前言:想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗?我们特意为您整理了5篇天文学的认识范文,相信会为您的写作带来帮助,发现更多的写作思路和灵感。
今天,来自世界各地的2000多名天文学家欢聚北京,参加国际天文学联合会第28届大会开幕式。这是1935年加入国际天文学联合会以来,中国首次承办联合会大会。这次大会是国际天文学界的一件盛事。我谨代表主席和中国政府、中国人民,对本届大会的召开表示热烈的祝贺,向出会的各位来宾表示崇高的敬意和诚挚的欢迎!
天文学是人类认识宇宙的科学,是推动自然科学发展和高新技术发展、促进人类社会进步的最重要、最活跃的前沿学科之一,对其他门类的自然科学和技术进步有着巨大推动作用。浩瀚无垠的宇宙空间,让生活在地球上的人类充满好奇、为之神往;博大精深的天文科学,以其独特魅力吸引着世世代代有识之士为之孜孜钻研、不懈探寻。天文学作为一门研究天体和其他宇宙物质的位置、分布、运动、形态、结构、化学组成、物理性质及其起源和演化的学科,在人类认识世界、改造世界的活动中始终占有重要位置。我们看到,天文观测的每一次重大发现,都不断深化着人类对宇宙奥秘的认识;天文科学的每一项重大成就,都极大丰富了人类知识宝库;天文学与其他学科交叉融合实现的每一次重大突破,都对基础科学乃至人类文明进步带来现实的和长远的深刻影响。
中国作为世界文明古国之一,对于天文学的发展作出了重要贡献。我们的祖先很早就在日出而作、日落而息的劳作中,开始观察和探究宇宙的奥秘。早在2300多年前,中国伟大的诗人屈原就发出了“遂古之初,谁传道之?上下未形,何由考之?”的著名“天问”。公元前十三世纪甚至更早,中华民族的先人就建立了天文台,中国至今仍保存着世界上历时最长、最完整的天象记录。90多年前,中国现代天文学开始起步,1922年中国天文学会成立,1928年中国第一个现代天文研究所诞生,1934年中国紫金山天文台建成。以来、特别是改革开放以来,中国科学院建成了完整的现代化天文台站运行体系,继建成世界上光谱获取率最高的大视场光谱巡天望远镜之后,目前正在建设五百米口径射电望远镜,并在空间天文和南极天文等重要前沿研究领域取得重要进展。
天文学的发展,是全人类认识宇宙的智慧结晶。天文学的发展历程,给予我们不少宝贵而深刻的启示。
第一,科学技术发展是人类认识世界、改造世界的强大动力。科学技术是经济社会发展中最活跃、最具革命性的因素。人类文明每一次重大进步都与科学技术的革命性突破密切相关。现代科学技术的发展正日益深刻地改变着人类的生产方式、生活方式和生存方式,成为经济社会发展的主要驱动力。实现经济社会可持续发展和人的全面发展,最根本的是要依靠科技的持续进步和创新。
第二,科学技术发展需要不懈探索和长期积累。人类对宇宙奥秘的探求同对其他领域发展规律的探索一样,是永无止境的。科学技术作为人类认识世界、改造世界的智慧结晶,是科学家们不懈探索、长期积累的创造性成果。只有心无旁骛地潜心研究,永不停息探索脚步,在巨人的肩膀上持续不懈前进,才能不断攀登世界科学高峰,推动人类进步。
第三,科学技术发展需要持续重视和加强基础研究。天文学是一门观测科学,包括天文学在内的重要基础研究,要求我们尊重科研活动的内在规律和长远价值,以战略眼光对此进行超前部署,加大投资力度和保障力度,为科学家们的前沿探求提供长期稳定的支持,使他们不断有所发现、有所发明、有所创造、有所前进,取得更多对人类有重大贡献的科学成果。
第四,科学技术发展需要打牢坚实的群众基础。科学技术是一项既造福社会又依赖社会的事业,科学技术发展需要广泛的公众理解和积极的社会参与。应该把科学普及放在与科技创新同等重要的位置,充分发挥教育在科学普及中的重要作用,在全社会、全人类进一步形成讲科学、爱科学、学科学、用科学的浓厚氛围和良好风尚,不断提高民众科学文化素质,不断激发人们创新创造的无穷动力和蓬勃活力。
第五,科学技术发展需要开展广泛务实的国际合作。科学无国界。广袤的宇宙空间,是人类的共同家园;不懈探索浩瀚宇宙,是人类的共同追求;蓬勃发展的天文科学,是人类的共同财富。当今时代,科学技术问题越来越具有全球性,除了天文学等基础研究领域的国际交流合作以外,解决人类共同面临的能源资源、生态环境、气候变化、自然灾害、粮食安全、人口健康等重大问题,也都需要开展多种形式的国际和地区科技交流合作,以共同推进人类科技创新、文明进步和可持续发展,造福于全人类。
当今世界是开放的世界,各国相互依存程度日益加深。改革开放30多年来,中国不但打开国门搞建设,也打开国门开展科技交流合作。特别是进入21世纪以来,世界自然科学界和工程科学界相继在中国召开了包括国际数学家大会、世界工程师大会等在内的一系列重要国际学术交流盛会。这极大开阔了中国科技界的国际视野,加深了国际科技界对中国的了解和认识,促进了中国和国际科技界的相互交流、借鉴与合作,也为中国科技界对世界科技发展作出贡献创造了有利条件。
我相信,国际天文学联合会第28届大会在中国的召开,必将对增进中国天文学家与各国天文学家的友谊、促进中国与国际天文学界的交流合作、推动中国天文学及相关学科发展产生积极影响;同时必将激励包括中国在内的世界各国充满好奇和求知欲望的年轻人,把他们关注的目光投向灿烂星空,激发他们投身天文观察和天文学研究的浓厚兴趣,投身当今世界科学技术的创新实践。
最后,我衷心祝愿本届大会取得圆满成功,衷心祝愿各国天文学家携手探索浩瀚宇宙、共创人类美好未来!
