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第2章 宇宙浩瀚——天文研究之最(1)

最古老的星圖

世界上最古老的星圖是《敦煌星圖》。這幅在甘肅省敦煌莫高窟藏經洞的經卷中發現的古星圖,為世界現存古星圖中星數較多而又最為古老的一幅。這幅星圖約繪制于唐中宗至唐睿宗時期(705—712)。其畫法從12月開始,按照每月太陽位置沿黃道、赤道帶分為12段,先把紫微星垣以南諸星用類似墨卡托圓筒投影的方法畫出,再將紫微星垣畫在以北天極為中心的圓形平面投影上。全圖按圓圈、黑點和圓圈涂黃等三種方式,繪制出1350多顆星體。

《敦煌星圖》內容非常豐富,文字部分采用了《禮記·月令》和《漢書·天文志》中的材料。從圖文上看,這份星圖可能是一個古老的抄本。它比歐洲最早的星圖還要早幾個世紀。它不僅是中國古代人民觀測天象的豐碩成果,也是世界天文學上的偉大發現。《敦煌星圖》現藏于倫敦大英博物館。

最早的日食記錄

我國最早的日食記錄,距今約4000多年,見于《尚書·胤征》:“乃季秋月朔,辰弗集于房……瞽奏鼓,嗇夫馳,庶人走……”這是當時發生在房宿位置上的一次日食。這段文字描寫了當時還沒有認識日食規律的人們驚惶失措,鳴鼓奔走的情況。據考證,這次日食大概發生于夏代仲康時期,約前2137年10月22日。這也是世界上最早的日食記錄。

我國古代對日食的觀察,保持了記錄的連續性。在出土的商代甲骨卜辭中,被認定的日食記載有五次,記錄了發生在前14世紀至前12世紀之間的日食。在《春秋》這本編年史中,就記載了由前770年至前476年的244年中的37次日食。

到了漢代,人們就不僅是簡單地記載日食發生的時間了,還對日食時的太陽位置、日食時的起訖時刻等都進行了明確的記錄。僅從春秋時代算起到清代乾隆年間,我國史書記錄的日食就約有近千次,可謂世界上最完整的日食記錄。

國外最早的日食記錄是發生在巴比倫的一次日全蝕,時間是前763年6月15日,比我國最早的日食記錄要晚得多。

最早的月食記錄

在農歷每月的十五、十六,月亮運行到和太陽相對的方向,這時如果地球和月亮的中心大致在同一條直線上,月亮就會進入地球的本影,而產生月全食。

如果只有部分月亮進入地球的本影,就產生月偏食。當月球進入地球的半影時,應該是半影食,但由于它的亮度減弱得很少,不易察覺,故不稱為月食,所以月食只有月全食和月偏食兩種。

我國很早就有關于月食的記載。在我國第一部詩歌總集《詩經·小雅》中有“彼月而食,則維其常”的記載,指的即是發生在前776年的一次月食,此為世界上最早的月食記錄,比國外相關記載早了55年。

最早的彗星記錄

彗星,俗稱“掃把星”,是太陽系中小天體之一類,由冰凍物質和塵埃組成。當它靠近太陽時,太陽的熱使彗星物質蒸發,在冰核周圍形成朦朧的彗發和一條稀薄物質流構成的彗尾。由于太陽風的壓力,彗尾總是指向背離太陽的方向。

我國古代對彗星的稱呼有很多種,如“星孛”、“蓬星”、“長星”等。很早以前,我國就有關于彗星的記錄。《春秋》上有記載:“魯文公十四年秋七月,有星孛入于北斗。”現代天文學家根據它的軌道和時間判斷此星孛即哈雷彗星,這是我國也是世界上最早的一次哈雷彗星記錄。

我國同時擁有關于哈雷彗星的最多的歷史記錄。從前1057年起計,在至1910年的第40次哈雷彗星的回歸中,中國有32次的出現記錄,記錄之多為世界之冠。我國歷代的史書對包括哈雷彗星之內的彗星現象多有記載,是全世界古代彗星記錄保存最全的資料,這為現代對哈雷彗星的研究提供了方便。

