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天文科普事业对人类文明的意义

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发表于 2013-11-1 01:22:05 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 骑UFO看外星人 于 2015-4-4 16:24 编辑

作者 :乐后圣
原题:
从美国公益慈善天文热潮的强国趋势看
太空天文科学启蒙运动在国家科技驱动战略中的引擎
作用对人类探索宇宙文明的重大意义

【摘要】:“刚柔交错,天文也。文明以止,人文也。观乎天文,以察时变。观乎人文,以化成天下。” 宇宙无穷,智慧无限,宇宙是人类永远的导师,在探索自然宇宙的道路上,我们还有很长的路要走。在无限的宇宙面前,人类永远只是一个痴儿。浩瀚的宇宙在现在的我们看来无际无边,深不可测,就像人类的雄心。翻开人类文明史的第一页天文学便占有最显著的地位。在中国殷商时代留下的甲骨文物里,就有丰富的天文记录。几千年来天文学的研究范畴和概念都有了很大的发展,经过几次大的飞跃,形成了现代天文学。21世纪将是人类走向太空的世纪——开发月球、登上其他行星、探索宇宙。为适应世界航天事业飞速发展的时代要求,普及天文知识应是加强素质教育一个重要内容。文明与社会进步紧紧连在一起,文明是社会进步的产物和标志,文明也推动着社会向前发展。文明时代或文明社会,是人类社会发展到奴隶社会才开始的。然而,人类社会生产和社会生活中的文明因素,在原始社会的漫长发展中已逐渐积累和发展起来。东方圣经《易经》。《易•彖•贲》云:观乎天文,以察时交,观乎人文,以化成天下。又《易•系辞上》云:仰以观于天文,俯以察于地理。“天文”与“人文”、“地理”一对举,其意皆措“天象”即各种天体交错运行而在天空所呈现之景象。人如何与天共处,即如何知天之意、得天之命,如何循天之道,邀天之福。仰望星空我们会看得更远,在人类的历史文明的时空中,每当人类的各种矛盾错综复杂时,天文便会把人类引向期待与期望的神思漫游中。几千年来,人类凭着上天赋予的双眼,观看这亘古不变的星空,创造了许多不朽的神话及故事。肉眼虽然迷你,不过质量显然不错,人类也得以发现了许多宇宙运行的规则。天文望远镜让人们可以看到远达上千光年外的天体与星系,促进了天文学的大发展。与此同时,随着观测数值及成果的不断取得,在光学、天体物理学、力学等方面也取得了长足进步,在另一方面又促进了人类社会的大发展。本文通过文化冷战思维中的美国天文望远镜热探索人类太空文明的未来为战略视角,对文明与社会进步进行了分析,文明是社会进步的产物和标志,文明也推动着社会向前发展。当代中国社会的进步,离不开世界文明的发展,2009年教育进展国际评估组织对全球21个国家进行的调查显示,中国孩子的计算记忆能力排名世界第一,想象力却排名倒数第一,创造力排名倒数第五。在中小学生中,认为自己有好奇心和想象力的只占4.7%,而希望培养想象力和创造力的只占14.9%。培养中国青少年天文望远镜兴趣是为了开启中华民族族群的太空宇宙意识的启蒙运动,宇宙天文的兴趣与探索关乎一个族群人种进化与衰退,现代天文事业的成就直接影响到人类的科技创新与文明创新的本质,它是第三次工业革命的引擎。因此,我们要自觉地把天文望远镜兴趣探索与宇宙天文科普教育事业作为当代中国社会文明发展的强国事业融入当代世界文明发展的大潮中,才能使具有文明传统的中国真正进入世界先进文明之列。宇宙天文探索在为人类带来了新的发展机遇的同时,可能带给人类新的危机和灾难。人类生活在世界上与大自然直面相对,却经常感觉到宇宙的神秘和美丽、生与死的意义、内在灵魂的震撼以及不知足的悲感,人们碰到生命“捉摸不定”的本质正在进行,人本能地感觉到自然界存在着神秘力量。其实,这所谓的“神秘”感是始于人意识到的自身在认识领域的有限能力。康德的自然宇宙观帮助我们开阔了视野,使人们深刻地感受到宇宙的巨大魅力,它就是人类的心灵。本文从介绍宇宙资源以及宇宙天文探索的现状出发,通过宇宙天文探索对人类认知宇宙的推进作用、宇宙天文探索中的天人合一思想、宇宙天文探索的非线性发展以及伦理思考来探讨宇宙天文探索的哲学意义,深化对宇宙天文探索的哲学思考。  


天文科普事业对人类文明的意义68 / 作者:UFO中文网 / 帖子ID:17845,45891
【关键词】:仰望星空、望远镜、宇宙天文、人种进化、强国趋势

著名哲学家康德说过,“世界上有两种东西能够深深地震撼人们的心灵,一是我们心中崇高的道德准则,另一件是我们头顶灿烂的星空。”“那一年我们望着星空,有那么多的灿烂的梦……”五月天的歌声唤醒了我们童年时的记忆,当我们每每惺忪地张开眼睛,仰望头顶是一宝蓝的天空上有几颗闪烁明亮的星星,某个夏日的夜晚,坐在自家的门槛上,捧着小脸,仰望星空,闪烁的繁星照亮着入夜时分的神秘,寻找着天上那颗属于自己星星的传说。这大概是我第一次所谓“观星”的经验,对一个童稚的心来说,这天空之中充满着无限奥秘。当黄昏送走天边的最后一抹云霞,一个斑斓的银河世界便悄然降临了。徜徉在浩瀚的星空里,好奇的琢磨着静谧的宇宙,似身背猎枪的猎户老人,似摆动巨尾的天蝎,多姿多彩的星空勾起人们无限的遐思,但人们或许并不知道,我们的祖先对星汉世界的了解其实一点儿也不在我们之下,从远古时代开始,他们就创造出了一个又一个人类科学史上的奇迹。中国古代天文学对中国传统文化有着深刻影响,走进尘封八千年的岁月,仍有许多难解之迷等待我们去开启我们探索古代的文明对于开启未来的重要意义。新的天文观测和发现必将并继续深刻地影响和改变着整个人类的宇宙观,不断加深人类对宇宙的认识。这种在理性指导下的实践活动体现了现代的科学探索精神,也必将为人类认识自然、与自然和谐相处带来无穷的益处。天文学是人类认识宇宙的科学,是近代科学革命的摇篮,是推动人类进步的源泉之一。早在远古时期,随着人们对日月经天、斗转星移、昼夜更替、寒来暑往等自然现象观测和认识的逐渐深化,在中国、巴比伦、埃及和希腊等文明古国,天文学便开始萌芽、发展了。在中国古代,天文学已相当发达。中国在公元前13世纪甚至更早就建立了天文台,中国有着世界上历时最长、保存最完整的丰富的天象记录,有不断革新的精确历法,有见地深刻的宇宙论,还有融合高水平机械技术的天文仪器。所有这些,都是世界天文学发展史乃至整个人类文明史上的宝贵财富。那片无法触摸遥远的星空美丽灿烂,分明是通往梦想的童话之径,每个孩子的心里都藏着故事,如果星星会说话,它一定成为我倾诉的对象。如今,身处喧嚣浮躁的京西香山,城市霓虹的刺眼照射下,谁会有心情来抬头仰望星空?《Sky & Telescope》杂志编辑艾伦•麦克罗伯特曾说过:“对于天文爱好者来说,现在是最佳的年代,同时也是最糟的。从来没有过如此大而精良的望远镜,同时各式各样的附件你也可以随处买到。从来没有过如此多的天文信息,你只要轻点鼠标就可以一览无余。但是,也从来没有过如此多的人生活在如此糟糕的星空之下。”在城市流光溢彩的夜景背后,不可忽视的光污染正使满天繁星逐渐褪色,儿时仰望星空的惬意几乎成为一种奢望。
天文科普事业对人类文明的意义62 / 作者:UFO中文网 / 帖子ID:17845,45891

在喧嚣浮躁的人类都市化潮流中,还有什么人会有心情抬起头来仰望星空?思想人类在宇宙中的位置?当代人类因为新西兰的小镇特卡波被联合国教科文组织认证为世界上第一个“星空自然保护区”,从而开创了人类仰望星空的世界文明自然遗产,这是人类的希望。国际黑暗天空协会是一个致力于夜空保护工作的组织,该协会于2001年制定《国际黑暗天空地天保护计划》,以肯定专业人士为夜空保护工作做出的卓越贡献。自计划启动以来,已经有四个保护区、四个社区和十家公园获得“国际暗天”认证。得到“国际暗天协会”认定的英国首个暗夜公园加洛韦暗夜公园位于英国的苏格兰地区南部。在黄金级的黑暗星空保护区里,英国就占了两个席位。这是因为英国人向来十分关注天文,国内也拥有众多天文爱好者,甚至有调查统计约三成的英国城市家庭都拥有自己的天文望远镜。

翻开人类文明史的第一页,天文学占有最显著的地位。在中国殷商时代留下的甲骨文物里,就有丰富的天文记录。几千年来天文学的研究范畴和概念都有了很大的发展,经过几次大的飞跃,形成了现代天文学。随着20世纪60年代天体物理的四大发现(类星体、脉冲星、星际分子和微波背景辐射),天文学进入了最伟大的鼎盛时期,其间不断发现一些完全崭新的且越来越“奇特”的现象;随着突飞猛进的科学技术的进展,天文学实现了全电磁波的观测,极大的扩展了人们的视野,由此获得了一系列惊人的发现,在人们面前展现出一幅崭新的宇宙概貌,引人入胜。天文学作为六大基础学科之一,也可以说是最古老的科学,同时也是最前沿的科学,是研究宇宙间天体及其系统的科学,也是探索物质世界基本规律的自然科学基础学科之一,从它长生的开始就为社会提供定位、时间和历法服务。天文学也是向社会公众传播科学知识和方法,与愚昧迷信作斗争的有力工具。21世纪将是人类走向太空的世纪——开发月球、登上其他行星、探索宇宙。为适应世界航天事业飞速发展的时代要求,普及天文知识应是加强素质教育一个重要内容。因为天文学涉及许多门学科,且文理交融,学习天文学可以促进学习者在知识和科学的领域里得到全方位的提高,也有利于培养正确的世界观。加强天文学教育,既是加强素质教育的重要内容,又是培养青少年正确世界观的有效手段;可使青少年具有科学精神、科学思想、科学思维、破除迷信、开拓视野、树立创新精神、勇于攀登科学高峰。

天文科普事业对人类文明的意义25 / 作者:UFO中文网 / 帖子ID:17845,45891

纵观宇宙观的历史演变,其与科学技术的发展密切相关,又不断推动科学技术的发展。科学技术给人类带来了巨大变革,赋予人类力量,改变了人类的生存环境和生活质量,但与此同时也引发了不少问题。因此,未来科学的发展应当充分考虑人与宇宙世界之间的关系,人类对宇宙的探索将继续不断向前推进。纵观人类宇宙观的演变史,事实上我们可以看到一部人类科学的发展史。宇宙观一次又一次的变革,人类一次又一次的突破自身认知的限制,腐旧的思潮一次又一次的遭受冲击,理性和科学一步步登上历史的舞台。哥白尼的“日心说”推翻了当时居于宗教统治地位的“地心说”,这是天文学的革命,同样也是整个自然科学的革命。在理性思维的引导下,各种自然科学蓬勃发展,自然规律被一一揭示。人类看到了自身的力量,不再畏惧自然,人类很快建立了近代的工业体系,至此人类认识自然的能力又大大提升了,人类没有停止科学发展的脚步,作为物理学的两大支柱——相对论和量子力学,引领着其他各个学科不断追寻真理的足迹。进入信息时代的人类,其生活方式又有了巨大的变化,其改造世界的手段更是多种多样。现在的人类对科技的应用可谓是如鱼得水,科学的发展让人类获得了力量,从畏惧自然到改造自然,人类获得了巨大的物质财富,自身发展的需求得到了满足。但与此同时,再看看科学还带来什么。就从工业化来看,为了满足自身无止境的需求,人类一直不停地生产,消耗的确是地球有限的资源,排放的是有害的废弃物。作为工业化的产物,汽车复制了这些特性,事实上许多其他产物亦是如此。全球的温室效应就此产生,继而带来一系列问题,全球气温上升、冰川融化、极端气候、生态失衡等等。这些是人类不想要的,但已成为客观的事实。爱因斯坦狭义相对论的E=MC2让人类看到了核的巨大能量,结果确是原子弹的诞生,带来的是战争,是毁灭,是人类对核的恐惧。事实上也是如此,核给世界带来的威胁和问题远远大于其直接的效益。现如今,人类在利用科学技术去追求自我发展和自我利益实现的时候,人类的价值观受到了影响,人类开始变得趋利,变得冷漠,变得不像人类。这样的“发展”意义何在?最现实的问题是我们能承受得起吗?按照马克思主义哲学,人类的认知能力是不断发展的无限的,所以物质世界是可知的。确实,人类将继续发展,科学将继续发展,世界将不断被认知,人类也会知道更多,获得更多,直到有一天可以离开地球去拜访未知的智慧文明。现如今,我们嘲笑并且不耻哪些美国科幻片中出现的丑恶侵略者,但试想如果有那么一天人类耗尽了地球的资源,破坏了地球的生态,最终舍弃了地球奔赴下一个“家园”,继续“科学的发展”,到那时,人类又作何感想?人类一直以来错误的定位了自己与自然世界的关系,两者并不是对立的,也没有谁控制谁的说法,人与自然是命运的共同体,都是在不断发展着的物质范畴。科学给予人类力量和权力,同时赋予了人类相应的责任,人类自身发展的同时,也应使得自然世界有能力迈向它的理想状态,两者相互扶持,相互推动,即和谐的发展。人类须有博大的情怀,整个物质世界就是一个协同体,权力越大,责任越大,现在是和平世界,未来就应该是和平宇宙,只不过是我们的家园变得大了一些。

