佘山天文台过去的历史和未来的展望

佘山天文台过去的历史和未来的展望 中国科学院上海天文台年刊 2007年总第28期ANNALSOFSHANGHAIASTRONOMICALOBSERVATORY,CASNo.28,2007 编者按:上海天文台年刊的百年折射了中国社会的沧桑变化,反映了上海天文事业的 发展里程.为了帮助读者了解有关历史情况,本刊特作为文献资料发表已故老一辈 着名天文学家,中国科学院上海天文台奠基人李珩先生在1951年9月撰写的《余山 天文台过去的历史和未来的展望》一稿,希望能以此使读者了解此前上海天文事业 的状况,从而理解当时天文年刊在天文科研事业中发挥的作用,也以此缅怀李珩先生 对天文年刊的指导和关心. 佘山天文台过去的历史和未来的展望 团 (中国科学院上海天文台,上海200030) 主题词:佘山天文台一天文年刊一赤道仪一天文观测 分类号:P1—09 西方天文学知识传人中国的第一波在明未清初.传教士如利玛窦(MatteoRicci,1552— 1610),汤望若(JohannAdamSchallvonBell,1591—1666),南怀仁(FerdinandVerbiest,1623— 1688)等人,凭他们的天文历算知识,博得当时上层人士的信仰和皇帝的优待.他们编定的历 书和预推的天象,表现出比中国历法优越的地方;他们制造的天文仪器,至今还保 存不朽. 鸦片战争以后的1842年,天主教的耶稣会来到上海.经过30年,至1873年,他们在距离 上海县城四英里的乡下一个名叫徐家汇的小村镇,建造了一座观象台,用意是和二三百年前的 同道一样,以天文气象知识,博得上等社会官僚和士大夫的信仰,以为传教的进身手段. 徐家汇天文台虽以"天文"二字命名,但其工作主要是气象,后乃扩充至地球物理方 面(地 磁和地震),天文工作仅自1884年开始有观星授时一项,1914年始改用无线电广播时间信号. 由于徐家汇天文台成立后二十余年还没有正式的天文研究工作,传教士因感"天文"二字虚有 其名,乃建议成立一天文部门.倡导人蔡尚质神父(StanislausChevalier,1852—1930)向公共 租界和法租界当局募捐,各募得一万佛朗,更向英法轮船公司募得一万佛朗,教会再增助七万 佛朗,于是用这十万佛朗,向巴黎着名的望远镜制造厂Gautier定制一座赤道式装置的望远镜, 这座赤道仪采取了当时流行的"天图式"(CarteduCie1),即在一钢制的长方管上,一端装置口 径为40era,焦距长7m的消色差透镜两具,一供目视,一供照相之用,在另一端目视之处有测 微盘.覆盖望远镜的铁制圆顶,是巴黎Gilou厂承造的. 1898年,望远镜和圆顶由薄神父(RobertdeBeaurefaire)从巴黎带至上海,并由他负责装 收稿日期:2007431-25(李之方整理供稿) ) 作者曾任中国科学院上海天文台第一任台长(1962,1981年 2中国科学院上海天文台年刊2007年 置在徐家汇天文台内.但薄神父查考徐家汇一带土质松软,恐不能载负此3吨多重的仪器,乃 在附近寻觅适当地址,于是注意到佘山这个地方.佘山山顶高出地面96m,基础立于稳固的岩 石之上,而且至上海的直线距离仅25km,与徐家汇交通往还亦不甚难.于是改变 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 ,将原应 附设在徐家汇的天文部门迁移至佘山,独立成台,称之为佘山天文台,但授时部门仍留在上海. 