時(shí)間：2022-04-21 15:02:46
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇天文學(xué)論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
聞名于世的“諾貝爾獎(jiǎng)”，每年一次授予在物理學(xué)、化學(xué)、生理學(xué)或醫(yī)學(xué)，以及一些人文領(lǐng)域做出卓越貢獻(xiàn)的人，至今已有100多年的歷史。然而，諾貝爾并沒有設(shè)立專門的天文學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)，這導(dǎo)致了20世紀(jì)前70年天文學(xué)的成就與諾貝爾獎(jiǎng)無緣。由于天體物理學(xué)的發(fā)展，特別是天文觀測所發(fā)現(xiàn)的許多物理特性和物理過程是地面上的物理學(xué)實(shí)驗(yàn)所無法實(shí)現(xiàn)的，宇宙及各種天體已成為物理學(xué)的超級實(shí)驗(yàn)室。天體物理學(xué)的一些突出成果有力地推進(jìn)了物理學(xué)的發(fā)展，這樣，天文學(xué)成就獲得“諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)”就成為很自然的事了。
諾貝爾獎(jiǎng)與天文學(xué)的尷尬
諾貝爾獎(jiǎng)是以瑞典著名化學(xué)家阿爾弗雷德·貝恩哈德·諾貝爾（Alfred Bemhard Nobel，1833年10月21日～1896年12月10日）的部分遺產(chǎn)作為基金創(chuàng)立的。諾貝爾獎(jiǎng)包括金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)?、證書和獎(jiǎng)金支票。諾貝爾在他的遺囑中提出，將部分遺產(chǎn)（920萬美元）作為基金，以其利息分設(shè)物理、化學(xué)、生理或醫(yī)學(xué)、文學(xué)及和平5種獎(jiǎng)金，授予世界各國在這些領(lǐng)域內(nèi)對人類做出重大貢獻(xiàn)的學(xué)者。1968年，瑞典中央銀行于建行300周年之際，提供資金增設(shè)諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)，并于1969年開始與其它5種獎(jiǎng)同時(shí)頒發(fā)。諾貝爾獎(jiǎng)還有一個(gè)規(guī)定，即只有先前的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者、諾貝爾獎(jiǎng)評委會(huì)委員、特別指定的大學(xué)教授、諾貝爾獎(jiǎng)評委會(huì)特邀教授才有資格推薦獲獎(jiǎng)的候選人。
由于沒有設(shè)立諾貝爾天文學(xué)獎(jiǎng)，在很多年里，天文學(xué)家既沒有推薦權(quán)，也不會(huì)被人推薦。在這個(gè)世界公認(rèn)的科學(xué)界最高獎(jiǎng)面前，天文學(xué)和天文學(xué)家的處境不免有些尷尬。
天文學(xué)與物理學(xué)相互促進(jìn)
天文學(xué)是研究地球之外天體和宇宙整體的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)和演化的科學(xué)，物理學(xué)是研究物質(zhì)世界基本規(guī)律的科學(xué)。研究各種物質(zhì)形態(tài)都會(huì)形成相應(yīng)的物理學(xué)分支，其中包括研究天體形態(tài)和特性的天體物理學(xué)。很顯然，天文學(xué)與物理學(xué)的關(guān)系十分密切，相互關(guān)聯(lián)，密不可分。天文學(xué)成就可以歸入諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的范圍是在情理之中的，但是要使這個(gè)道理得到公認(rèn)很不容易，花費(fèi)了好幾十年的時(shí)間。
20世紀(jì)初，物理學(xué)家根據(jù)物理學(xué)規(guī)律提出了許多天文學(xué)預(yù)言：如廣義相對論預(yù)言星光在太陽引力場中的彎曲、水星近日點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和引力場中的光譜紅移現(xiàn)象；預(yù)言中子星、微波背景輻射、星際分子和黑洞的存在等。這些預(yù)言在證實(shí)的過程中曾走過艱難的歷程甚至彎路，這些偉大的預(yù)言推動(dòng)著天文學(xué)家和物理學(xué)家們?yōu)橹畩^斗，并且發(fā)展了一個(gè)個(gè)新的分支學(xué)科。
天文觀測為物理學(xué)基本理論提供了認(rèn)識地球上實(shí)驗(yàn)室無法得到的物理現(xiàn)象和物理過程的條件。開普勒發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)三定律以后，牛頓為解釋這些經(jīng)驗(yàn)規(guī)律才導(dǎo)出萬有引力定律，而在地球上的物理實(shí)驗(yàn)室中是總結(jié)不出萬有引力定律的。此后，從對太陽及恒星內(nèi)部結(jié)構(gòu)和能量來源的研究中獲得了熱核聚變反應(yīng)的概念；對星云譜線的分析提供了原子禁線理論的線索；從恒星演化理論發(fā)展出了元素形成理論。天文學(xué)觀測的新發(fā)現(xiàn)也給物理學(xué)以巨大的刺激和桃戰(zhàn)：中子星的發(fā)現(xiàn)推動(dòng)了致密態(tài)物理學(xué)的發(fā)展，而類星體、星系核、Y射線暴等現(xiàn)象的能量來源迄今還很難從現(xiàn)有的物理學(xué)規(guī)律中找到答案。
隨著物理學(xué)的發(fā)展，物理學(xué)家必然要把宇宙及各種天體作為物理學(xué)的實(shí)驗(yàn)室。物理學(xué)家涉足天文學(xué)領(lǐng)域的研究成為一種必然。而天文學(xué)家也會(huì)密切地注視著物理學(xué)的發(fā)展，以期用物理學(xué)原理來解釋宇宙的過去、現(xiàn)在和將來。
一批歷史性天文學(xué)成就無緣諾貝爾獎(jiǎng)
在1901年開始頒發(fā)諾貝爾獎(jiǎng)以后，天文學(xué)上有很多重大的發(fā)現(xiàn)，其科學(xué)價(jià)值可與獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的一些項(xiàng)目媲美。1912年，美國女天文學(xué)家勒維特（Henrietta Swan Leavitt）發(fā)現(xiàn)造父變星的周光關(guān)系，從而得出一種估計(jì)天體距離的方法，這直接導(dǎo)致了河外星系的發(fā)現(xiàn)；1911年～1913年，丹麥天文學(xué)家赫茨普龍（Ejnar Hertzsprung）和美國天文學(xué)家羅素（Henry Norris Russell）各自獨(dú)立地得到了恒星光度和光譜型的關(guān)系圖，即赫羅圖，赫羅圖在恒星起源和演化的研究中起到了舉足輕重的作用；1918年，美國天文學(xué)家沙普利（Harlow Shapley）發(fā)現(xiàn)銀河系中心在人馬座方向，糾正了太陽是銀河系中心的錯(cuò)誤看法；1924年，美國天文學(xué)家哈勃（Edwin P.Hubble）確認(rèn)“仙女座大星云”是銀河系之外的恒星系統(tǒng)，繼而在1929年發(fā)現(xiàn)了著名的哈勃定律，證明宇宙在膨脹；1926年，英國天文學(xué)家愛丁頓（ArthurStanley Eddington）出版專著《恒星內(nèi)部結(jié)構(gòu)》，這本書成為恒星結(jié)構(gòu)理論的經(jīng)典著作。然而，這些成果無一例外地被諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)拒之門外。
就像1927年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主威爾遜發(fā)明的云霧室成為研究微觀粒子的重要儀器一樣，望遠(yuǎn)鏡的發(fā)展使我們能夠觀測到更遙遠(yuǎn)、更暗弱的天體及天體現(xiàn)象。但是沒有一項(xiàng)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的成就獲獎(jiǎng)。其中如美國天文學(xué)家海爾（Alan Hale）研制的口徑1.53米、2.54米和5.08米三架大型反射望遠(yuǎn)鏡，1930年施密特研制的折反射望遠(yuǎn)鏡，以及20世紀(jì)90年代研制完成的10米口徑凱克Ⅰ號和Ⅱ號望遠(yuǎn)鏡等，它們都代表了天文學(xué)觀測手段的歷史性成就。獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的與天文相關(guān)的課題
隨著物理學(xué)的發(fā)展，物理學(xué)家必然要把宇宙及各種天體作為物理學(xué)的實(shí)驗(yàn)室。在宇宙中所發(fā)生的物理過程比地球上所能發(fā)生的多得多，條件往往更為典型或極端。在地球上做不到的物理實(shí)驗(yàn)，在宇宙中可以觀測到。物理學(xué)家涉足天文學(xué)領(lǐng)域的研究成為必然。
赫斯發(fā)現(xiàn)宇宙線191 1年～1912年，奧地利物理學(xué)家赫斯（Victor Francis Hess）用氣球把“電離室”送到距離地面5000多米的高空進(jìn)行大氣導(dǎo)電和電離的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了來自地球之外的宇宙線。1936年，赫斯因此獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。實(shí)際上，宇宙線的發(fā)現(xiàn)既是一項(xiàng)物理學(xué)實(shí)驗(yàn)，更是天文學(xué)觀測成果。
貝特提出太陽的能源機(jī)制1938年美國物理學(xué)家貝特（Hans Bethe）研究核反應(yīng)理論的過程中，提出太陽和恒星的能量來源于核心的氫核聚變所釋放出的巨大能量。1967年，他因此項(xiàng)研究成果獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
湯斯開創(chuàng)分子譜線天文學(xué)美國物理學(xué)家湯斯（Charles Townes）利用氨分子受激發(fā)射的方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電子線路放大，研制出了波長為1，25厘米的氨分子振蕩器，簡稱為脈澤。他由地球上的“脈澤”聯(lián)想到太空中的分子，預(yù)言星際分子的存在。并計(jì)算出羥基（-OH）、一氧化碳（CO）等17種星際分子譜線頻率。1963年，年輕的博士后巴瑞特觀測到了預(yù)言中的羥基分子譜線，成為轟動(dòng)全球的20世紀(jì)60年代四大發(fā)現(xiàn)之一。湯斯由此成為分子譜線天文學(xué)的拓荒人和首創(chuàng)者。1964年，他因氨分子振蕩器成功研制而獲該年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，而這項(xiàng)研究的副產(chǎn)品開創(chuàng)了一門新興的天文學(xué)科，其科學(xué)意義不遜于氨分子振蕩器的研制成功。
物理學(xué)家涉足天文學(xué)的研究所取得的成果能夠登上諾貝爾獎(jiǎng)的大雅之堂，那么天文學(xué)家的研究成果，自然也應(yīng)該被諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)容納。
天文學(xué)理論首先與諾貝爾獎(jiǎng)結(jié)緣
天文學(xué)家們密切注視著物理學(xué)的發(fā)展，并在天文學(xué)的研究過程中發(fā)展了物理學(xué)。瑞典天文學(xué)家阿爾文首先于1970年用他的“太陽磁流體力學(xué)”的出色成果叩開了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的大門，接著又有錢德拉塞卡的“恒星結(jié)構(gòu)和演化”和福勒等幾人合作的“恒星演化元素形成理論”的獲獎(jiǎng)。這三項(xiàng)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的理論性很強(qiáng)，但都是建立在深入細(xì)致的天文觀測基礎(chǔ)上的。光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的長期觀測提供了極其寶貴的資料，所獲得的統(tǒng)計(jì)規(guī)律給理論研究指明了方向，提供了解決問題的線索。這三個(gè)項(xiàng)目也體現(xiàn)了物理學(xué)理論和天文學(xué)最完美的結(jié)合。
首次獲諾貝爾獎(jiǎng)的天文學(xué)家在太陽上發(fā)生的一切物理過程都與磁場和等離子體有關(guān)。磁流體力學(xué)成為太陽物理最重要的理論基礎(chǔ)。瑞典的阿爾文（Hannes Alfv6n）是磁流體力學(xué)的奠基人，他首先應(yīng)用這個(gè)理論研究太陽，因此也稱為太陽磁流體力學(xué)。由于這一理論也適用于宇宙中其它天體和星際介質(zhì)，因而也就成為宇宙磁流體力學(xué)。阿爾文因?yàn)閷τ钪娲帕黧w動(dòng)力學(xué)的建立和發(fā)展所做出的卓越貢獻(xiàn)而榮獲1970年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，這是歷史上第一次以天文學(xué)研究成果獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
印度裔美國天文學(xué)家錢德拉塞卡奮斗終生的成就在錢德拉塞卡（Subrahmanyan Chandrasekhar）還是劍橋大學(xué)研究生的時(shí)候，就獲得了“白矮星質(zhì)量上限”這一研究成果。這一成果意味著超過白矮星質(zhì)量極限的老年恒星的演化歸宿可能是密度比白矮星更大的中子星或者黑洞，其意義不同尋常。但由于受到權(quán)威學(xué)者錯(cuò)誤的壓制，這一成果未能得到進(jìn)一步深入研究。在這之后，他仍幾十年如一日地研究恒星結(jié)構(gòu)和演化理論。1983年，他在73歲高齡時(shí)以特別豐碩的成就獲得該年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
B2FH元素形成理論宇宙中存在的各種元素是怎樣來的？這是個(gè)天文學(xué)家應(yīng)該回答、卻很難回答的問題。但是由天文學(xué)家霍伊爾（Fred Hoyle）、伯比奇（G.Geoffrey Burbidge）夫婦和核物理學(xué)家福勒（William Fowler）合作完成的研究課題卻揭示了這個(gè)自然之謎。人們按論文作者姓氏字母順序稱之為B2FH元素形成理論。這篇論文解決了在恒星中產(chǎn)生各種天然元素的難題，被視為經(jīng)典科學(xué)論文。這是天文學(xué)家和核物理學(xué)家合作研究天文學(xué)重大課題的典型例子。