闻名于世的“诺贝尔奖”,每年一次授予在物理学、化学、生理学或医学,以及一些人文领域做出卓越贡献的人,至今已有100多年的历史。然而,诺贝尔并没有设立专门的天文学奖项,这导致了20世纪前70年天文学的成就与诺贝尔奖无缘。由于天体物理学的发展,特别是天文观测所发现的许多物理特性和物理过程是地面上的物理学实验所无法实现的,宇宙及各种天体已成为物理学的超级实验室。天体物理学的一些突出成果有力地推进了物理学的发展,这样,天文学成就获得“诺贝尔物理学奖”就成为很自然的事了。
诺贝尔奖与天文学的尴尬
诺贝尔奖是以瑞典著名化学家阿尔弗雷德·贝恩哈德·诺贝尔(Alfred Bemhard Nobel,1833年10月21日~1896年12月10日)的部分遗产作为基金创立的。诺贝尔奖包括金质奖章、证书和奖金支票。诺贝尔在他的遗嘱中提出,将部分遗产(920万美元)作为基金,以其利息分设物理、化学、生理或医学、文学及和平5种奖金,授予世界各国在这些领域内对人类做出重大贡献的学者。1968年,瑞典中央银行于建行300周年之际,提供资金增设诺贝尔经济学奖,并于1969年开始与其它5种奖同时颁发。诺贝尔奖还有一个规定,即只有先前的诺贝尔奖获得者、诺贝尔奖评委会委员、特别指定的大学教授、诺贝尔奖评委会特邀教授才有资格推荐获奖的候选人。
由于没有设立诺贝尔天文学奖,在很多年里,天文学家既没有推荐权,也不会被人推荐。在这个世界公认的科学界最高奖面前,天文学和天文学家的处境不免有些尴尬。
天文学与物理学相互促进
天文学是研究地球之外天体和宇宙整体的性质、结构、运动和演化的科学,物理学是研究物质世界基本规律的科学。研究各种物质形态都会形成相应的物理学分支,其中包括研究天体形态和特性的天体物理学。很显然,天文学与物理学的关系十分密切,相互关联,密不可分。天文学成就可以归入诺贝尔物理学奖的范围是在情理之中的,但是要使这个道理得到公认很不容易,花费了好几十年的时间。
20世纪初,物理学家根据物理学规律提出了许多天文学预言:如广义相对论预言星光在太阳引力场中的弯曲、水星近日点的运动规律和引力场中的光谱红移现象;预言中子星、微波背景辐射、星际分子和黑洞的存在等。这些预言在证实的过程中曾走过艰难的历程甚至弯路,这些伟大的预言推动着天文学家和物理学家们为之奋斗,并且发展了一个个新的分支学科。
天文观测为物理学基本理论提供了认识地球上实验室无法得到的物理现象和物理过程的条件。开普勒发现了行星运动三定律以后,牛顿为解释这些经验规律才导出万有引力定律,而在地球上的物理实验室中是总结不出万有引力定律的。此后,从对太阳及恒星内部结构和能量来源的研究中获得了热核聚变反应的概念;对星云谱线的分析提供了原子禁线理论的线索;从恒星演化理论发展出了元素形成理论。天文学观测的新发现也给物理学以巨大的刺激和桃战:中子星的发现推动了致密态物理学的发展,而类星体、星系核、Y射线暴等现象的能量来源迄今还很难从现有的物理学规律中找到答案。
随着物理学的发展,物理学家必然要把宇宙及各种天体作为物理学的实验室。物理学家涉足天文学领域的研究成为一种必然。而天文学家也会密切地注视着物理学的发展,以期用物理学原理来解释宇宙的过去、现在和将来。
一批历史性天文学成就无缘诺贝尔奖
在1901年开始颁发诺贝尔奖以后,天文学上有很多重大的发现,其科学价值可与获得诺贝尔物理学奖的一些项目媲美。1912年,美国女天文学家勒维特(Henrietta Swan Leavitt)发现造父变星的周光关系,从而得出一种估计天体距离的方法,这直接导致了河外星系的发现;1911年~1913年,丹麦天文学家赫茨普龙(Ejnar Hertzsprung)和美国天文学家罗素(Henry Norris Russell)各自独立地得到了恒星光度和光谱型的关系图,即赫罗图,赫罗图在恒星起源和演化的研究中起到了举足轻重的作用;1918年,美国天文学家沙普利(Harlow Shapley)发现银河系中心在人马座方向,纠正了太阳是银河系中心的错误看法;1924年,美国天文学家哈勃(Edwin P.Hubble)确认“仙女座大星云”是银河系之外的恒星系统,继而在1929年发现了著名的哈勃定律,证明宇宙在膨胀;1926年,英国天文学家爱丁顿(ArthurStanley Eddington)出版专著《恒星内部结构》,这本书成为恒星结构理论的经典著作。然而,这些成果无一例外地被诺贝尔物理学奖拒之门外。