建修工作开始于1899年,1901年夏始将赤道仪装置就绪.薄神父原拟主持台务,但之后 被调至印度工作,创办人蔡尚质即被委派为佘山天文台首任台长,着手规划,并开始工作. 我们要明嘹佘山天文台所做的工作并加以批评,须先了解其情况.当时的天文工作几乎 全部是用这座赤道仪做成的.在20世纪开始的年代,这仪器可算是一个相当巨大的东西. 40cm的口径,聚光能力相当可观,但是当时法国的望远镜制造尚不十分完善,而且焦距长达 7m,故使用该镜的工作者常感觉不大满意.至于机械部分却颇灵敏精确,望远镜虽重至3吨, 镜管弯曲却微小至不足计较.此望远镜因焦距过长,光力不强,但用以拍照,再根据照片作精 密的测量,尚属合用.以气象条件而言,建台于佘山,还不如在徐家汇为宜.因佘山脚下遍布 稻田,湿度几乎终年成饱和状态,常是雾气弥漫,而且气流常沿山坡而上,以致星象的观测遭受 损害,镜内星影跳跃不息,导星时颇难将星像置于十字线;照片上之星像,以放大镜考查,常不 是明晰的小点,而是大小不规则的黑斑.且风速至8m/s之时,赤道仪便发生震动,难以作精 密的观测. 还有两点须谈到:蔡神父本人仅是一位中学毕业生,天文工作非所素习,而其领导的助理 人员亦仅达中小学程度,算学的知识,尚不能解简单的方程式.在此极其可怜的情况下,蔡神 父凭其一往直前的工作精神,获取相当的成就,不能不使人佩服. 蔡台长在创台之际颇得日本籍神父过桥(Tsutsihashi)之助力,此人精通数学,在天文方面 专研小行星,又曾将清代《钦定仪象考成》一书译为法文(载余山年刊七卷,1911).书中乾隆 朝(1744)所测量之3083颗星被一一寻出其在西洋星座上之名称.蔡台长昼观日而夜摄星, ,从未空度任何可以观测的晴天.1912年过桥回自开始工作至退休(1925)的25年间 日本,蔡 台长独自工作达10年之久,至1922年始有葛式(P.Gauchet)神父来台襄助. 佘山天文台的第一项工作,是测定其赤道仪的经纬和海拔高度,因为这是以后工作须用作 根据的资料.其初以小号子午仪测星,更以灯光信号与徐家汇取得联络.用这种原始的方法 测量经纬,自然不会十分精确,于是更用三角网的测量法,将佘山和徐家汇联络起来,先精测长 165m的"基线"(Base.1ine,可能误差仅1.18mm),然后在附近各山顶装置标记,加以角度的测 量,此工作经历1905年全年.最后算出的数字和以后使用等高仪与无线电所测得者,相差不 过1s,可见当时工作之精确.现在大赤道仪的坐标是:东经8444.75,北纬31.549".6,高度 约100m. 余山天文台开始工作,首先测定赤道仪的常数,且练习各种天体的拍照.查其摄影底片, 得知彼时所拍照,有各星等的恒星,大小行星,星团,星云等,露光时间自数s以至4h之久. 1904年始作太阳观测. 由于佘山之晴明时间甚少(据统计一年间至多不过100日),而且主持之人又非精通数理 之士,除努力从事观测,勿使晴天空度之外,更无他途可寻.蔡尚质遂将昼夜一并利用,把大半 的注意,集中于太阳的观测.于是厘定规则:每遇日出而可能观测之时,必摄1,3张照片,且 以投影目视法,描绘日像,而特别测量黑子和光斑的形态与其变化.后更利用分光镜(spectro- scopeHoffmannpourprotuberauces)观测13珥.此项工作在年刊中每卷内占极多的篇幅,以迄 蔡台长调任之时,总计已摄有13面照片12000余张,描绘的日影图7000余幅. 第28期余山天文台过去的历史和未来的展望 太阳观测的数据日积月累至相当多量时,蔡台长常喜作一总结式的研究报告.