    东方圣经《易经》。《易·彖·贲》云:观乎天文,以察时交,观乎人文,以化成天下。又《易·系辞上》云:仰以观于天文,俯以察于地理。“天文”与“人文”、“地理”一对举,其意皆措“天象”即各种天体交错运行而在天空所呈现之景象。这种景象又可称为“文”。《说文》九上:  “文,错画也”“天文”一词正用此义。《汉书》卷九九王莽传下:十一月,有星孛于张,东南行,五日不见。莽数召问太史令宗宣,诸术数家皆谬对,言天文安善,群赋且灭。莽差以自安。张宿出现彗星,本是凶危不祥的天象,但诸术数家不向王莽如实报告,而诡称天象“安善”以安其心。又《晋书>卷十三天文志下引《蜀记》云:明帝问黄权日:天下鼎立,何地为正?对日。当验天文:往者荧惑守心而文帝崩;吴、蜀无事,此其征也。也以“天文”指天象,火星停留在心宿是具体事例。“天文”既用以指天象,又引伸出第二义,用以指仰观天象以占知人事吉凶之学问。《易·系辞上》屡言“在天成象,在地成形,变化见矣”、“仰以观于天文,俯以察于地理,是故知幽明之故,,皆已隐含此意。而最明确的一段论述如下:是故天生神物,圣人则之,天地变化,圣人效之。天垂象,见吉凶,圣人象之;河出图,洛出书;圣人则之。河图洛书是天生神物,“天垂象,见吉凶”是天地变化,“圣人”则之效之,乃能明乎治世之理。这又可引班固之语以说明之, 《汉书》卷三十艺文志数术略“天文二十一家”后云:天文者,序二十八宿,步五星日月,以纪吉凶之象,圣王所以参政也。班固在艺文志中所论各门学术之性质,在古代中国的文化传统中有极大的代表性。其论“天文”之性质,正代表了此后两千年中国社会中的传统看法。仰望星空,使人产生无尽的联想。人类最早的自然科学探索活动,是从天文学开始的。展望新世纪的时候,人们期待的目光仍然时时投向遥远的太空,因为人类在时间坐标上的“未来”,总是与无垠的宇宙紧紧相连。过去的天文事件造就了今天人类的家园,明天人类的生存空间,正在越来越紧密地与天文学联系在一起。天文学的知识,能够帮人类更加理性地思考自己在地球上的所作所为,向人类提供在自己的星球“长治久安”的启迪与借签。宇宙天文学探索事业是人类未来文明的福祉,宇宙天文学知识必需传播普及到人间。宇宙天文学的珍贵知识对人类的意义是这些来自天上的智慧,引发许多领域的人们沉思,这种沉思在时间的长河中,可以成为影响人们行为方式的显性力量。
天文科普事业对人类文明的意义89 / 作者:UFO中文网 / 帖子ID:17845,45891

天文学是最古老的自然科学,对人类数千年来的文明进步以及最近几百年来现代自然科学的诞生和发展做出了卓越贡献。随着现代科学方法广泛应用于天体的观测研究,天体物理学逐渐成为天文学的主流分支学科。天文学的研究对象和内容包括:宇宙中各种不同尺度的天体、从太阳和太阳系内其他各种天体、恒星及其行星系统、到星系和星系团,乃至整个宇宙的起源、结构和演化。天文学是一门“观测的科学”,它总是需要利用各种观测装置和设备,收集和分析来自广袤宇宙空间电磁辐射信息,不断发现新现象,推断新规律,探索未知领域。天文学研究的对象和内容决定了它在自然科学的特殊地位,是科技发展最具活力的创新源泉之一。宇宙,包括一切形态的物质及其运动的总和,空间尺度从普朗克尺度到哈勃尺度跨越61个数量级,物质密度跨越43个量级,温度跨越32个量级。其时空之广袤,形态之多样,变化之剧烈,条件之极端是地球环境中任何实验室所无法达到的。宇宙天体和星际空间为人类提供了超高密度、超稀薄真空、超强磁场、超低温和超高温等极端条件的“物理实验室”。现代科技手段为天文学科发展提供了强大的助力。400年前,伽利略的第一具望远镜问世,其聚光能力是人类肉眼的100倍。今天,计划建设的新一代望远镜的聚光能力将超过伽利略望远镜100万倍,观测范围也已远不限于可见光波段,而是遍及全部电磁波谱。现代射电望远镜系统的空间分辨能力,已经达到了相当于能够在北京分辨出远在天津的两根并在一起的头发丝。人类观察宇宙的基地也已经从地球拓展到太空。在过去的几十年里我们对宇宙的认识经历了重大变革。然而,宇宙和其中各类天体如何形成?有无地外生命?是什么自然力量主宰着宇宙的终极命运等等根本问题,仍然是对人类认知的巨大挑战。挑战同时也意味着机遇,会不断导致天文学研究的新突破,进而对整个基础学科乃至人类科技文明的进步带来巨大的推进。

天文学对自然科学和现代科学技术的发展,对人类社会的进步,与物理学一样,起到了巨大的推动作用,并且未来可能会起到更大的作用。在六大自然科学(数学、物理、化学、天文、地理和生物)中,天文学的研究对象是自然界中距离地球很遥远的天体(行星、恒星、星系和宇宙),研究在天体上发生的现象和规律,研究天体和宇宙的起源和演化。进入21世纪,联合国首先将2005年定名为国际物理年,以唤起世界人民对物理学的重视。因为物理学对自然科学和现代科学技术的发展,对人类社会的进步起了巨大的推动作用,并且在21世纪中可能起更大的作用。继2005国际物理年之后,联合国又将2009年定名为国际天文年。这说明,天文学对自然科学和现代科学技术的发展,对人类社会的进步同样起了巨大的推动作用,并且未来可能起更大的作用。

  早在300多年前,天文学的发展曾经对牛顿力学的发展起了重要作用。天文学家开普勒在研究行星运动时得到著名的开普勒三定律。1687年,牛顿深入研究了开普勒三定律,提出了第一个完整的引力理论——万有引力定律,并建立了牛顿力学。牛顿力学的建立,导致了各种机悈和机器的产生和发展,推动了工业革命和人类社会的巨大进步。当时,天文学的发展不仅推动了牛顿力学的发展,还推动了航海业的发展,因为轮船在茫茫大海中,要依靠天体测量学的方法,测量恒星或太阳的位置,以计算出轮船所在的位置和航行的方向。航海业的发展又推动了欧亚大陆的商业往来和发现新大陆。天文学依据地球绕太阳运动的规律,定出了历法,不仅统一了人类社会的活动,同时对农业的发展起了重要的推动作用。
天文科普事业对人类文明的意义4 / 作者:UFO中文网 / 帖子ID:17845,45891
  牛顿力学在物理学中,以及在推动技术发展和人类社会的进步中有极其重要的作用。但是,因为牛顿力学是建立在时空相分离的框架基础上,它仅仅适用于低速运动的宏观物质系统(大于原子、分子的物质系统),对于接近光速的高速运动系统,微观物质系统(原子、分子或更小的基本粒子物质系统),和巨大宇宙尺度的物理问题,牛顿力学则表现出局限性和不适用。20世纪,两个新的物理理论——量子理论和爱因斯坦的广义相对论对自然科学和社会产生了重要影响。量子物理成功地描写了微观世界的物理现象,爱因斯坦的广义相对论描写了接近光速的高速运动系统和宇宙大尺度的事件,使人们对于微观物质系统,接近光速的高速运动系统和宇宙尺度的自然规律有了深刻正确的认识,促进了物理学整体的提高;同时奠定了现代科学技术的飞跃发展,促进了半导体技术、计算技术、通信技术、激光技术、新材料和新能源的快速发展。但是,爱因斯坦的广义相对论,由于它的概念深奥,数学很难,在很长时间内都没有被广大物理学界所接受。尤其是广义相对论认为万有引力不是一般的力,而是时空弯曲的表现,这一点很难被人接受。例如来自遥远恒星的一束光,经过太阳附近时会发生偏转。按照牛顿力学,这是因为光子受到太阳引力的作用,其动量发生变化,使其运动路线发生偏转。按照广义相对论,这是因为太阳的质量扭曲了附近的空间,光子在弯曲空间中运动的路径是一条曲线,因而来自恒星的光线经过太阳附近时发生偏转。虽然牛顿力学和广义相对论都能解释来自遥远恒星的光线经过太阳附近时发生偏转的现象,但是二者得出的偏转值却不相同,由牛顿力学给出的偏转值仅是广义相对论给出的偏转值的一半。天文学家将日全食时拍摄下的恒星的视方位(恒星光线在太阳附近发生偏转后的方位)与半年前夜间拍摄的同一恒星的方位(恒星光线不经过太阳附近,因而不发生偏转时的方位)进行比较,得到光线的偏转值。结果证明了广义相对论给出的偏转值与观测结果完全符合。天文学还用其它一些天文现象的观测结果证明了广义相对论的正确性。从而使爱因斯坦提出的引力和时空结构的新理论——广义相对论得到了充分证实。

天文科普事业对人类文明的意义89 / 作者:UFO中文网 / 帖子ID:17845,45891

  天文学家在研究恒星为什么会发光,为什么能维持数十亿年向外辐射大量能量而不变的原因时,发现恒星的能源来自恒星内部高温、高压和高密状态下发生的热核聚变,即将四个氢原子核聚合为一个氦核,同时释放出大量能量。天文学发现的核聚变不仅丰富了核物理的内容,同时对于人类寻找新能源有重要的意义。因为地球上的海水如此丰富,海水电解后可以提供大量氢作为核聚变的原料,可以用之不尽。相信人类在21世纪,一定可以利用核聚变原理在地球上建立起“人造小太阳”,解决能源的困难。在宇宙和天体中到处都是等离子体,即“电磁流体”。如90%以上的星际物质是以等离子体形式存在;恒星内部高温状态下离子和电子的运动是电磁流体。正是研究电磁流体,导致磁流体力学和等离子体物理的出现。等离子体物理不仅在研究天体物理的问题中,而且在研究地球科学的一些基本问题中,已成为必不可少的重要科学理论。等离子体物理又奠定了现代科学技术中的等离子体照明技术,以及等离子体显示屏、等离子体激光器、等离子体加热器等的技术,并且成为研究可控热核聚变的重要手段之一。粒子物理是物理学中一个重要分支学科,它研究组成物质的最小单元——基本粒子,以及它们之间的相互作用。20 世纪,粒子物理取得了重大进展,发现了比中子、质子更小的夸克、轻子、胶子和希克斯粒子等基本粒子,并统一了引力、电磁作用力、弱相互作用和强相互作用的理论框架。但是,要进一步发展粒子物理,必须加大幅度提高加速器的能量,而更高能量的加速器需要大量资金,其经济投入已经达到使现代经济发达国家都难以承受的地步。于是,粒子物理和天体物理相结合,利用大型天文观测设备和天体物理学方法去寻找宇宙中的基本粒子、暗物质、暗能量,以及它们的相互作用和规律,可能成为21世纪科学发展中的重点之一。

  天文学为了解决太阳系的稳定问题,和行星系统的动力学稳定性问题,启发了现代非线性动力学和混沌理论的发展。而非线性动力学和混沌理论在研究许多复杂系统,如演化生物学、金融中的股市理论等等,都有重要意义。航天技术的发展对于人类的通信、寻找矿产资源、预报气象和自然灾害,以及国防建设起着重要作用。而天文学的知识和规律在航天事业的发展中具有重要意义,例如为了使卫星能够进入预定的轨道,必须用天体测量的方法和仪器,精确测定运载火箭的运行轨道,必须精确预报是否有太阳爆发的高能粒子碰撞卫星的可能。空间定位系统对于航空、航海和国防有重要意义,而空间定位系统的基本原理是来自天体测量和天体力学。地震是因为地球板块运动挤压的能量释放而产生。发生地震的地方,其局地重力加速度会变化。而天文测量可以最精确地测量地球板块运动,和测量局地重力加速度变化。因此,天文学对地球动力学和地震预报可以起重要作用。天文学正在研究太阳系中的其他行星上是否有生命存在的条件,同时正在寻找,并且已经发现其他恒星系统中也有行星存在,研究在这些行星上是否有生命存在的条件。这对于研究生命的起源,生命可以适应的环境和条件有重要意义。天文学对自然科学和现代科学技术的作用还有许许多多。因此,联合国将2009年定为国际天文年,以唤起世界人民对天文学的重视是完全应该和正确的。