最早的新星記錄

新星是指原本暗弱,但后來亮度突然增大到幾千甚至幾百萬倍的星星。如果亮度增加到一億甚至幾億倍,那么它叫做超新星。而客星是指增亮以后又逐漸暗弱下去,經過幾年或十幾年又恢復到原來亮度的星星。

在秩序井然的星座之間,有時會突然出現一顆異常明亮的外來客,甚至在白天也能見到。但是好景不長,不過幾個月,它又漸漸暗下來,最終悄然逝去,音訊全無,在我國古代曾經形象地稱它為“客星”。

超新星并不是新出生的星,恰恰是垂死的恒星的輝煌“葬禮”。一些大質量的恒星,內部引力極強,當內部燃料耗盡燃燒停止時,星球不是慢慢地收縮,而是突然地坍縮。坍縮所引起的內部壓力是如此巨大,以致球殼無力承受而發生爆炸,就像突然猛力擠壓一個氣球所發生的情況一樣。劇烈的爆發猶如一顆超級原子彈爆炸一樣,恒星向外放射出極大的能量,閃耀出異常明亮的光芒。于是,一顆本來很暗或根本看不見的恒星,亮度會一下子提高17個星等以上,成為一顆亮星,這就是超新星。

中國早在商代甲骨文中就有關于新星的記載,然而真正見于典籍的系統記錄是從漢代開始的。《漢書·天文志》中記載:“天光元年(前134年)五月,客星見于房。”這便是中國關于新星的最早記載。

最早的流星雨記錄

中國最早的流星雨記錄源于《竹書紀年》中所載:“帝禹夏后氏八年夏六月,雨金于夏邑。”這說的就是前213年降落在今河南省的一場鐵隕石雨,是人類歷史上最早的一次隕石雨記錄。

此后,關于流星雨的記錄,我國古書史料中就沒有斷過,計有二三百條之多。這之中對于流星雨的描述生動而形象,如常用“星隕如雨”、“眾星交流如織”、“流星如織”等形容。有些記錄很全面完整,包括時間、流向、個數、在天空中的位置,甚至有時還記錄了顏色和響聲。沈括曾在其名著《夢溪筆談》中記載了隕石隕落的全部過程,從摩擦生熱發光,光球的大小,爆炸聲,隕石飛行的方向,余熱,隕石的形狀、大小,隕石坑,直到隕石的性質和收藏經過等,都一一備述。

這些流星雨和隕石記錄在探索宇宙秘密方面起到了不小的作用。因為隕石是從地球外面飛來的實物標本,通過對流星雨和隕石的研究,對認識天體的起源和演化、彗星的軌道、天體的化學成分等皆有重要價值。可以說,我國古代人民對此作出了杰出的貢獻。

最早的太陽黑子記錄

如果通過一般光學望遠鏡觀測太陽,觀測到的就是光球層(太陽大氣層的最里層)的活動。而在光球上經常可以看到的許多黑色斑點,叫太陽黑子,它們在日面上的大小、多少、位置和形態等,每日都不一樣。太陽黑子是光球層物質劇烈運動形成的局部強磁場區域,是光球層活動的重要標志。

我國是世界上最早發現太陽黑子的國家,早在殷商甲骨文中就有與太陽黑子有關的記載,在戰國時期及漢代也有不少與之相關的記載。

目前公認的世界上最早的太陽黑子記錄源于《漢書》卷二十七《五行志》中:“河平元年……三月乙未,日出黃,有黑氣大如錢,居日中央。”詳細記述了黑子出現的時間和位置,河平元年即公元前28年。

此外,我國古代非但有世界公認的最早黑子記錄,而且數量很多,記錄也很詳細。從漢河平元年到明末為止,共有100多次太陽黑子記錄。這些記錄既有準確的日期,又有黑子形狀、大小、位置甚至變化的情況,這些對太陽黑子的活動及其對地球影響的研究,提供了非常寶貴的資料。