1983年，上述論文的第三作者福勒獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，這個(gè)結(jié)果顯得很不公平，備受質(zhì)疑。福勒的貢獻(xiàn)的確很大，但是另外三位天文學(xué)家的貢獻(xiàn)也不是可有可無的，特別是霍伊爾作為這個(gè)研究課題的提出者和組織者，其前期的研究已經(jīng)提出“恒星內(nèi)部聚變產(chǎn)生元素”的創(chuàng)新思想，把他排除在諾獎(jiǎng)之外很有些匪夷所思。
射電天文學(xué)成為諾貝爾獎(jiǎng)的搖籃
射電天文學(xué)是20世紀(jì)30年展起來的天文學(xué)新分支，其特點(diǎn)是利用射電天文望遠(yuǎn)鏡觀測天體的無線電波段的輻射。和光學(xué)望遠(yuǎn)鏡400多年的歷史相比，它僅有幾十年歷史，但卻很快就步入了鼎盛時(shí)期。20世紀(jì)60年代射電天文學(xué)的“四大發(fā)現(xiàn)”，即脈沖星、星際分子、微波背景輻射、類星體，成為20世紀(jì)中最耀眼的天文學(xué)成就。射電天文已成為重大天文發(fā)現(xiàn)的發(fā)祥地和諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的搖籃。
賴爾的突破物理學(xué)中因發(fā)明新器件而獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的事例屢見不鮮。然而在20世紀(jì)前幾十年當(dāng)中，光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡的發(fā)展很快，導(dǎo)致了不少重要的天文發(fā)現(xiàn)，但卻沒有一項(xiàng)得獎(jiǎng)。1974年，英國劍橋大學(xué)的賴爾（Martin Ryle）教授因發(fā)明綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡而獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，這是天文學(xué)家終于實(shí)現(xiàn)因研制天文觀測設(shè)備而獲諾獎(jiǎng)的突破。射電望遠(yuǎn)鏡開辟了觀測的新波段，但是剛剛發(fā)展起來的射電天文十分幼稚，最大的問題是空間分辨率很低，且不能給出射電源的圖像。1952年，賴爾提出綜合孔徑望遠(yuǎn)鏡理論，這是一種化整為零的射電望遠(yuǎn)鏡，用兩面或多面小天線進(jìn)行多次觀測就可以達(dá)到大天線所具有的分辨率和靈敏度。而且，還能得到所觀測的天區(qū)的射電圖像。1971年，劍橋大學(xué)建成的等效直徑為5千米的綜合孔徑望遠(yuǎn)鏡，其分辨率已和大型光學(xué)望遠(yuǎn)鏡相當(dāng)，獲得了一大批射電源的圖像資料。
休伊什和貝爾發(fā)現(xiàn)脈沖星脈沖星的發(fā)現(xiàn)證實(shí)了中子星的存在。中子星具有和太陽相當(dāng)?shù)馁|(zhì)量，但半徑只有約10千米。因此具有非常高的密度，是一種典型的致密星。中子星還具有超高壓、超高溫、超強(qiáng)磁場和超強(qiáng)輻射的物理特性，成為地球上不可能有的極端物理?xiàng)l件下的空間實(shí)驗(yàn)室。它不僅為天文學(xué)開辟了一個(gè)新的領(lǐng)域，而且對現(xiàn)代物理學(xué)發(fā)展也產(chǎn)生了重大影響，導(dǎo)致了致密物質(zhì)物理學(xué)的誕生。英國劍橋大學(xué)的天文學(xué)教授休伊什（AntonyHewish）和他的研究生喬絲琳·貝爾（Jocelyn BellBurnell）女士一起發(fā)現(xiàn)了脈沖星。休伊什因發(fā)現(xiàn)脈沖星并證認(rèn)其為中子星而榮獲1974年的諾貝爾物理獎(jiǎng)是當(dāng)之無愧的，但貝爾博士未能和休伊什一起獲得諾貝爾獎(jiǎng)卻是一件憾事，目前天文學(xué)家公認(rèn)她是發(fā)現(xiàn)脈沖星的第一人。
彭齊亞斯和威爾遜發(fā)現(xiàn)宇宙微波背景輻射1963年初，彭齊亞斯（Arno Allan Penzias）和威爾遜（Robert Woodrow Wilson）把一臺衛(wèi)星通訊接收設(shè)備改造為射電望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行射電天文學(xué)研究。在觀測過程中意外發(fā)現(xiàn)了多余的3.5開溫度的輻射。這種輻射被確認(rèn)是宇宙大爆炸時(shí)的輻射殘余，成為宇宙大爆炸理論的重要觀測證據(jù)。由此，他們獲得了1978年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。彭齊亞斯和威爾遜發(fā)現(xiàn)宇宙微波背景輻射，所獲得的黑體譜并不精確，而且他們得到的微波背景輻射的空間分布是各向同性的，這與大爆炸宇宙學(xué)的理論有著明顯的差別。
赫爾斯和泰勒發(fā)現(xiàn)射電脈沖雙星繼1974年休伊什教授因發(fā)現(xiàn)脈沖星而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)之后，1993年美國普林斯頓大學(xué)的赫爾斯（RussellA.Hulse）和泰勒（Joseph H.Taylor）兩位教授又因發(fā)現(xiàn)射電脈沖雙星而共同獲得該年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，引起了全世界的轟動(dòng)。他們發(fā)現(xiàn)的脈沖雙星系統(tǒng)之所以重要，不僅因?yàn)槭堑谝粋€(gè)，還因?yàn)樗擒壍罊E率很大的雙中子星系統(tǒng)，成為驗(yàn)證引力輻射存在的空間實(shí)驗(yàn)室。他們經(jīng)過近20年堅(jiān)持不懈的努力，上千次的觀測，終于以無可爭辯的觀測事實(shí)，間接證實(shí)了引力波的存在，開辟了引力波天文學(xué)的新領(lǐng)域。
新世紀(jì)天文觀測再續(xù)輝煌
觀測是天文學(xué)研究的主要方法。觀測手段越多、越好，所能得到的信息就越豐富。進(jìn)入21世紀(jì)僅僅10余年，已有4個(gè)天文項(xiàng)目獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，分別屬于X射線、中微子、射電和光學(xué)觀測研究領(lǐng)域。
賈科尼創(chuàng)立x射線天文學(xué)
1901年，倫琴（Wilhelm Conrad R6ntgen）因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)X射線榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。時(shí)隔102年，X射線天文學(xué)的創(chuàng)始人里卡爾多·賈科尼（Rieeardo Giaeeoni）又獲諾獎(jiǎng)殊榮。由于地球大氣對X射線和Y射線的強(qiáng)烈吸收，只能把探測器送到大氣層外才能接收天體的X射線和Y射線輻射。20世紀(jì)30年代以后，特別是到了90年代，空間探測的發(fā)展使得X射線天文學(xué)得到了發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了天文學(xué)觀測研究的又一次飛躍。美國天文學(xué)家賈科尼由于對X射線天文學(xué)的突出貢獻(xiàn)榮獲2002年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
賈科尼對X射線天文學(xué)的貢獻(xiàn)是全面的，瑞典皇家科學(xué)院發(fā)表的新聞公報(bào)把他的貢獻(xiàn)歸納為“發(fā)明了一種可以放置在太空中的探測器，從而第一次探測到了太陽系以外的X射線源，第一次證實(shí)宇宙中存在著隱蔽的X射線背景輻射，發(fā)現(xiàn)了可能來自黑洞的X射線，他還主持建造了第一臺X射線天文望遠(yuǎn)鏡，為觀察宇宙提供了新的手段，為x射線天文學(xué)奠定了基礎(chǔ)”。賈科尼被稱為“X射線天文學(xué)之父”當(dāng)之無愧。
戴維斯和小柴昌俊發(fā)現(xiàn)太陽中微子中微子是組成自然界的最基本的粒子之一，中微子不帶電，質(zhì)量只有電子的百萬分之一，幾乎不與任何物質(zhì)發(fā)生作用，因此極難探測。理論推測，在太陽核心發(fā)生的氫核聚變?yōu)楹さ姆磻?yīng)中，每形成一個(gè)氦原子核就會(huì)釋放出2個(gè)中微子。太陽每秒鐘消耗5，6億噸氫，要釋放1.4×1038個(gè)中微子。太陽究竟會(huì)不會(huì)發(fā)射如此多的中微子？只能由觀測來回答。
美國物理學(xué)家戴維斯（Raymond Davis）是20世紀(jì)50年代唯一敢于探測太陽中微子的科學(xué)家。他領(lǐng)導(dǎo)研制的中微子氯探測器，放置在地下深1500米的一個(gè)廢棄金礦里。在30年漫長的探測中，他們共發(fā)現(xiàn)了來自太陽的約2000個(gè)中微子，平均每個(gè)月才探測到幾個(gè)中微子。而日本東京大學(xué)的小柴昌?。∕asatoshi Koshiba）教授創(chuàng)造了另一種中微子探測器。探測器放在很深的礦井中，并于1983年開始探測，1996年擴(kuò)建，探測到了來自太陽的中微子。1987年，在鄰近星系大麥哲倫云中出現(xiàn)了一次超新星爆發(fā)（SNl987A），理論預(yù)測在超新星爆發(fā)過程中會(huì)產(chǎn)生數(shù)量驚人的中微子。令人興奮不已的是，他們成功地探測到了12個(gè)中微子。戴維斯和小柴昌俊因?yàn)槌晒Φ靥綔y到中微子而榮獲2002年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
天文學(xué)家已經(jīng)在我們太陽的鄰近區(qū)域中，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)獨(dú)特的“褐矮星”。這個(gè)罕見的天體距離地球僅12.7光年，圍繞著一顆主星旋轉(zhuǎn)。
這顆主星也是最近才在南天的孔雀座中被發(fā)現(xiàn)的，質(zhì)量只有太陽的1/10。這是天文學(xué)家第一次在一顆如此低質(zhì)量的恒星周圍，發(fā)現(xiàn)一顆寒冷的褐矮星。
這顆褐矮星距離主星4.5天文單位，也就是說，它到主星的距離是地球到太陽距離的4.5倍。天文學(xué)家估計(jì)，這顆褐矮星的質(zhì)量為木星的9倍-65倍。
褐矮星既不是行星，也不是恒星。它們的質(zhì)量雖然是木星的幾十倍，但卻仍然太小，不足以像恒星那樣引發(fā)自身的氫核聚變。
“最令人興奮的是，我們發(fā)現(xiàn)的這個(gè)褐矮星圍繞著距離太陽最近的25個(gè)恒星系統(tǒng)之一旋轉(zhuǎn)，”這項(xiàng)研究的領(lǐng)導(dǎo)者克洛斯說，“這些鄰近恒星中的大部分已經(jīng)被人了解了好幾十年，只是最近才又有一些新的天體在我們的鄰近區(qū)域內(nèi)被發(fā)現(xiàn)?！?/p>
“對于科學(xué)界來說，這還是一顆頗有價(jià)值的天體，因?yàn)樗木嚯x是非常確定的?！睔W洲南方天文臺的馬庫斯·卡斯珀說，“這將使得天文學(xué)家能夠精確測量這顆褐矮星的光度，并最終計(jì)算出它的軌道運(yùn)動(dòng)。這些性質(zhì)對于理解褐矮星的本質(zhì)來說，是至關(guān)重要的。”
克洛斯認(rèn)為，這顆褐矮星的發(fā)現(xiàn)暗示，處于雙星系統(tǒng)中的寒冷褐矮星可能會(huì)比自由地飄蕩在太陽系鄰域的單顆褐矮星更多。這里的“雙星系統(tǒng)”指的是褐矮星圍繞著一顆恒星或者另一顆褐矮星旋轉(zhuǎn)。
在太陽周圍20光年的范圍內(nèi)，天文學(xué)家現(xiàn)在已經(jīng)在雙星系統(tǒng)中找到了5顆寒冷的褐矮星，但單獨(dú)、孤立的寒冷褐矮星只有2顆?？寺逅怪赋觯麄冾A(yù)期可以在太陽系周圍33光年內(nèi)新發(fā)現(xiàn)的恒星系統(tǒng)中，找到更多的T型矮星伴星。
研究小組將這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)公布在《天體物理雜志通訊》上，論文的題目是《一顆非?？拷柕暮职堑陌l(fā)現(xiàn)：低質(zhì)量恒星SCR 1845-6357的一顆富含甲烷的褐矮星伴星》。除了比勒、卡斯珀和克洛斯以外，小組的其他成員還包括德國馬普研究所的沃爾夫?qū)げ继m德納和夏威夷W.M.凱克天文臺的史提芬·凱爾納。
圖為SCR 1845-6357恒星系統(tǒng)的藝術(shù)想象畫。左側(cè)的紅色恒星就是這個(gè)系統(tǒng)的主星，新發(fā)現(xiàn)的褐矮星處于畫面的右側(cè)。
英文名稱：Annals of Shanghai Observatory Academia Sinica
主管單位：
主辦單位：中國科學(xué)院上海天文臺
出版周期：年刊
出版地址：上海市
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種：中文
開
本：16開
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創(chuàng)刊時(shí)間：1954
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這一突破性發(fā)現(xiàn)仰仗于干涉測量法：天文學(xué)家將來自大間距分布望遠(yuǎn)鏡的光進(jìn)行組合，以產(chǎn)生直徑等同該間距的虛擬望遠(yuǎn)鏡。這種技術(shù)可以分解標(biāo)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡無法辨別的小細(xì)節(jié)。
20世紀(jì)20年代，天文學(xué)家在威爾遜山首次采用干涉測量法觀測恒星。使用一個(gè)6米的干涉儀（兩個(gè)小鏡子被間隔6米安裝在胡克反射器上，有效地使其成為一個(gè)直徑6米的望遠(yuǎn)鏡），阿爾伯特?A.邁克爾遜和弗朗西斯?G.皮斯首次成功測量到了除太陽以外的數(shù)顆恒星的角距大小。不過，他們的干涉儀只能測量到最近的幾顆恒星，建造更大型的O備在當(dāng)時(shí)是不可能的。此后，該項(xiàng)研究沉寂了數(shù)十年。
1950年，天文學(xué)家杰拉爾德?E.克朗開始研究分析其他恒星表面的可能性，但最終得出結(jié)論，“它們過于遙遠(yuǎn)，現(xiàn)有的光學(xué)設(shè)備乃至日后所有的光學(xué)設(shè)備都無法分解觀測”。（隨后，他設(shè)法間接地推斷出其他恒星上存在暗表面特征。）