在年刊一 至四卷中有黑子与地磁之关系的探讨;第五卷内有根据光斑对于太阳自转的研究,此文使蔡台 长在天文界初露头角,博得一些专家的赞赏;第六卷有根据照片对太阳极径和赤道径之变化的 研究;第八卷有光球之摄影的研究;第九卷有黑子在日面经度上不对称的分布等篇. 这类太阳观测的形态研究,在今日虽已无人问津,但在四十几年前却是一种不无贡 献的创 始工作.在蔡台长任内的25年间,恒星摄影的工作在晴明之夜从未间断,积累照片至3000多 张.根据这些照片,虽已刊布了不少的报告,但还是有许多尚未被测算和分析研究.而且在同 一 区域相隔二三十年的照片,颇值得加以比较的研究.唯最初十数年所拍的照片,因保存不 ,以至星影模糊,不可辨识,殊为可惜. 善,多已霉坏 查年刊中关于星的方位和光度之研究 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 ,举其着者计有第三卷仙女座T星之极小光 度;四至九卷中双星观测;第五卷哈雷彗星;第六卷土星的自转和其卫星的运动之测定;第八卷 墨息尔(Messier,今译"梅西尔"——本文整理者注)67号星团,第九卷46号星团,第十卷22 号星团之摄影的研究;第九卷有土星的直径;十卷有月轮的形状与直径.自第十一卷开始刊布 其"赤道星表"(TourdelaEquateur),这是蔡台长成名之作,颇能表现余山早年的工作精神,似 应加以比较详细的叙述. 制作星表是一件极其繁重的工作,私立天文台因限于人力,很少有人做,它需经历三个程 序,即方位,观测和分析(所谓分析,包括观测资料之整理计算和讨论),每一步皆须依靠批判 的精神和理解的核校,始能表现良好的结果. 蔡台长所用的方法,非出自他的心裁,而系采取英国牛津大学天文学教授H.H.Turner的 设计.此方法在实施上颇为不易,但不顾困难,而首先将此方法付诸实行而获得结果的,却是 主持余山天文台的蔡尚质神父.不过,其成就却还有赖于两位同事:葛式与卫尔甘(Edmundus delaVillemarque)之协助.此二人皆通数学,葛长理论,卫精计算.此项工作之完成,有赖于 卫氏之图解方法,省去不少的计算工作. 这个工作的主要部分,在于围绕赤道一圈拍摄12张照片,赤纬的范围是南北各50,即每 张照片是1.40.每张照片须露光25次,俾使赤经2h(即30.)范围内的恒星一并摄入镜头. 故12张照片有300次的拍照. 照片之尺码是30em×24em,在照片上每2mm相当于1,故24cm宽相当于2.的赤纬, 30em长相当于10的赤经.若照片中心指赤经2,则照片上可以摄得2减5至2加5赤 经范围内之星. 为着辨识一张照片上25次拍照的星像,摄影的方法须加以特别的设计.事实上每一次的 拍照,被分为露光时间不同的二段,故一张照片共有50次的镜头露光.在每次前后两段拍照 期间,观测者必将仪器略为改位(赤经或赤纬),因此每一星的二像,中间常有一定的间隔,或 上下1mlTI,或左右2mm的距离. 总上所言,此工作摄12照片,每片拍照50次,每一星像两两相映,间距确定,以便识别. 此50次拍照须于2内完成,每次露光时间,自当预先算好. 既明以上所叙之原则,再谈实施的方法. 拍照之前应预先算就每次应指向哪个导星,使用目镜内哪一根标线与测微螺旋上转动过 的读数.例如我们要拍照赤道附近在赤经2到4的星,先将镜头指向子午圈,即时角 盘在 00o0之处,并将螺旋头的读数转到预先算就之处.恒星钟一到2之际,第一助手即呼"到" 字,第二助手便立刻开动转仪钟. 