就像1927年诺贝尔物理学奖得主威尔逊发明的云雾室成为研究微观粒子的重要仪器一样,望远镜的发展使我们能够观测到更遥远、更暗弱的天体及天体现象。但是没有一项光学望远镜的成就获奖。其中如美国天文学家海尔(Alan Hale)研制的口径1.53米、2.54米和5.08米三架大型反射望远镜,1930年施密特研制的折反射望远镜,以及20世纪90年代研制完成的10米口径凯克Ⅰ号和Ⅱ号望远镜等,它们都代表了天文学观测手段的历史性成就。获诺贝尔物理学奖的与天文相关的课题
随着物理学的发展,物理学家必然要把宇宙及各种天体作为物理学的实验室。在宇宙中所发生的物理过程比地球上所能发生的多得多,条件往往更为典型或极端。在地球上做不到的物理实验,在宇宙中可以观测到。物理学家涉足天文学领域的研究成为必然。
赫斯发现宇宙线191 1年~1912年,奥地利物理学家赫斯(Victor Francis Hess)用气球把“电离室”送到距离地面5000多米的高空进行大气导电和电离的实验,发现了来自地球之外的宇宙线。1936年,赫斯因此获得诺贝尔物理学奖。实际上,宇宙线的发现既是一项物理学实验,更是天文学观测成果。
贝特提出太阳的能源机制1938年美国物理学家贝特(Hans Bethe)研究核反应理论的过程中,提出太阳和恒星的能量来源于核心的氢核聚变所释放出的巨大能量。1967年,他因此项研究成果获得诺贝尔物理学奖。
汤斯开创分子谱线天文学美国物理学家汤斯(Charles Townes)利用氨分子受激发射的方式代替传统的电子线路放大,研制出了波长为1,25厘米的氨分子振荡器,简称为脉泽。他由地球上的“脉泽”联想到太空中的分子,预言星际分子的存在。并计算出羟基(-OH)、一氧化碳(CO)等17种星际分子谱线频率。1963年,年轻的博士后巴瑞特观测到了预言中的羟基分子谱线,成为轰动全球的20世纪60年代四大发现之一。汤斯由此成为分子谱线天文学的拓荒人和首创者。1964年,他因氨分子振荡器成功研制而获该年度的诺贝尔物理学奖,而这项研究的副产品开创了一门新兴的天文学科,其科学意义不逊于氨分子振荡器的研制成功。
物理学家涉足天文学的研究所取得的成果能够登上诺贝尔奖的大雅之堂,那么天文学家的研究成果,自然也应该被诺贝尔物理学奖容纳。
天文学理论首先与诺贝尔奖结缘
天文学家们密切注视着物理学的发展,并在天文学的研究过程中发展了物理学。瑞典天文学家阿尔文首先于1970年用他的“太阳磁流体力学”的出色成果叩开了诺贝尔物理学奖的大门,接着又有钱德拉塞卡的“恒星结构和演化”和福勒等几人合作的“恒星演化元素形成理论”的获奖。这三项诺贝尔物理学奖的理论性很强,但都是建立在深入细致的天文观测基础上的。光学望远镜的长期观测提供了极其宝贵的资料,所获得的统计规律给理论研究指明了方向,提供了解决问题的线索。这三个项目也体现了物理学理论和天文学最完美的结合。
首次获诺贝尔奖的天文学家在太阳上发生的一切物理过程都与磁场和等离子体有关。磁流体力学成为太阳物理最重要的理论基础。瑞典的阿尔文(Hannes Alfv6n)是磁流体力学的奠基人,他首先应用这个理论研究太阳,因此也称为太阳磁流体力学。由于这一理论也适用于宇宙中其它天体和星际介质,因而也就成为宇宙磁流体力学。阿尔文因为对宇宙磁流体动力学的建立和发展所做出的卓越贡献而荣获1970年度诺贝尔物理学奖,这是历史上第一次以天文学研究成果获诺贝尔物理学奖。