如今，隨著光學(xué)干涉測量的重新興起，這項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)步遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了克朗當(dāng)時(shí)的想象。威爾遜山擁有世界上最長的光干涉儀：高角度分辨率天文學(xué)中心（CHARA）陣列。CHARA陣列正在分解鄰近恒星的表面，使大家以前所未有的角度窺見太陽的“鄰居”們。
CHARA陣列是由六個(gè)組合成Y 形結(jié)構(gòu)的1米望遠(yuǎn)鏡組成，這些望遠(yuǎn)鏡具有長度各異的基線，最長的為331米。它們可以組合成15個(gè)望遠(yuǎn)鏡對，每對望遠(yuǎn)鏡各司其職，共同組成331米的虛擬望遠(yuǎn)鏡。約翰?D.莫尼耶及其領(lǐng)導(dǎo)的密歇根大學(xué)的團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種儀器――密歇根紅外組合器（MIRC）。該儀器可以同時(shí)組合所有六個(gè)望遠(yuǎn)鏡的光，以充分利用陣列。MIRC先前已被用于快速旋轉(zhuǎn)星體的扁平表面、環(huán)繞恒星的氣盤和新星爆炸的膨脹殼的成像。
現(xiàn)在，研究者將CHARA陣列和MIRC組合使用，便實(shí)現(xiàn)了當(dāng)初克朗認(rèn)為不可能的事情：直接成像遙遠(yuǎn)恒星布滿斑點(diǎn)、活躍的表面。
然而，這項(xiàng)工作仍然是費(fèi)力的。大多數(shù)恒星因?yàn)檫^小而無法利用當(dāng)前最先進(jìn)的技術(shù)來分解，創(chuàng)建分解的圖像需要選擇正確的目標(biāo)。首先，目標(biāo)恒星必須在天空中顯得明亮和相對較大；其次，它們必須有恒星黑子（磁性活動(dòng)的區(qū)域，與太陽上的黑子類似），才能具備觀察所需的黑暗特征；最后，恒星必須足夠快地旋轉(zhuǎn)，以便可以通過完整的旋轉(zhuǎn)觀察它們，而不會(huì)演化出太多的斑點(diǎn)。
我很榮幸可以將此作為自己博士論文的一部分。我選擇將二元體系的主要成員奎宿二――一顆在秋日天空用肉眼依稀可見的恒星――作為目標(biāo)?？薅纸咏覀儯?81光年），其直徑是太陽的16倍。它呈扁球狀，與美式足球的形狀類似――這是由其密切“伴侶”的重力引起。通過對宿主暗斑間接成像，它已被清晰地觀測到。因此，對我的論文來說，這是一個(gè)完美的目標(biāo)。我們的團(tuán)隊(duì)由14人組成，包括我的顧問（MIRC的創(chuàng)建者）莫尼耶。2013年9月，我們用了18個(gè)夜
晚，借助CHARA陣列對奎宿二的旋轉(zhuǎn)做了觀察。組合所有數(shù)據(jù)并將其在旋轉(zhuǎn)表面上呈現(xiàn)出來花費(fèi)了我們大量的時(shí)間和精力。
2016年5月，我們了勝利成果：奎宿二的最高分辨率圖像。我們能夠檢測到它極點(diǎn)上的斑點(diǎn)，以及表面上看似沒有圖案形成的黑子。它的情況與太陽不同，在太陽表面上，只有特定的緯度才能形成黑子。存在這種差異的部分原因在于奎宿二是一顆更加古老、有不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)的恒星。
理論模型表明，奎宿二的大部分核心以外的內(nèi)部是對流的，較熱的物質(zhì)上升，較冷的物質(zhì)下沉，如同爐子上沸騰的水壺一般。相比之下，太陽只有最外層有這樣的運(yùn)動(dòng)。奎宿二18天的旋轉(zhuǎn)周期也明顯快于太陽27天的旋轉(zhuǎn)周期。
進(jìn)化模型表明，太陽在“年輕時(shí)”也有類似的厚厚的對流層，并且旋轉(zhuǎn)周期也短。通過研究奎宿二的斑點(diǎn)表面，我們認(rèn)為太陽早期的某些劇烈變化可能影響過45億年前太陽系的形成，以及隨后地球上生命的發(fā)展。
中科院上海天文臺研究員、博士生導(dǎo)師，星系動(dòng)力學(xué)團(tuán)組首席，中國科學(xué)院“百人計(jì)劃”入選者沈俊太就志在解開謎團(tuán)，努力帶給更多人對宇宙的神秘向往，吸引越來越多的星空探秘人不斷探索未知領(lǐng)域?？蒲心_步繞地球一圈，回到祖國后的沈俊太，喜人成績接踵而來，而他卻總是說，需要繼續(xù)努力才能不斷前進(jìn)。走近宇宙
自幼成長于普通農(nóng)村家庭的沈俊太，盡管當(dāng)時(shí)的教育條件非常落后，但他依然以優(yōu)異的成績考取了山西省重點(diǎn)中學(xué)臨汾一中，并在那里逐漸對物理科學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣。高考那年，他以優(yōu)異的成績考入中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)。在大學(xué)校園濃厚的科研氛圍中，沈俊太不僅增長了知識，也開闊了自己的視野。
本科畢業(yè)后，沈俊太踏上了東行的航班，飛抵大西洋彼岸的美國。此后，他的學(xué)術(shù)之路便越走越遠(yuǎn)，而身后留下的是一串星光熠熠的印記。1999年，他在美國西北大學(xué)物理與天文系獲得碩士學(xué)位；2005年，在美國羅格斯大學(xué)獲得天體物理博士學(xué)位。值得一提的是，沈俊太的博士論文榮獲2006年度羅格斯大學(xué)Richard J.Piano博士論文獎(jiǎng)。同年，29歲的沈俊太作為Harlan Smith冠名博士后，開始了在德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的科研工作。無論是“博士論文獎(jiǎng)”，還是“Harlan Smith冠名博士后”，都是這兩所著名大學(xué)里中國留學(xué)生首次獲得的榮譽(yù)。
遨游在神秘的宇宙，沈俊太主要從事星系結(jié)構(gòu)及動(dòng)力學(xué)研究。在銀河系的動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)中，他在棒旋星系，超大質(zhì)量黑洞的測量，星系翹曲等諸多領(lǐng)域都做出了重要貢獻(xiàn)。首次用無碰撞多體模擬的方法產(chǎn)生出了接近現(xiàn)實(shí)的p棒星系，并首次發(fā)現(xiàn)了雙棒轉(zhuǎn)動(dòng)速度的波動(dòng)性，此模型可成功解釋雙棒星系的眾多觀測特征；通過對星系建立基于軌道迭加的自洽動(dòng)力學(xué)模型，精確測量出了超大黑洞的質(zhì)量和星系暗物質(zhì)暈的質(zhì)量分布。
4年后，沈俊太入選中科院“百人計(jì)劃”，作為杰出海外人才回到了祖國的懷抱。落戶中科院上海天文臺的他，繼續(xù)從事著星系動(dòng)力學(xué)的前沿研究。
其實(shí)早在回國之初，沈俊太還在學(xué)習(xí)重新適應(yīng)國內(nèi)的新環(huán)境，甚至比在美國時(shí)還要加倍努力?！耙?yàn)楦偁幖ち?，在天文學(xué)領(lǐng)域，國內(nèi)最近幾年發(fā)展迅猛?！鄙蚩√忉尩?。他說，走得很快，是因?yàn)樽约涸谝凰易叩帽绕渌家斓拇蟠?。他所指的“大船”，無疑是正在飛速發(fā)展的中國。
經(jīng)過自己的不懈努力，沈俊太陸續(xù)獲得了國家自然科學(xué)基金等各項(xiàng)項(xiàng)目的資助，并作為科研骨干參與了自然科學(xué)基金委重點(diǎn)項(xiàng)目。他也參與了兩項(xiàng)國家“973”重大科學(xué)研究計(jì)劃，并取得了令人矚目的良好成績。他還為陸琰院士組織編寫的《現(xiàn)代天體物理》一書撰寫了“銀河系結(jié)構(gòu)與動(dòng)力學(xué)”等章節(jié)。他發(fā)表的多篇第一作者或通訊作者論文已經(jīng)被國際天文學(xué)權(quán)威教科書《星系動(dòng)力學(xué)》《星系的形成與演化》及劍橋大學(xué)Gilmore教授主編、Springer科學(xué)出版社出版的最新國際天文百科全書“Planets，Stars and Stellar Systems”等著作多次引述。
這些科研成果也讓沈俊太逐步躋身于天文學(xué)國際專家行列。
探秘銀河動(dòng)力學(xué)
多年來，銀河系的演化一直是天文學(xué)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。銀河系是一個(gè)巨大的旋渦星系，學(xué)界通常認(rèn)為它由星系盤、中心核球以及暗物質(zhì)暈組成。近年來，沈俊太團(tuán)隊(duì)對銀河系的核球結(jié)構(gòu)做出了嶄新的全面認(rèn)識，提出了銀河系核球是個(gè)“偽核球”，并不包含一個(gè)顯著的經(jīng)典核球。
2010年，沈俊太基于高精度多體模擬研究了銀河系核球的動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)一個(gè)棒旋星系模型與核球的眾多觀測數(shù)據(jù)吻合得極好，這表明銀河系核球其實(shí)就是側(cè)面看到的棒；它主要是由原初的星系盤通過自身動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性增厚而產(chǎn)生的“偽核球”。所謂“偽”，是相對于經(jīng)典核球而言――經(jīng)典的星系形成理論預(yù)言核球應(yīng)該是在星系并合過后產(chǎn)生的。
目前的星系形成理論認(rèn)為，像銀河系這樣大質(zhì)量的棒旋星系的形成，必須經(jīng)過若干次星系并合的過程，而星系并合不可避免地會(huì)在星系中心形成顯著的經(jīng)典核球。所以根據(jù)沈俊太的這項(xiàng)研究，現(xiàn)有的星系形成模型必須在星系尺度上有大的改進(jìn)以解釋眾多類似銀河系的大質(zhì)量純盤星系，這也是目前研究星系形成和演化的一個(gè)尚未解決的重要難題，而沈俊太領(lǐng)導(dǎo)的該研究無疑為解決此難題開辟了新的窗口和思路。
沈俊太團(tuán)隊(duì)的研究很快引起了國際天文學(xué)界諸多國外專家的高度關(guān)注，美國國家光學(xué)天文臺的網(wǎng)站首頁報(bào)道了沈俊太參與完成的銀河系核球區(qū)恒星巡天工作及他主導(dǎo)的動(dòng)力學(xué)模型工作。而沈俊太的這項(xiàng)研究并沒有止步。在他的指導(dǎo)下，上海天文臺博士后李兆聿在銀河系結(jié)構(gòu)研究中也取得了新的進(jìn)展：在分析沈俊太給出的銀河系高精度模型的基礎(chǔ)上，他們發(fā)現(xiàn)銀河系核球區(qū)存在一個(gè)奇特的垂向X型結(jié)構(gòu)，并對其做出了令人信服的動(dòng)力學(xué)解釋。他們對銀河系核球模型進(jìn)行了更仔細(xì)的分析，發(fā)現(xiàn)模型中也存在一個(gè)顯著的X型結(jié)構(gòu)，其與銀河系的觀測數(shù)據(jù)符合得很好。這一重要發(fā)現(xiàn)使利用數(shù)值模擬來“觀測”盒狀核球的形成過程成為可能。
緊接著，星系動(dòng)力學(xué)團(tuán)組進(jìn)一步探究了核球的X型結(jié)構(gòu)。他們驗(yàn)證了帶有X型結(jié)構(gòu)的盒狀核球確實(shí)有規(guī)可循――源于棒結(jié)構(gòu)中的恒星運(yùn)動(dòng).指出先前理論工作推測的“香蕉型”軌道家族可能并非X型結(jié)構(gòu)的主要組成部分.并提出了可供未來的銀河系巡天觀測驗(yàn)證的理論預(yù)言。此外.他們還發(fā)現(xiàn)恒星視向速度與銀經(jīng)方向的自行也存在明顯的相關(guān)性。
上海天文臺星系動(dòng)力學(xué)團(tuán)組的核球系列論文在短短幾年內(nèi)已被國際同行引用兩百余次，并且被眾多權(quán)威綜述論文以及劍橋大學(xué)主編的國際參考書收入并配發(fā)原圖。與此同時(shí)，沈俊太的工作得到了國內(nèi)外同行的極大關(guān)注，他多次受邀在知名國際會(huì)議上闡述自己的研究成果，例如國際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)會(huì)議的特邀綜述報(bào)告，第五屆東亞數(shù)值天體物理會(huì)議的一小時(shí)特邀講座，紀(jì)念林家翹先生創(chuàng)立密度波理論五十周年的國際研討會(huì)的邀請報(bào)告等，他也是國際專業(yè)會(huì)議“盤星系動(dòng)力學(xué)”的兩個(gè)共同主席之一，并擔(dān)任國際天文聯(lián)合學(xué)會(huì)會(huì)議“Galaxy evolution through secular processes”的科學(xué)委員會(huì)成員。鑒于沈俊太取得的這些突出學(xué)術(shù)成績，他還應(yīng)邀成為了美國自然科學(xué)基金委的會(huì)議評審專家，負(fù)責(zé)評審星系結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的申請書，并且在2016年獲得英國皇家學(xué)會(huì)的牛頓高級學(xué)者基金資助。
揭秘雙棒星系
沈俊太關(guān)于銀河動(dòng)力學(xué)的研究無疑是他近年來重要的學(xué)術(shù)成果，并讓他蜚聲國際。而在其他研究方向上，他也絲毫沒有減慢腳步，同樣取得了令人矚目的成果。
“我們生活在銀河系之中，曾經(jīng)我們以為銀河系是一個(gè)普通的旋渦星系，現(xiàn)在已知道它原來是一個(gè)棒旋星系。”沈俊太娓娓道來。其實(shí)，大部分旋渦星系都像銀河系一樣，因?yàn)樾窍当P自身的不穩(wěn)定性而在星系中心形成由大量恒星聚集而成的“棒”狀結(jié)構(gòu)，這一類星系被稱為“棒旋星系”。其中，還有一個(gè)子類的棒旋星系很特殊，它們包含兩個(gè)棒，小棒嵌在大棒中.因其“二”而被稱為雙棒星系。
特殊不意味著它們很罕見，其實(shí)光學(xué)和紅外的觀測發(fā)現(xiàn)雙棒星系相對比較常見――約四分之一的早型棒旋星系是雙棒星系。由于通常這兩個(gè)星系棒的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和尺度都不相同，它們之間也進(jìn)行相互作用，因此此類星系有諸多非常奇特的動(dòng)力學(xué)特性。
然而，天文界對此類特殊棒旋星系的形成條件和過程一直沒有定論。此前一些理論認(rèn)為，大量氣體的存在是形成中心小棒并同主棒解耦的必要條件。沈俊太與英國中央蘭開夏大學(xué)教授Debattista共同指導(dǎo)中國科學(xué)院上海天文臺博士研究生杜敏，在雙棒星系的形成與演化理論研究中取得了新進(jìn)展。他們通過不含氣體的多體數(shù)值模擬方法研究棒旋星系的形成和演化，并通過系統(tǒng)探索參數(shù)空間，發(fā)現(xiàn)在純盤星系中心加入以有序運(yùn)動(dòng)為主導(dǎo)的動(dòng)力學(xué)冷盤可以成功產(chǎn)生這種奇特的雙棒結(jié)構(gòu)。“當(dāng)小棒與大棒平行時(shí)，小棒的強(qiáng)度比較弱但轉(zhuǎn)動(dòng)更快些，而當(dāng)二者垂直時(shí)，小棒的強(qiáng)度比較強(qiáng)但轉(zhuǎn)動(dòng)比較慢。”沈俊太講述著雙棒星系在形成后呈現(xiàn)出的有趣的動(dòng)力學(xué)特性。
