無黑線，故知光之為物實而非虛也。”艾約瑟翻譯的其他天文著作也包含了一些天體物理學知識，如《天文啓蒙》有用分光術研究星雲性質的內容，《格致總學啓蒙》裏有太陽活動與農業豐歉關係、對無線電通訊影響的敍述，《西學略述》中有關於太陽和恆星的吸收光譜和化學組成的介紹。

另外，在一些出國訪問與參觀的中國官員和學者的記述中，也有零星的提到一些天體物理學知識和別國進行天體物理研究的觀感，如《郭嵩燾日記》就記錄了郭嵩燾在英國觀察光譜實驗，用光譜學方法測定礦物成分，研究太陽和其他星體的化學組成以及發現化學元素的方法。這些最早傳入的天體物理學知識本身不成體系，又被零散地記錄在不同種類的著作中，因此其傳播範圍有限，產生的影響也比較小。

圖2. 艾約瑟（Joseph Edkins,1823~1905）

**/****/**民國時期的天體物理學發展

二十世紀初，一些受過歐美高等教育的留學生把天體物理學系統地帶到了中國，並且試圖使其在中國落地生根。其中，推動天體物理學成建制發展的人是高魯（1877~1947年）、餘青松（1897～1978）和張雲（1896~1958）等人，前兩位建立了天體物理學為核心的中央研究院天文研究所，後者建立了以變星、星雲研究為主的中山大學數學天文系。

高魯在歐洲留學時專業學習並不是天文學，但是他對天文學有濃厚的興趣，曾考察過巴黎天文台，對天文學發展的主要趨勢有清醒的認識。他説：“有關於學術者，非為天體物理、力學、光學高深之研究，不足以立新學發明之基”。

回國後，他按照近現代天文台的標準，把原清欽天監改造成了中央觀象台。他還謀劃把中央觀象台未來發展重點放在天體物理學上，“本台以研究物理天文為基礎，故儲置之儀器，不可不精，觀測之人員，不可不備。”（高魯. 中央觀象台只過去與將來. 北京市：京華印書局代印, 1921. 第13~14頁.）他籌劃在京西碧雲寺山上建立圓頂赤道儀室及子午儀室，組建“物理觀測股”，進行太陽物理的觀測研究。北京建立天體物理天文台的計劃沒能實現，1928年國立中央研究院天文研究所在南京成立，高魯任所長，建立天體物理天文台又為天文研究所的首要任務和建台目標。可以説，由於高魯的謀劃和推動，中國天體物理學的發展才進入實質性階段。

圖3. 高魯（1877~1947年）

1928年高魯出國，餘青松成為第二任所長。餘青松先後匹茲堡大學和加利福尼亞大學攻讀天文學，並獲得博士學位。回國前，他已經是享譽世界的天體物理學家，在恆星光譜觀測與研究方面已經取得多項成就。1926年，國際天文學聯合會還把把由余青松創立的“恆星光譜分類法”命名為“餘青松法”。

圖4. 餘青松（1897～1978）

餘青松接任天文研究所所長，在高魯計劃的基礎上，重新設計了紫金山天文台並主持了建設工作。

紫金山天文台的台體佈局是餘青松根據現代天文學和天體物理學研究的需要親自規劃設計的，台內設置的所有儀器也都是由他本人親自選購。他全面考慮了現代天文研究的四個重要方面，即恆星物理、太陽物理、變星研究和方位天文，為此分別設置了四個觀測室：大赤道儀室、小赤道儀室、變星儀室和子午儀室，併為每個室配置了觀測所需的當時國際最先進的儀器。（丁蔚.天體物理學家餘青松及其成就. 見：王渝生主編. 第七屆國際中國科學史會議文集. 鄭州：大象出版社, 1996.01. 第316頁.）

1934年9月紫金山天文台落成，1935年從北京搬來的古代天文儀器，簡儀、渾儀等也一併安放在天文台上，紫金山天文台發展成了集古代、現代天文儀器於一身，“其建築以及設備不獨為我國最完備之文台，更可稱為東亞的最新式者”。（餘青松. 國內中央研究院天文研究所·紫金山天文台. 宇宙. 第6卷第1號. 第1頁.）1937年淞滬抗戰爆發，天文所攜帶部分輕便儀器（大、小赤道儀的鏡頭、太陽分光儀、變星儀等）進行疏散，1938年到達雲南昆明，1939年在昆明建成鳳凰山天文台。根據帶來的儀器，鳳凰山天文台建有太陽分光儀觀測室，變星儀室和圖書室等。抗戰結束後的第二年，天文研究所遷回南京。鳳凰山天文台50年代是中國科學院紫金山天文台一個天文觀測站，70年代擴建成中國科學院雲南天文台，現在是中國天體物理學觀測和研究的重要基地之一。

這段時期中國戰事頻仍，天文研究所因戰事經歷過兩次大的搬遷，紫金山天文台和台上觀測儀器損毀比較嚴重；再加上政府對天文研究投資不夠，從事天文學研究的人員數量有限，天文人才的培養也嚴重滯後，因此在這段時期從事天體物理學研究非常困難。

但是天文研究所在天體物理方面還是開展了一些觀測和研究：進行了三次日食觀測，開展了兩項國際聯測項目。太陽分光觀測是天文研究所開展最早、觀測最系統、次數最多項目，也是中國天體物理學領域的一項開創性工作。造父變星的照相觀測，拍攝的底片和結果彙總到美國哈佛天文台。鳳凰山天文台時期開始了太陽黑子的目視觀測，用海爾太陽鏡觀測過太陽色球現象，同時也進行過一些月球、行星、彗星、流星和新星等觀測。