印度裔美国天文学家钱德拉塞卡奋斗终生的成就在钱德拉塞卡(Subrahmanyan Chandrasekhar)还是剑桥大学研究生的时候,就获得了“白矮星质量上限”这一研究成果。这一成果意味着超过白矮星质量极限的老年恒星的演化归宿可能是密度比白矮星更大的中子星或者黑洞,其意义不同寻常。但由于受到权威学者错误的压制,这一成果未能得到进一步深入研究。在这之后,他仍几十年如一日地研究恒星结构和演化理论。1983年,他在73岁高龄时以特别丰硕的成就获得该年度的诺贝尔物理学奖。
B2FH元素形成理论宇宙中存在的各种元素是怎样来的?这是个天文学家应该回答、却很难回答的问题。但是由天文学家霍伊尔(Fred Hoyle)、伯比奇(G.Geoffrey Burbidge)夫妇和核物理学家福勒(William Fowler)合作完成的研究课题却揭示了这个自然之谜。人们按论文作者姓氏字母顺序称之为B2FH元素形成理论。这篇论文解决了在恒星中产生各种天然元素的难题,被视为经典科学论文。这是天文学家和核物理学家合作研究天文学重大课题的典型例子。
1983年,上述论文的第三作者福勒获得了诺贝尔物理学奖,这个结果显得很不公平,备受质疑。福勒的贡献的确很大,但是另外三位天文学家的贡献也不是可有可无的,特别是霍伊尔作为这个研究课题的提出者和组织者,其前期的研究已经提出“恒星内部聚变产生元素”的创新思想,把他排除在诺奖之外很有些匪夷所思。
射电天文学成为诺贝尔奖的摇篮
射电天文学是20世纪30年展起来的天文学新分支,其特点是利用射电天文望远镜观测天体的无线电波段的辐射。和光学望远镜400多年的历史相比,它仅有几十年历史,但却很快就步入了鼎盛时期。20世纪60年代射电天文学的“四大发现”,即脉冲星、星际分子、微波背景辐射、类星体,成为20世纪中最耀眼的天文学成就。射电天文已成为重大天文发现的发祥地和诺贝尔物理学奖的摇篮。
赖尔的突破物理学中因发明新器件而获诺贝尔物理学奖的事例屡见不鲜。然而在20世纪前几十年当中,光学天文望远镜的发展很快,导致了不少重要的天文发现,但却没有一项得奖。1974年,英国剑桥大学的赖尔(Martin Ryle)教授因发明综合孔径射电望远镜而获得了诺贝尔物理学奖,这是天文学家终于实现因研制天文观测设备而获诺奖的突破。射电望远镜开辟了观测的新波段,但是刚刚发展起来的射电天文十分幼稚,最大的问题是空间分辨率很低,且不能给出射电源的图像。1952年,赖尔提出综合孔径望远镜理论,这是一种化整为零的射电望远镜,用两面或多面小天线进行多次观测就可以达到大天线所具有的分辨率和灵敏度。而且,还能得到所观测的天区的射电图像。1971年,剑桥大学建成的等效直径为5千米的综合孔径望远镜,其分辨率已和大型光学望远镜相当,获得了一大批射电源的图像资料。
休伊什和贝尔发现脉冲星脉冲星的发现证实了中子星的存在。中子星具有和太阳相当的质量,但半径只有约10千米。因此具有非常高的密度,是一种典型的致密星。中子星还具有超高压、超高温、超强磁场和超强辐射的物理特性,成为地球上不可能有的极端物理条件下的空间实验室。它不仅为天文学开辟了一个新的领域,而且对现代物理学发展也产生了重大影响,导致了致密物质物理学的诞生。英国剑桥大学的天文学教授休伊什(AntonyHewish)和他的研究生乔丝琳·贝尔(Jocelyn BellBurnell)女士一起发现了脉冲星。休伊什因发现脉冲星并证认其为中子星而荣获1974年的诺贝尔物理奖是当之无愧的,但贝尔博士未能和休伊什一起获得诺贝尔奖却是一件憾事,目前天文学家公认她是发现脉冲星的第一人。
彭齐亚斯和威尔逊发现宇宙微波背景辐射1963年初,彭齐亚斯(Arno Allan Penzias)和威尔逊(Robert Woodrow Wilson)把一台卫星通讯接收设备改造为射电望远镜进行射电天文学研究。在观测过程中意外发现了多余的3.5开温度的辐射。这种辐射被确认是宇宙大爆炸时的辐射残余,成为宇宙大爆炸理论的重要观测证据。由此,他们获得了1978年度的诺贝尔物理学奖。彭齐亚斯和威尔逊发现宇宙微波背景辐射,所获得的黑体谱并不精确,而且他们得到的微波背景辐射的空间分布是各向同性的,这与大爆炸宇宙学的理论有着明显的差别。
