第四章 天文学与气象学
第一节 天文学
1955年，根据国家教育法规，安徽师范学院将天文学列为物理系必修课程，刘金彪将苏联波波夫著的《天文学》译出作为教材，并印发全国高等院校交流。与此同时，在芜湖赭山上安装一台80毫米赤道式折光望远镜（从德意志民主共和国引进），还配备6副双筒望远镜、4台六分仪、2台经纬仪等，这是安徽建造的首座教学用天文台。 1958年，在合肥新建安徽大学，上述天文仪器随其人员由芜湖迁至合肥，在安徽大学教学主楼顶层建造天文观测室，同时还在主楼中间安装一个悬球重58．5公斤、高25．5米的傅科摆，作观测地球自转的实验。并在物理系开设天体物理学，哲学系开设天文学等课程。 安徽师范大学地理系自1979年起由王多文讲授天文学，并备有60毫米折射望远镜、120毫米和150毫米折反射望远镜。在哈雷彗星1985年回归期间，由20多位师生组成观测小组参加全国的观测协作活动，于1986年1月5日在皖南泾县拍摄到哈雷彗星的彗尾照片。 1974年，中国科技大学成立以方励之为主任的天体物理研究室。从此，安徽的现代天文学在天体物理领域开展了广泛的研究活动，并发展成为中国天体物理界一支颇有影响的学术力量。1978年中国科技大学天体物理研究室受到全国科学大会奖励，并由中国科学院批准为所一级研究机构，任命当时北京天文台台长王绶王官院士兼研究室主任，方励之、程福臻为副主任。 1985年8月，中国科技大学将天体物理研究室扩建成天体物理中心，中国科学院学部委员方励之为主任，程福臻为副主任。其主要研究领域是宇宙学、活动星系核、高能天体物理、相对论天体物理以及天体物理中的辐射过程。该“中心”与国内外的联系逐步扩大，并跻身于国际天体物理研究先进行列。1986年8月受国际天文学联合会（IAU）委托，在北京组织并主持了“国际天文学会第124次观测宇宙学专题讨论会”；1987年8月，在安徽黄山主办国际天体物理学术讲习班。 1985年，国家教育委员会和中国科学院联合决定，在天体物理中心设立硕士生、博士生培养点，后又设立博士后流动站。由该中心4位教授、4位副教授担任导师。到1987年，招收硕士生27名、博士生6名，已为国家培养出9名天体物理学研究人员。 有关天文学的观测、研究机构还有，1982年，蚌埠建成一座天文观测堡，备有一台120毫米折光望远镜和3台宝葫芦望远镜，还建造一座内径8米、设有80个观众席的小型天象馆，装有XTY－1型天象仪，专门用于普及天文教育。 中国天文学会安徽天文学分会于1985年成立，方励之为第一届理事会理事长。学会积极开展活动，组织科普报告，观测日月食、哈雷彗星、超新星爆发等自然天象。1986年7月，在马鞍山采石公园与马鞍山钢铁公司教育委员会联合举办了中学生天文夏令营，向50余名中学生普及天文知识。 安徽的天文学工作者，尤其是中国科技大学天体物理研究中心的成员，研究成果丰硕。1974～1987年间，天体物理研究中心在国内外各种大型学术期刊上发表论文300多篇，其中在国外重要学术期刊《物理评论》、《天体物理学报》、《英国皇家天文学会月报》、《天文和天体物理（欧洲）》、《天体物理年评》、《天体物理和空间科学》等发表学术论文208篇。此外还完成专著多本：《西方宇宙学评述》、《相对论天体物理的基本概念》（方励之、R．罗菲尼），《从牛顿力学到爱因斯坦的相对论》（方励之、褚耀泉），《天体物理中的辐射过程》（尤峻汉），《空间磁流体力学的数值方法》（胡友实）等。 安徽天文学研究成果获奖的主要项目有：天体物理理论研究与星系结构理论研究获1978年全国科学大会奖；具有可分辨子源类星体的演化和减速因子的确定、四毫米射电辐射计获中国科学院重大科技成果奖；类星体红移分布中的周期性是否多连通宇宙的一个证据、时空的四维性分别获国际引力基金会论文奖一、三名。 一、天体物理研究 1975年7月，在由南京大学组织的南京地区天体物理学术研讨会上，方励之代表中国科技大学天体物理研究室，宣读了有关黑洞的研究论文，从观测的角度提出寻求黑洞的可能性，并计算了由不同物态方程所得到的中子星临界质量，受到与会者的重视。此后，当国外发现脉冲双星SS433时，方励之立即指出，SS433极可能由双致密星体构成，为检验广义相对论提出的引力辐射的存在提供了条件。 1976年8月，在合肥召开全国天体物理学术研讨会，中国科技大学天体物理研究室报告了他们在致密天体问题的研究中，所发展的黑洞吸积的观测表现理论，第一次提出电子对产生在吸积区中的重要作用，并证明吸积盘中可能存在迅速冷却区。这些结果已被用来解释一些高能天体物理现象的机理，如SS433、天鹅座X－1的能谱等。 确定减速因子q0是宇宙学中的一个重要问题，利用视星等红移关系来确定q0是一种基本的方法。但是，由于类星体在视星等红移图上弥散很大，且由于类星体有较大的演化效应，所以利用类星体来确定q0一直存在困难。中国科技大学方励之、周又元等1979年完成“具有可分辨子源类星体的演化和减速因子的确定”的研究成果，提出用类星体的内禀物理量对类星体进行标准烛光分类，并用双射电子源类星体的子源间距作为光度分类及演化的标志参数，由此得到相关性较好的类星体哈勃图，并得到q0＞1／2的结果，说明宇宙可能是封闭的。