自古以来,天文学的知识和技术在人类的生产和生活中就发挥着重大的作用,历法的制订、测绘、授时、导航等都应用了天文学方法。今天,除了上述传统领域外,天文学还在很多其他方面起着重要的作用。例如,通过对金星大气的研究,人们认识到了全球温室效应的机理。地球上的气候变化纪录中的天文周期,帮助我们了解全球环境变化的历史。小行星撞击地球可能导致了恐龙灭绝,而地球上的多次大规模生物灭绝事件呈现周期性,这可能与太阳系穿越银河系旋臂的周期有关。对太阳、太阳系天体和空间环境的研究,在人类开发和利用太空的活动中也起着重要的保障作用。天文观测对象的信号往往极其微弱,观测精度要求极高。只有不断打破探测极限,才会不断做出新的发现。天文学家总是不懈地追求性能更加优异的探测器,扩展观测波段,开发新的探测手段。因此,天文学研究是高技术发展的重要推进力之一。目前,发达国家对天文学越来越重视,不惜耗资数亿乃至数十亿美元建造各类地基和天基大型天文观测设备。许多在天文学研究中发展起来的新技术已经在其他领域得到广泛应用。例如,在射电天文学研究中为了提高角分辨率,发展了综合孔径成像技术,赖尔因此获得诺贝尔奖,而这一技术随后也被广泛应用于大地测量、遥感、雷达等。又如,为早期X射线天文学发展而组建的只有寥寥数人的小型高技术公司(AS&E),如今已发展成为一家国际著名企业,其X射线成像技术和X光检仪等工业产品被广泛用于科学、国防、教育、医疗和安全领域。该企业的创建者之一里卡尔多•贾科尼博士,也因其对X射线天文学发展的先驱贡献赢得2002年的诺贝尔物理学奖。再比如,为克服大气湍流对天文望远镜成像的干扰为主要目的发展起来的自适应光学技术,正在十分迅速地向各个领域推广,在我国也已成功应用于激光核聚变装置波前校正系统以提高激光能量集中度、人眼视网膜成像以实现细胞尺度的观察等。天文学知识是人类宇宙观、自然观的重要组成部分,这些观念对于人类的文化、心理和信仰等有深刻的影响。天文学发展史是科学与文化的交融史,宇宙的神秘能激发人类探索的好奇心,宇宙的和谐与美能净化人类的心灵。今天,天文学知识的普及和教育,在破除迷信,培养公众的科学素质,吸引公众对科学的兴趣等方面,仍发挥着难以替代的作用。

文明是文化的升华,文明与社会历史发展的关系特别密切。研究社会发展,必须研究文明与社会发展的内在联系。通过文明与社会进步关系的考察,我们可以知道社会进步决不仅仅是指经济的发展和生产总量的增加,而是立足于社会文明各个方面的发展。社会文明是一个整体性概念,考察人类社会的发展,也应当致力于社会的全面进步。当前我们正在努力建设有中国特色的社会主义。就是要把社会主义的物质文明、精神文明、制度文明建设有机地统一起来。把社会进步与文明联系起来,可以促使我们提高对发展社会文明重要性的认识。文明具有丰富和科学的内涵。社会进步的实在内容是社会文明的发展。衡量社会全面进步的科学尺度,不是别的什么,而是文明的发展。社会的文明程度,是衡量社会全面进步的综合尺度。文明是一个具有开放性和历史继承性的概念,人类社会发展过程中的互相联系、互相促进,是通过文明成果的互相吸收、互相交流、互相交往表现出来的。通过对文明与社会进步内在联系的考察,就可以进一步知道社会历史本质上是开放的。唯有通过社会文明的开放和继承,才能使人类社会的历史源远流长、不断发展。当代中国社会的进步,离不开世界文明的发展,2009年教育进展国际评估组织对全球21个国家进行的调查显示,中国孩子的计算记忆能力排名世界第一,想象力却排名倒数第一,创造力排名倒数第五。在中小学生中,认为自己有好奇心和想象力的只占4.7%,而希望培养想象力和创造力的只占14.9%。培养中国青少年天文望远镜兴趣是为了开启中华民族族群的太空宇宙意识的启蒙运动,宇宙天文的兴趣与探索关乎一个族群人种进化与衰退,因此,我们要自觉地把天文望远镜兴趣探索与宇宙天文科普教育事业作为当代中国社会文明发展的强国事业,融入当代世界文明发展的大潮中,才能使具有文明传统的中国真正进入世界先进文明之列。宇宙天文探索在为人类带来了新的发展机遇的同时,可能带给人类新的危机和灾难。我们从介绍宇宙资源以及宇宙天文探索的现状出发,通过宇宙天文探索对人类认知宇宙的推进作用、宇宙天文探索中的天人合一思想、宇宙天文探索的非线性发展以及伦理思考来探讨宇宙天文探索的哲学意义,深化对宇宙天文探索的哲学思考。

    一、文明产生的历史启示和文明的“三维”视角

    文明与社会进步紧紧连在一起,文明是社会进步的产物和标志,文明也推动着社会向前发展。文明时代或文明社会,是人类社会发展到奴隶社会才开始的。然而,人类社会生产和社会生活中的文明因素,在原始社会的漫长发展中已逐渐积累和发展起来。原始社会在人类社会的发展史上存在了几十万年。它自身也是一个不断进步的社会历史阶段。没有原始社会自身的进步和发展,人类也不可能进入社会发展史上的第一个文明社会即奴隶社会。奴隶制的文明社会是原始社会文明因素积累和发展的必然产物。原始社会可以说是人类历史上的太古时代,恩格斯说过这样一段耐人寻味的话:“这个‘太古时代’在一切情况下,对一切未来的世代来说,总还是一个最有趣的历史时代,因为它建立了全部以后的更高的发展的基础,因为它以人从动物界分离出来为出发点,并且以克服将来联合起来的人们永远不会再遇到的那些困难为内容。”原始社会自身的发展和进步是以文明因素为内容、以文明因素或文明成果为标志的。原始社会以其文明成果为以后文明社会的更高发展奠定了基础。

    在长达几十万年的原始社会里,最受人注意、影响最大、至今仍有重大启迪意义的是三个方面的文明成果(或文明因素)。原始社会的文明因素或称文明成果,首先要推火的发现和应用。大约在一二十万年以前,人类对火的认识已经“发展到是以下这样一个判断:摩擦是热的一个源泉”。摩擦取火的发现和成功的应用,是原始社会发展的一个巨大成果,是社会进步的重要标志。它使人类最终脱离了动物界,真正敲开了人类文明的大门,具有划时代的意义。对火的自觉认识和利用,大大提高了原始人的御寒能力,从而使人类能够生存于不同的气候条件下,扩展了人类活动的领域;对火的自觉认识和利用,扩大了食物来源,改变了人们的食物结构和食物习惯,特别是使食物中肉类的比例明显增加,从而促进了人自身的完善和发展;尤其需要指出,对火的自觉认识和利用,促使制陶业和冶炼业得到了发展,于是引发了生产技术上的一系列的深刻变化和生产工具的发展。在人类生活和生产上由于火的广泛应用,迎来了人类的最早文明即刀耕火种的农业文明。发生在原始社会末期的人类历史上的第一次社会大分工即畜牧业和农业的分工,也与原始人对火的自觉认识和利用分不开,恩格斯曾这样说过:“在人类历史的初期,发现从机械运动到热的转化,即摩擦生火;在到目前为止的发展的末期,发现了从热到机械运动的转化,即蒸汽机。而尽管蒸汽机在社会领域中实现了巨大的解放性的变革,但是毫无疑问,就世界性的解放作用而言,摩擦生火还是超过了蒸汽机,因为摩擦生火第一次使人支配了一种自然力,从而最终把人同动物界分开。”

    对火的自觉认识和成功运用是原始社会首要的文明成果,它表明人类实践的积极成果总是以一定的文明表现出来的,文明成果是社会进步的标志。它深刻地启迪我们:人类文明的产生和发展,首先是从人与自然的关系表现出来。人与自然的关系,最终表现在生产力的发展上。而生产力的发展,需要人对自然规律的认识和运用,即表现在认识自然、利用自然和改造自然上。这里需要的是科学和技术。人类对火的认识和利用,是古代科学技术的产生和运用的萌芽形态。唯有依赖科学和技术,人类才有认识和改造自然的能力,促进社会生产力的发展。能源问题不仅过去是,今后仍然是人类文明发展带有根本性的问题,它是一切生产工具的原动力,是人类生存和发展的根本因素,是社会进步和发展必不可少的重要物质条件。当前,在发展我国社会主义的现代文明中,对现代能源的广泛发掘和有效运用,无疑是一个十分紧迫的问题。文字的产生和使用,是人类文明发展的又一个重大成果,是社会进步的又一重大标志。原始社会没有文字。原始社会后期,才出现了绘画符号,这是文字的萌芽。文字的真正发明和使用在进入奴隶社会以后。文字的发明和使用经历了一个漫长的过程。在使用文字以前很久,人们通过语言进行交流。语言是原始人在长期的共同劳动和生活中集体创造的,并在实践中逐步完善和发展。人类语言的最初形式主要表现为手势语言符号,并辅之以简单音节的声音符号,以后又经历了漫长的发展而逐渐形成完整的声音语言符号系统。语言的产生和形成,使人的社会性得到了进一步的体现,标志着人类社会的有机程度(马克思、列宁把社会看作是一个“机体”或“活的机体”)得到了进一步提高。因为有了语言,人们就能互相发生联系,相互交流思想,进行交往活动。但是,语言的交流有很大的局限性,它传递的空间只能在听力所及的范围,相互交流的信息只能停留在记忆中。只有在有了文字以后,人们的交流和联系才超越了语言的时间和空间限制。文字的产生和应用使人类丰富的实践能够被提高到理性的程度,并使之一代又一代人获得“文化遗传”,知识和技术水平得到不断丰富和提高;同时也使人的精神生活得到新的发展。总之,文字的产生和应用,使人类真正进入文明时代。正如恩格斯在《家庭、私有制和国家的起源>中所指出的:“从铁矿的冶炼开始,并由于文字的发明及其应用于文献纪录而过渡到文明时代”。在人类社会的发展史上,中国、埃及、印度等国之所以成为古代文明的摇篮,与这些地区较早地发明了文字有着极为密切的关系。文字的产生是人类社会的一个重大进步。文字的产生和应用,使人类社会形成了以往所没有的相对独立的知识阶层,使人类文明除了物质文明以外又形成了精神文明领域。文明水平的提高、文明领域的扩展,是社会进步的深层次体现。重大的文明成果的产生,不仅是社会进步的标志,同时又促进了人类社会的发展。人从动物界脱离而成为社会的人,这是一次飞跃。人类自从有了文字以后,又开始了一次新的飞跃。自从人类有了文字,以文字为基础的文化科学技术就获得了突飞猛进的发展,社会生产力从此有了神奇般的发展。文化既以文字为基础,又是文字的扩展。今天我们之所以特别重视文化教育,重视精神文明建设在社会进步中的地位和作用,也可以从文字的社会功能和对社会进步所起的作用中得到新的启迪。

    社会分工的产生和发展,是原始社会发展中的又一重大文明成果,是社会进步的又一重大标志。原始社会曾发生了三次大的社会分工,每一次社会分工,都表明人类文明的一次发展,人类社会的一次进步。在原始社会后期,出现农业和畜牧业的分工,这是人类历史上的第一次社会大分工。社会发展到原始社会末期,又出现了人类历史上的第二次社会大分工,即农业和手工业的分工。这次大分工后,出现了直接以交换为目的的商品生产。在原始社会瓦解、奴隶社会形成时期,社会上出现了一些不从事生产、只从事商品交换的商人,并促使高利贷的产生和土地私有制的确立。这是人类历史上的第三次社会大分工。社会分工,是社会生产力发展到一定阶段的结果。社会分工促进了生产力的发展;分工促使人的知识技能专门化,也激发了人的竞争心理;分工加快和扩大了交往,使商品交换获得了发展;分工也使道德、法律的内容更新,制度文明也可以说是在分工基础上产生的。分工在人类社会的历史发展中,具有重大意义,它表明社会在物质文明、精神文明和制度文明发展上都取得了重大进展,是社会进步的重要里程碑。人类社会的发展,固然最终要消灭这种固定的分工,不过那是遥远将来的事。在现代文明的发展中,社会分工还将进一步精细和越来越科学化,也就是说分工将沿着越来越文明的方向发展。分工的日益科学化,不仅加快了生产力的发展和科学技术以及文化艺术的进步,也呼唤着道德、法律和其他制度的建设。在现代社会中,要使社会分工进一步发展和完善,必须重视社会的物质文明、精神文明以及与之相联系的制度文明的全面建设。社会分工的进一步发展和提高必将促进社会的全面进步。从人类文明产生的历史中,我们可以清楚地知道一个基本事实:人类文明是不断发展的,文明内容也是不断丰富的。特别是当人类文明经历资本主义文明的发展,文明概念的丰富性、整体性越来越得到凸现,这为马克思主义的科学文明观的形成提供了条件。

    马克思主义的文明观把社会文明看作是包括经济、政治、文化等方面内容在内的社会整体性概念。我国一些著名学者和许多理论工作者,从研究近现代的文明发展史,尤其是从我国社会主义的实践经验出发,根据历史唯物主义的基本原理,提出了社会文明总体的三分法:即社会物质文明、社会精神文明、社会制度文明,这三者是互相联系的。社会文明的这种内在结构,我们也可称之为社会文明的“三维”结构和“三维”视角。在文明三维的内在结构中,物质文明和精神文明是最基本的,这与人类的物质生产和精神生产相对应。在物质文明和精神文明的互相关系上,物质文明又是最根本的,它是人类社会赖以存在和发展的物质基础,也是精神文明得以发展的根本物质条件。制度文明存在于物质生产领域,也存在于精神生产领域,也是物质文明与精神文明互相联系的中介。

理论学术界将社会文明一般划分为物质文明、精神文明、制度文明三个方面,将制度文明单独列为社会文明的一个方面有它的合理性和科学性。马克思在<</SPAN>关于现代国家的著作的计划草稿>这部广泛涉及“政治制度”、“国家”、“法律”、“权力的分开”与制衡、“国家管理和公共管理”、“政党”、“选举权”等内容的著作提纲中,就提出了“政治文明”的概念。政治文明,包括国家的政治制度、民主制度、法律制度等,它们是物质文明和精神文明所包括不了的。恩格斯在论述社会主义国家产生以前的文明社会时说过:“国家是文明社会的概括,它在一切典型的时期毫无例外地都是统治阶级的国家,并且在一切场合在本质上都是镇压被压迫被剥削阶级的机器。”一个国家的政治制度、统治阶级实施统治的各种管理制度,都是社会文明程度的体现。列宁对资本主义文明进行了“一分为二”的分析,认为与资本主义阶级关系、剥削制度相联系的社会政治制度,实质是“野蛮的文明”,必须予以抛弃;与社会大生产相联系的具体科学管理制度、科学技术,特别是社会生产力的长足进步,属于进步的文明,必须作为人类文明成果予以继承。列宁这里所说的,不仅是对资本主义文明作“野蛮”和进步的具体区分,而且也指出了社会政治制度和具体管理制度在社会文明中所具有的相对独立性。根据马克思主义经典作家的论述和分析,把制度文明与物质文明和精神文明一起共同作为社会文明的重要的实质性内容是符合马克思主义文明理论的基本原理的。文明,特别是现代文明,是以三维文明为基本内容的。它们也应当成为全面审视社会文明的应有视角。