赫尔斯和泰勒发现射电脉冲双星继1974年休伊什教授因发现脉冲星而获得诺贝尔物理学奖之后,1993年美国普林斯顿大学的赫尔斯(RussellA.Hulse)和泰勒(Joseph H.Taylor)两位教授又因发现射电脉冲双星而共同获得该年度诺贝尔物理学奖,引起了全世界的轰动。他们发现的脉冲双星系统之所以重要,不仅因为是第一个,还因为它是轨道椭率很大的双中子星系统,成为验证引力辐射存在的空间实验室。他们经过近20年坚持不懈的努力,上千次的观测,终于以无可争辩的观测事实,间接证实了引力波的存在,开辟了引力波天文学的新领域。
新世纪天文观测再续辉煌
观测是天文学研究的主要方法。观测手段越多、越好,所能得到的信息就越丰富。进入21世纪仅仅10余年,已有4个天文项目获得了诺贝尔物理学奖,分别属于X射线、中微子、射电和光学观测研究领域。
贾科尼创立x射线天文学
1901年,伦琴(Wilhelm Conrad R6ntgen)因为发现X射线荣获诺贝尔物理学奖。时隔102年,X射线天文学的创始人里卡尔多·贾科尼(Rieeardo Giaeeoni)又获诺奖殊荣。由于地球大气对X射线和Y射线的强烈吸收,只能把探测器送到大气层外才能接收天体的X射线和Y射线辐射。20世纪30年代以后,特别是到了90年代,空间探测的发展使得X射线天文学得到了发展,实现了天文学观测研究的又一次飞跃。美国天文学家贾科尼由于对X射线天文学的突出贡献荣获2002年度诺贝尔物理学奖。
贾科尼对X射线天文学的贡献是全面的,瑞典皇家科学院发表的新闻公报把他的贡献归纳为“发明了一种可以放置在太空中的探测器,从而第一次探测到了太阳系以外的X射线源,第一次证实宇宙中存在着隐蔽的X射线背景辐射,发现了可能来自黑洞的X射线,他还主持建造了第一台X射线天文望远镜,为观察宇宙提供了新的手段,为x射线天文学奠定了基础”。贾科尼被称为“X射线天文学之父”当之无愧。
戴维斯和小柴昌俊发现太阳中微子中微子是组成自然界的最基本的粒子之一,中微子不带电,质量只有电子的百万分之一,几乎不与任何物质发生作用,因此极难探测。理论推测,在太阳核心发生的氢核聚变为氦的反应中,每形成一个氦原子核就会释放出2个中微子。太阳每秒钟消耗5,6亿吨氢,要释放1.4×1038个中微子。太阳究竟会不会发射如此多的中微子?只能由观测来回答。
美国物理学家戴维斯(Raymond Davis)是20世纪50年代唯一敢于探测太阳中微子的科学家。他领导研制的中微子氯探测器,放置在地下深1500米的一个废弃金矿里。在30年漫长的探测中,他们共发现了来自太阳的约2000个中微子,平均每个月才探测到几个中微子。而日本东京大学的小柴昌俊(Masatoshi Koshiba)教授创造了另一种中微子探测器。探测器放在很深的矿井中,并于1983年开始探测,1996年扩建,探测到了来自太阳的中微子。1987年,在邻近星系大麦哲伦云中出现了一次超新星爆发(SNl987A),理论预测在超新星爆发过程中会产生数量惊人的中微子。令人兴奋不已的是,他们成功地探测到了12个中微子。戴维斯和小柴昌俊因为成功地探测到中微子而荣获2002年度的诺贝尔物理学奖。
在今天中国的十几亿人口中,能够报考研究生的,应该也算是受过良好教育的少数佼佼者了。既然他们中间也有不少人对此问题不甚了了,似乎值得专门来谈一谈。
为什么托勒密的《至大论》《地理学》这样的伟大著作,会被认为不是科学?许多考生陈述的重要理由,是因为托勒密天文学说中的内容是“不正确的”――我们知道地球不是宇宙的中心。
然而,如果我们同意这个理由,将托勒密天文学说逐出科学的殿堂,那么这个理由同样会使哥白尼、开普勒甚至牛顿都被逐出科学的殿堂!因为我们今天还知道,太阳同样不是宇宙的中心;行星的轨道也不是精确的椭圆:牛顿力学中的“绝对时空”也是不存在的……,难道你敢认为哥白尼日心说和牛顿力学也不是科学吗?