4中国科学院上海天文台年刊2007 几秒钟前观测者已看见所选之导星在视野之内,一闻"到"时,快速地移动赤纬螺旋,将此 星对准在预定蛛丝之上(此后不再移动赤纬螺旋),立即打开镜头的盖子,拍照80s.第一助手 看见80s来到之时,再叫"到"字,观测者立即关闭镜头,第一助手随即说出:螺旋应向西移50 格,观测者即照数改移,并迅速将导星移至预定的蛛丝上,再打开镜头,进行后一段的拍照,此 次露光仅50s,听见第一助手叫"50秒到"之声,立将镜头关闭,如是完成第一次拍照前后两段 的工作. 第二助手听见"50秒到"之声,即将转仪钟停摆,且将镜头再拉回到时角指0o0o之处. 此时第一助手复读出经纬两螺旋头上应移动的新读数,观测者照读数改正之后,等待导星来到 视野,这时正是恒星时205前一会儿.观测者不应再移动赤纬螺旋以就导星,待第一助手呼 "到"(即205到),第二助手开转仪钟,观测者迅速将星移至预先算就之赤纬的蛛丝之上,打 开镜头,开始摄取第二拍照,80s后听见第一助手呼"到"之声,观测者关镜头,将蛛丝向西移动 85格(而非90格)如前再照30s,以完成第--tft照之后段. 如是继续拍照,每次在前后两段拍照间,螺旋上读数递次减少5格,以至在第十三次 拍照 之时,照片的中心应是正指恒星时300,是时前后两段拍照之间螺旋头的移动仅向西移30 格. 第十四次拍照的后段之前,螺旋头循反方向,即向东移30格.自十四次以至最末之二十 五次,在下段拍照之前,常将螺旋头向东增加5格,故至最末一次,前后两段之拍照间,螺旋头 向东的移动仍恢复90格,与开始第一次拍照之情形相同,而处于与之相对称的位置. 因为每次拍照须分前后两段,总共仅有5min,而且开关镜头,转移螺旋,移动蛛丝等项工 作,均须由观测者一人办理,故其工作甚为紧张.如是拍照50次之后,工作完毕,再照上坐标 格子,最后将底片加以冲洗. 这样的拍照方法,可以重做一回,惟于每次前后两段之间将赤纬移30",于是照片上每星 有四像,如"::"之形(上二星像大,下二星像小),拍照的时间虽然加倍,但测算的工作却增加 不太多. 拍照之工作虽繁,经历不过2h,测算工作之多,却非局外人所能想象.在进程中,尚须使 用各种方法,以取消可能发生的各种误差,例如照片不恰与远镜之光轴正交,照片与子午圈之 相对位置欠妥之类. 此"赤道星表"中载有14268星,其坐标系以1920.0年为 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ,每一星载有赤经,赤纬和它 们的四个岁差数字,更将有特殊意义之星加以注释,并与前人的星表加以比较.此表刊布于年 刊第十五卷,计八开本366页. 拍照工作在1916至1917年间完成,经历的时间不过一年,拍照的时间仅24h,但测算的 工作却经历至十年之久,占去佘山天文台工作者十年内大部分的时间,至1928年始出版问世. 继任台长卫尔甘神父以后研究小行星时,常使用该星表以推算星的位置. 1924年蔡神父调任徐家汇天文台台长,佘山的工作遂更改了方向.葛式和卫尔甘二神父 皆是算学家,喜推算而不常做观测.蔡神父二十余年之太阳观测的经常工作,逐渐搁置,至 1927年遂无人做.其实国际上研究太阳的方法,已改变新的方向,蔡氏的工作已经过时,也不 值得继续做下去了. 蔡神父早年曾作双星的观测,其结果刊布于年刊1908至1912各卷中.其继任人葛式神 父更有系统地从事双星之目视与摄影的观测.1926年刊布其对于候矢勒(Herschel,今译"赫 歇尔"——本文整理者注)双星1722对之研究报告,载于年刊十三卷之中. 