二、中国宇宙天文启蒙教育事业与天文资源的游乐利用

中国天文教育的启蒙并不算晚,但取得的效果并不是很好,起原因是多方面的,最主要的原因是国民对于科学教育的不重视,对于培养孩子科学素养方面总是轻描淡写的带过。而中学天文学教育,目前在我国的绝大部分地区都不受到重视,青少年们都为了应付一个又一个的考试,而忽略了对科学知识的学习,学习都只是为了能得高分,其他的很多东西均被忽略。所以说,中国目前中学天文学教育是很不完善的,我们仍需要加大在中学天文学教育的力度。但在大学受到很高的重视,1952年将中山大学天文系和齐鲁大学天算系的天文部分调整到南京,成立南京大学天文系。1960年北京师范大学设立天文系;同年北京大学地球物理系设立天文专业,现已有天体物理中心。1977年中国科学技术大学设立天体物理中心,1999年又成立了天文与应用物理系。1957年建成的北京天文馆及2004年新馆落成,为全国天文普及教育工作起了积极作用。国内天文刊物主要有《天文学报》、《天体物理学报》、《天文学进展》和《天文爱好者》等刊物。此外,全国高等院校大部分地理系开设了“天文基础课”,以培养中学地理教师能“上知天文,下知地理”和开展天文观测活动的能力。近年来随着对大青少年素质教育的重视,不少高校在全校范围内开设“天文选修课”,这一趋势还在不断增长。随着计算机网络技术的发展,天文网站也不断涌现。当今普及天文科学知识,不仅是天文学的首要任务,也是现代人们的普遍要求,是社会进步和人类文明发展的需要。

   科学,特别是自然科学,最重要的目标之一,就是追寻科学本身的原动力,或曰追寻其第一推动。同时,科学的这种追求精神本身,又成为社会发展的一种最基本的推动。科学总是寻求发现和了解客观世界的新现象,研究和掌握新规律,总是在不懈地追求真理。科学是认真的、严谨的、实事求是的,同时科学又是创造的。科学的基本态度就是疑问,科学的最基本精神之一就是批判。正是在这个意义上,科学堪称为人类进步的“第一推动”。科学教育,特别是自然科学的教育,是提高人们素质的重要因素,是现代教育的一个核心。科学教育不仅使人获得生活和工作需要的知识和技能,更重要的是使人获得科学思想、科学精神、科学态度以及科学方法的熏陶和培养,使人获得非生物本能的智慧,获得非与生俱来的灵魂。可以这样说,没有科学的“教育”,只是培养信仰,而不是教育。没有受过科学教育的人,只能成为受过训练,而非受过教育。

天文兴趣的学科定位是培养、发展青少年的天文素养,而天文素养是一个综合性很大的目标概念,是一个多元化的结构体系。由于青少年的情感态度与价值观、方法能力及行为习惯等具有个性、程度差异性的特点,很难简单地用一种评价,反映出青少年的不同特点。根据青少年的个性差异和兴趣特长,将以前的期末单一测试改变为灵活全面的差异性阶段评价。在整个评价过程中可以评出五星级小天文家、四星级小天文家、三星级小天文家等激励形式。天空是深邃的,宇宙是神秘的,古代的天文学充满了诱人的情趣,新的天文发现更是引人入胜。让我们一同参与到天文探索活动中来,共同感受发现的快乐。让天文科普活动在我市青少年中更加广泛的开展起来,不断提高青少年的综合素质。天文属于自然科学,是“求真”,是对宇宙天体及其运行规律的研究和认识。人文是“求善”,是对人生和社会的美好境界的追求。科学注重逻辑,给人以严谨,人文则关注人的精神世界,给人以独立的精神和自由的思想。若忽视人文教育,人的想象力和创造力就会被抑制,人的气质就难以高雅,人的同情心、审美感、道德感就会缺失。

爱因斯坦说过:“科学是一种强有力的工具,怎样用它,究竟给人们带来幸福还是灾难,全取决于自己,而不是工具,刀子在人类生活上是有用的,但它也可用来杀人”。为了保证科学这个工具被正确使用,科学需要人文导向,求真需要求善导向。在天文教育中融入人文精神的培养,对青少年形成热爱生活、向往和追求美好事物的积极心态大有益处,在人文精神熏陶下成长的青少年今后应用科学知识时,就会进行政治的、法律的、伦理的、生态的思考,他们的行为就会符合国家、民族、人民的利益。目前,我国中小学的天文教育发展迅速,许多学校配备了各种天文观测设备,天文观测已成为深受青少年喜爱的课外活动。但大多数学校的天文教育仅在天象观测、普及天文知识这一层面上游弋,而缺少对青少年人文精神的培养。其实,在天文学中蕴藏深刻的人文内涵。那么,中小学天文教育中人文精神的培养可通过哪些途径来实施?我国的许多歌赋诗词、哲学思想都与天文密切相关,在天文活动中融入文学和哲学,是提升青少年人文素养的重要途径。如:在中秋夜,可以通过开展咏诗赏月活动,将天文和我国的中秋文化融合起来;在野外观测时,让青少年一边卧看牵牛织女星、欣赏银河,一边朗诵有关银河的诗词,将天文观测和经典诵读融合,星空之美和我国古典文学之美融合,从而陶冶青少年的审美情趣,帮助他们积淀文化底蕴。

宇宙以无比宽大的胸襟,包容了一切,也包容着我们每一个人。仰望星空,让青少年联想宇宙之大,自身之渺小,从而勉励青少年要心胸宽广,有所包容。了解星空运行规律后,让青少年谈论对《周易》中“天行健,君子以自强不息”的理解,使青少年懂得星空的运行是如此的刚健而有规律,世间万物无能阻挡它的运作,于是勉励人们效法天宇,为实现理想而百折不饶。通过这样的情景体验,不仅使青少年领略到星空的美丽,更能使青少年感悟到深邃浩渺的星空中蕴藏着的人类思想的美丽。神话传说体现了古人对美好生活的向往和追求,蕴含着丰富的人文内容。天文中的神话传说俯拾皆是,如我国的后羿射日、嫦娥奔月、天狗食月以及西方的 88 个星座的由来、天空之神宙斯等。将这些神话渗透到天文理论学习和观测活动中,不仅能愉悦青少年的精神,还能引导青少年认识生命的意义,提高青少年的道德修养。比如观测昴星团时给青少年讲董永和七仙女的神话故事,让青少年体会到古代劳动人民对自由纯真爱情的向往。观测天蝎座和猎户座时,引用杜甫“人生不相见,动如参与商”的诗句,讲述帝王喾的两个儿子阏伯和实沈互不和睦的传说,使青少年懂得珍惜友谊、亲情。学习和辨认星座时,让青少年查找各种星座的希腊神话,感受与人同形同性的希腊神灵带给大家的欢悦之情,了解希腊神话和我国神话的差异以及希腊神话所凸显出来的人本意识和自由观念。

   近百年来,无数仁人志士意识到,强国富民再造中国离不开科学技术,他们为摆脱愚昧和无知作了艰苦卓越的奋斗。中国的科学先贤们代代相传,不遗余力地为中国的进步献身于科学启蒙运动,以图完成国人的强国梦。然而,这个目标远未达到。今日的中国需要新的科学启蒙,需要现代科学教育。只有全社会的人具备较高的科学素质,以科学的精神和思想、科学的态度和方法作为探讨和解决各类问题的共同基础和出发点,社会才能更好的向前发展和进步。因此中国的进步离不开科学,这是毋庸置疑的。然而这并不意味着,科学的精神也同样地被公认和接受。虽然,科学已经渗透到社会的各个领域和层面,科学的价值和地位也更高了。但是毋庸讳言,在一定范围内,或某些特定时候,人们只是承认“科学是有用的”,只停留在对科学所带来的后果的接受和承认,而不是对科学的原动力、科学的精神的接受和承认。科学的精神之一,是它自身就是自身的“第一推动”。也就是说,科学活动在原则上是不隶属于服务于神学的,不隶属于服务于儒学的,科学活动在原则上也不隶属于服务于任何哲学。科学是超越宗教差别的、超越名族差别的、超越党派差别的、超越文化的地域的差别的,科学是独立的、普适的,它自身就是自身的主宰。青少年天文教育作为基础教育的一门基础学科,有着其自身的特殊性,假设在基础教育中可以增加天文教学,则对素质教育的实施和促进具有共同作用。