在考生们从小受的教育中,哥白尼和牛顿是“科学伟人”,而托勒密似乎是一个微不足道的人,一个近似于“坏人”的人。但是。即使科学史的研究早已经洗刷了托勒密的恶名,考生们的问题仍未解决一难道“不正确的”结论也可以是科学?是的,真的是这样!因为科学是一个不断进步的阶梯,今天“正确的”结论,随时都可能成为“不正确的”。我们判断一种学说是不是科学,不是依据它的结论在今天正确与否,而是依据它所用的方法、它所遵循的程序。
西方天文学发展的根本思路是:在已有的实测资料基础上,以数学方法构造模型,再用演绎方法从模型中预言新的天象:如预言的天象被新的观测证实,就表明模型成功,否则就修改模型。在现代天体力学、天体物理学兴起之前,模型都是几何模型――从这个意义上说,托勒密、哥白尼、第谷(TychoBrahe)乃至创立行星运动三定律的开普勒,都无不同。后来则主要是物理模型,但总的思路仍无不同,直至今日还是如此。这个思路,就是最基本的科学方法。当代著名天文学家当容(A.Danion)对此说得非常透彻:“自古希腊的希巴恰斯(Hipparchus)以来两千多年,天文学的方法并没有什么改变。”
如果考虑到上述思路正是确立于古希腊,并且正是托勒密的《至大论》第一次完整、全面、成功地展示了这种思路的结构和应用,那么,托勒密天文学说的“科学资格”不仅是毫无疑问的,而且它在科学史上的地位绝对应该在哥白尼之上――因为事实上哥白尼和历史上许许多多天文学家一样,都是吮吸着托勒密《至大论》的乳汁长大的。
托勒密的天文学体系可以提供任意时刻的日、月和五大行星的位置数据,其数值能够符合当时的天文仪器所能达到的观测精度,它在当时就被认为是“正确”的。后来观测精度提高了。托勒密的值就不那么“正确”了,取而代之的是第谷提供的计算值,再往后是牛顿的计算值、拉普拉斯的计算值……如此等等,这个过程直到今天仍在继续之中,这就是天文学。在其他许多科学门类中(比如物理学),同样的过程也一直在继续之中,这就是科学。
有人认为,所有今天已经知道是不正确的东西,都应该被排除在“科学”之外。这种说法在逻辑上是荒谬的――因为这将导致科学完全失去自身的历史。
在科学发展的过程中,没有哪一种模型(以及方案、数据、结论等等)是永久的,今天被认为“正确”的模型,随时都可能被新的、更“正确”的模型所取代,就如托勒密模型被哥白尼模型所取代,哥白尼模型被开普勒模型所取代一样。如果一种模型一旦被取代,就要从科学殿堂中被踢出去,那科学就将永远只能存在于此时一瞬,它就将完全失去自身的历史。而我们都知道,科学有着两千多年的历史(从古希腊算起),它有着成长、发展的过程,它取得了巨大的成就,但它是在不断纠正错误的过程中发展起来的。
所以我们可以明确地说:科学中必然包括许多在今天看来已经不正确的内容。这些后来被证明不正确的内容,好比学生作业中做错的习题,习题虽做错了,你却不能说那不是作业的一部分;模型(以及方案、数据、结论等等)虽被放弃了,你同样不能说那不是科学的一部分。
2016年9月25日,落户中国贵州省平塘县,世界上最大的球面射电望眼镜,被誉为“中国天眼”的FAST正式启用,自此,中国的天文学又迈上了一个新的台阶,贵州、平塘将被更多天好者铭记。FAST投入使用后,将能搜寻到更多的奇异天体,其中蕴涵着大量新发现的机会;甚至可以搜索星际通讯信号,开展对地外文明的探索。“真的有外星人吗?”“宇宙里还有另一个地球吗?”如今,就让我们借助中国天眼,一起探寻那浩渺无际的璀璨太空。
科学不是知识,是探索未知!