目前該工作已經(jīng)于近期發(fā)表在國際核心期刊《天體物理雜志》上，并且已經(jīng)得到國際同行的關(guān)注。
闡明核環(huán)形成機(jī)制
在棒旋星系的長期演化過程中，
“棒”扮演了很重要的角色。其中最主要的一個(gè)方面就是星系棒可以驅(qū)動(dòng)氣體內(nèi)流至星系中心區(qū)域，從而形成新的恒星。因而棒被認(rèn)為可以重新分布星系的物質(zhì)、角動(dòng)量及能量。
在棒旋星系中，科學(xué)家經(jīng)常可以觀測到很多由棒產(chǎn)生的氣體子結(jié)構(gòu)，例如在棒旋轉(zhuǎn)方向的前側(cè)會(huì)出現(xiàn)高密度塵埃帶，以及在星系中心附近具有很強(qiáng)恒星形成率的核環(huán)。顯然這些結(jié)構(gòu)的特征和產(chǎn)生條件與寄主星系特別是星系棒的性質(zhì)息息相關(guān)，但學(xué)術(shù)界此前對核環(huán)的形成條件、形狀、及大小等重要問題都沒有進(jìn)行系統(tǒng)地解決。
沈俊太說：“之前的研究通常認(rèn)為核環(huán)的位置接近于星系的某一特定半徑――內(nèi)林德布拉德共振（ILR）半徑，或在兩個(gè)ILR半徑之間，然而這些共振半徑嚴(yán)格來講僅在星系棒擾動(dòng)較弱時(shí)才有意義?！?/p>
上海天文臺博士研究生李智在沈俊太與韓國首爾國立大學(xué)金雄泰教授的指導(dǎo)下，對棒旋星系中的核環(huán)進(jìn)行了系統(tǒng)細(xì)致的數(shù)值模擬研究。他們利用高精度流體數(shù)值模擬，通過系統(tǒng)探索參數(shù)空間，發(fā)現(xiàn)模擬中的棒旋星系可以產(chǎn)生兩種核環(huán)，一種近似圓形并在棒的短軸方向輕微拉伸，另一種具有很高的橢率并和棒的主軸方向平行。
此外，他們還對核環(huán)的形成機(jī)制提供了新的解釋：由于核環(huán)是由氣體損失角動(dòng)量（旋轉(zhuǎn)的能力）而落入星系中心堆積而成的，所以核環(huán)的位置取決于氣體的總角動(dòng)量損失，以及星系中心的勢場分布。前者受星系中非軸對稱結(jié)構(gòu)的特性控制.如棒的強(qiáng)度、軸比和轉(zhuǎn)動(dòng)速度；而后者取決于星系中心軸對稱結(jié)構(gòu)，如核球的大小，質(zhì)量分布。
“共振半徑解釋僅僅提供了一個(gè)核環(huán)形成的寬泛范圍，而我們的核環(huán)形成機(jī)制則可以更準(zhǔn)確地預(yù)言核環(huán)的大小及形狀，因此適用面更廣，可以V泛應(yīng)用于具有核環(huán)的棒旋星系樣本中限制星系的物理參數(shù)，從而使我們更好地理解棒旋星系的演化規(guī)律?！鄙蚩√偨Y(jié)道。目前該工作已經(jīng)發(fā)表在國際核心期刊《天體物理雜志》上。
桃李滿天下
沈俊太在忘我工作的同時(shí)并沒有忘記培養(yǎng)新人的重任，他不僅是一個(gè)對事業(yè)孜孜不倦的學(xué)者、一個(gè)精益求精的科學(xué)家，更是一名誨人不倦的師長。
本著報(bào)效祖國的初衷，沈俊太認(rèn)為應(yīng)該把自己畢生所學(xué)傳授給自己的學(xué)生。他甘當(dāng)人梯，致力于讓自己的學(xué)生也能夠逐漸成長為比自己更加優(yōu)秀的科學(xué)工作者。自2009年回國并擔(dān)任博士生導(dǎo)師以來，沈俊太就開始積極招收對科學(xué)研究興趣濃厚的學(xué)生和博士后，一支強(qiáng)有力的科研團(tuán)隊(duì)也逐漸發(fā)展壯大。
人類知識體系的形成根植于三種最古老的科學(xué)，即天文學(xué)、數(shù)學(xué)和力學(xué)。這三種科學(xué)之所以古老，原因就在于其直接服務(wù)于先民的生產(chǎn)和生活。如果說力學(xué)的產(chǎn)生是人類為從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而適應(yīng)定居生活的需要的話，那么天文學(xué)則是作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)而存在的。當(dāng)先民擺脫了原始的采集狩獵經(jīng)濟(jì)，而以人工栽培農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)方式為氏族提供有保障的食物來源的時(shí)候，天文學(xué)就應(yīng)運(yùn)而生了。眾所周知，氣候條件對于農(nóng)業(yè)的起源具有直接的影響，這意味著原始農(nóng)業(yè)一定首先發(fā)生在寒暑季節(jié)變化分明的緯度地區(qū)，而在這樣的地區(qū)從事農(nóng)耕生產(chǎn)，一年中真正適合播種和收獲的時(shí)間非常有限，有時(shí)甚至只有短短幾天②，顯然，了解并掌握時(shí)間――農(nóng)時(shí)――對農(nóng)作的豐歉至為關(guān)鍵。因此就農(nóng)業(yè)的起源而言，古人對于時(shí)間的認(rèn)識已成為其不可或缺的首要前提。事實(shí)上，沒有古人對時(shí)間的掌握便不會(huì)有人工栽培農(nóng)業(yè)的出現(xiàn)，我們不能想象，一個(gè)對時(shí)間茫然無知的民族可以創(chuàng)造出發(fā)達(dá)的農(nóng)業(yè)文明，這種情況是根本不可能發(fā)生的。而對早期先民而言，解決時(shí)間問題的唯一方法只能到天上去尋找，這個(gè)工作就是觀象授時(shí)。顯然，原始農(nóng)業(yè)時(shí)間服務(wù)的需要促使天文學(xué)最早發(fā)展了起來。
為解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所遇到的時(shí)間問題，粗略地仰觀天象顯然毫無意義，人們需要將對星象的觀測盡量精確，通過了解星象的運(yùn)行周期以建立時(shí)間的周期。在這個(gè)使星象觀測逐漸精確化的過程中，數(shù)學(xué)知識及相應(yīng)的計(jì)算工作必須被引入，從而使數(shù)學(xué)作為早期天文學(xué)不可分割的部分同時(shí)得到了發(fā)展。中國古人素以天數(shù)不分，正是基于這樣的傳統(tǒng)。
在人類創(chuàng)造的三大古典科學(xué)之中，天文學(xué)不僅出現(xiàn)最早，而且具有特殊的價(jià)值。如果說這三大古典科學(xué)構(gòu)筑了人類知識體系的基礎(chǔ)的話，那么天文學(xué)則不僅是這一知識體系的核心，而且更成為古代制度與思想之淵藪。盡管探索天象的初衷只是為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供準(zhǔn)確的時(shí)間服務(wù)，但隨著人類文明的進(jìn)步，天文學(xué)則對中國古代文明與傳統(tǒng)文化的形成產(chǎn)生了深刻影響。具體地說，天文學(xué)不僅是古人賴以建立時(shí)空體系的重要手段，而且直接促進(jìn)了傳統(tǒng)政治觀、宗教觀、祭祀觀、禮儀制度、哲學(xué)觀與科學(xué)觀的形成，這些觀念在構(gòu)建中國傳統(tǒng)文化核心內(nèi)涵的同時(shí)，也形成了獨(dú)具特色的傳統(tǒng)字宙觀，體現(xiàn)了古人對于天、地、人相互關(guān)系的深刻思考。這意味著如果我們探求中國文化，就不能不首先研究作為這一文化背景的天文學(xué)及字宙觀。事實(shí)上，如果我們不了解古代的天文學(xué)以及相應(yīng)的宇宙觀，我們就無法從根本上把握文明誕生和發(fā)展的脈絡(luò)。顯然，天文學(xué)作為中國傳統(tǒng)文明之源的事實(shí)相當(dāng)清楚。
一、“文明”考原
何謂文明，澄清這一問題對正確認(rèn)識中國文化及字宙觀非常重要。文明的誕生源自先民對于天人關(guān)系的獨(dú)特理解，體現(xiàn)了天文作為文明之源的固有思考?！兑?乾?文言》云：
見龍?jiān)谔铮煜挛拿鳌?/p>
“見龍?jiān)谔铩睘椤肚坟灾哦侈o?？追f達(dá)《正義》：“陽氣在田，始生萬物，故天下有文章而光明也?！饼埍緸樯瞎艜r(shí)代觀象授時(shí)的重要星象，其由二十八宿東宮七宿中的六宿所組成。每當(dāng)黃昏日沒后蒼龍之角宿初現(xiàn)于東方的時(shí)候，這一天象便被稱為“見龍?jiān)谔铩?。古人又以東方屬陽，故龍星自東方地平線上升起的天象也就是所謂“陽氣在田”，而傳統(tǒng)則以陽氣主生，所以初民根據(jù)龍星東升天象的觀測以行農(nóng)事，便會(huì)“始生萬物”而享有豐年，終致天下有文章而光明。很明顯，天文作為文明之源的思想于此表述得清楚而明確。
“天下有文章而光明”的思想，其本質(zhì)所強(qiáng)調(diào)的實(shí)為人文之彰著，這里的“文”也就是“文明”之“文”。先民對于“文”的推崇反映了一種根深蒂固的文化思考與文明傳統(tǒng)。商周古文字的“文”本作，象人形而特彰明其心，所以“文”的原始內(nèi)涵實(shí)相對于“質(zhì)”，如果說“質(zhì)”的思想乃在表現(xiàn)人天生所具有的動(dòng)物的本能，那么“文”顯然已是經(jīng)德養(yǎng)之后所表現(xiàn)的文雅，這種通過內(nèi)心修養(yǎng)所獲得的文雅自然是對初民本能之質(zhì)的修飾，這種修養(yǎng)的文雅由內(nèi)而外，以德容的形式彰顯出來，這便是古人所稱的“文明”的本義。
傳統(tǒng)的文明觀念其實(shí)體現(xiàn)的是初民經(jīng)過內(nèi)心的德行修養(yǎng)而表現(xiàn)出的文德，從而將人從以質(zhì)為本能的動(dòng)物世界中分離出來的精神追求，所以“文明”之“文”的義涵就是文德。這種文質(zhì)思想后來被儒家哲學(xué)所繼承，而在傳統(tǒng)的禮儀制度中則更多地以文武的思想加以闡釋。當(dāng)然，不論文、質(zhì)相對還是文、武相對，“文”所具有的文德的本義都是明確的。
文德修養(yǎng)不足，自然不可能彰明顯著，于是文德之修養(yǎng)又關(guān)系到另一個(gè)重要觀念――郁?！拔拿鳌敝拔摹庇凇墩f文》別作兩字，一作“文”，訓(xùn)為錯(cuò)畫；一作“踅”，訓(xùn)為堿。許慎的這種做法實(shí)不可取，“文”訓(xùn)錯(cuò)畫實(shí)際乃是其本引申。顯然，“文”、“踅”本為一字，唯作“文”。春秋以前的古文字有“文”而無“ā保知“ā弊治后起，是為明證。《說文?有部》：“磁，有文章也。從有，或聲。”段注本改“文章”作“踅彰”，并云：哺戒古多隈或字為之?；蛘呓渲`變。今本《論語》‘郁郁乎文哉’，古多作或或。是以茍或字文若，《宋書》王或字景文。《大戴?公冠篇》‘遵并大道鄰或’，鄶或即彬或，謂彬彬或或也?！缎⊙拧贰蝠⒒蚧颉?，《傳》云：‘或或，茂盛兌?！从絮秸弥x之引申也”。“堿”今通作“郁”，其本義即為文德彰明。《論語?八佾》引孔子曰：“周監(jiān)于二代，郁郁乎文哉！吾從周?！奔纫娢氖⒌潞駝t可彰明的思想?！抖Y記?表記》引孔子曰：“虞、夏之質(zhì)，殷、周之文，至矣。虞、夏之文不勝其質(zhì)，殷、周之質(zhì)不勝其文?！敝毂颉队?xùn)纂》引方性夫曰：“加乎虞、夏之質(zhì)，則為上古之洪荒；加乎殷、周之文，則為后世之虛華。”虞、夏近古，其民始修文德而未郁，故文不掩其質(zhì)。
人何以需要修養(yǎng)文德？因?yàn)槿吮仨氁c動(dòng)物相區(qū)別，這一點(diǎn)在后世的儒家思想中反復(fù)被強(qiáng)調(diào)。然而最早的文德是什么？先民根據(jù)怎樣的標(biāo)準(zhǔn)建立并規(guī)范人類的文德？他們又從觀象授時(shí)的活動(dòng)中體會(huì)出怎樣的樸素德行的認(rèn)知呢？這些思考充分體現(xiàn)了古人對于天人關(guān)系的理解。
觀象授時(shí)的活動(dòng)使先民首先完成了對時(shí)間與空間的規(guī)劃，而人們對時(shí)間的認(rèn)識則是通過對主授農(nóng)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)星象的運(yùn)行變化實(shí)現(xiàn)的，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)星象就是東宮蒼龍星象以及位于其中心部位的大火。初民視龍星及大火之昏見以建時(shí)，久之而不爽，從而形成時(shí)間為信的思想，并由此產(chǎn)生了以信為德的觀念?！抖Y記?樂記》：“天則不言而信?！奔创酥^。顯然，誠信思想是先民從對時(shí)間的觀測與規(guī)劃中感悟并懂得的，人們與時(shí)間雖無約守，但其每每如期而至，從無差誤，初民據(jù)此指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，致屢獲豐稔，故時(shí)間便具有了誠信不欺的鮮明特點(diǎn)。郭店楚竹書《忠信之道》云：“至信如時(shí)，必至而不結(jié)?！敝v的就是這個(gè)道理。先民以測影計(jì)時(shí)之圭為瑞信之物，也體現(xiàn)了同樣的思考。而古代盟誓將約守誠信之盟辭書寫于玉圭，或又以圭臬贈(zèng)與婦人以顯婦德之忠信，也都是這一思想的反映。事實(shí)上，西周金文所見時(shí)人之道德觀正體現(xiàn)為信與孝，而信更是構(gòu)建孝信之德的基礎(chǔ)。事實(shí)上，在原始思維的背景下，“至信如時(shí)”的思想必然蘊(yùn)育出時(shí)間乃由神靈所司掌的樸素認(rèn)識，而由此產(chǎn)生的信的本質(zhì)內(nèi)涵也一定體現(xiàn)為人神之間的誠信約守。顯然，信的思想不僅源于遠(yuǎn)古的觀象授時(shí)活動(dòng)，而且集中體現(xiàn)了中國傳統(tǒng)道德觀的核心價(jià)值。這便是“見龍?jiān)谔铩迸c“天下文明”所呈現(xiàn)的因果脈絡(luò)。
以信實(shí)為德而構(gòu)成文明的本質(zhì)內(nèi)涵，這種思想在早期文獻(xiàn)中反映得非常清楚。《尚書?舜典》云：
日若稽古帝舜，日重華，協(xié)于帝。溶哲文明，溫恭允塞。玄德升聞，乃命以位。