    天文教学中的许多内容都浸透了丰厚的哲学思想,尤其是辨证唯物主义思想。如:讲述地球的宇宙环境,要讲到宇宙是由物质组成的,而物质是运动变化的,其运动变化时有规律可循的。由此培育青少年“物质是运动变化的”辨证唯物主义思想,教育青少年要用发展的观念看待效果,进而树立正确的世界观和人生观。天文学科具有培育青少年微观的、全球的、国际的看法有重要作用。天文教学的基本思绪是由远及近,先是宇宙的,再是全球的及中国的。经过了解宇宙和地球可增强青少年的全球看法和国际看法,启发青少年去了解世界,进而放眼世界、改造世界。天文教学触及的内容很多,不只包括天文、气候气候、地质、地貌、水文、土壤、生物等自然科学知识,而且还有工业、农业、交通、商业、旅游、人口、民族及城市规划树立等社会科学知识。自然科学知识尽展自然界多姿多彩、神奇变幻的自然现象, 促使青少年有剧烈的了解自然、看法自然、探求自然界微妙的兴味和愿望。社会知识则又增强了可持续发展观念和正确的人口、资源、环境观。天文学科同时还与其它学科严密联络,如数学里椭圆的离心率、物理开普勒三定律、力的分解、生物的光协作用等,如能将各学科知识无机结合起来,融会贯串,则更能激起青少年的求知欲。
    天文学科具有综合性和区域性、直观性与笼统性的特点。因此,经过天文教学,可以培育青少年的综合分析效果的才干,发散思想、逻辑思想以及逆向思想才干。如经过地图、模型等直观教学,可激起青少年的学习主动性和灵敏性,启迪青少年思想,寻觅尽能够多的答案和处置效果的方式方法;经过丰厚的天文图像、表格信息,培育青少年发明性的笼统思想和笼统思想,启示青少年去探求、发现天文事物、天文知识和天文规律;依据天文实际性很强的特点,展开各种各样的活动,如办天文黑板报、手抄报,课前三分钟天文趣闻,观察天气和气候的变化状况,撰写天文小论文,展开演讲、讨论,让青少年各持己见,使青少年有足够的时机表现自己、表达自己的思想、情感和意志,展现自己共同的思想视角,开掘其创新潜能,培育其创新肉体。青少年的思想素质、文明素质的水平,最终要以实践举动表现出来。经过提高青少年的思想素质和文明素质,最终的目的是要使实际与实际相结合,提高青少年的实际才干,运用于消费树立之中。可以经过一系列的活动,如制造星图观察星空、采集天文标本、到环境监测站去监测水质和空气质量、到气候站去观测气候气候、拼世界以及中国的行政区图等,提高青少年的观察才干、入手才干、分析效果和处置效果的才干,自觉维护我国的基本国策,积极参与环保举动,植树造林,维护生态环境,维持有利于人类消费和生活的生态系统和生态平衡,可以在以后的消费树立中做到片面规划,走人与自然协调的、可继续开展的路途。总之,在中学开展天文教育,对激发青少年我学习兴趣,培养青少年的科学素养和创新思维等方面都有积极的促进作用。
    天文旅游资源指能引起游客兴趣的由天文因素引起的或与天文现象直接相关的各种现象、遗迹和人工构筑物,具有存在的偶然性、地域的广泛性、出现的时间性、资源的稀缺性、景观的壮观性、观测的地域性等特点。从其形成原因可以将天文旅游资源分为行星地球天文旅游资源、天体天文旅游资源、天文文化旅游资源三类。行星地球天文旅游资源是地球作为行星由于其自身的运动特征、形态特征以及与其他星体相互作用而形成的对旅游者具有一定吸引力的天文现象。天体天文旅游资源是由于天体的的运动或变化所引起的天象变化。天文文化旅游资源是人类对宇宙和星空探索活动及其在探索过程中所形成的观念、理论、技术、历史、哲学及其物质载体。发展天文旅游有利于破除封建迷信,增加科学精神;发扬传统文化,体现天人和一的和谐思想;开展科普教育,促进我国天文学和航天事业的发展;强身健体,陶冶情操,欣赏大自然的美,体验科学的神奇;丰富旅游产品,促进旅游业的发展。美国、加拿大、德国、英国、日本等国非常重视大众天文科普教育,设立了众多的天文馆供大众参观和观测;中国香港太空馆, 成为香港科学文化标志, 是访港游客必游之地; 我国台湾建有一流的天文教育馆, 为公众欣赏、感受宇宙奥秘, 学习宇宙知识, 破除迷信、提高国民素质起到良好作用。
    天文学研究历史悠久,天文文化博大精深我国是天文学大国,天文文化博大精深,在建筑、人民生活、文学、宗教、国家礼制等方面都有体现。中国建筑尤其是官方建筑体现群星拥照、中轴对称、唯我独尊、天人对应、天人合一、天圆地方、天体崇拜的思想。北京的天坛、地坛则生动体现了古老的宇宙学说—天圆地方说。在中国民间人们认为, 北斗的第四星是文曲, 第六星是武曲, 他们既掌握功名的神圣权力, 又以象征功名的理想人物形象出现,文曲星和武曲星在民间有许多传说故事。中国人发现北斗星在北极星周围反时针旋转,并用北斗星的指向来判断季节。中国古代文学中包含了浓厚的天文思想。教与天文更有不解之缘,以政治述求和延年益寿为目的的占星习惯使道士成为精通天文地理的人物。我国地域面积广大,拥有足够大的经度和纬度跨度,自然环境地域差异大,为天文现象的发生和遗迹留存和天文旅游业的开展提供了多种可能性和广阔空间。我国海南有白沙陨石坑,广东内洞、云南绿丰、内蒙古多伦等四处陨石坑有待确认。我国处于中低纬度,海域辽阔,日月对地球的引潮力大,海岸条件多湾多河流入海口,观食条件优越,潮汐种类多样。我国南北纬度差异大,日月星辰有不同的视运动轨迹。我国古代天文学发达,境内天文台多且技术先进,古观象台遗迹成为旅游开发的宝贵资源。此外我国还有现代天文教育基地、观测基地、博物馆可供开展天文旅游。
    我国天文旅游资源开发具有得天独厚的自然条件,有庞大的潜在客源和占优势的时代背景,具有开发旅游资源的资金是实力和技术水平,与传统旅游项目配合,培育国内外两种市场,我国天文旅游开展主题体验旅游、文化科技旅游、生态观光旅游、探险探究旅游,具有很好的开发前景。建筑特殊天文标志,开展主题旅游,体验神奇的一瞬间我国幅员辽阔,有多个天文地理的特殊的点和线,如我国的四至点、北回归线、东十二区北京时间中央经线等。在这些地方,可以建设永久性的标志供人们观赏和研究,开展天文主题旅游。黑瞎子岛位于我国东北部的极角,是祖国最早见到太阳的地方,那里的岛屿沙洲、原始森林、特色民居、渔牧风情、丰富的动植物资源,再加上特殊的历史和地理渊源可以开展中华第一缕阳光观赏、西至点可以欣赏最后的日落欣赏、北回归线附近可开展太阳回归瞬间体验等主题活动,并扩展为相关的天文科普旅游。沿北回归线建立北回归线标志塔和博物馆展览馆,设立系列日昝, 以供夏至、冬至的记时观测;设立季节交替图腾墙,体会回归线的地理意义。世界首座北回归线标志位于台湾嘉义市,光绪 34 年,中国大陆首座北回归线标志在广东省封开县江口镇,1984 年建成。开展观星旅游和白夜体验,体验南北两重天我国南方看到的星星更多,东升西落明显,近乎直升直落,更容易看到南半球的星星。北方则看到的大部分是北天球的星星,它们围绕北极星绕转明显。南方昼夜差别不大、四季不够分明,尤其是热带地区长年无夏,北方则四季分明,夏季、冬季白天、黑夜差别很大。
    我国最北端的漠河可以体验白夜现象。天文旅游为游客体验我国南端和北端两重天提供了绝好的机会。开展追日之旅和时光倒流体验,感受时间的相对性我国东西跨经度多,跨越 5 个时区,时间相差约 4 小时。在交通发达的今天可以开展追日之旅,再一次看到太阳落山或日出。体验时光倒流,感受延长的一天。人们也可以,在西边看完日出,吃过早餐,坐飞机到东边看日落,体验缩水的一天。开展观日赏月活动和其他壮观天象,感受宇宙的脉动日食月食、日升、日落、地内行星地外行星合与冲,方照与大距的都是日、地、月、行星之间有规律的会合运动所造成的,日食月食是非常壮观的景象,尤其是日食更为罕见。星遮月、十字星、星遮星、双星绕转等是星体间相对运动的结果,超星星爆发、流星雨、彗星回归体现了宇宙的一种脉动性,太阳活动有 11 年的半周期。准确地对这些天象进行预报,遇上好天气,是人们感受日地月彼此呼应、宇宙脉搏、太阳血脉运行和大自然节律性的好机会。在最佳观测地点开展有关天象的节日庆典活动,建立观测基地。太空探索风起云涌,航天科技蒸蒸日上,2003 年 10 月 15 日 ,“神舟 5 号 ”飞船成功发射 。2008 年神州 7 号宇宙飞船实现了中国人首次太空漫步;2007~2020 年我国计划实施登月计划的绕落回三部曲。中国正迈向航天大国之列。发展天文旅游能帮助人们对航天事业的了解和支持,满足人们对对航天知识、太空知识和天文学知识的需求,扩大人民的视野,为我国太空探索和航天计划提高强大的舆论支持和智力支持。中国日益崛起,国力增强,人民日益富裕,随着我国经济的高速发展、人们收入的不断增加以及闲暇时间的增多,人们对求知、求新、求美的需求日趋强烈。天文旅游以其不同于常规旅游的新奇、知识性、探索性、偶遇性吸引着广大人们尤其是青少年学生。同时,21 世纪是知识经济的时代,是亚太崛起的时代。科教兴国的战略为天文旅游的发展营造了极为有利的时代氛围。天文旅游在中国具有潜在市场呼之欲出。难得的机会:世界中国日食年,据广东天文学会报道:2007~2012 年,将会出现少见的“中国日食年”。 连续 6 年在中国境内都可看到日食, 能看到 4 次日偏食,2 次日环食和 2 次日全食。在这次中国日食年中几乎每个地方都可看到几次日食。我们要抓住这个难得的机会,做好宣传促销工作,使天文旅游上规模、上档次。开展星空大会、天象国际科普论坛、天象国际学术会议、天象观测,中国地理特殊点线地区天文旅游开设项目。开展天文大篷车科普宣传送科技下乡活动、精彩旅游推介、庆祝晚会、天象展览等。
    开展观潮活动,体验大海的呼唤和天地的呼应我国海岸线漫长,海滩类型多样,潮型种类齐全,在大潮期间可以组织游客观赏潮汐和潮流。可以在固定地点观赏,也可以用空中跟踪观赏,可以跨越观赏,体会迎面而来潮水和背面而去潮水的感觉,从不同侧面体验潮水。还可以与潮共舞,潮中冲浪。在杭州湾和广西钦州湾地区举办潮汐节,建立观潮区域,举办观潮相关活动,开展潮汐主题科普旅游,形成潮汐文化。开发天文遗迹,研究天外来客,再现陨星撞击地球壮观景象陨石和陨石坑是陨星撞击地球留下来的物质和地貌形态。在陨石坑内和附近会有有别于其他地方的岩石矿物成分或纹理结构,孕育着特殊的物产。陨石本身是天外来客,是宇宙的标本,对研究宇宙起源有很高的价值。保存完整的陨石坑,如海南白沙陨石坑可以开展空中观赏或高处观赏陨石坑形态、品尝或欣赏陨石坑特殊物产和建立陨石坑博物馆,开展科普教育和科学研究等活动。开展航空航天和太空旅游或模拟太空旅游,空中看地球和天象,体会逃逸地球零重力的感觉2001 年,美国商人丹尼斯.蒂托首开太空旅游的先河。只要能战胜技术、管理和其他各种障碍,太空旅游大有可为。在真正的太空旅游时代还未带来时,我国可以尝试在四川西昌、北京、海南文昌、甘肃酒泉等卫星发射基地和费飞控中心开展抛物线飞行、高空分行和亚轨道飞行旅游,或建立模拟航天、太空旅游基地、航天旅游博物馆展览馆,发展“大众太空旅游”。挖掘天文文化,开展天文文化旅游和参与式旅游我国天文文化深厚、博大精深,航天科技实力日益雄厚。在天文旅游资源开发过程中可以挖掘中华天文文化,充分利用现有场馆和观测设备、科研结构开展天文文化旅游和科普旅游和航天技能、天文观测技能训练;建立天地科学公园,融天文、地理与人文于一体将天文、地理科学知识纳入文化旅游审美范畴;融合地方文化和生态旅游与地方旅游项目紧密结合和配合,加强天文旅游的文化性、科技性、娱乐性、大众性、参与性;不断更新形式和深化其内涵。如可以开展九九老人节老年人夜观寿星、七七鹊桥会青年人观牛郎织女星活动、、少年暑期科普野营、黄道吉日旅游结婚仪式等文化娱乐休闲活动。同时开发天文吉祥物供游客购买,开设天象音乐、舞蹈、讲演厅, 形成天文趣味旅游。

三、人类文明中的天文探索是社会进步的希望

     文明是一个不断发展的综合性、整体性概念。人类社会的进步与人类文明的整体发展息息相关。标示社会全面进步的尺度不是别的,而是社会文明。文明是社会进步的天平。社会文明的三维结构体系也使我们进一步明确以文明为尺度衡量社会全面发展或全面进步的整体性含义。社会文明之所以能成为衡量社会发展或社会进步的综合尺度,首先,是因为社会文明所包含的内容与社会发展和社会进步所反映的状况是一致的。社会是在一定的物质生产活动基础上形成的具有经济、政治、文化、思想、法律、道德等多方面因素组合而成的有机统一体。虽然其中有主要、次要之分,但是全面地考察一个社会的发展或进步,不能仅仅抓住其中的某一方面(即使是主要方面),应当既要看其社会生产力的发展,又要看其生产关系适应生产力发展的状况;既要看由生产关系所构成的社会的经济基础,又要看与经济基础相适应的政治法律、道德、艺术等政治现象和社会意识形态所构成的社会上层建筑。人们知道,人类从原始社会步入奴隶社会是一个历史性的飞跃,这一飞跃的标志,不仅仅是生产力,也不仅仅是因为社会有了分工协作,而是包含了经济、政治、思想、文化等方面的综合因素。我们说社会主义社会优越于资本主义社会,如果从生产关系角度来看那是极其明显的,而从经济发展的现实水平来看,那就会发生困惑,只有从生产力与生产关系、经济基础与上层建筑的结合上,或者说从社会文明的视角即从物质文明、精神文明、制度文明这一整体上,才能说明社会主义优越于资本主义的社会制度。文明是一定时代积极因素的积累和进步因素的综合。总的来说,一定的社会文明总是一定社会发展阶段上的社会本质特征的反映。如资本主义的社会文明,即从资本主义社会的物质文明、精神文明、制度文明反映了资本主义社会那个特定历史阶段所积累的积极和进步因素的总汇,体现了资本主义社会文明最一般的本质特征。社会主义的社会文明,是社会主义这一特定历史时代和历史阶段所具有的本质特征的反映,它不包括遗留于社会主义社会现实中的封建主义、资本主义那种落后、消极、腐朽的东西。文明是一个历史范畴,由于生产力发展水平不同,不同历史时期生产关系的性质及其完善程度不同,还由于同一社会发展过程中经济基础和上层建筑的成熟程度不同,社会文明所包含的具体内容和特征也是不同的。由此可见,以社会文明即物质文明、精神文明、制度文明的整体统一作为衡量社会全面发展和全面进步的综合尺度,完全适用于人类社会发展的各个历史阶段。它是具有现实内容,各个社会又完全可以通用的衡量和检验的尺度。因为只有强调以文明为尺度,即把物质文明、精神文明、制度文明有机结合起来,才能真正推动社会稳定、健康的发展。西方发达资本主义国家虽然在经济上是上去了,但社会矛盾重重,两极分化悬殊,经济缺乏持续发展的后劲和生机,其重要原因是物质文明与精神文明、制度文明,没有协调和统一的发展。