最早的隕石記錄

隕石是指地球以外未燃盡的宇宙流星脫離原有運行軌道或成碎塊散落到地球或其他行星表面的石體,是從宇宙空間落到某個地方的天然固體,也稱“隕星”。它們多半帶有地球上沒有或不常見的礦物組合,以及經過大氣層高速燃燒的痕跡,是人類直接認識太陽系各星體珍貴稀有的實物標本,極具收藏價值。大多數隕石來自小行星帶,小部分來自月球和火星。

中國最早關于隕石的記錄源于《春秋》,書中記載,在魯僖公十六年即前644年,“隕石于宋五”。同時《左傳》中進一步明確指出這是“隕星也”。《史記·天官書》則說得更加準確:“星墜至地,則石也。”

最早的風向計

中國東漢時期的科學家張衡,其一生為我國的科學文化事業作出了卓越的貢獻,是我國古代偉大的科學家之一。公元132年,他創造了一種測定風向的儀器——候風儀,又叫“相風銅鳥”。這種儀器制作簡單,即在空曠的地上立一根5丈高的長竿,竿頂上安放一只銜著花的銅鳥,可以隨著風向轉動,鳥頭所對的方向就是風向。人們可以根據銅鳥隨風轉動的方向,知道是什么風向,這是世界上最早的風向計。它與西方國家裝在屋頂上的候風雞相似,但候風雞是在12世紀才出現的,比張衡的“相風銅鳥”晚了大約一千年。

張衡,字平子,漢族,南陽西鄂(今河南南陽市石橋鎮)人,我國東漢時期偉大的天文學家、數學家、發明家、地理學家、制圖學家、文學家、學者,在漢朝官至尚書,為我國天文學、機械技術、地震學的發展作出了不可磨滅的貢獻。由于他的貢獻突出,聯合國教科文組織曾將太陽系中的1802號小行星命名為“張衡星”。

最早準確測量子午線的人

僧一行(673—727),中國唐代著名的天文學家和佛學家,本名張遂,河北巨鹿人。公元721年,唐玄宗命令他主持修訂新歷法。僧一行繼承了我國天文學上的優良傳統,主張在實測日月五星運行情況的基礎上編制新歷。為此,他和機械專家梁令瓚一起,依靠一批工匠,共同創制了黃道游儀、水運渾天儀等大型天文觀測儀器和演示儀器,為修訂新歷準備了物質技術條件。

儀器制成后,從開元十二年(公元724年)起,一行發起組織了一次大規模的全國天文測量活動。為了測量北極仰角,一行還設計了一種叫“覆矩”的測量工具,并根據觀測數據繪制了《覆矩圖》24幅。根據測量數據,一行計算出:北極高度差一度,南北兩地相隔351里80步(唐代尺度),折合成現代的長度后,這一數據實質上就是地球子午線(即經線)上一度的長,雖然不十分精確,卻是世界上大規模測量子午線的開端。在國外,最早實測子午線的是阿拉伯天文學家阿爾·花剌子模等人在公元814年進行的,晚于我國90年。

最大的近地天體望遠鏡

中國科學院紫金山天文臺研制的施密特型近地天文望遠鏡,是中國目前最大的近地天文望遠鏡。

這臺望遠鏡通光口徑1米、球面反射鏡1.2米,和以此為基礎組建的盱眙鐵山寺觀測站,配備了新一代的CCD探測器,專門用以自動搜索、定位有可能接近地球的彗星和小行星,并計算出它們的精確軌道。