偽孔《傳》：“溶，深；哲，智。舜有深智，文明溫恭之德，信允塞上下。”孔穎達(dá)《正義》：“舜有深智，言其智之深，所知不淺近也。經(jīng)緯天地日文，照臨四方日明。既有深遠(yuǎn)之智，又有文明溫恭之德，信能充實(shí)上下也?！彼撐创玖x。實(shí)“溫恭允塞”四字同在闡釋文明之德的基本內(nèi)涵。“溫”，德容也?！对?秦風(fēng)?小戎》：“言念君子，溫其如玉?！薄墩撜Z?季氏》：“君子有九思，……色思溫?！笔且浴皽亍奔吹氯荩洫q《詩》以修德之善之作稱“頌”，“頌”也德容之謂?！肮А?，敬肅也?！抖Y記?曲禮上》：“是以君子恭敬撙節(jié)退讓以明禮?！笨追f達(dá)《正義》引何胤日：“在貌為恭，在心為敬?！薄霸省保\信也?！渡袝?堯典》：“允恭克讓?！眰慰住秱鳌罚骸霸?，信也。”偽《古文尚書?太甲上》：“克終允德。”蔡沈《集傳》：“允，信也?！薄蹲髠?文公十八年》：“明允篤誠。”杜預(yù)《集解》：“允，信也?！薄叭?，誠實(shí)也?！对?邶風(fēng)?燕燕》：“仲氏任只，其心塞淵。”孔穎達(dá)《正義》：“其心誠實(shí)而深遠(yuǎn)。”《孟子?公孫丑上》：“以直養(yǎng)而無害，則塞于天地之間。”《詩?大雅?常武》：“王貓?jiān)嗜?。”鄭玄《箋》：“允，信也。尚守信自實(shí)滿。”王先謙《詩三家義集疏》：“言王道誠信充實(shí)。”知經(jīng)文實(shí)言舜有溫恭允塞之德。《尚書?皋陶謨》論九德而有“愿而恭，直而溫，剛而塞”，偽孔《傳》解云“憨愿而恭恪，行正直而氣溫和，剛斷而實(shí)塞”，實(shí)“塞”即“允塞”，乃言誠實(shí)。此與《舜典》所論正合。
德的觀念的產(chǎn)生源自于觀象，這一思想根深蒂固。《易?大有?彖》云
其德剛健而文明，應(yīng)乎天而時(shí)行，是以元亨。
又《象》云：
火在天上，大有，君子以遏惡揚(yáng)善，順天休命。
王弼《注》：“德應(yīng)于天則行，不失時(shí)矣?！鄙胁皇П玖x。文明來源于古人對天象的掌握，觀象以知時(shí)，則文德漸成。天行健而不止，故德剛健而不息，其文彰著，遂有享大祀――元亨――之位?！盎鹪谔焐稀敝盎稹奔礊榇蠡鹦牵宋挥谏n龍星象中心的授時(shí)主星心宿二。古人觀火星以授時(shí)而“大有”，“其德剛健而文明”亦“大有”而享祀，皆所謂“順天休命”，故上九爻辭言“白天祜之”。文明源白天文，于此表述得同樣明晰。
人類以修養(yǎng)文德而彰明，而社會(huì)則得有制度的建設(shè)而彰明，事實(shí)上，文德與制度的形成皆有賴于一個(gè)根本工作，這就是觀象授時(shí)?！耙婟?jiān)谔铩彼尸F(xiàn)的是蒼龍星象的起始宿角宿昏見于東方地平之上的天象，這既是新的農(nóng)作周期開始的標(biāo)志，當(dāng)然也體現(xiàn)著先民對于空間與時(shí)間的規(guī)劃。事實(shí)上，人類知識體系的形成是從他們對空間與時(shí)間有意識地規(guī)劃開始的，而在時(shí)空體系完善的基礎(chǔ)之上，一切人文制度及形上思想才可能最終建立?！抖Y記?大傳》云：
立權(quán)度量，考文章，改正朔，易服色，殊徽號，異器械，別衣服。此其所得與民變革者也。
鄭玄《注》：“文章，禮法也。”即以“文章”所言為禮儀制度?！蹲髠?隱公五年》云：
昭文章，明貴賤，辨等列，順少長，習(xí)威儀也。
杜預(yù)《集解》謂“文章”日：“車服旌旗。”皆以文章為禮儀典章，其屬人文制度自明。人文制度包括一系列的禮樂制度與典章制度，這不僅是人類社會(huì)區(qū)別于動(dòng)物世界的重要標(biāo)志，而且也同德行觀念的推行一樣，是維系社會(huì)正常秩序的根本保證，故光大昭明，可見其與野蠻的不同。
毋庸置疑，中國古人對文明的闡釋充分體現(xiàn)了中國文化的獨(dú)有特點(diǎn)，其所強(qiáng)調(diào)的其實(shí)是“文”字所具有的形上思想與制度義涵，而相關(guān)思想與制度的形成則直接導(dǎo)源于觀象授時(shí)以及先民對于天人關(guān)系的思考。物質(zhì)的創(chuàng)造盡管可以滿足先民生活的需要，但以器載道，借器物以完成思想的表達(dá)及制度的昭明才是他們追求的根本目的。很明顯，基于天文作為文明之源的事實(shí)，對于早期文明與文明史的研究而言，僅僅關(guān)注物質(zhì)文明而忽略上古形上思想與禮儀制度的探索是極不全面的，忽略對上古天文學(xué)與字宇宙觀的探索同樣也難中肯綮。
二、“文化”考原
中國古代天文與人文的關(guān)系問題始終是中國文化的根本問題，先民對這一問題的思考和論述精審而深刻?！兑?責(zé)?彖》云：
剛?cè)峤诲e(cuò)，天文也。文明以止，人文也。關(guān)乎天文，以察時(shí)變。關(guān)乎人文，以化成天下。
王弼《注》：“觀天之文則時(shí)變可知也，觀人之文則化成可為也?！薄拔拿鳌敝拔摹彼w現(xiàn)的由人之心齋而致文雅，到社會(huì)制度的完善而有秩序，都呈現(xiàn)出郁郁乎文的彰著。這使“文”具有了堿文的本訓(xùn)。人有文德則德容昭顯，其猶以文繪飾之而掩其質(zhì)：社會(huì)有制度禮儀則秩序井然，其猶以文繪飾而掩其野。故“文”又引申有錯(cuò)畫之訓(xùn)，此即《彖傳》所謂“天文”、“人文”之義。對天之繪飾錯(cuò)畫即為天文，其本指天上由不同星辰所組成的圖像：而對人類社會(huì)之繪飾錯(cuò)畫則為人文，所指乃人之形上思想與社會(huì)制度?？追f達(dá)《正義》：“言圣人觀察人文，則《詩》、《書》、《禮》、《樂》之謂，當(dāng)法此教而化成天下也?！彼撾m不全面，然尚得人文之旨。
“剛?cè)峤诲e(cuò)”意即陰陽迭運(yùn)，其所描述的是天文星象的回天變化。星象之運(yùn)行時(shí)刻在變，或東升西落，或天淵兩別，這種星象運(yùn)行的位置變化不僅可以象征陰陽的變化，同時(shí)更預(yù)示著時(shí)間的變化。古人以“剛?cè)帷北硎鲫庩?，既有時(shí)間的意義，也有空間的意義，而天象的特征乃在于變，這一點(diǎn)恰好可以借助陰陽思想而加以表現(xiàn)。故先民觀測天象，其目的即重在掌握其變化規(guī)律，唯知其變，時(shí)間系統(tǒng)才可能建立。而與隨時(shí)變化的天象不同，“文明以止”之“止”則在強(qiáng)調(diào)思想與制度的相對不變。如果說變是天象的基本特征，那么因人文制度與思想觀念重在傳承，其所表現(xiàn)的必然是恒守不移的不變傳統(tǒng)。因此對于制度與思想而言，古人更怕其變，而希望其不變，如此才能完成對人類創(chuàng)造的一切知識、思想與制度的有序繼承。天文不變則無以知時(shí)，人文若變則無以成傳統(tǒng)?！兑讉鳌芬宰兣c不變的對比，準(zhǔn)確地闡釋了天文與人文的本質(zhì)特征，這對客觀理解上古文明是極為重要的。顯然，先民求天文之變以建立時(shí)間，求人文之不變以形成傳統(tǒng)，這些思想既體現(xiàn)了天文作為文明之源的思考，也揭示了天文與人文的本質(zhì)內(nèi)涵。
源于天文的人文制度與思想的形成，由于其內(nèi)涵不同于天文所具有的時(shí)間意義，而重在強(qiáng)調(diào)人及社會(huì)之郁文，因此其作用則在于“化成天下”。這里的“化”意即以文明或人文教化，實(shí)際也就是以文治化，這當(dāng)然涉及了古人對“文化”的理解。
是故先王之制禮樂也，非以極口腹耳目之欲也，將以教民平好惡而反人道之正也?！枪示臃辞橐院推渲荆阮愐猿善湫?。轟聲亂色不留聰明，樂慝禮不接心術(shù)，惰慢邪辟之氣不設(shè)于身體，使耳目鼻口心知百體皆由順正以行其義。
即在強(qiáng)調(diào)人之身體與思想都須以順正之方向行乎道德，這便是“化”字以正人之象以喻德化的本旨?！盾髯?正論》：“堯、舜，至天下之善教化者也，南面而聽天下，生民之屬莫不振動(dòng)從服以化順之?！蓖瑯颖磉_(dá)了教化以順正的思想。德化實(shí)在于端正人心，端正之心即為化成以正人。故“化”字所體現(xiàn)的文治教化的本義極為鮮明。而《易傳》以人文化成天下，表述的正是這一思想。
準(zhǔn)此可知，古人所謂之文化同文明一樣，也不是指人類技術(shù)的進(jìn)步與物質(zhì)的豐足，而在強(qiáng)調(diào)文德教化之尚德追求。《說苑?指武》：“圣人之治天下也，先文德而后武力。凡武之興，為不服也，文化不改，然后加誅。夫下愚不移，純德之所不能化，而后武力加焉?！彼浴拔幕北炯匆晕牡陆袒癁榱x甚明?！段倪x?束廣微補(bǔ)亡詩由儀》：“文化內(nèi)輯，武功外悠?！崩钌啤蹲ⅰ罚骸把砸晕幕嫼陀趦?nèi)，用武德加于外遠(yuǎn)也。”其以文化與武功相對，以文德與武德并舉，以內(nèi)和以外遠(yuǎn)互稱，皆明文化本即以文德治化于心，此文明、文治之謂也。
三、中國原始文明的基本內(nèi)涵
中國的傳統(tǒng)文明體現(xiàn)著一種獨(dú)具特色的字宙觀。我們所說的廣義的宇宙觀是指中國古代先民對于天、地、人之間相互關(guān)系的獨(dú)特思考，這種思考雖然源出于一種最樸素的觀象活動(dòng)，但卻是以古人對于時(shí)空的規(guī)劃、政治制度與宗教觀念的形成、祭祀及典章制度的完善，以及哲學(xué)思辨與科學(xué)證認(rèn)的形式呈現(xiàn)的，顯示出天文對于人文的深刻影響。
東西方文明的本質(zhì)差異即在于兩種字宙觀的不同。中國傳統(tǒng)的字宙觀博大而包容，和而不同，這個(gè)特點(diǎn)不僅來自于古人對于天人關(guān)系的認(rèn)識，而且也造就了獨(dú)具特色的傳統(tǒng)文明。很明顯，對中國上古文明的研究不可以拋棄其賴以建立的宇宙觀背景。
中國原始文明的誕生是從初民有意識地對空間與時(shí)間的規(guī)劃開始的，事實(shí)上在他們創(chuàng)造出獨(dú)具特色的時(shí)空知識體系的同時(shí)，也完成了對時(shí)空關(guān)系的思考，而時(shí)空體系的建立以及時(shí)空關(guān)系的思考都必須基于相應(yīng)的天文觀測才可能完成。中國傳統(tǒng)的時(shí)空關(guān)系表現(xiàn)為空間決定時(shí)間，這不僅意味著辨方正位成為一切用事的基礎(chǔ)，從而決定了古人對于子午線的重視以及諸如都邑、塋域等的方正布局，而且對于傳統(tǒng)文化中有關(guān)時(shí)空問題的理解，也都需要首先建立這種時(shí)空關(guān)系的背景。先民通過對時(shí)空的規(guī)劃建立起一整套有關(guān)空間、時(shí)間的基本概念及表現(xiàn)形式，而且將時(shí)空體系與陰陽哲學(xué)彼此結(jié)合，建構(gòu)了獨(dú)具特色的文化傳統(tǒng)。
陰陽的思辨雖然是對萬物生養(yǎng)原因的哲學(xué)解釋，但其本質(zhì)卻同觀象授時(shí)的工作一樣重在祈生，這使以觀象為基礎(chǔ)的時(shí)間體系成為表述陰陽的最理想的形式，從而形成傳統(tǒng)的陰陽合歷以及以陰陽為核心的時(shí)空傳統(tǒng)與原始宗教傳統(tǒng)。
空間方位的精確辨正顯然得益于染表的發(fā)明，這種天文儀器的出現(xiàn)成為天文觀測精確化的必然結(jié)果。在中國傳統(tǒng)的五方觀念中，中的位置不僅是立表的位置，而且在早期文明社會(huì)，立表的活動(dòng)由于被統(tǒng)治者所壟斷，從而導(dǎo)致時(shí)空體系、政治制度與宗教思想的結(jié)合，使居中而治的傳統(tǒng)政治觀逐漸形成。
上古王權(quán)的基礎(chǔ)當(dāng)然在于對觀象授時(shí)的掌握，由此則逐漸發(fā)展出君權(quán)天授的政治思想。因此根據(jù)傳統(tǒng)的政治觀，人君治民實(shí)受天命而為，故其配帝在下，所居之位也必依近于天?！兑葜軙?度邑》言武王治民作邑“其惟依天”，何尊謂武王定天保而直告于天，且宅中域以義民，都體現(xiàn)了這一根本思想⑨。古人以為，授命之帝居于天之中央――北極，則人王若要依天而立政，就必須居于地之中央。故王庭的選建首先就要解決以圭表求測地中的問題⑩，從而形成以地中為中心的中域、中土、中國、中原的政治地理概念，以及相應(yīng)的居中而治的傳統(tǒng)政治觀?！墩撜Z?堯日》：“天之歷數(shù)在爾躬，允執(zhí)其中?！奔词沁@種觀念的反映。
王庭選建于天地之中意味著建筑于觀象授時(shí)基礎(chǔ)上的政教合一的王權(quán)具有了政治和宗教上的合法性，所以，居于中央的王庭對四方的統(tǒng)治必須通過于王庭所在的內(nèi)服周圍分封諸侯而實(shí)現(xiàn)。外服諸侯所建立的實(shí)體為“國”，而由王庭及其所統(tǒng)御的侯國所形成的內(nèi)外服政治實(shí)體則稱為“邦”，國對于中央王庭首先具有的就是拱衛(wèi)的義務(wù)，同時(shí)通過貢納的形式以表現(xiàn)其對王庭的臣服。西周大盂鼎稱武王嗣文王之業(yè)而“作邦”，即此之謂。而外服侯國以外的“方”則對王庭時(shí)叛時(shí)服，所以王所巡守之邦本及四國――四方之諸侯國，形成早期家天下王朝的基本政治格局。而王更以耀德使四方荒服之“方”歸附賓服，形成更廣大的內(nèi)外服政治實(shí)體。西周昭王世之作冊令方彝銘云周舍命于“三事四方”，即是這種政治格局的真實(shí)反映。
由立表測影而產(chǎn)生的“中”的觀念事實(shí)上包括三方面的內(nèi)涵。其一，因立表測定空間方位所獲得的“中”具有“中央”的內(nèi)涵，這是居中而治的傳統(tǒng)政治觀的基礎(chǔ)，對中國傳統(tǒng)政治制度及都邑制度的形成具有深刻的影響。其二，立表測影的工作必須以校正表的垂直為前提，由此獲得的“中”則具有“中正”的內(nèi)涵，從而直接影響著“中庸”哲學(xué)觀的形成。其三，表所居的位置在中央，其又以中正的狀態(tài)呈現(xiàn)，這個(gè)位置顯然是最為和諧且不偏不倚的，由此又引申出“中和”的內(nèi)涵，從而使“中”最終具有了陰陽哲學(xué)的義涵。
由于觀象授時(shí)的工作始終為統(tǒng)治者所壟斷，這使天文學(xué)從其誕生的那天起即具有了強(qiáng)烈的政治傾向。很明顯，在生產(chǎn)力水平相當(dāng)?shù)拖碌倪h(yuǎn)古社會(huì)，如果有人通過自己的智慧與實(shí)踐掌握了在多數(shù)人看來神秘莫測的天象規(guī)律，并通過敬授人時(shí)維系著氏族的生存，那么這種知識本身也就具有了權(quán)力的意義。事實(shí)上，當(dāng)觀象授時(shí)作為王權(quán)政治的基礎(chǔ)存在的時(shí)候，人王的權(quán)力源于天授的認(rèn)知便自然產(chǎn)生了。基于這樣的認(rèn)知，至上神上帝開始被創(chuàng)造，帝廷組織得以建構(gòu)，帝與人王的直接血緣關(guān)系得到確認(rèn)，以祖配天的觀念由此形成，進(jìn)而對天地、天象、祖先、社稷的祭祀及相應(yīng)的典章制度與禮器制度，以及有關(guān)陰陽、刑德的哲學(xué)思考相伴而出現(xiàn)。不僅如此，政治觀的形成必須創(chuàng)造出王權(quán)的象征形象，而龍星以其授時(shí)主星的地位具有了這種資格。畿服的規(guī)劃與王庭的建制必須體現(xiàn)出尊卑的差異，古人對于時(shí)空的認(rèn)識最終解決了這個(gè)問題。人居于天地之間如何才能合于天地之道而永續(xù)恒久，這種思考使先民選擇了順時(shí)施政的用事法則。而宗教觀的建立則又需要首先確定上帝的居所以及帝與人王的關(guān)系，于是有關(guān)天極、極星、璇璣的認(rèn)識相繼完成，而在確立帝作為天子嫡系祖先的同時(shí)，也創(chuàng)造出了帝的世俗形象。顯然，天文學(xué)不僅導(dǎo)致了君權(quán)神授、天命觀念的形成，而且直接關(guān)系到原始宗教觀、古代祭祀制度及禮儀制度的建立。而就古典哲學(xué)而言，如果說儒家哲學(xué)的天命、中庸、道德等核心思想乃是對傳統(tǒng)宇宙觀的繼承的話，那么道家的思辨哲學(xué)簡直就是借助天文學(xué)的研究完成的⑩。
The Large Hadron Collider
Unraveling the Mysteries of the Universe
2010,218 p.