仰望星空,你看到了什么?“那么多星星!”“大小不同!”“不同的颜色!”“成双成对!”“背景好像不一样!”为什么会这样呢?张教授告诉大家,研究并且回答这些问题的学科,就是人们常说的天文学,天文学往往引起人们神秘莫测的感觉,它研究的大都是遥不可及的东西,不能用尺量,不能用称约,只能远远地看着,有关它的知识全靠人们依据观测推理取得。天文学(定义)是研究宇宙间天体(天体、天体系统以至整个宇宙)的科学。它研究天体的位置和运动,研究它们的化学组成、物理状态和过程,以及它们的结构和演化。天文学研究的对象主要是小行星、行星、太阳、恒星、银河系、河外星系等。
认识宇宙,要先从我们居住的地球开始。大家知道,我们居住的地球,是太阳系行星之一,那么太阳系的行星中其它行星是怎么被发现的呢?到底是谁首次发现金木水火土五颗行星的,现在已经无法考证;但可以确知的是1871年3月13日,英国天文学家赫歇尔首次发现了天王星;1846年9月23日,德国天文学家伽勒发现了海王星。除了我们熟知的大行星,到2009年,已经被确认存在的小行星数量已达到84万。
借助科技力量,让我们越看越远
仰望星空,肉眼的观察早已无法满足我们的好奇心了,于是,聪明的人类就发明了望远镜。从伽利略式望远镜、开普勒式望远镜到射电望远镜、哈勃空间望远镜、空间天文望远镜,人类能看到的宇宙也越来越大,越来越远。
到目前为止,我国建立了许多射电望远镜天文台,如紫金山天文台青海德令哈13.7米毫米波望远镜;上海天文台余山25米厘米波望远镜;乌鲁木齐南山25米厘米波射电望远镜;云南天文台昆明40米射电望远镜;国家天文台密云50米射电望远镜;上海65米射电望远镜;国家天文台贵州大学天文联合研究中心,贵州平塘500米球面射电望远镜(FAST)。
世界最大的500米口径球面射电望远镜(FivehundredmetersApertureSphericalTelescope),简称FAST。它座落于贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县克度镇大窝凼洼地,由我国天文学家于1994年提出构想,从预研到建成历时22年,2016年9月25日落成启用。为纪念FAST的建设,2013年5月23日,国际天文学联合会(IAU)国际小行星中心公报,宇宙中编号为第92209号的小行星正式命名为“平塘星”,可见FAST的建设不但是我国天文界的大事,也是世界天文界的盛事。
FAST比德国波恩100米望远镜灵敏度提高约10倍;与美国Arecibo300米望远镜相比,综合性能提高约10倍,在未来20-30年都将保持世界一流设备的地位。如果天体在宇宙空间均匀分布,FAST可观测目标的数目将增加约30倍。FAST是中国科学院国家天文台主导建设,具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜,被誉为“中国天眼”,体现了三个自主创新:1.利用独一无二的贵州天然喀斯特洼地台址;2.应用主动反射面技术在地面改正球差;3轻型索拖动馈源支撑将万吨平台降至几十吨。
500米口径球面射电望远镜到底有多大呢?其接收面约有30个足球场大小。从天空看FAST,它就像一口巨大无比的锅,周长达到1570米,要1000.多人手拉手才能环抱起来。如果用这口锅装满贵州出产的国酒茅台,能装下整整300亿瓶。
这么大的望远镜能发挥多大的作用呢?科学家们对它寄予了很高的期望。简单概括为以下几个方面:
1.FAST有能力将中性氢观测延伸至宇宙边缘。
2.能用一年时间发现数千颗脉冲星(宇宙中旋转最快的天体、旋转冠军)。
3.参与地外文明搜寻。
4.将深空通讯能力延伸至太阳系外缘行星。
不是为了“外星人”而是为了“脉冲星”
“哈勃”太空望远镜于1990年4月24日进入太空,十多年如一日地勤勉观测,向地球传送了无数珍贵照片,被认为是改写天文学教科书的最重要的太空观测器之一。
“哈勃”的构造
“哈勃”太空望远镜是被送入轨道的口径最大的望远镜。它全长12.8米,由三大部分组成:第一部分是光学部分,第二部分是科学仪器,第三部分是辅助系统。