    仰望星空我们会看得更远,在人类的历史文明的时空中,每当人类的各种矛盾错综复杂时,天文便会把人类引向期待与期望的神思漫游中。“天文”在古代中国人心目中,其含义及性质既是如此,可知正是今人所说的“星占学”。历代官史中诸《天文志》,皆为典型的星占学文献,而其取名如此,正与班固的用法相同。这类文献中最早的-种见于《史记》,名《天官书》,尤见“天文”一词由天象引伸为星占学的脉络——天官者,天上之星官,即天象也,亦即天文。后人常以“天文星占”并称,正是因此之故,而并不象一些现代学者以已意所逆的那样,将“天文”与“星占”析为二物。科学意义上的天文学与星占学有密不可分的关系,是古代世界的普遍现象。著名天文学史家A·贝利(Berry)认为:对星占学的信仰,无疑曾是对真正的天文学研究的一个强有力的刺激。贝利强调了星占学对天文学的促进作用,但对于两者孰先孰后的问题,采取回避的态度。M·克莱因(Kline)则倾向于认为星占学的历史更为古老。占星术在科学史的意义在于其促进了天文学的研究,这不仅在希腊而且在印度、阿拉伯和中世纪的欧洲都是如此。占星术培育了天文正如炼金术之培育化学一样。历史上炼金术之为现代化学的前身,这一点是众所周知的。克莱因将星占学与天文学的关系与此类比,意味着将星占学作为天文学的前身或母体。事实上,几乎在所有的古老文明中,比如埃及、巴比伦、印度、中国、玛雅等等,人们都可以看到一个相同的现象:天文学研究产生于星占学活动之中。唯一的例外是古希腊。许多西方学者都强调指出。古希腊的星占学是较晚时候从巴比伦等地输入的。比如著名科学史家W.C.丹皮尔(Dampier)说:柏拉圈、(Plato)已经听说过占星术,但是,占星术的实际知识,是在公元前280年左右由柏罗沙斯(Berosus)带到希腊的。B·罗素(Russell)在著名的《西方哲学史》中也采纳了同样的说法。这就是说,希腊天文学不象其它古代文明那样产生于星占学活动之中,而是在星占学传入之前就已产生并相当发达了。这一例外是意味深长的,因为今天通行全世界的现代天文学体系,其源头正是古希腊天文学。当然,星占学一旦传入希腊后,它也很快在欧洲文明中扎下了根,长期繁盛不衰。在希腊以外的古代文明中,天文学研究产生于星占学活动之中,那么在这些古代文明中,天文学研究后来是否从母体中独立出来?或者说,在这些古代文明中,是否曾存在过现代意义上的天文学?这是颇难回答的问题。答案在很大程度上取决于人们所确认的判据。在一些西方学者看来,现代意义上的天文学在古代中国并不存在。比如16世纪末进入中国、对中国传统文化有着很深理解和很强适应能力的耶稣会士利玛窦(Mathew  Ricci)认为:他们把注意力全部集中于我们的辩学家称乏为古星学的那种天文学方面;他们相信我们地球上所发生的一切事情都取决于星象。后来的一些评论更加刺耳,M·达朗贝尔(Delambre)曾说:“中国历史虽长,但天文学简直没有在中国发生过。”A·塞迪洛(S edillot)甚至说:他们是迷信或占星术实践的奴隶,一直没有从其中解放出来,……中国人并不用对自然现象兴致勃勃的好奇心去考察那星辰密布的天穹,以便彻底了解它的规律和原因,而是把他们那令人敬佩的特殊毅力全部用在对天文学毫无价值的胡言乱语方面,这是一种野蛮习俗的悲惨后果。这种充满文化优越感的、盛气凌人的评论,当然是不足取的。但是,天文学究竟是否曾经从古代中国星占学母体中独立出来,这个问题实际上直至今日仍未解决。在中国传统文化中,“天人合一”是一个含蕴极广的概念。就广义而言,“天”被用来指整个自然界。这个自然界,或者说天,在古代中国人心目中,并非象近代科学的“客观性假定”中那样是无意志、无情感、可认识。可改造的客体;而是一个有意志、有情感、无法彻底认识,只能顺应其“道”与之和睦共处的庞大神秘活物。这或许就是一些现代中外学者所盛称的古代中国人的“有机自然观”。所有天人合一与天人感应的大道理,最终都可归结为一点:人如何与天共处,即如何知天之意、得天之命,如何循天之道,邀天之福。

    俗话说:上知天文、下知地理。这是对个人知识渊博的一种赞美。早期天文学研究的对象主要是天体,而现代宇宙学则包括观测所及的时间、空间和物质的总和。对某个具体的天体而言,它的位置、分布、运动、结构、物理状态(如温度、压力、体积等)、化学组成和演化规律等都是要研究的内容。天体的结构可分为三个层次,即太阳系、银河系和总星系。这三个层次一个高于一个,太阳系包含在银河系内,总星系又包含了银河系和其他河外星系。作为一门基础自然科学,天文学的任何进步都对人类社会具有重要的积极意义。直到今天,精确的时间和历法仍然是按照太阳系和恒星的运动确定的。上海天文台和陕西天文台的主要工作就是测时:应用测时仪器观测选定的恒星,获得准确的时刻;守时:用守时工具,如天文钟、原子钟等,计量时间;授时:利用无线电波发布时间信号。大家熟知的北京时间就是由陕西天文台发布的。最近几十年,各种人造卫星和空间探测器频频进入太空,对它们运动轨道的控制离不开天体力学的精密计算。而对太阳物理现象(如黑子、耀斑)的研究将直接影响到地面导航、通信等。现代天文学的研究还可启发人们去思考、探索与人类的现在和未来息息相关的各种应用技术。如通过对太阳能量来源机制的研究,获得了核聚变理论。尽管人类尚未完全掌握受控核聚变技术,但利用核裂变产生能量的核电站已遍布全球。宇宙中还有很多比核聚变能量更高的产能形式存在于天体中,尽管这些形式至今尚未完全弄清,但这已给人类提出了存在新的更有效能量转换形式的可能性。

    浩瀚的宇宙展现了无比的壮丽,同时也展现了无穷的神秘。自铁有了人类就开始了对宇宙的观察和思考。但到目前为止,并没有旁种理论能够揭示所有的宇宙奥秘,就连宇宙是如何起源的这一似警再简单不过的问题,其理论也正在不断争论、发展之中。是什么物质谢生了宇宙?创生宇宙的物质从何而来?是什么力量使创生宇宙的物质创生了宇宙?无数的疑惑,无数的问题,促使人们进行无尽的思索,无尽的遐想,这种遐想甚至超越了常人思维的极限,对宇宙问题的研究越深入,带来的问题就越多。一旦这些问题得以解决,必将引起自然科学的重大突破。人类是从认识太阳、月亮、太阳系中的行星开始认识宇宙的。很长一段时间以来,宇宙被认为是空间上无边无际、时间上无头无尾的物质的总和。随着科学技术的发展,人类已经观察到宇宙的边缘,这是距地球约l00多亿光年的类星体。一些天文观测事实和理论研究使人们相信宇宙产生于大爆炸的一瞬间,这就使时间空间上无限的宇宙观发生了根本的变化。不仅如此,人们还能了解距地球十分遥远的恒星的物理状态,并已向太阳系中的某些天体发射了空间探测器。这一切表明,天文学是人类认识自然的最前沿的科学,天文学的研究需要用到人类最新的知识、最先进的技术。但是,天文学又是最古老的科学,它几乎是伴随着人类同时产生的,有关现代天体和宇宙的所有新概念都是建立在人类不断追求和摸索的基础之上的。19世纪以前,天文学家研究的对象主要是天体力学,研究的工具是光学望远镜。到19世纪,由于照相术和光谱学的引进,使以测定恒星和星云的亮度、温度、化学性质为内容的物理研究成为可能。随之而来的是对恒星和星云的结构进行理论分析。20世纪量子论、相对论和其他物理分支的发展也促进了天体物理学的兴起和发展。现在,天文学空前繁荣,人们发现了如类星体、脉冲星这些前所未知的天体,解决诸如宇宙、化学元素、地球和生命起源这一类基本问题的可能性也已出现。

    人类了解自然奥秘的好奇心是永存的:所以对宇宙的了解必然会不断地深入,面临的困难必然会不断地被克服。早期的天文学是从确定天体的位置和运动开始的,属于前面所说的天体力学部分。由于当时观测的不准确,概念也存在很多错误,所以那个时期的天文学研究既不能正确描述天体的运动也不能准确观测天体的运动,这是缺乏科学的动力学概念的必然结果。自从牛顿发现了万有引力和三大运动定律后,天体力学才真正成为一门科学并由此得到飞速发展。牛顿天体力学的特点在于用数学分析方法解运动方程,把天体位置表示为时间的“显函数”,然而这种方法只能适用最简单的问题。为了解决复杂的问题,人们又发展了许多数学的方法,有些方法相当深奥,天体力学实际上成了数学问题。电子计算机的使用使得天体力学发展到一个新的阶段,它使人们能用“实验方法”来判断行星或卫星轨道的稳定性,即在什么条件下轨道是周期性的,在什么条件下体系会瓦解。

    只有两个天体组成的系统称为二体问题,利用牛顿万有引力定律很容易求出它们的轨道,这些轨道是二次曲线,它们是椭圆、抛物线和双曲线。由三个天体组成的系统称为三体问题,虽然我们想象不出它的复杂性,但是目前尚未找到严格的解析解。也就是说,要确定地球、月球和其他行星的轨道实在是一件非常困难的事。天体力学还面临这样一个问题:既然现在人们知道的行星的轨道都不是严格的数学解,那么这些轨道是不是稳定的?也就是说,行星的轨道永远不变吗?如果地球的轨道不稳定,那么它的任何微小的变化都是灾难性的。很遗憾的是,这个关系地球命运的问题至今没有圆满解决。人们似乎并不担心什么时候能彻底解决这个问题,因为这种灾难发生的可能性实在太小了。现在,人们利用现代数学和计算机能够计算比三体多得多的数百个天体系统的运动问题。对于太阳系,用这种方法已经计算出行星在数千年内的星历表,在这个期间,所有行星的轨道没有丝毫变化。

    20世纪量子论、相对论的创立和发展以及观测技术的发展促进了天文学的不断发展。目前,人类的宇宙观已经完全不同于牛顿时代的宇宙观。依据新的物理观点,人们认识了恒星内部发生的过程,认识了恒星演化过程;用新的观测技术,人们看到几乎处于宇宙边缘的星体,从理论上开始认识宇宙的起源和宇宙的演化。随着对宇宙的深入了解,人类几乎同时也认识到所面临的问题和困难。这些问题和困难既有理论上的,也有技术上的。迄今为止,人类所掌握的理论还不能完全解释观测到的事实,人类的活动主要还是限制在地球和地球的周围。天体物理学与原子物理、分子物理、热力学、光谱学、等离子体物理、固态物理和其他物理领域有紧密联系。下面列出的都是天体物理涉及的主要内容。恒星物理学是研究恒星的物理状态和化学成分的一个分支,它们是根据拍摄的恒星光谱来决定恒星表面的物理状态和化学成分的。恒星内部结构的研究全靠理论分析,通过建立各种理论模型来研究恒星内部的物态、温度、压力分布以及产能和输能方式,最后确定各类恒星的演化地位。

    星系物理的研究对象有两个:一是确认星际物质,二是研究星系的结构和演化。星系是由恒星、气体和尘埃构成的庞大系统。按其结构可分为旋涡星系、椭圆星系和不规则星系。银河系属于旋涡星系。关于银河系和星系的知识均来自对恒星的光学观测、对星际气体与尘埃进行的研究,以及用21厘米氢线对气体所作的射电观测或用其他波段对超新星遗迹和射电源所作的射电观测。自从广义相对论问世以及河外星系红移被发现以后,宇宙学的研究发展到一个新的阶段。基于理论和观测,天文学家致力于建立各种宇宙模型,其中以宇宙大爆炸模型最为著名。随着类星体和脉冲星等高能量辐射天体被相继发现,导致了高能天体物理学的诞生,它包括X射线天文学、r射线天文学和红外天文学。从研究天体的运动规律到研究天体的化学成分和物理性质,研究的对象从太阳系扩大到几乎是宇宙边缘的类星体,这是由于人们从天体观测中获得了更多的信息。当然这也是因为科学技术的发展使得人类能获得更多的信息,以及人类对自然规律认识的深入从而能正确地分析所获得的信息。在广阔的宇宙中有数不尽的天体,由于绝大多数天体离我们极其遥远,尽管它们发出大量的光辐射,但在我们看来却十分暗弱。肉眼所能看到的恒星只有6 000颗左右。如果想观测更多的恒星和其他天体,单靠眼睛就不行了,而必须借助天文望远镜。几千年来,人类凭着上天赋予的双眼,观看这亘古不变的星空,创造了许多不朽的神话及故事。肉眼虽然迷你,不过质量显然不错,人类也得以发现了许多宇宙运行的规则。 可惜肉眼终究太小,所能观察到的现象及精确度有限,这是古代天文学无法大幅度前进的主要原因之一。 1608年,一位荷兰的眼镜师傅发现利用二片透镜并调整透镜位置可以看清远方的景物,彷佛是把远方的景物拉到眼前来看一般,因而发明了望远镜。 后来,意大利的科学家伽利略听到了这个消息,并于1609年制作了一部口径42mm的望远镜。这部望远镜让他"大开眼界",因为他惊讶地发现,月球表面有高山和无数的坑洞;金星也如月球般,有着盈亏的变化;而木星旁边竟然还有四颗小星星绕着木星公转!这些发现彻底的颠覆了传统的天文学观念。伽利略是有史以来使用望远镜观察天空的第一人,这部望远镜同时也开创了天文学的另一个新纪元。之后的1611年,德国科学家刻卜勒也设计了一部望远镜,并改良了目镜,扩大了望远镜的视野,成为今日望远镜的主流。 伽利略制作的望远镜是折射式望远镜。1668年,牛顿利用光线反射的方式,发明了反射式望远镜。这是天文望远镜的一大突破,因为反射式望远镜在制造上远比折射式望远镜容易的多,并且没有折射式望远镜的色差现象,能让观测质量大幅提升。1672年,法国人盖赛格林变更了牛顿式反射镜的焦点位置,发明了盖赛格林式反射望远镜,让反射式望远镜更容易操作。这几位同是十七世纪的伟大科学家,分别留下了以自己名字命名的光学系统,让十七世纪在望远镜史上发出耀眼的光芒。自此以后,世界各地的天文台愈来愈多,望远镜也愈来愈大,天文学的进展也愈来愈快了。1938年德国人史密特把折射式望远镜及反射式望远镜合而为一,发明了折反射式望远镜,也就是史密特式望远镜(史密特照相机),开创了望远镜的另一个新纪元,也让俄国人马克斯托夫发明了另一种折反射式望远镜-马克斯托夫望远镜。19xx年无线电波望远镜把天文望远镜所能看到的延伸到所有的电磁波长,让我们观看宇宙的视野不会只局限于可见光,进而造成了天文望远镜的另一次革命,也让天文学能在最近极短的数十年中,得到超越数千年来的成就。