Softcover
ISBN9781441956675
Martin Beech著
歐洲大型強(qiáng)子對撞機(jī)是現(xiàn)在世界上最大、能量最高、最昂貴的粒子加速器，是一種將質(zhì)子加速對撞的高能物理設(shè)備，英文名稱為LHC(Large Hadron Collider)，坐落于瑞士日內(nèi)瓦近郊?xì)W洲核子研究組織CERN。大型強(qiáng)子對撞機(jī)將兩束質(zhì)子分別加速到7萬億電子伏特的極高能量狀態(tài)，并使之對撞。其能量狀態(tài)可與宇宙大爆炸后不久的狀態(tài)相比。粒子物理學(xué)家將利用質(zhì)子碰撞后的產(chǎn)物探索物理現(xiàn)象，例如，尋找標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言的希格斯粒子、探索超對稱、額外維等超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理。
本書回答了以下問題：為什么世界各地的物理學(xué)家對大型強(qiáng)子對撞機(jī)的產(chǎn)生如此興奮？人們希望通過這臺龐大的機(jī)器揭示宇宙的什么秘密？操作這臺機(jī)器有什么危險(xiǎn)？碰撞中產(chǎn)生的處在次原子微粒之間的包括微型黑洞在內(nèi)的奇異微子對人類和地球會(huì)不會(huì)造成危險(xiǎn)？讀過這本內(nèi)容詳盡且具有吸引力的書，讀者會(huì)了解到為什么要建設(shè)對撞機(jī)以及它是怎么工作的、科學(xué)家們想通過它找到什么以及現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)模型需要做哪些修改。讀者甚至?xí)谋緯袑W(xué)會(huì)識別普遍認(rèn)為組成我們絕大部分宇宙的所謂暗物質(zhì)和暗能量。這是一段包含若干陌生而奇怪區(qū)域的旅程，但是它絕對值得花費(fèi)時(shí)間去探索，因?yàn)榇笮蛷?qiáng)子對撞機(jī)會(huì)改變我們認(rèn)識宇宙的一些基本概念，從最小的粒子到最大的。
本書分為7章，1.物質(zhì)的故事；2.世界上最復(fù)雜的機(jī)器；3.標(biāo)準(zhǔn)模型、希格斯粒子和超對稱；4.宇宙大爆炸和最開始的38萬年；5.暗物質(zhì)；6.暗能量和膨脹中的宇宙；7.接下來的計(jì)劃。
本書寫給物理學(xué)家、天文學(xué)家及對大型強(qiáng)子對撞機(jī)感興趣的人。
本書作者M(jìn)artin Beech是加拿大薩斯客徹溫省里賈納大學(xué)的天文學(xué)教授，他在恒星結(jié)構(gòu)和演化方向已發(fā)表了多篇研究論文，出版了數(shù)本天文學(xué)書籍。作為他在流星和隕星方面研究的酬勞，小行星12343已經(jīng)用他的名字命名。
孫培培，博士生
(中國科學(xué)院力學(xué)研究所)
現(xiàn)在人們已普遍接受了宇宙大爆炸的理論，盡管很多人一時(shí)還難以想象，但一般都知道，今天這個(gè)豐富多彩的大千世界乃是100～170億年前一次“大爆炸”的結(jié)果。
宇宙大爆炸的理論最有力的證據(jù)之一，是1965年美國的彭齊亞斯和威爾遜于無意中發(fā)現(xiàn)的“宇宙微波背景輻射”。因?yàn)樗麄冇蒙潆娡h(yuǎn)鏡(一種只接收天體發(fā)出的無線電波的望遠(yuǎn)鏡)觀測時(shí)，發(fā)現(xiàn)在波長為7.35厘米處，星空背景上的輻射強(qiáng)度比理論值要略略高上2.5～4.5度而已。當(dāng)初，對于這個(gè)結(jié)論有多少意義，連他們自己也不清楚，因?yàn)槎酥皇敲绹悹栯娫拰?shí)驗(yàn)室的工程師，對于天文學(xué)與宇宙學(xué)關(guān)心甚少。
然而天文學(xué)家和物理學(xué)家卻高興得幾乎跳了起來。因?yàn)椤按蟊ā崩碚撟詥柺篮?，雖然能說明許多天文學(xué)上的許多難題，但一直苦于缺少觀測依據(jù)。而這篇論文卻送來了“及時(shí)雨”，因?yàn)榘凑沾蟊ɡ碚摚?00多億年前的“原始火球”爆炸以后，冷卻到今天，天上應(yīng)當(dāng)剩有一些“余熱”，也就是說，在沒有星體照耀的星空中(也稱背景)，應(yīng)該有2.7開(相當(dāng)于－270℃)的溫度，這與上述的平均值非常吻合。正因?yàn)榈玫搅松潆娰Y料的支持，大爆炸假設(shè)在科學(xué)上也就有了立足之處。為此，彭齊亞斯和威爾遜的這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)榮獲了1978年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
彭齊亞斯和威爾遜發(fā)現(xiàn)的這種“余熱”也應(yīng)表現(xiàn)為“光輻射”(從科學(xué)上講，無線電波、紅外線、X光等等都是光――不可見光)。為了探測和研究這種100多億年前的最古老的“光”，美國航宇局曾于1992年發(fā)射了一顆“宇宙背景探測衛(wèi)星(COBE)”，當(dāng)時(shí)它就發(fā)現(xiàn)，在不同的天區(qū)，它們還有著微小的區(qū)別，有的天區(qū)為2.7251度，有的天區(qū)卻為2.7249度，這種各向異性反映了宇宙早期中的物質(zhì)密度的波動(dòng)狀況，對其深入研究就可以了解宇宙結(jié)構(gòu)形成的最初條件，弄清星系、星團(tuán)等是如何形成的等重要問題。但由于儀器的限制，COBE并沒有深入研究的能力。
經(jīng)過9年的籌劃，美國航宇局在2001年6月30日又發(fā)射了一顆“微波背景輻射探測器(MAP)”，這顆價(jià)值9500萬美元的新型無人飛船寬5米，高3.8米，重840千克，上面裝有兩臺背靠背的望遠(yuǎn)鏡，雖然說，它的作用只相當(dāng)于一支“溫度計(jì)”，但這支溫度計(jì)卻遠(yuǎn)不是普通的溫度計(jì)，因?yàn)樗鼫y定的溫度是在零下270多攝氏度的萬分之一度的變化!更勝前者“COBE”一籌的是，它將于9月間飛抵離地球160萬千米的目的地(這是月球距離的4.2倍)。因?yàn)橹挥酗w到那么遠(yuǎn)，才能使它不 會(huì)受到地球和太陽的干擾，因?yàn)樗鶞y量的這種光只是地球所發(fā)出光的10億分之一!同時(shí)為了不受陽光的影響，MAP采用了傘形的太陽能電池板，以把全部陽光都遮蓋住，保證它本身始終處于零下185℃的低溫狀態(tài)。實(shí)際上，MAP所觀測的是大爆炸后40萬年的光，40萬年與100多億年相比，就像是一個(gè)70多歲的老人剛生下的第一個(gè)半天，所以也有些科學(xué)家把它戲稱為“化石光”。
MAP計(jì)劃用2年時(shí)間對于全天空進(jìn)行逐一掃描，由于它同時(shí)具有極高的靈敏性和分辨率(COBE的分辨率只有7°)。因而科學(xué)家們對它寄予很高的期望，希望它能幫助人們弄清：宇宙會(huì)永遠(yuǎn)膨脹下去嗎?膨脹是在加速還是在變慢?宇宙是什么形狀?是否受到未知物質(zhì)的支配?它形成的準(zhǔn)確時(shí)間是100多少億年?第一個(gè)星系是怎樣形成的?何時(shí)形成的?……
當(dāng)然，MAP實(shí)際上還是整個(gè)“宇宙化石光探測計(jì)劃”的一部分，而此計(jì)劃的全部投資高達(dá)1.45億美元。
讓我們靜候MAP的佳音吧。
阿基米德（Archimedes，公元前287～公元前212），出生于西西里島的敘拉古的一個(gè)貴族家庭，與敘拉古的赫農(nóng)王（King Hieron）有親戚關(guān)系，家庭十分富有，他和牛頓（IsaacNewton，1643～1727）、高斯（Carl FriedrichGauss，1777～1855）被譽(yù)為世界三大數(shù)學(xué)家，阿基米德的父親是天文學(xué)家兼數(shù)學(xué)家，學(xué)識淵博，為人謙遜，阿基米德受家庭的影響，從小就對數(shù)學(xué)、天文學(xué)，特別是古希臘的幾何學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣，當(dāng)他剛滿十一歲時(shí)，借助與王室的關(guān)系，被送到古埃及的亞歷山大里亞城去學(xué)習(xí)，亞歷山大位于尼羅河口，是當(dāng)時(shí)文化貿(mào)易的中心之一，人才薈萃，被世人譽(yù)為“智慧之都”，阿基米德在這里學(xué)習(xí)和生活了許多年，曾跟很多學(xué)者密切交往，他兼收并蓄了東方和古希臘的優(yōu)秀文化遺產(chǎn)，這些積淀為其后的科學(xué)生涯中作出了重大的貢獻(xiàn)，
阿基米德是偉大的古希臘哲學(xué)家、數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家，靜態(tài)力學(xué)和流體靜力學(xué)的奠基人，他從小就善于思考，喜歡辯論，早年游歷過古埃及，曾在亞歷山大城學(xué)習(xí)，后來阿基米德成為兼數(shù)學(xué)家與力學(xué)家的偉大學(xué)者，并且享有“力學(xué)之父”的美稱，在數(shù)學(xué)方面，有《論球和圓柱》《拋物線的求積》《圓的度量》《論劈錐曲面體和球體》等論文和10余種著作流傳于世，多為希臘文手稿，在《論螺線》一文中，他研究的等速螺線現(xiàn)稱為阿基米德螺線，據(jù)說他就此發(fā)明了阿基米德式螺旋抽水機(jī)，在物理學(xué)方面，他還發(fā)現(xiàn)了杠桿定律和關(guān)于浮力的阿基米德定律，
在第二次布匿戰(zhàn)爭中，古羅馬人進(jìn)犯敘拉古，阿基米德應(yīng)用機(jī)械技術(shù)來幫助防御，使來犯之?dāng)陈勶L(fēng)喪膽，這也使阿基米德有“數(shù)學(xué)之神”的美譽(yù)，但最終城被攻破，阿基米德被古羅馬士兵殺害，終年75歲，阿基米德的遺體葬在西西里島，墓碑上刻著一個(gè)圓柱內(nèi)切球的圖形，以紀(jì)念他在幾何學(xué)上的卓越貢獻(xiàn)，
二、阿基米德鑒別王冠真?zhèn)蔚墓适?/p>
敘拉古（屬古希臘管轄，古希臘的國王是托勒玫）的希羅王對阿基米德說：“阿基米德，我有一個(gè)問題要向您請教，”
“好，陛下，我能給您什么幫助嗎？”
“有件事令我不滿意，”國王詳細(xì)地說，“我告訴了您，您可不要告訴任何人！”
“當(dāng)然可以，請您相信我，”
“我的問題就在這里，丟奧森內(nèi)斯為我造了個(gè)新王冠，用絲絨包著的，”
在人馬座A黑洞的驚人引力拖拽下，巨型氣體云螺旋飛向這個(gè)黑洞
靠近黑洞過程中，氣體云被撕裂和拉伸，每小時(shí)的速度達(dá)到500萬英里（約合每小時(shí)804萬公里）
科學(xué)家認(rèn)為銀河系中央的人馬座A黑洞可能將一顆年輕恒星及其行星形成盤拖出一個(gè)年輕恒星環(huán)
北京時(shí)間7月5日消息，一個(gè)巨型氣體云將于2013年撞向銀河系中央的超大質(zhì)量黑洞人馬座A，時(shí)速達(dá)到500萬英里（約合每小時(shí)804萬公里）。這將是迄今為止人類觀測到的最猛烈的太空撞擊事件之一。實(shí)際上，這個(gè)氣體云并不會(huì)真正與人馬座A黑洞相撞，在距離黑洞240億英里（約合386億公里，相當(dāng)于光線36小時(shí)的穿行距離）時(shí)，黑洞的潮汐力將被這個(gè)氣體云撕裂。
在人馬座A黑洞巨大引力的拖拽下，氣體云以每秒5000英里（約合每秒8046公里）的速度加速，將于2013年撞向這個(gè)黑洞
巨型氣體云將于2013年撞向人馬座A黑洞并被黑洞的巨大引力完全撕裂。這是科學(xué)家第一次觀測到巨型氣體云靠近超大質(zhì)量黑洞
過去20年時(shí)間里，德國慕尼黑馬克斯-普朗克地外物理學(xué)研究所的天體物理學(xué)家史蒂芬-格里森一直對人馬座A黑洞進(jìn)行觀測。2013年，他將繼續(xù)進(jìn)行觀測。格里森表示：“迄今為止，只有兩顆恒星與人馬座A黑洞進(jìn)行如此近距離接觸，最后毫發(fā)無損地掠過地球。不過，氣體云的情況不同，將被黑洞的潮汐力完全撕裂。”隨著與人馬座A黑洞之間的距離越來越近，氣體云的速度不斷加快。7年內(nèi)，它的速度增加了一倍。