总第28期佘山天文台过去的历史和未来的展望5 1926年因修理圆顶室,将赤道仪卸下,不能工作.佘山同人均从事于经度之测量.此项 测量系国际的合作事业之一,目的在于核验大陆漂移之理论,徐家汇被选作三基本点之一. 1926年和1933年共测两次,均有详细报告,载于年刊16卷和20卷.是年卫尔甘神父开始从 事小行星之观测与其摄动的研究,直至其逝世之时,经历20年,年刊自17卷(1929)至21卷 (1937)几全部登载此类之测算报告. 前曾言及1926年因修理圆顶室,赤道仪被卸下,未曾使用.1927年方重新装置,北伐军 兴,上海战事起,佘山的仪器和图书均装箱运往徐家汇保存.1927至1928两年之间工作停 顿,年刊仅刊布以前完成之赤道星表(十五卷)和经度测量(十六卷)而已. 1928年赤道仪再行装上,恢复工作,计已搁置2年有余.是年佘山天文台因募得捐款,更 增建东廊房舍数间,装置太阳辐射仪和臭氧仪,以为雁月飞神父(P.Lejay)对于地球物理研究 之需用.1931年更于增加之平台上修建小圆顶室,覆盖小赤道仪,其口径为10cm,焦距为 1.4m,特为观测太阳而设. 1930年8月徐家汇和佘山二天文台合并,称为"江苏天主教观象台",而以雁月飞为总台 长,气象和地震二部以龙相齐神父(P.Ghe~i)主持,地磁与授时以b神父(P.Burgaudb尔 克,MauritiusBurgatd——本文整理者注)主持,天文部以卫神父主持.是年地磁部由昆山菜葭 浜迁往佘山.1939年雁月飞回法,一去不返,群龙无首,各自为政,所谓江苏天主教观象台已 呈瓦解之势了. 授时之工作虽另立一部,其实属于天文,只因具有为大众服务的性质,故始终留在上海市 内之徐家汇.在授时之部仅利用星定时,而不对星加以研究,惟于具有研究性的经度测量,始 表现天文与授时有相互需要之处.故1926和1933两届经度测量报告,悉刊载于佘山天文台 年刊之中,而不当由徐家汇之刊物发表. 自改组以后,佘山天文部门之工作已非常衰弱,远不及蔡台长时代了(最盛时工作 人员有 30余人).1930年仅台长一人,机械司一人(西籍),计算员六人(华籍,以后更减为三人).日 常工作计有气象,地磁,臭氧和太阳辐射的观测(属地球物理),真正的天文工作仅有月掩星的 观测,小行星和星团的摄影.虽曾计划作星团类造父变星(即天琴RR型)摄影,但以无精细光 度计,只将所摄之少数照片,送往美国哈佛天文台研究,而旋即停止进行. 在卫神父主持余山天文台之十余年间,主要工作集中于小行星,分观测和计算两项.小行 星之方位表,一向为柏林的RechenInstitut刊布,而世界各处之观测结果,亦集中于该处.此表 中所载小行星之位置,仅是粗略的近似数字,以供观测者觅星之用.小行星大率不太明亮,摄 影之露光时间,常在半小时左右.亦可采赤道星表的摄影方法,分前后两段,拍照两个星影于 一 片之上.晴明之夜常可拍照二或三片.根据照片可以测出小行星之方位.与表所载的数字 加以比较便得校差,以O—C表之.更取其他天文台对于同--4,行星所算出之O—C校差,便 可综合而列成一表,更可根据这表以推算大行星,如木星和土星对于这个小行星的摄动,最后 便可求出它的更确切的轨道.这一研究,观测的工作不多,而计算工作甚繁.在气候欠佳的地 方,如佘山天文台,研究的人若娴于计算,或乐于指导助手计算,这工作倒是可以做的.卫神父 遗存于佘山的计算稿有一大柜,累高至一米,其所作计算之多,可想而知. 