將之投入使用后,未來20年內可發現500~1000顆穿越地球軌道、有可能給地球帶來危害的近地小天體,其中包括50~10顆直徑在1000米以上的近地天體。

最大的衛星發射基地

酒泉衛星發射中心是科學衛星、技術試驗衛星和運載火箭的發射試驗基地之一,是中國創建最早、規模最大的綜合型導彈、衛星發射中心,也是中國唯一的載人航天發射場。

酒泉衛星發射中心始建于1958年10月,位于中國西北部甘肅省酒泉市東北地區,海拔1000米,占地面積約2800平方千米。該地區地勢平坦,人煙稀少,屬內陸及沙漠性氣候,年平均氣溫8.7℃,相對濕度為35%~55%,常年干燥少雨。春秋兩季較短,冬夏兩季較長,一年四季多晴天,云量小,日照時間長,生活環境艱苦。但可為航天發射提供良好的自然環境條件,每年約有300天可進行發射試驗。

在載人航天飛行任務中,酒泉衛星發射中心主要承擔發射場區的組織指揮,實施火箭的測試、加注、發射,逃逸塔測試,整流罩測試,人船箭地聯合檢查,船箭塔對接和整體轉運,提供發射場區的氣象、計量和技術勤務保障,并在緊急情況下組織實施待發段航天員撤離及逃逸救生。

現存最早的天文臺

位于登封縣城東南15千米的告成鎮北周公廟內的河南登封觀星臺,由元代天文學家郭守敬創建,是我國現存最古老的天文臺,也是世界上最著名的天文科學建筑物之一。

觀星臺是一座高大的青磚石結構建筑,由臺身與石圭、表槽組成。臺身上小下大,形似覆斗。臺面呈方形,用水磨磚砌造。臺高9.46米,連臺頂小屋通高12.62米。臺下邊寬16米多,上邊約為下邊之半。在臺身北面,設有兩個對稱的出入口,筑有磚石踏道和梯欄,盤旋簇擁臺體,使整個建筑布局顯得莊嚴巍峨。

觀星臺的作用是“晝參日影,夜觀極星,以正朝夕”。它不僅保存了我國古代圭表測影的實物,也是自周公土圭測影以來測影技術發展的高峰。它反映了我國古代科學家在天文學上的卓越成就,在世界天文史、建筑史上都有很高的價值。1961年3月4日被國務院公布為第一批全國重點文物保護單位。

規格最高的天文科普園

目前國內海拔最高、設備最齊全、規格最高的天文科普園,屹立于廣東省梅縣雁單鎮陰那山五指峰北坡。

走進這個神秘的科普園,首先映入眼簾的便是代表中國天文學起源的陰陽太極圖和五行圖騰柱,柱后則是象征世界天文學的羅馬門樓。沿著這個中西式結合的天文景觀拾級而下,是一條長7l米、寬12米的“生命演化”步道。伴著緩緩而流的山泉,可以看到遠古時候誕生在水中的原始生命和動植物是如何逐漸演變、發展,直至演變成人類的。數十億年的生命演化長河就這樣濃縮于短短的步道之中。在這里,我們不但可以領略南國山林千姿百態的生態景觀,更可以一探宇宙的無窮奧秘,真正實現寓教于樂。

海拔最高的氣象站

青海省沱沱河氣象站,是世界上海拔最高的氣象觀測基本站。它坐落在海拔4700多米處,位于長江源頭唐古拉山麓。

由于青藏高原總面積約250平方千米、平均海拔4000米以上,有“世界屋脊”和“地球的第三極”之稱,對中國和亞洲甚至對整個北半球乃至全世界的氣象變化有著明顯的影響。因此成立于1956年的沱沱河氣象站,就理所當然成為了中國國家氣象站網中重要的測報、研究站,也是具有全球氣象資料共享資格的交換站。

這里地勢高寒,空氣稀薄,全年冰凍期為331天。就是在這樣艱苦的條件下,氣象站的科學工作者們仍堅守崗位,為全人類觀測風云。

古代規模最大的天文觀測活動

至元十三年(1276年),元世祖忽必烈命杰出的科學家郭守敬等人負責制訂新歷法。這次歷法的制訂,主要以天文觀測為依據。郭守敬制造了十多種先進的天文儀器,為進行大規模的天文觀測活動提供了必要的儀器設備。

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