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第54章 探索博大的天文奥秘之最(3)

我国古代对日食的观察,保持了记录的连续性。例如在《春秋》这本编年史中,就记载了公元前770年至公元前476年中的37次日食。从公元3世纪开始对于日食的记录,更是一直延续到近代,长达一千六七百年之久。

对于日食的成因和周期性,我国古代科学家也作了不少研究,并早就有了比较深刻的认识。如成书于公元前100年左右的《史记》已经有了日食周期的记载。到西汉末年,刘歆又总结出一种周期,即135个月有23次日食。对日食的正确认识和日食周期的发现,对于预报日(月)食有重要意义。我国古代在日(月)食预报方面有较高的水平,日(月)食预报历来是我国历法的一项重要内容。大约从公元3世纪起我国就能预报日食初亏和复圆的方向,到了唐代对于日食的预报已经比较完全。

我国古代通过对日食和月食的研究,形成了一套独特的方法和理论,提出了很好的数据,能准确地预报日(月)食,这也是我国天文学上的一项重要成就。

最早的太阳黑子记录

明亮的太阳光球表面,经常出现一些小黑点,这就是太阳黑子。我国是最早发现太阳黑子的国家,早在殷商甲骨文中就有关于太阳黑子的记载,在战国时期及汉代也有不少太阳黑子有关的记载,目前公认的世界上最早的太阳黑子记载是《汉书·五行志下》:“河平元年……日出黄,有黑气大如钱,居日中央。”河平元年是公元前28年。我国古代不但有公认的最早的黑子记录,而且数量很多,记录很详细。从汉河平元年到明末为止,共有一百多次太阳黑子的记录。这些记录既有准确的日期,又有黑子的形状、大小、位置甚至变化的情况,对研究太阳黑子的活动及其对地球的影响提供了十分宝贵的资料。在西方,直到1611年,伽利略才使用望远镜确认了太阳黑子的存在。

太阳黑子其实并不黑,只不过由于它比周围的温度低,看起来显得黑些罢了。黑子的大小相当悬殊,大的直径可达20万千米,比地球的直径还要大得多,小的只有1 000千米。黑子的寿命也很不相同,最短的小黑子寿命只有两三个小时,最长的大黑子寿命只有几十天。

最古老的天文钟

世界上最古老的天文钟诞生在我国。它是我国北宋天文学家苏颂、韩公廉等人建造的“水运仪象台”,它能用多种形式反映及观测天体的运行。

水运仪象台是一部复杂的机械装置,整个机械系统是利用漏壶流水做动力,使仪器经常保持一个恒定的速度,和天体运行保持一致。又通过一套复杂的齿轮系统获得所需要的各种运动,从而既能演示天象,又能以多种形式计时、报时。欧洲人把这种仪器称为“天文钟”。

水运仪象台高约十二米,宽七米,分三层。上层放浑仪,用来观测日月星辰的位置。中层放浑象,它是一个球体,在球面布列天体的星宿位置。下层设木阁,又分成五层。每层有门,到一定时刻,门中有木人出来报时。木阁后面装着漏壶和机械系统,起到控制水轮运转速度的作用。

后世的钟表就是从这里演变出来的。苏颂在1088~1094年所著《新仪象法要》,详细介绍了水运仪象台的构造,反映了当时天文学和机械工程技术的伟大成就。

水运仪象台有以下突出贡献:首先,为了观测上的方便,屋顶做成活动的,这就是今天天文台圆顶的祖先。其次,浑象一昼夜自转一圈,不仅形象地演示了天的变化,也是现代天文台的跟踪机械——转仪钟的祖先。再次,所创造发明的“天关“、“天衡“和“天锁“等部件组成的杠杆装置,是世界上最早的“擒纵器”,为后世钟表的关键部件,因而它又是钟表的祖先。

这座利用水力运转的仪器象台,是远远早于欧洲同类装置的一项重大发明。国际上曾对它给予高度的评价,认为“很可能是后来欧洲中世纪天文钟的直接祖先”。

最大的射电望远镜

世界上最大的射电望远镜是由美国、加拿大、印度、中国、南非和欧洲的一些国家共同投资建造的,称为“平方千米阵列(Square Kilometre Array,简称SKA)”。这部巨型望远镜其实是一个由大量工作在厘米和米波段的天线组成的庞大观测网络,于2010年开始建造,2015年试运行,2020年开始全面运行,整个项目预计将耗资16亿美元。

平方千米阵列计划始于1993年。在国际无线电科联于日本京都举行的大会上,10个国家的天文学家联合提议建造接受面积为1平方千米的巨型射电望远镜阵。澳大利亚、南非、中国、阿根廷四个国家参加了初期选址角逐。2006年9月,中国和阿根廷的方案分别由于地理条件以及电离层不稳定而遭到否决。澳大利亚和南非因良好的无线电环境成为最后的候选者。

“平方千米阵列”射电望远镜的灵敏度将达到目前最灵敏的现代化射电望远镜的100倍。建造它的主要目的是为了查明银河系中的重要结构和星系的演化过程。SKA还可以观测到宇宙空间一向不为人觉察的长波辐射。在宇宙大爆炸时期形成的第一批星系至今仍在放射着长波,如果捕捉到这些上百亿年前产生的辐射,便有可能揭示宇宙的演化进程。SKA还将被用来观测宇宙中的一些“暗物质”——分布在星系间的稀薄气体。

由于SKA在观测范围和灵敏度方面都远远超过了目前已有的同类型望远镜,其还有可能被用来搜索某些高智慧外星生物发出的微弱无线电波,以证实人们长期以来对外星生命的推测。