望远镜的光学部分是整个仪器的心脏。投射到主镜上的光线首先反射到副镜上,然后再由副镜射向主镜的中心孔,穿过中心孔到达主镜的焦面上形成高质量的图像,供各种科学仪器进行精密处理,得出来的数据通过中继卫星系统发回地面。
太空望远镜在距地面近600千米的太空进行观测,不仅不受恶劣气候的影响,每天都可以进行观测,而且摆脱了地球大气的干扰,能够达到地面上任何望远镜也达不到的高灵敏度和高分辨能力。
特殊的地位
“哈勃”太空望远镜是美国宇航局和欧洲宇航局合作的结晶,它是以美国天文学家埃德温・哈勃的名字命名的。埃德温・哈勃在20世纪20年代的发现改变了人们对宇宙的认识,他发现的星系整体退行现象成为了大爆炸宇宙论的基石之一。而“哈勃”望远镜也已经创造了另一个“哈勃”时代,它的发现已经并将继续改写人类的天文学教科书。
在距离地球600千米的地球轨道上,“哈勃”太空望远镜能识别和拍摄人们从来没有研究过的遥远的星系和物体。它经历了漫长而孤独的太空岁月,为当今太空科学的研究做出了不可磨灭的贡献。
在过去的18年时间里,“哈勃”一直都在为天文学家提出正确的问题提供参考。近处,它曾拍摄到极为清晰的火星照片,拍摄到清晰的木星极光和土星极光,观察到海王星云层的显著变化;稍远,它观测到了正在诞生的恒星,多不胜数的星云、星团以及河外星系;最远,它还看到了宇宙早期的景象。
“哈勃”的十大功绩
“哈勃”十八年太空路,为人类认识宇宙做出了很多贡献,它的主要功绩有:
发现并确认了宇宙中存在暗能量。暗能量是一种神秘形态的力,起到宇宙气体“踏板”的作用,加速了宇宙膨胀的速度。暗能量推挤各个星系,使它们抗拒重力的拘束,以不断增长的速度彼此远离。“哈勃”望远镜关于超新星的资料帮助研究者揭示出,这种神秘力量在宇宙中是持续存在的。
帮助测定了宇宙年龄。“哈勃”望远镜的主要任务之一就是帮助天文学家测定宇宙的准确年龄。天文学家正是利用它观测和拍摄到的图像,确定了宇宙的年龄为137亿年。
帮助人类的“目光”到达宇宙最深处。“哈勃”给天文学家提供了一个“剪贴本”,里面全是一些有关于早期宇宙的快照。其中包括在探索纵深宇宙的过程中,一系列独一无二的资料图片,这些观测资料向人们提供了以可见光观测到的宇宙最深处的景象。
发现其他天体的大气构成。“哈勃”望远镜在一颗木星般大小的行星的大气中,发现了钠、氢、碳以及氧元素。这个独一无二的观测结果证明,“哈勃”和其他望远镜可以从其他一些天体的大气中进行化学构成的采样工作。
证实了星系中央存在黑洞。大多数星系的中心都有一个巨大的沉睡的怪物,可以吞噬想接近它的一切东西,“哈勃”的观测资料证实了这一点,这就是黑洞。
帮助认识宇宙中的“爆炸”。自从宇宙大爆炸(创世大爆炸)以来,伽马射线大爆炸可能是宇宙中力量最为强大的爆炸了。“哈勃”拍摄到的图像显示,这些放射线的短暂闪光来自于遥远的星系,这些星系以非常快的速度形成众多恒星。“哈勃”望远镜确定了这些爆炸的来源――一些巨大星体的瓦解。
发现了“星光”的来源。自从恒星状球体在1963年被首次发现,天文学家就开始试图弄清这些位于宇宙外部区域的类星体是如何持续产生强大、耀眼的光亮的。这些恒星状球体并不比我们的太阳系大,但是它却比拥有数十亿星体的星系还要亮很多。天文学家使用“哈勃”望远镜追踪到这些恒星状球于这些星系的中心区域。
发现了年轻恒星周围孕育行星的尘埃盘。星云、失去光泽的大气和尘埃盘,似乎是新行星系统的诞生地。“哈勃”拍摄到的资料向人们提供了可以看到的证明,它显示,烤盘形状的尘埃盘围绕着年轻恒星的现象是很平常的。
拍下了彗星撞击木星的照片。“哈勃”望远镜拍摄到的画面上,一些清晰可见的黑色疤痕向人们揭示出彗星断裂成碎块撞击木星的情景,撞击产生的蘑菇形的火球冲击到了木星的上空。
发现了行星状星云的实质。在跳跃的颜色中烁烁发光的行星状星云向人们描绘出垂死恒星的最后色彩。行星状星云实际上是一些即将消亡的恒星抛射出的气体外壳,在学术上与行星并没有什么关系。“哈勃”望远镜告诉人们,行星状星云就像雪花一样,没有任何两个是一样的。