星团的研究是个繁重的工作,一张照片上常有可测之星数千,测算讨论可以经年累 月地做 去.蔡神父拍照几个星团,且已刊布墨息而(梅西尔)67,46和22三星团的研究于8,9和13 卷年刊之中.卫神父在30年后更拟摄照这些星团,而欲从照片上发现星团内的造父变星和自 行显着的恒星,惟尚未有成绩表现,更被第二次世界大战阻止了工作. 6中国科学院上海天文台年刊2007正 佘山天文台成立至今已五十年,主持台务的人1901,1925年为蔡神父,计有25年之久, 刊布年刊有15卷之多;1927—1931年为葛式神父,仅有4年,刊行2卷年刊,曾发表1122对双 星和猎户星云内727(7477)星两篇报告;1932,1946年为卫神父,凡14年,全部工作为小行 星,有文20篇,刊于4卷年刊(18-21卷)之中.佘山的工作自蔡神父去世后(1930年),逐渐 迟缓,工作人员亦渐减少,已如上所述.迨至1937年,抗战爆发,佘山变为战场,卫神父和台中 同人拆卸迁运仪器图书之外,还须救死扶伤,以至工作完全停顿.抗战胜利复原之际,卫神父 因积劳成疾,于1946年去世.于是主持无人,更呈停滞之象.后虽得主持地磁授时两部的卜 神父兼理天文,但工作却无法推动.幸在两年之前有葛兴道神父(J.Gzaijko)自华北来驻佘 山,自去年(1950年——本文整理者注)8月起始恢复太阳黑子,太阳辐射和月掩星三项观测, 且将雁月飞在佘山监制之海而(Hale)式太阳分光仪装置完竣,开始观测,每月有报告寄往有 关系的研究机构. 1949年新中国成立,对于外国人在华设立的学校和研究机关有接管之议.1950年12月 12日,中国科学院和中央气象局接管了徐家汇和佘山二天文台.除气象部门归气象局办理之 外,地震地磁部门属中国科学院地球物理研究所,而授时和天文部门则划归南京紫金山天文台 (经营)管理. 根据接管时科学院主持人指示的原则,旧有的工作勿使其停顿,故佘山的工作仍能继续进 行,葛兴道仍做日珥,黑子和辐射以及月掩星等项工作.至于将来工作之扩大充实,则有待于 研究人员之增加.现刻职司天文工作者:仅有研究员一人,助理一人,和留用人员二人.佘山 天文台50年来即感人才缺乏,现虽为政府接管,这尤是一个亟待解决的严重问题.精通天体 物理,理论与观测两方,若能各得一人,则余山的面貌当可改观. 佘山天文台的仪器,概是50年前旧物,大赤道仪虽尚可用,但欲作天体物理方面的工作, 而不愿像过去完全停滞在方位天文和天体力学的老路上,则必须添置光电光度计,分光镜等类 仪器,以为光度和分光研究之需.尤须及早成立一个天体物理实验室,方可追上欧美天文台的 进步.接管以来业已四月,电源断绝,尚未恢复,纵能配置马达,亦无法推动机械,这是现时亟 待解决的一个问题. 至于天文研究工作,除现在正进行的以外,拟恢复小行星和星团的摄影,行星的摄动和星 团的测量之计算.分光和光度等物理方面的研究,须待至购置的仪器装设后,方能着手进行. 佘山天文台过去的一大缺点,在于不训练继起人才.历任台长虽各有所长,可惜抱个人英 雄主义,其所用的助理人员均择自中小学毕业生,而从不聘请大学毕业之人.只叫助理人做机 械式的工作,使知其法而不明其理,己为头脑而别人作手足,故脑坏即手足不能动.我们接管 以后应力矫此弊,招收大学天文,物理两系同事合作之,更望其能作独立的探讨,也许表现优良 成绩的人才,在将来的一代.如此50年后的佘山,当必须有发扬光大,不致陷于如过去之50 年,一线曙光之后,便日渐暗淡,以至趋于熄灭的惨境.