最古老的星表

星表是把测量出的若干恒星的坐标(常常还连同其他特性)汇编而成的。它是天文学上一种很重要的工具。我国古代曾经多次测编过星表。

公元前4世纪的战国时代,魏国石申写了《天文》一书,因为这部书有很高的价值,后人尊称为《石氏星经》,这是世界上最早的星表。希腊最早的星表,是在公元前3世纪和公元前2世纪时测编的,比石申晚得多。

《石氏星经》共八卷,但已经在宋代以后失传,今天我们只能从一部唐代的天文学书籍《开元占经》里见到《石氏星经》的一些片段摘录。从这些片段中我们可以辑录出一份石氏星表来。其中有二十八宿距星(每一宿中取作定位置的标志星叫做这一宿的距星)和其他一些恒星共一百二十一颗的赤道坐标位置。

石氏星表的赤道坐标有两种表达方式,一种是二十八宿距星的,叫做距度和去极度。距度就是本宿距星和下宿距星之间的赤经差;去极度就是距星赤纬的余角。还有一种是二十八宿之外的其他星,叫做入宿度和去极度。所谓入宿度就是这颗星离本宿距星的赤经差。不论哪一种方式,它的实质和现代天文学上广泛使用的赤道坐标系是一致的。而在欧洲,赤道坐标系的广泛使用却是在16世纪开始的。

“石氏星表”是后世进行许多天体测量的基础。诸如测量日、月、行星的位置和运动,都要用到其中二十八宿距星的数据。因此,它是我国天文历法中一项重要的基本数据。

从这个意义上讲,石氏星表也是战国到秦汉时期天文历法发展的一个重要基础。

第一颗人造卫星

1957年10月4日,世界上第一颗人造卫星诞生于苏联。它是由科学家科罗廖夫(1907—1966)主持设计的。

科罗廖夫25岁时,就编写出版了《火箭发动机》一书。26岁时,他参与设计成功了苏联第一枚液体火箭。27岁时,他又出版了《平流层中的火箭飞行》。29岁时,他和别人一起成功设计了苏联第一代喷气式飞机。

1957年10月4日,科罗廖夫大胆决策,采用捆绑式火箭,将世界上第一颗人造卫星送上了湛蓝的天空,从此开创了人造卫星的太空时代。这颗人造卫星名叫人造地球卫星1号,它在太空中运行92天,绕地球约1 400圈,行程6 000万千米,于1958年1月4日陨落。

最早的天文学著作

《甘石星经》是我国,也是世界上最早的一部天文学著作,在长期观测天象的基础上,战国时期楚(今属湖北)人甘德写有《天文星占》八卷,魏(今属河南开封)人石申写有《天文》八卷。后人把这两部著作合起来,称为《甘石星经》。

可惜它在宋代以后失传了,今天只能从唐代的天文学书籍《开元占经》里见到它的一些片段摘录。这些片段摘录表明,甘德和石申曾系统地观察了金、木、水、火、土五大行星的运行,发现了五大行星出没的规律;他们还记录了八百颗恒星的名字,测定了一百二十一颗恒星的方位。后人将甘德和石申测定的恒星记录称为《甘石星表》,这是我国,也是世界上最早的恒星表,比希腊天文学家伊巴谷测编的欧洲第一个恒星表大约早二百年。

后世许多天文学家在测量日、月、行星的位置和运动时,都要用到《甘石星经》中的数据,因此,《甘石星经》在我国和世界天文学史上都占有重要地位。

第一个进入太空的人

苏联的尤里·加加林是世界上第一位进入太空的宇航员,也是第一位从太空中安全返回的人。1961年4月12日,他乘坐“东方一号”宇宙飞船进入了太空。

加加林的太空飞行是人类第一次绕地球飞行,具有划时代的意义。加加林的起飞是当地时间上午9时07分,他正好飞行了108分钟绕地球运行了一周,最后降落在斯梅洛伐卡村。当时村民们看到加加林头戴一顶白色的飞行帽,身着一套笨重的增压服时,惊讶得目瞪口呆。

加加林乘坐的“东方一号”飞船重约4.73吨,由球形密封座舱和圆柱形仪器舱组成。座舱直径2.3米,乘坐一名宇航员。舱外覆盖着防热层,舱内有能维持10昼夜的生命保障系统,还有弹射座椅和仪器设备。当飞船再进入大气层时,抛掉末级火箭和仪器舱。当座舱下降到离地7 000米时,宇航员就会弹射出舱,由降落伞着陆。

在1963年6月16日,瓦莲京娜·捷列什科娃乘坐苏联“东方六号”宇宙飞船进入太空,她成为人类历史上进入太空的第一位女性宇航员。此外,瓦莲京娜还保持着一项世界纪录——进入太空最年轻的女性,当时她只有26岁。

世界上第一个空间站

人类历史上第一个空间站是“礼炮1号”,它由苏联于1971年4月19日发射,宇航员们在空间站上工作了23天。

苏联发射的“礼炮1号”重约18吨,长约14米,最大直径达4.2米,飞行轨道近地点为219公里,远地点为275公里,倾角为51.60°。“礼炮1号”宇宙飞船由轨道舱、对接舱和服务舱三大部分组成。

此外,“礼炮1号”空间站分为科学研究型和军用型。前者的主要任务是完成天体物理学、航天医学、生物学等方面的研究,考察地球自然资源和进行长期失重条件下的科学实验。后者主要是进行高空照相侦察以及高能武器的可行性实验研究等。

之后,在1971年4月至1982年4月间,苏联共发射了7个“礼炮号”空间站,其中1973年4月3日发射的“礼炮2号”(即钻石一号),1974年6月25日发射的“礼炮3号”(即钻石二号)和1976年6月22日发射的“礼炮5号”(即钻石三号)为军用型空间站,其余的都是科学研究型空间站或军民结合型空间站。