(一)光学望远镜的出现和改进,使人类可以看到更远、更暗的天体

望远镜最初1608年出现在荷兰。天文学家伽利略敏锐地意识到望远镜对于天文观测的意义,于次年制成第一架天文望远镜。他使用平凸透镜作为物镜,凹透镜作为目镜,制作了一架口径4.2厘米,长约1.2米的折射式望远镜。后来,人们把这类望远镜称为“伽利略式望远镜”。伽利略用这架望远镜获得许多重要发现,如月亮的环形山、金星的位相、木星的卫星等,为当时还处于假说阶段的“日心学说”提供了观测方面的证据,被誉为“天空中的哥伦布”。从此,天文学跨入了用望远镜观测、研究天象的新时代,人类的眼光开始深入宇宙。 1611年,德国天文学家开普勒又将天文望远镜做了改进,用两片双凸透镜分别作为物镜和目镜,使放大倍数有了明显的提高,这类望远镜被称为“开普勒式望远镜”。直到今天,人们使用的折射式望远镜还是上述这两种。折射望远镜的制作有一定困难,其口径越大,镜筒就越长,而巨大的光学玻璃浇制也十分困难,到1879年美国芝加哥大学叶凯士天文台的直径为1.02米的望远镜启用,折射望远镜的发展达到顶点,一直到今天,它仍然是世界上最大的折射望远镜。1668年,牛顿用反射镜代替折射镜发明了第一架反射式望远镜。几经改良后,反射式望远镜被广泛应用于天文观测中。一代望远镜制作宗师、天文学家赫歇尔一生制作了许多大型望远镜。1781年,赫歇尔用自制的望远镜做巡天观测时发现了天王星,使太阳系的范围扩展了一倍。他还通过望远镜,并利用统计法第一个确定了银河系形状大小和所包含的恒星数量,使人们首次了解了我们所处的星系。由于赫歇尔开创了银河系恒星天文学的研究,他被称作恒星天文学之父。

1918年,口径为2.5米的胡克望远镜在美国投入使用,这是第一台能够帮助人们确定银河系实际大小和太阳系所在位置的望远镜。早在18世纪,德国哲学家康德就提出,在银河系以外,还有“数量无限的世界和星系”,所谓的星云其实应该是和银河系一样的星系,但在他的年代,没有一支望远镜强大到足以支持他的观点。利用胡克望远镜,美国天文学家哈勃分辨出仙女座大星云并非是银河系的组成部分,而是远离银河系的另一个星系。哈勃的发现证实了河外星系的存在,开创了银河外天文学的研究,让人们的视线延伸到了银河系之外。同时,哈勃还利用望远镜观测了近30个星系,发现所有星系均彼此远离,进而证明宇宙正在膨胀,为20世纪40年代末大爆炸宇宙理论的提出提供了观测上的证据。1948年,直径5米的海尔望远镜在美国加州投人使用,这台以美国天文学家海尔命名的反射式望远镜,可以拍摄到暗至23等的天体和远达10亿光年的星系,使人类认识的宇宙范围进一步扩展。

随着人们对望远镜性能不断加以改进,并且越做越大,望远镜可以观测到更多、更暗的天体和取得更高的分辨率。目前,世界上最大光学望远镜的口径已达到10米,是两台美国安装在夏威夷的凯克望远镜,因其经费主要由企业家凯克捐赠而命名。其他大型望远镜还有欧洲南方天文台的甚大望远镜、美国的双子望远镜、日本的昂星团望远镜等,它们的口径都是8米。这样的大望远镜,可以让我们沿着时间的长河,探寻宇宙的起源,凯克望远镜更是可以让我们看到宇宙最初诞生的时刻。

(二)射电望远镜打开了人类认识宇宙的另一扇窗口

自望远镜发明300多年来,光学望远镜一直是天文观测最重要的工具。但光学望远镜接收的只是天体发射的可见光波段。20世纪中期,出现了用于接收天体的无线电波的射电望远镜,这是天文学发展史上的又一次飞跃,使人类对宇宙的认识从可见光波段扩展到射电波段。目前世界上口径最大的射电望远镜直径为305米,它是美国阿雷西博射电天文台的抛物面射电望远镜,这是一台天线固定的射电望远镜,利用地球的转动来改变天线指向。由德国建筑的直径100米的全向转动抛物面射电望远镜,是世界上最大的可转动单天线射电望远镜。随着射电望远镜的发展,人们将多台射电望远镜组合在一起,组成巨大的天线阵列,使其灵敏度和分辨率大大超过单个望远镜。20世纪60年代,天文学的四大发现——类星体、脉冲星、星际分子和宇宙微波背景辐射,都是用射电望远镜观测得到的。今天,射电天文学仍然在字宙学、星系演化、恒星物理、探索地外生命等研究中扮演着重要角色。

(三)空间望远镜使天文观测摆脱了地球大气的影响

由于地球大气对电磁波的严重吸收,在地面上只能进行射电、可见光和部分红外波段的观测。随着空间技术的发展,人类可将观测仪器发射到宇宙空间,使天文观测得以摆脱地球大气的影响。从此,天文学的发展进入了从地面观测跃入空间观测的新时期,探测到更多宇宙的秘密。与地面观测设备相比,空间观测有着极大的优势。光学空间望远镜可以接收到比在地面宽得多的波段;由于没有大气抖动,分辨率也得到了极大的提高;空间没有重力,仪器也不会因自重而变形。1990年,以天文学家哈勃的名字命名的空间望远镜投入使用。哈勃望远镜在距地面600千米的太空进行观测,摆脱了地球大气的干扰,其分辨率比地面的大型望远镜高出几十倍。借助它可观测到宇宙中140亿光年之外发出的光,研究和确定宇宙的大小和起源;对河外星系进行深入分析研究,确定行星间、星系间的距离;对行星、黑洞、类星体和太阳系进行研究等等。哈勃望远镜对国际天文学界的发展有非常重要的影响。21世纪,人类将建造口径更大、观测能力更强的空间望远镜,以期在探索宇宙形成早期的天体、搜索其他恒星的行星,以及在更广阔的天体物理研究方面取得突破性的进展。人类还将利用月面理想的天文观测条件,建立月基天文台。空间观测和地面观测的相结合,必然会为天文学的发展插上飞翔的双翼。

   四、冷战思维中的美国天文望远镜热

第一架望远镜于1608年诞生在荷兰,口径为2.5厘米。肉眼能见天体的亮度比此望远镜观测到的最暗天体亮20倍。意大利科学家伽利略得知这个消息后,立即加以研究。经过不断努力,他终于在1609年制成了第一架放大倍数为32倍的天文望远镜。伽利略用这架望远镜发现了许多新的天文现象,给唯心的“地心说”以沉重的打击,对哥白尼的“日心说”则给予了极大的支持。要想知道望远镜的作用,首先还应知道天体的辐射。物理学告诉我们,光和无线电波本质上是一样的,都是电磁波。无线电波是波长较长的电磁波,光是波长较短的电磁波。人眼所能看见的电磁波叫可见光,它有各种不同的颜色:红、橙、黄、绿、蓝、青、紫,红光是可见光中波长最长的j紫光是可见光中波长最短的,波长的单位为A。1A=10-10米。为了明确起见,可将电磁波按波长长短次序排列起来,得到电磁波谱。

    对可见光可以用光学望远镜来观测,对天体发出的无线电波则可用射电望远镜来观察。为什么我们只是在可见光和无线电波这两个波长范围内观测天体的辐射呢?因为天体的辐射要经过地球大气层后才能被接收到。由于大气层的吸收作用,很多波段的辐射不能到达地面,只有可见光和波长从毫米级到30米的无线电波能透过大气到达地面。这些波段被称为大气窗口。红外线和紫外线只有一小部分能穿过地球大气层。如果大气层对紫外线是“透明”的,那么人类的生存将受到威胁。当然,利用火箭、卫星和航天飞机等可在大气层外观测天体的其他波段的辐射。另外,由于人眼的分辨本领非常有限,因此无法直接看清有视面天体的表面细节,甚至连视面也看不出来。而天文望远镜既能大量收集天体的辐射,又能发现有视面天体的角直径,并能追随天体而运动,以便长时间地对准被观测天体并进行跟踪。

    光学望远镜分为照相望远镜和目视望远镜。照相望远镜的结构和照相机的结构差不多,主要是由一个光学镜头(物镜)和底片盒组成。物镜的用途之一是把天体成像在底片上,从而拍得天体的照片。注意,对一般恒星来说,照片仍是一亮点,而无细节可言。望远镜是无法看到恒星表面细节的。目视望远镜是用来观测天体的仪器。把照相望远镜里的底片盒拿走,换上一个叫目镜的光学镜头,就成为一个目视望远镜了。光学望远镜按物镜的不同可分为三种:折射望远镜、反射望远镜、折反射望远镜。折射望远镜的物镜由透镜组成。由于单透镜的像差,特别是色差的存在,会严重影响成像质量,使像周围呈现五彩缤纷的颜色,故通常采用由3个透镜或4个透镜组成的复杂物镜来消除色差。反射望远镜的物镜由反光镜组成。在这种物镜里,光线经过反射,完全无色差。为消除球差,反射物镜的表面都磨成旋转抛物面的形状,现在更趋向予做成旋转双曲面。反射物镜通常由玻璃制成,为了增加反射的效果,往往需要在玻璃表面镀增反膜。另一种常见的反射望远镜称为牛顿型反射望远镜,由于反射望远镜的抛物面主镜可以做得很轻薄,加上镜筒较短,所以易于增大口径。现在世界上的超大型望远镜都是反射式望远镜。折反射望远镜的物镜既包含透镜又包含反光镜。在这种物镜里,天体的光线要同时受到折射和反射。折反射物镜的主镜是一个球面的反光镜,副镜是一个透镜,用来校正主镜的像差。一架光学望远镜不仅需要光学部件,还需要一套机械部件。为了使望远镜能够观测天球上任意位置的天体,机械部分必须使它能够绕两条互相垂直的轴线旋转。在实际观测天体的过程中,由于望远镜本身的视场较小,因此不易对准所要观测的天体。为了克服这个缺陷,大型望远镜常附有一套导星设备,或称寻星镜。寻星镜的视场较大,易于捕捉目标。将目标锁定于导星镜的十字丝交点上时,望远镜中就出现被观察的天体了。

历史学家们一般都认为,1833年11月12日~13日出现的壮丽辉煌的狮子座流星雨,以及后面的接踵而来的两颗蔚为壮观的大彗星,激发了美国公众对天文望远镜的渴求。例如,不期而至的1 843年的大彗星,其明亮程度达到了甚至在中午时分也能用肉眼看到,它直接促使哈佛大学天文台得到了一架由德国慕尼黑的一流光学厂家Merz&Mahler生产的15英寸(约38厘米)折射望远镜。这架哈佛望远镜在1847年安装完毕,它与安装在俄国圣彼得堡附近普尔科沃天文台的另一架同样的望远镜并列,是当时世界最大的折射望远镜。可是,纯粹的天文学因素,还不足以解释19世纪的美国天文台建设高潮的缘由。不管怎样,大彗星也曾高挂在大不列颠的夜空,美丽的流星雨也曾出现在法国和德国的天幕之上,而美国式的“望远镜热”为什么未曾在这些国家出现呢?在美国,实际上那些驱动的因素是曾经受伤的民族自尊心,对工业革命的崇拜,对白手起家、平民致富的美国机遇故事的向往,以及一些宗教精神的复杂的混合体。

    在19世纪早期美国人曾经被欧洲上流社会的精英们蔑视为没有教养的乡巴佬。出于对认同的渴求,美国人接受了欧洲人的精神,并且在外在表观上也模仿欧洲人。一位佚名的记者在1888年发表在《北美洲评论》上的一段话,曾经在后来的几十年中多次被引用。他说:  “对一个启迪文明的民族来说,天文台从来是最神圣和高雅的,因此天文台一定会得到社会和个人的鼎力赞助。我们虽然绝没有自诩崇尚学问和艺术,然而却完全忽视了对天文学提供支持,我们大概是绝无仅有的一个。”辛辛那提的天文学家兼铁路巡视员Ormsby MacKnight Mitchel在1 842年说过的一段抱怨的话,则听来让人觉得他有些孤陋寡闻:“当俄国的野蛮人群吹嘘他们拥有世界最好的普尔科沃天文台时,在我们自由而智慧的国家的广袤土地上,却没有一个天文台。”然而在1842年,美国已经有了6个天文台,其中有休斯顿保护地学院的休斯顿天文台,俄亥俄天文台(建于1838年)和费城中心高等学校天文台(建于1840年)。完全不必对Ormsby MacKnight Mitchel的所谓“野蛮人群”这种在政治上很错误的话在意,但他的话却引来了辛辛那提民众的激情,他们在两天时间里就募集了1000美元(相当于现在的25000美元~250000美元)。三年之后(1845年),辛辛那提骄傲地拥有了Merz&Mahler生产的1l英寸(约28厘米)折射望远镜。这是当时美国最大的望远镜,直到1847年哈佛天文台拥有了38厘米折射望远镜。

    在19世纪美国完成了从科学荒芜之地向世界天文学臣头的蜕变。1822年,美国著名天文学家Nathaniel Bowditch曾经惊叹道:“当今在世界上只有英国可以自豪地宣称它拥有30个公共的和私人的著名天文台,而在美国,我们只有区区一个像样的天文台。”那时上距美国独立战争不过50年,离1812年战争(美国独立后与英国之间的一次战争,1815年结束一译者注)仅仅10年,这两次战争还深深地留在人们的记忆中。战乱已经使得这个年轻的国家一贫如洗,甚至比原来殖民地时期还要贫困。对美国来说,这时的英国不仅是在军事上咄咄逼人的强敌,而且是一个可怕的知识文化层面上的巨无霸,就如当时其它的欧洲列强一样。即使当时美国已经开始了大规模的西部淘金运动,但在大西洋两岸的人们心目中,美国在知识文化方面还无异于一片荒芜的原始森林。1826年美国总统约翰·昆西·亚当斯在给国会的年度报告中强调说:“在整个美洲和西半球,我们没有天文台,也没有观测天文的人,对我们的紧闭着的双眼来说,地球完全是在一片黑暗中运行。”然而,他的关于建设天文台和支持专业天文学家的呼吁,却因他说天文台就是天上的灯塔而遭到一些公众的嘲笑。又过了10年,一些学校和个人购置了少数价格不菲的由英国、法国和德意志光学厂商制造的望远镜。那时的情形就是如此,一直到所谓Gay Nineties时期,即1890年到1900年的10年间,这段时期被认为是美国的“快乐的时光”。