借助于歐洲南方天文臺的甚大望遠(yuǎn)鏡，天文學(xué)家能夠?qū)@個(gè)黑洞進(jìn)行觀測。在對人馬座A黑洞進(jìn)行觀測時(shí)，馬克斯-普朗克地外物理學(xué)研究所的萊恩哈德-格澤爾發(fā)現(xiàn)一個(gè)獨(dú)特的新天體，正快速逼近這個(gè)黑洞。這個(gè)天體就是氣體云。研究論文主執(zhí)筆人格里森表示：“在科幻作品中，宇航員在靠近黑洞時(shí)身體會(huì)被拉伸，變得好似意大利面條。有趣的是，這個(gè)新發(fā)現(xiàn)的氣體云便遭遇這種厄運(yùn)。在與人馬座A黑洞親密接觸時(shí)，這個(gè)氣體云無法幸存下來?！?/p>
這個(gè)氣體云將掠過人馬座A黑洞的事件穹界，彼此間的距離大約在400億公里左右，相當(dāng)于光線36小時(shí)的穿行距離。在這個(gè)距離，氣體云將被黑洞的潮汐力撕裂。逼近人馬座A黑洞過程中，氣體云將因?yàn)楹诙粗車藷岷阈堑膹?qiáng)紫外輻射發(fā)光。隨著進(jìn)一步靠近這個(gè)黑洞，氣體云承受的外部壓力不斷加大。人馬座A黑洞的地心引力是太陽的400萬倍，將加速氣體云的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)并對其進(jìn)行拉伸，使其變得好似意大利面。目前，這個(gè)氣體云的邊緣已開始崩潰，幾年內(nèi)，它將被黑洞的引力徹底撕碎。2008年至2011年，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)的氣體云遭破壞的跡象越發(fā)強(qiáng)烈。
在2013年靠近人馬座A黑洞時(shí)，氣體云內(nèi)物質(zhì)的溫度將不斷升高，可能放射出X射線。目前，人馬座A黑洞附近的天體很少，也就是說，這個(gè)新到的大餐將成為人馬座A黑洞未來幾年的主要食物。一種有關(guān)這個(gè)氣體云形成的理論認(rèn)為，氣體云內(nèi)的物質(zhì)可能來自于附近的年輕大質(zhì)量恒星，這顆恒星因強(qiáng)烈的恒星風(fēng)迅速流失質(zhì)量。人馬座A黑洞周圍軌道的一個(gè)已知雙星的恒星風(fēng)可能與這個(gè)氣體云的形成有關(guān)。格澤爾表示：“未來兩年，我們將發(fā)現(xiàn)非常有趣的現(xiàn)象并且獲得異常寶貴的信息，幫助我們了解大質(zhì)量黑洞周圍物質(zhì)的行為?！保ㄐ⑽模?/p>
（來源：新華網(wǎng)）
【關(guān)鍵詞】真空體密度抅造行星系統(tǒng)；行星系統(tǒng)淘汰機(jī)制；宇宙背景“透鏡效應(yīng)”
（1）首先說明真空體密度的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程，現(xiàn)有的物理學(xué)波速計(jì)算公式稱為虎克定律：
V= （1－1） V、G、ρ各項(xiàng)分別表示：波速、彈性模量、體密度。
真空中的光速可用真空介電常數(shù)，真空磁導(dǎo)率導(dǎo)出，作者將原有的真空光速C公式作了如下推演，提請讀者注意：真空中的光波速度是迄今為止物理學(xué)中唯一沒有代入虎克定律的波速，也是本文的關(guān)鍵所在。
c===== （1－2）
真空介電常數(shù)，單位是法拉/米εo=8.85×10-12F/m。真空磁導(dǎo)率，單位是亨利/米μo=4π×10-7L/m。
根據(jù)上面（1－1）、（1－2）兩式左邊同為波速，讓兩式右邊物理意義相同。
得到真空各向同性容變彈性模量，單位是牛頓/平方米G=1N/m2。
得到真空體密度，單位是千克/立方米ρc=1/c2=1×10-17kg/m3
（查資料：理想氣體容變彈性模量＝101300牛頓/平方米，比較可知真空容變彈性模量是空氣的十萬分之一）。
真空體密度是否真實(shí)存在，可以用下述方法來求證：用激光切割鋼板，鋼板很快被切斷，這是因?yàn)榧す馐梢赃_(dá)到溶化鋼板的高溫，此時(shí)將一塊透明玻璃隔在中間會(huì)怎樣？結(jié)果是鋼板依舊被切斷，而中間相隔的玻璃卻完好無損。要知道，玻璃的溶點(diǎn)只有鋼板的一半。
這種物理現(xiàn)象可以命名為“透鏡效應(yīng)”，該效應(yīng)的語言表達(dá)是：有光線通過的空間不等于有溫度，只有吸收光線的物質(zhì)存在時(shí)才有溫度顯示出來。
到目前為止對宇宙真空的認(rèn)知是這樣的：“1965年，人們用射電望遠(yuǎn)鏡對向光學(xué)望遠(yuǎn)鏡看不到任何天體的空間，發(fā)現(xiàn)任何一個(gè)方向都有以連續(xù)形態(tài)出現(xiàn)的3K微波輻射。原來星際空間并不是漆黑一團(tuán)，空無一物，而是有‘光’有‘熱’，‘光’是肉眼看不見的光，即波長在微波波段的電磁波，‘熱’是開爾文溫度3度，即攝氏零下270度。這一下，大爆炸宇宙學(xué)好象找到了證據(jù)。你看，原始火球爆炸后的熱輻射大部分已凝聚為各種天體，而今只存下3K這么一點(diǎn)兒余熱,成了宇宙的一個(gè)均勻、統(tǒng)一的背景”。①
真空既然能透過光線，那么它也是一面透鏡，考量宇宙廣大真空區(qū)域的溫度，除非有吸收光的其它物質(zhì)存在，否則真空自己就必須是吸收光的物質(zhì)。只有這樣它才有溫度可言。這種現(xiàn)象稱作宇宙背景“透鏡效應(yīng)”。
那么真空中的物質(zhì)有哪些？資料繼續(xù)寫道：“星系際空間物質(zhì)的平均密度天文工作者還很不清楚。如果將目前看到的全部星系所包含的物質(zhì)均勻散布于觀測所及的宇宙空間，估計(jì)物質(zhì)的密度約為十的負(fù)三十一次方·克·立方厘米，即10立方米的體積內(nèi)只有一個(gè)原子?？梢娪钪婵臻g是何等寬敞”②。
顯然，依靠星系之間可見物質(zhì)吸收光線來造就宇宙背景達(dá)到3K的溫度根本不可能，到目前為止天文學(xué)界是如何應(yīng)對的呢？西方學(xué)術(shù)界提出宇宙空間有所謂的“暗物質(zhì)、暗質(zhì)量”，就象水中摻沙子一樣地將暗質(zhì)量摻進(jìn)真空中，于是3k的微波輻射就是由它造就的。
但是問題出來了，既然這個(gè)“暗質(zhì)量”遍布于宇宙所及空間，那么它對于地球及太陽系生存的影響是什么？人類用何種實(shí)驗(yàn)來證明身邊暗物質(zhì)的存在？天文學(xué)界沉默無語。
到目前為止的教書中、發(fā)表的論文中都看不到這個(gè)所謂的“暗物質(zhì)、暗質(zhì)量”對太陽系生成與行星系統(tǒng)的運(yùn)行有何種影響的論述，這情形就如同當(dāng)年托勒密給地心說加本輪一樣，反正無須用實(shí)驗(yàn)證明本輪的存在，說什么就有什么。雖然計(jì)算暗物質(zhì)的公式同當(dāng)年多達(dá)70個(gè)本輪的公式一樣繁瑣，但是您根本無須讓這些公式唬住。
而今中國研究者推演出的真空體密度也就是真空本身的質(zhì)量造就宇宙背景3k微波輻射性質(zhì)就不同了，公式表明真空本身就是一種有質(zhì)量的物質(zhì)，后面還要給出用實(shí)驗(yàn)證明真空體密度存在的方法。
（2）用真空體密度來構(gòu)造太陽系的生成：關(guān)于目前的太陽系，角動(dòng)量分布異常是天文學(xué)面臨的難題，有資料說：“還有一個(gè)值得注意的事，便是太陽系角動(dòng)量的分布。質(zhì)量占整個(gè)太陽系99.85%的太陽，其角動(dòng)量不到太陽系總角動(dòng)量的1%；質(zhì)量不到太陽系總質(zhì)量的1%諸行星，角動(dòng)量卻占99%以上。在拉普拉斯假說中他沒有論述太陽系角動(dòng)量的這種異常分布的問題，按照該假說推論，冷卻收縮的星云轉(zhuǎn)動(dòng)愈來愈加快，在中央凝聚而成的太陽應(yīng)當(dāng)占有最大的角動(dòng)量，這與事實(shí)是不符的”③。
在有真空體密度存在的太陽系中行星的命運(yùn)是這樣的：圍繞太陽旋轉(zhuǎn)的行星的軌跡先是依照刻卜勒三定律形成一個(gè)橢圓，在真空體密度即真空質(zhì)量產(chǎn)生的阻力作用下促使其短軸上升加長，近日點(diǎn)抬升遠(yuǎn)日點(diǎn)降低，軌道趨向正圓形。這同現(xiàn)在發(fā)射衛(wèi)星以后在衛(wèi)星的前面噴射氣體產(chǎn)生后座力，衛(wèi)星近地點(diǎn)就會(huì)隨即抬升的原理一致，可以命名為“趨圓”過程。
當(dāng)行星軌跡成為正圓形后，真空體密度產(chǎn)生的阻力將行星的線速度再降低時(shí)，太陽引力將行星拉向日面墜落，如果此時(shí)行星的軌跡足夠遠(yuǎn)，在下墜過程中獲得的加速度使其擦過日面而未墜落進(jìn)太陽，那么這顆行星的壽命尚未完結(jié)，它會(huì)在一個(gè)新的更接近太陽的橢圓軌道上運(yùn)行，可以命名為“變軌”過程，就如同電子的軌道躍遷一樣。
一、舊《大統(tǒng)歷》誤差日顯，徐光啟
奉命修新歷
明朝建立之后，在歷法上開始采用的是《大統(tǒng)歷》。這個(gè)《大統(tǒng)歷》實(shí)際上是元朝天文學(xué)家郭守敬所發(fā)明的《授時(shí)歷》的翻版，只是換了個(gè)名字而已。郭守敬的《授時(shí)歷》發(fā)明之初，在當(dāng)時(shí)國際上處于領(lǐng)先地位，其精度極高。比如他那時(shí)測定的每天的時(shí)間長度，與今天相比才僅差72秒，在當(dāng)時(shí)的科技條件下，能做到如此精度，實(shí)在令人驚訝。
然而從發(fā)明《授時(shí)歷》到明末，已經(jīng)過了三百多年，各種誤差日積月累越來越大。而明朝歷局的官員們只知道依照已有的方法和數(shù)表推算節(jié)氣、天象，甚至用象數(shù)法進(jìn)行臆測，對于誤差怎樣解決大都束手無策，也沒人考慮。此時(shí)，日食、月食、節(jié)令、朔望的預(yù)測和安排，已經(jīng)混亂不堪，嚴(yán)重影響國家和社會(huì)管理。
在這種情況下，雖然當(dāng)時(shí)外有滿清叩關(guān)，內(nèi)有李自成、張獻(xiàn)忠問鼎，內(nèi)外交困，國家形勢危急。但崇禎皇帝考慮到歷法是一個(gè)王朝實(shí)施其統(tǒng)治的制度象征，歷法的混亂易導(dǎo)致國家的混亂，從社稷江山計(jì)，不得不騰出精力來過問這件事關(guān)重大的具體科技問題，便責(zé)成時(shí)任禮部侍郎的大科學(xué)家徐光啟著手修歷。
徐光啟系進(jìn)士出身，他學(xué)識淵博，學(xué)貫中西，一生致力于科學(xué)事業(yè)，著有巨著《農(nóng)政全書》60卷。受到崇禎皇帝重視，被擢進(jìn)入內(nèi)閣，任禮部侍郎。在此期間，他為復(fù)興大明，大力提倡以科學(xué)技術(shù)為“富強(qiáng)之術(shù)”，一方面操持政務(wù)，一方面繼續(xù)研究天文、歷算、農(nóng)學(xué)、水利、軍事等科學(xué)。還認(rèn)真汲取當(dāng)時(shí)新傳入的西方自然科學(xué)，大量譯介西方科技書籍。這在僵化保守的封建社會(huì)是極其難能可貴的。正因如此，他成了中國歷史上學(xué)貫中西第一人，也是中國科技史上公認(rèn)的泰斗級人物。
徐光啟于崇禎元年（1628年）接受修歷任務(wù)，此時(shí)他已是67歲的老人了。他不顧年邁，毅然上陣，立即組成了一個(gè)由中外科學(xué)家組成的龐大的科研班子，其中包括當(dāng)時(shí)著名的意大利科學(xué)家龍華民、羅雅谷，德國科學(xué)家湯若望、鄧玉函。他還制定了這次歷法科研的最高目標(biāo)：“上推遠(yuǎn)古，下驗(yàn)將來，必期一一無爽；日月交食，五星凌犯，必期事事密合?！辈⒀杆僬归_了工作。