圖5. 民國新建的紫金山天文台

圖6. 張雲（1896~1958）

張雲在法國里昂大學獲得天文學博士學位，主要從事物理變星、食變星的測光研究、造父變星的統計和脈動理論等研究工作。1926年，張雲在中山大學建立了數學天文系，1929年建立了天文台從事教學和研究工作，赤道儀室配備有15釐米赤道儀，附有11釐米天圖攝影儀，還有法制20釐米反射望遠鏡和15釐米折射望遠鏡各一架，供觀測星體及太陽斑點之用。

張雲個人的研究興趣在變星方面，同時他還認為“星象研究，無有能比變星容易者；儀器設備，無有比變星觀測簡單”，對於無力發展天體物理學的中國來説，變星觀測可作為“天學無繼的中國做迎頭趕上去的突破口”。（劉心霈,呂凌峯.中山大學天文台的創建、發展[J].中國科技史雜誌,2015,(第1期).）

中山大學天文系曾對一組短週期變星作了系統觀測，發表了測光研究論文。其他的變星觀測則以目視為主。更為重要的是，中山大學數學天文系作為國內第一所近代天文系，為中國培養了不少傑出的天文學家。

這一時期還有不隸屬於中國的徐家彙、佘山天文台和後來由中國接管的青島觀象台。徐家彙天文台從1872年建立到1950年為止一直由法國天主教耶穌會掌管，是法國科學院從事區域性觀測與研究的分支機構。徐家彙天文台主要工作是授時、氣象。1900年建立的佘山觀象台是徐家彙天文台的天文分部，主要負責天文、地磁和大氣物理方面的觀測和研究。

佘山觀象台裝備的主要天文儀器有：40釐米赤道式折射雙筒望遠鏡，10釐米小赤道儀，還有彗星照相儀、太陽偏振鏡、動絲測微器、目視分光鏡和黑子照相儀等附屬設備。佘山觀象台開展的天體物理的觀測與研究工作，在太陽方面有從1904年起利用40釐米折射望遠鏡做太陽研究，主要是黑子米粒組織的觀測（朱楞. 徐家彙天文台史料.《中國天文學史文集》編輯組編.中國天文學史文集.第4集.科學出版社，1986. 第200~201頁.）。在恆星、雙星、新星和彗星等方面，攝有天體照片3000張。對1122對赫歇爾雙星進行了重測，1910年哈雷彗星迴歸時進行了照相觀測，1918年天鷹座新星的分光觀測，對銀河星團NGC1750、NGC1817、NGC2682、NGC2437、等進行了照相研究等。這些觀測資料在50年代得到了很好地利用，開創了中國星團研究的先河。

圖7. 佘山40釐米赤道式折射雙筒望遠鏡

圖片來自於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.

青島觀象台建立於1898，最先由德國海軍建立，1914年~1924年被日本佔領，1924~1938年被中國收回，抗日戰爭時期又被日本佔領，抗戰勝利後歸屬於中國。

青島觀象台一些重要的觀測儀器都是中國第一次接收後增添，主要儀器是32釐米標準天圖式赤道儀，這是當時中國主權內最大口徑的折射望遠鏡，16釐米蓋氏赤道儀和其他的用於測時和報時方面的儀器。青島觀象台曾經利用大赤道儀做過恆星指數、雙星、變星等觀測工作。李珩等人對造父變星御夫座RT星做過觀測，求出了平均光變曲線。1948年5月9日的日環食，青島觀象台進行了日影描繪，拍攝了日食影片，還用光譜儀拍攝了太陽光譜（朱楞. 昆明天文工作站、青島觀象台史料. 紫金山天文台台刊.第4集第4期. 第71頁.）。

除了這些天文機構裏的研究和觀測，還有一些物理學家也從事過天體物理方面的研究。1935年周培源在《物理學報》第1卷第3期上發表論文《膨脹宇宙新論》，這是我國第一篇現代宇宙學的論文。西南聯合大學吳大猷指導研究生黃昆研究過日冕光譜線，發表論文《日冕光譜線的激起》。

民國時期中國天體物理學的發展有了一個良好的開端：“餘青松最早將國外先進的天體物理的觀測設備和研究手段引進了紫金山天文台，掀開了我國天體物理研究的扉頁。”（丁蔚.天體物理學家餘青松及其成就. 見：王渝生主編. 第七屆國際中國科學史會議文集. 鄭州：大象出版社, 1996.01. 第317頁.）

這一時期從事天體物理學研究的人不是很多，他們在政府儘可能的資金投入下，發揮自己的專長，以相對獨立自主的精神從事天體物理學研究。但是由於抗日戰爭和國內戰爭，中國天體物理學失去了發展的機會，沒能在這座裝備精良的天文台進行過長時間的觀測，並且由於兩次歷經兩次搬遷和戰爭，觀測儀器遭到了很大的損毀。在此艱難的時局下，中國開始了一些零散的天體物理研究，離形成學科系統還有很大的距離。

作者簡介

寧曉玉：中國科學院大學人文學院教授，主要從事中國近現代天文學史、中西天文學交流與比較等研究。代表作有《經緯乾坤——葉叔華傳》、《20世紀中國天文學》、《中國古代天文學的獨特體系》、《The Development of Astronomy and Emergence of Astrophysics in China》，發表論文數十篇。