这是国际上第一个用类星体来确定q0的工作，论文于1982年在英国《皇家天文学会季刊》发表后，受到国际同行的称赞，国际上的后继工作，对q0也都得到类似的结果。该研究还第一次得到具有可分辨子源的光度演化规律。 1985年5月，方励之和日本京都大学佐藤合作完成“类星体红移分布中的周期性是否多连通宇宙的一个证据”一文，通过对宇宙大尺度结构的观测事实，来说明宇宙的拓扑结构，从而表明宇宙可能是多连通构造。 二、太阳与太阳系研究 〔太阳大气动力学的数值研究〕 1982年，中国科技大学王水、胡友实等完成球坐标中的欧拉全隐式计算格式及其对太阳物理现象的应用研究，及欧拉全隐格式在球坐标下的推广和应用。1985年，王爱华、王水提出了日冕扰动传播的数值模拟和日珥形成的磁流体动力学模拟。1983年与1985年，胡友实研究了太阳黑子的纤维结构，还研究了太阳表面新磁通量的喷发和环形日冕瞬变，1986年又提出二维磁静平衡态的能量原理。1987年，胡友实、金曙平研究了中性电流片的形成和环形日冕瞬变。 〔哨声和甚低频发射的观测和研究〕 中国科技大学在国内最早开展这方面的工作。1979年，王水进行了哨声和甚低频发射的观测，继而又研究场向电流对哨声传播的影响；还研究了地球磁层中甚低频电磁波导管传播的临界频率问题。1982年，王水、王敬芳共同完成地球磁层中哨声导管的物理结构研究；何友文进行了哨声源的分析。1986年，王友善还研究了低纬哨声的路径纬度和临界截止纬度。 〔行星际和磁层动力学研究〕 1979年，王水、方励之研究了太阳风中的大尺度涡旋波；次年，又研究日地空间中的大尺度涡旋波，并完成关于太阳风中大尺度涡旋波的几点注记。1982年与1984年，王水先后研究均匀引力场中的热平衡和磁静力平衡，非均匀等离子体中磁流体力学间断的稳定性。1986年，王水、王爱华完成了一种磁重联过程的数值模拟。 三、关于天文学史的研究 中国科技大学自然科学史研究室，开展了对中国天文学史多学科、深层次的研究。 1975年，李志超等着手研究沈括及其《梦溪笔谈》，在注释其天文学部分时发现，沈括的极星纬度测量数据有误，把“一度余”误为“三度余”，原因是混淆了浑天仪圆心角与圆周角之差别。同年，他还发现《隋书·天文志》记有何承天与张胄玄测得蒙气差影响春、秋分 日出、日入时刻和方位的数据。 1979年，李志超、毛允清用实验证明，沈括的浮漏由于消除了温度对流量的影响，达到每昼夜误差小于20秒的精度，是当时世界上最精确的计时工具。沈括用它证实“冬至日行速，夏至日行迟”。 1985，李志超考证了《唐书·天文志》关于黄道游仪的资料，校正了其中的讹误，从而得以做出精确的复原设计，并成功地实现了复原。由此进一步对沈括的熙宁浑仪也做出精确的复原设计，并由安徽机电学院沈为国制成小复原模型。 1986年，华同旭发现了《职官分记》中关于称漏的重要史料，从而精确地考证了称漏的原理和结构，做出初次复原，并进行实验，证明其精度为昼夜误差小于30秒。 同年，李志超、华同旭考证太初改历是浑天说战胜盖天说的革命性科学史事件，这场“浑盖之争”，“四天腾沸”，汉武帝、司马迁都参与争论，这对中国传统文化，特别是哲学、科学有深远影响。 四、其它重要成果 安徽大学刘金彪在1958～1987年间，在《大学物理》等国内期刊上，先后多次发表有关卫星动力学、太阳辐射等方面的论文；邢庆鹤发表了有关安徽天文学史方面的论文。 〔四毫米射电辐射计〕 1982年，中国科技大学赵梅娜等研制的“4毫米射电辐射计”，是4毫米射电望远镜主体，用于紫金山天文台开展毫米波射电天文学研究。仪器的中心频率为73吉赫兹，波长4．1毫米，可用于观测太阳射电、大气吸收和辐射、高温等离子体诊断及遥感测量等。辐射计由天馈系统、微波系统、低频系统及记录仪组成；卡塞格伦天线系统的主反射面口径为0．5米，接收系统采用Dicke型。该辐射计已于当年投入太阳射电和大气吸收等观测研究。 〔对中国干支纪历起源的研究〕 颍上县农民李式先，历经30多年的艰苦研究，发表“论公元前2517年是中国干支纪历的第一个甲子年”一文（载陕西天文台台刊第13卷1期），讨论干支的起源和结构，中期岁首、月首变化的原因。根据黄帝命大挠作干支的传说，认为当时必为甲子年，且年首应为甲子月、甲子日。由此推导出这一事件在公元前2517年。李式先还根据天象的运行规律，设计了天象三球仪。仪器采用全齿轮传动来演示天象的运行。该仪器已获得国家专利，这是安徽天文学科的第一项国家专利。 〔陨石研究〕 1985年，中国科技大学王奎仁在对安徽亳县陨石进行研究时发现一种新矿物。该矿物主要由铜、锌两元素组成，并含有微量的铁、铝、铬、镍等元素，为等轴晶系、立方体心格子、无序结构。是年12月8日，国际矿物协会新矿物与矿物命名委员会批准命名为“张衡矿”。这是中国首次在陨石中发现新矿物，对讨论天体起源与演化具有意义。 “天文学”重要论文简表表2－4－1  （续表）  |