在修歷的日子里，不管是凄風(fēng)冷雨的秋夜，還是大雪紛飛的隆冬，徐光啟都要登上觀象臺，親臨指揮或親自動(dòng)手觀察天象。那期間，記錄、整理筆記、查找資料，幾乎成了他生活的全部。終于，經(jīng)過他和這些中外科學(xué)家的共同努力，很快就推出了《日躔歷指》等初步研究成果，接著又開始了卷帙浩繁的《崇禎歷書》的編纂工作。
二、魏文魁上呈《歷元》《歷測》，
志在否定徐光啟
使人想不到的是，此時(shí)遠(yuǎn)在京師滿城縣的鄉(xiāng)下，竟有一個(gè)叫魏文魁的老百姓，也在為《大統(tǒng)歷》的誤差而苦惱著。他不顧天文歷法歷來是民間研究的，也不顧自己沒有高深的數(shù)學(xué)知識和先進(jìn)的觀測設(shè)備，更顧不得自己生計(jì)的艱難，經(jīng)年累月一直執(zhí)拗地進(jìn)行著自費(fèi)天文歷法的研究。
此時(shí)，魏文魁一定知道，西方的天文歷法技術(shù)已經(jīng)傳入中國。但他的思想不像徐光啟那樣開放，而是有點(diǎn)保守和固執(zhí)，對外來的思想和技術(shù)采取了拒絕的態(tài)度，認(rèn)為依靠中國人自己的知識和文化完全可以解決此類問題。把先進(jìn)的科技知識拒之門外，這就犯了科研的大忌。
那么他依據(jù)什么來進(jìn)行研究呢？說來很有意思，魏文魁所采納和依據(jù)的重要資料是宋朝人邵雍的那本《皇極經(jīng)世》，而它依據(jù)的數(shù)學(xué)知識則是“周三徑一，方五斜七”等圓周和勾股之類。作為一個(gè)普通百姓，承擔(dān)如此艱巨的科研課題，依據(jù)的知識竟是這樣的初級和粗疏，再加上資料和設(shè)備又不具備，又沒有充裕的資金支持，可以想見，他的研究活動(dòng)一定是異常艱難的。
比如，他所依據(jù)的《皇極經(jīng)世》，是宋朝邵雍研究周易而自創(chuàng)的一門預(yù)測學(xué)，是不是科學(xué)一直被人大打問號。該書一個(gè)最基本的概念，便是把人類世界的歷史壽命，根據(jù)易理象數(shù)的法則，規(guī)定出幾個(gè)簡單易記的字，這幾個(gè)字是：“元、會(huì)、運(yùn)、世、分?！彼麑⒋俗鳛閷蛹壌涡颍瑏肀硎竞徒忉屘煳?、地理、人事發(fā)展變化，以此進(jìn)行預(yù)測。
比如，從時(shí)間上來說，“元”可以認(rèn)為是年，一“元”就是一年，一年之中有十二個(gè)月，每個(gè)月日月相會(huì)一次，因此便叫做“會(huì)”。所以一“元”之中，便包含了十二“會(huì)”。每個(gè)“會(huì)”之中，地球自轉(zhuǎn)三十次，所以一“會(huì)”又包含三十“運(yùn)”，即三十天。因一天之中又有十二個(gè)時(shí)辰，因此一“運(yùn)”又包含十二“世”，即十二時(shí)辰。每個(gè)時(shí)辰又分三十“分”。
如果廣而擴(kuò)之，把最小的“分”代表年，便構(gòu)成了“三十年為一世，三百六十年為一運(yùn)，一萬零八百年為一會(huì)，十二萬九千六百年為一元”。邵雍認(rèn)為，人類歷史、朝代興亡、世界分合、自然變化，都體現(xiàn)在這“元、會(huì)、運(yùn)、世、分”之中了，不需要再用其他方法檢測，皆可未卜先知。魏文魁對邵雍這方法頂禮膜拜，深信不疑，把這作為他的整個(gè)研究思路。顯然這對需要十分精細(xì)的歷法來說，太粗糙了。
按著邵雍的思路和理論框架，魏文魁毅然展開了工作。經(jīng)過多年的努力，居然完成了兩部洋洋灑灑的巨著：一部是天文理論著作《歷元》，一部是歷法知識著作《歷測》。
也就是在這時(shí)候，從北京傳來消息，由徐光啟制定的明顯西化遠(yuǎn)離我中華傳統(tǒng)的新歷法已經(jīng)有了雛形，對此魏文魁怎能接受？他認(rèn)為自己站出來的時(shí)機(jī)到了，便不顧一家老小的安危，當(dāng)即讓兒子魏象乾帶上他剛剛脫稿的兩部巨著，從滿城火速趕到京城，將書送給通政司并轉(zhuǎn)修歷局。他還加了一份上疏，歷數(shù)東方科技的優(yōu)點(diǎn)和西方科技的缺點(diǎn)，以及徐光啟引入西方科技做法的謬誤。希望政府引起重視，并檢驗(yàn)和采納他的方法，企圖以此阻止和取代徐光啟的新歷法。
三、徐光啟虛懷若谷，魏文魁據(jù)理力爭
徐光啟聞知大吃一驚，但以多年形成的對不同學(xué)派的廣納博蓄習(xí)慣，以及對科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度，他馬上冷靜下來。他本著“各家不同看法務(wù)求綜合”的一貫思想，決定對魏文魁的著作進(jìn)行一番公正的研判，以此也希望發(fā)現(xiàn)對手的價(jià)值所在。徐光啟還表示，在沒有通讀完對方著作前，堅(jiān)決不表態(tài)誰對誰錯(cuò)，也不發(fā)一句議論。別人問起，他總是說：“文魁之本，臣尚未通讀，不敢言對錯(cuò)。”
可見徐光啟很有風(fēng)度，他對魏文魁的書看得非常認(rèn)真仔細(xì)，將書中非常重要的七個(gè)問題一一摘錄，逐個(gè)進(jìn)行研究。通過仔細(xì)翻閱研究，他發(fā)現(xiàn)其中的謬誤很多，推算方法也十分陳舊粗陋。不要說日月食和五星凌犯，就是立春、春分、立夏、夏至、立秋、秋分等二十四節(jié)氣的劃分都不準(zhǔn)確。
但是，徐光啟在研判魏文魁的著作中，也對魏文魁的刻苦研究精神進(jìn)行了肯定，稱他是“苦心力學(xué)之士”。徐光啟對他的謬誤一一進(jìn)行記錄，然后指出魏文魁的錯(cuò)誤都在什么地方。與此同時(shí)，徐光啟以寬廣的胸懷傳信給魏文魁，希望他進(jìn)一步努力，爭取在天文學(xué)上真正有所建樹。還告訴他，若有疑義，可以當(dāng)面討論。實(shí)際上，徐光啟對魏文魁的研究成果持了完全否定態(tài)度。
魏文魁當(dāng)然不服輸，決心進(jìn)京與徐光啟論難。他堅(jiān)持認(rèn)為中國傳統(tǒng)方法推算的歷法精度要高于西法，認(rèn)為他的結(jié)果不準(zhǔn)確是因?yàn)橛^測地點(diǎn)不同而造成的。他舉例說，一樣的日月食，京師所觀測到的結(jié)果，與滿城觀測到的絕不會(huì)一樣，與瓊州觀測到的更不一樣，這怎么能說我的方法不準(zhǔn)確呢？至于二十四節(jié)氣的劃分，中國南北差距很大，在北方認(rèn)為準(zhǔn)確的，在南方就不一定準(zhǔn)確，武斷地說哪種方法正確，哪種方法不正確，這是不能服人的。
由于涉及科學(xué)問題，徐光啟沒有讓步，他認(rèn)為魏文魁的做法是“混推”，科學(xué)研究僅靠“混推”是站不住腳的?？墒牵@時(shí)的徐光啟仍然沒有以居高臨下的態(tài)度表現(xiàn)出對魏文魁這場爭論的不屑，而是非常重視，每次辯論他都積極參加，還將辯論雙方的觀點(diǎn)都記錄下來，最后形成了《歷局與魏文魁辯論文稿》，保存?zhèn)浒浮?/p>
一個(gè)是國家頂尖級科學(xué)家，還是個(gè)國家的重要官員；另一個(gè)是民間業(yè)余科學(xué)愛好者，還是個(gè)平民百姓。他們竟能夠如此平起平坐地開展激辨，這在明末實(shí)在難能可貴，說明當(dāng)時(shí)明政府有較濃的崇尚科學(xué)的氣氛，以及徐光啟的虛懷若谷。
四、崇禎提出用實(shí)踐檢驗(yàn)，
各家觀象臺上比高低
其實(shí)，徐光啟在與魏文魁論戰(zhàn)之前，徐光啟的新歷還受到了其他天文歷法派別的猛烈攻擊。一是以欽天監(jiān)官員為首的一直對徐光啟吸收西方科學(xué)不滿，希望“祖宗之制不可變”的舊《大統(tǒng)歷》派，二是從伊斯蘭傳來的《回回歷》派。這兩派都認(rèn)為自己堅(jiān)持的歷法無可挑剔，而認(rèn)為徐光啟的歷法是不純正、不準(zhǔn)確、不科學(xué)的?，F(xiàn)在又增加了一個(gè)魏文魁派，四派混戰(zhàn)，轟動(dòng)朝野，震驚中外。
消息傳到皇帝崇禎那兒，鑒于此時(shí)國家形勢不妙，需要處理的事情很多，已不允許在這件事上這樣久拖不決，需要快點(diǎn)拿出成果。崇禎帝便提出可以“廣集眾長，虛心采聽，西洋方法不妨兼收，各家不同看法務(wù)求綜合”的思想，希望大家不要再爭。然而，在各家都互不服氣的情況下，他的這一提議是無法實(shí)現(xiàn)的，激烈爭吵仍沒有平息。
事涉國家制度，崇禎帝又提出了另外一個(gè)辦法，既不看理論，不看設(shè)計(jì)，也不論“課題組學(xué)術(shù)帶頭人”的身份，只用實(shí)踐檢驗(yàn)。指示尋找一個(gè)特殊天文現(xiàn)象，四家平等預(yù)測，誰家測準(zhǔn)了，誰就正確，國家就采納誰的方案。
崇禎所希望的可以進(jìn)行實(shí)踐檢驗(yàn)的機(jī)會(huì)很快來了：據(jù)預(yù)測，崇禎五年（1632年）九月十五日，將有月食，至于幾時(shí)幾刻還不知道。崇禎帝提出，讓大統(tǒng)、回回、魏文魁、徐光啟四派分別提前提出各自預(yù)測結(jié)果，精確到時(shí)和分，然后等到那一天進(jìn)行實(shí)際檢驗(yàn)，看各家預(yù)測的準(zhǔn)確性。
四家受命，遂摩拳擦掌，高速運(yùn)轉(zhuǎn)，精心準(zhǔn)備，志在必得。然而各家預(yù)測的結(jié)果大相徑庭，有的竟然相差達(dá)一、二個(gè)時(shí)辰。到底誰的正確呢？只等那一天見分曉。然而非常不巧，好不容易等到十五日夜間，結(jié)果那天天空陰云四合，使整個(gè)檢驗(yàn)計(jì)劃在大家的焦慮心情中落空了。
到崇禎六年（1633年）冬十月，徐光啟因?yàn)榉e勞成疾，已經(jīng)無法再主持修歷工作而辭去歷務(wù)。但是龐大的《崇禎歷書》還沒有徹底完成，四家的爭論仍在膠著狀態(tài)，為了完成自己未竟的事業(yè)，他提議讓既懂天文、又不封閉保守、能夠接受西方科技的山東參政李天經(jīng)接替他的職務(wù)。工作交接后只一個(gè)月徐光啟就病逝了，魏文魁失去了一個(gè)強(qiáng)有力的老對手。
崇禎七年（1634年），魏文魁再次上書，直言徐光啟派歷官所推所有交時(shí)節(jié)氣全然不對，應(yīng)該否掉，并采納他的方案。其他幾家也不示弱，天天爭吵不休。崇禎皇帝還是主張采取老辦法——實(shí)地檢驗(yàn)，用事實(shí)說話。而且他此時(shí)變得更加開明，干脆由政府出資成立了四個(gè)天文局，分別為：大統(tǒng)局、回回局、西局和東局。這西局就是徐光啟這一派，而東局則是專為魏文魁所設(shè)?？梢姵绲澔实蹧]有因?yàn)槲何目且唤椴家掳傩斩鴮λ梢牟恍?，相反也為他設(shè)一個(gè)局，作為封建皇帝這是難能可貴的。
四局成立之后，因?yàn)槎际艿搅嘶实鄣钠降葘ΥF(xiàn)在大家不分高下，爭論更加激烈了。那些天，“言人人殊，紛若聚訟”，欽天監(jiān)里，觀象臺上，天天吵吵嚷嚷，互相辯論訐難，爭鬧不休。
崇禎聞之，迅速?zèng)Q定，再次用實(shí)踐檢驗(yàn)，讓各家在觀象臺上定高低。恰好這年李天經(jīng)按西洋方法預(yù)測，從閏八月開始將有“五星凌犯”天象出現(xiàn)。崇禎皇帝很快下旨，讓各家預(yù)測金、木、水、火、土五星凌犯準(zhǔn)確時(shí)間，到時(shí)進(jìn)行驗(yàn)證，然后定奪存廢。
各家接旨，迅速行動(dòng)，都動(dòng)用了各自當(dāng)時(shí)最具科技含量的高精尖設(shè)備。觀象臺上，日晷、星晷、壺漏、開隙暗室、測高儀、窺筒、圖板、望遠(yuǎn)鏡、水盆、圭表，遍地都是。試驗(yàn)場地，更是人來人往，忙忙碌碌，緊張異常。很顯然，四家都極度緊張焦慮，因?yàn)榇蠹叶贾?，這是各自理論和方案能否被政府采用的最后一次搏擊。
這次檢驗(yàn)從八月中旬開始，至九月中旬結(jié)束，歷時(shí)一個(gè)月?；实鬯晒賳T，對照各家的預(yù)測，逐星進(jìn)行檢驗(yàn)。在這些時(shí)日里，四家科研工作者廢寢忘食，夜以繼日，經(jīng)過了無盡的煎熬和焦慮，最終檢驗(yàn)的結(jié)果是：西局的推算全部正確，其他各家均不準(zhǔn)。至此崇禎無情宣布：大統(tǒng)、回回、魏文魁的方法廢絀。