    到1900年美国有了世界上最多的天文台,至少达220个之多(按现代的重新统计结果),认定的标准是有若干位著名天文学家都认为该天文台已经拥有足够的设备。有四个天文台装备了由美国Alvan Clark&Sons公司制造的当时世界最大的折射望远镜。一些较小的天文台也拥有着它们自己的“第一”(例如在所在州第一,西部第一,海拔高度第一,望远镜口径第一,本厂商生产的望远镜口径第一,等等)。有很多望远镜得到了富有的美国慈善家的赞助,有的得到了平民的捐助。1897年,里克天文台的天文学家赫斯曾说:“一些非天文学家的人士慷慨解囊资助望远镜建造,这的确很了不起。天文学家只需要提出对设备的要求,天文台就可以去找合适的提供资助的人士。”取得的成就让人感到欣慰。威廉姆斯学院的天文学家萨福德在1888年评论说:“现在欧洲的天文学家偶然地到美国来,才明白这里正在发生什么。”于是,到了1900年,关于望远镜的嫉妒的心态越过了大西洋,又轮回到大不列颠了。一位没有留下姓名的作者在《自然》杂志上曾写道:“英国的天文台应该得到更多的资金支持,若非如此,那么今后一流的天文学成就只能出现在美国了。”这样,在不到一代人的时间里,美国就彻底地完成了从科学的荒芜之地向世界天文学巨头的蜕变。虽然在19世纪中的这个时期,其它国家也在建设新的天文台,但这时美国天文台建设的突飞猛进式的发展,在世界上堪称绝无仅有。为什么那时天文学大受公众的追捧,使得一次“望远镜热”能够席卷整个美国?实际上,那次“望远镜热”,是由一些甚至是天文学之外的重要因素所驱动的文化运动,它却使美国天文学家摆脱了缺乏先进设备和对研究工作资金支持的窘境。

在哈佛天文台获得了世界的两个最大的折射望远镜之一以后,美国是否就感到从此和欧洲“平起平坐”了呢?我们将听到的是这样的令人有些沮丧的悖论,哈佛的数学家Benjamin Peirce在1853年向美国科学促进会(AAAS)的科学进展报告中说:“美国不可能和欧洲在科学方面并驾齐驱,除非美国超过欧洲。美国必须超过欧洲,而且要靠自己的力量。”从此,美国开始了一场与欧洲之间的大折射望远镜的竞赛,要努力拔得下一个30年的世界第一的头筹。美国的工业革命使得望远镜竞赛得以进行。在当时的美国文化中,“大胆地”“技术的”“世界最大的”这些理念大行其道。当363英里(约584千米)长的从奥尔巴尼到巴法罗的伊利运河在1825年通航时,它是全世界最长的运河(实际上中国的京杭大运河应是世界上最长的运河,而且1825年前后仍处于全程通航状态。——译者注)。始于1840年代,美国的新建铁路穿越了森林和牧场,越过了崇山峻岭,紧随而至的还有沿线的电线杆和电报线路,实现横跨北美大陆、连接东西海岸,随着1869年“金道钉”仪式的举行而胜利竣工。这些若没有无畏的精神,没有敢于冒险的勇气,都是不可能做到的。随着多项技术的成功,美国人的创造精神和自豪感变得更加张扬了:下一个不乏挑战性的世界纪录是什么?为什么不是世界最大的天文望远镜呢?更有甚者,民主的理念广泛深入人心。一种反贵族的民主理念宣称,一个普通的砌砖工人与波士顿名流之间是平等的,知识也不是只有社会上层精英们可以垄断的财富,而任何一个人,无论其出身若何,都可以凭借努力工作、运气、勇气和冒险精神取得成功。

    在一些杂志和书籍中,美国的望远镜制造者就是美国神话的卓越的编织者。Alvan Clark本是一位在麻省剑桥的印刷雕刻师和肖像画家,他自学了光学技术,在50岁时他开始制作当时世界最大的折射望远镜——里克天文台的36英寸(约91厘米)望远镜。还有伍斯特的Reed Warner和Ambrose Swasey,这两位新英格兰的年轻人,曾经建造过一架9英寸(约23厘米)望远镜的基墩和柱墩,他们签约承包了里克天文台91厘米折射镜的机械部分和圆顶室工程。在这个最大望远镜的神话之外,还有一些被人们忽略了的故事:Clark经历了长达12年的光学实验和多次失败的磨难,以及他作为一个科学门外汉但要科学家承认其能力的艰苦奋斗,Warner和Swasey也在Pratt&Whitney公司做了长达1 1年的精密工程、市场经营和项目管理的工作,直到他们有了自己的公司。在美国内战之后的实业家镀金时代,美国与欧洲之间的望远镜竞赛演变成了成功的美国实业家之间的竞争,这些人将自己的机遇寄托于一些高端的目标,包括天文台。1872年10月,月刊《制造商和建筑师》刊登了一个8年系列的第一篇文章,呼吁建造“百万美元望远镜”,文章得到了《科学美国人》和其它刊物的响应。部分是由加利福尼亚的百万富翁James Lick在1873年捐赠的70万美元遗产,得以建立了里克天文台(1888年建成)。A.卡内基1889年在他首次出版的成名文章《财富福音》中,向他的资本家朋友们推荐Lick为榜样,他指出,因为仪器技术发展之快,“每过几年,便会有新的望远镜装备美国的天文台,而最新的望远镜总是最大的和最好的望远镜。美国天文年鉴办公室主任、同时也是当时美国天文学的领军人物的Simon Newcomb曾经指出:“从古至今,天文学一直是人们的文明程度的一个标识。”科学的光芒让种种迷信思想黯然失色,一个天文台还是一个精神的避难所,在这里可以尽情享受“来自天堂的最纯洁的空气”,在我们的已经商业化了的生活中,这里是一个回归道德的空间,“这里完全没有因人们的生存竞争导致的那些污浊和丑陋”。芝加哥天文学会会长H.A.Johnson则走得更远。他在1888年迪尔伯恩天文台的奠基仪式上演讲说:“在某种意义上,天文台就是一个弘扬道德的学院,它与所有的宣讲《圣经》的神圣之所有异曲同工之妙。人们对天文奇观的深刻思辨,会帮助人们超凡脱俗,而开启一个永恒而宏大的视野。”天文学在航海和测地学中的实际应用,使得天文学理念和精神的影响占有了一席之地。于是,在一些演说和文章中出现的这种文化的虔诚信念是如此坚定。1884年,普林斯顿的太阳物理学家Charles A. Young在对美国科学发展委员会的一次质询演说中这样说道:“科学真理的最高价值,当然不是经济层面上的,但是比这要高尚得多。科学,就其自身来说,它可爱可敬,携带着诗歌和绘画艺术那样的美,它引导人们走向一种更宽广包容、目光远大、优美高尚的生活。”

    到1890年代在美国业余天文爱好者的组织已经出现在很多城市。成百上千的银行家、律师、新闻记者,甚至还有建筑工人和家庭主妇,在夜晚都去聆听关于宇宙的演讲。带着朝圣心情来参观天文台的大批人群,甚至给天文台的日常工作形成负面影响,以致一些天文台不得不对开放时间做出限制。天文学家Mary E.Byrd在1886年的明尼苏达州Northfield的卡尔顿学院第二天文台的奠基仪式上说:“在一些人心目中,天文台已经被误解为是一个专供参观的地方,就像一个牧师的住宅。或者就像一个天体的竞技场,在晚上就演示月亮、恒星和行星,而天文学家就是演员了。”在1 9世纪的最后25年,美国对望远镜的需求,远远超越了Alvan Clark&Sons和John A.Brashear这两家公司的生产能力。确实,那时美国对望远镜需求形成的市场,造就了很多今天人们几乎忘记了的厂商,它们中有John Byrne、John Clacey、A. K. Eaton、Harry Fitz、William和David Mogey、Charles A.Spencer,还有另外好几十家。据现在的统计,这些不很知名的厂商制造了几乎19世纪全美国望远镜的一半,还有其它可移动的和永久性的专用设备。19世纪末很多各种规模的天文台在美国已经迅速地建立起来,然而天文学家们却遇到了另一种尴尬:他们有了非常多的设备,却缺少对日常研究工作的支持。物理学家Henry A. Rowland在1883年初曾警告说:  “我们国家已经拥有了很多很好的天文台,然而相比之下研究成果却不多,因为我们缺乏对研究工作的管理。”1 897年,Newcomb在叶凯士天文台捐赠仪式上也指出:  “如果没有在一架大型望远镜旁工作的人,那么望远镜当然毫无意义。我呼吁更加关注在望远镜旁工作的人们。”缺乏对于研究的支持,是在公众出于文化的诉求而非对天文科学具有持久兴趣的基础之上建设很多天文台之后,可以预期出现的问题。虽然天文研究目标有自己的捐助者,如Catherine W. Bruce.Mrs.Henry Draper和Uriah A.Boyden等,她(他)们一般和捐建天文台的不是一批人。许多捐助建立天文台的慈善家们,对一个孤独的天文学家深夜时分在圆顶室内工作时使用的那种测微仪、光谱仪等设备提供资金并不感兴趣。相反,这些富有的捐赠者想要的是,社会舆论对于他的美国文化保护神形象的承认,这承认是通过建立天文台这种有形的资产。望远镜,曾经一度是美国的羞耻,但是现在却是美国的光荣。和其他自然科学一样,天文学与哲学有着相互依存、相互促进的关系。在所有自然科学中,天文学与哲学的关系最为密切。一方面哲学是一门研究世界观的学问,世界观就是宇宙观,它在阐明关于宇宙的根本观点——宇宙是精神的还是物质的,宇宙是静止的还是运动的时,离不开天文学为之提供的科学证据;另一方面,天文学在研究它的一些重大理论问题时离不开哲学的指导,要精确地描绘宇宙、宇宙的发展和人类的发展,以及这种发展在人们头脑中的反映,只有用唯物的辩证的方法。哲学是关于自然知识、社会知识和思维活动的概括和总结,它和具体学科之间的关系是一般和特殊的关系。因此,哲学依赖于具体学科的发展,必须不断地从自然科学和社会科学中吸取新的营养,以保持哲学本身旺盛的活力。

     天文学上一些重大变革常常是世界观变革的先导。例如,哥白尼太阳中心说的提出,不但推翻了托勒密的地心说,而且使整个自然科学从神学世界观的统治下解放出来;康德·拉普拉斯星云说打破了形而上学的第一个缺口;爱因斯坦的相对论推翻了牛顿的绝对时空观,论证了辩证唯物主义的时空观。狭义相对论证明了空间和时间的相互联系,证明了时空随物质形式和运动状态的变化而改变,并且时间和空间在一定条件下是可以转化的。广义相对论证明了物质的分布状态使时空结构发生变化,使得充满物质的宇宙空间不再是欧几里得空间,而是非欧几里得空间。说得简单点,时空是可以弯曲的。但这种弯曲并非日常生活中对某个具体物体的那种弯曲,而是使时空性质发生根本改变的一种变化状态。现代天文学的发展丰富了唯物辩证法的基本规律和范畴。例如,恒星演化的过程证明了量变到质变规律的正确性,每当恒星内部温度的量变达到一定的关键点则必然会引起恒星能源产生机制的根本改变,从而使恒星从一个阶段演化到另一个阶段。

    哲学对自然科学的发展起着不容忽略的作用。爱因斯坦曾说,“如果把哲学理解为在最普遍和最广泛的形式中对知识的追求,那么,哲学就可以被认为是全部科学研究之母”。天文学发展的历史表明,天文学中的一个主要的以致开拓了几代天文学家思路的太阳系演化假说,是由一位著名的哲学家——康德提出的。在当时机械论观点统治下的天文学,很难解释“天体是怎样运动起来的”这样一个根本问题,只能求助于造物主的智慧。而具有哲学头脑的康德却没有被当时自然科学知识体系的贫乏状态所束缚,没有为狭隘的机械论观点所限制。他没有从太阳系之外去寻找动力,而是从太阳系内部寻求自身发生演化的根本原因。康德星云假说的提出被看做是从哥白尼以来天文学取得的最大进步,这不能不视为是哲学对天文学发展起积极作用的有力证据。在这里,哲学站在了科学的前列,在哲学观念上对形而上学的机械论发起了攻击,为自然科学的前进开辟了道路。值得指出的是,康德星云假说中方法论的思想被自然科学忽视了,因而没有对自然科学产生直接的影响,使科学的进步延缓了许多。这正反两方面的事实都表明哲学对天文学和其他自然科学的作用是不容忽视的,反映了在不同的哲学思想支配下自然科学的发展状态具有极大的差异。哲学能够给予天文学以方法论的帮助。天文学的研究方法有两种:一种是实验的方法,一种是理论分析的方法。其中,理论分析方法是认识天体的本质和规律不可缺少的思维方法,也是哲学向天文学提供方法论指导的主要承受者。对天文学来说,由于观测手段的局限和认识对象的高度复杂,所得的信息资料总是残缺不全的。这种情况下以什么哲学为指导来分析问题,就变得极其重要了。熟知人的思维的历史发展过程,熟知各个不同时代所出现的关于外在世界的普遍联系的见解,有助于天文学家正确地确定已知物理定律和理论在天文学中的适用范围。事实上,每一门理论都有自己的适用范围,例如:量子力学—-微观世界,牛顿力学——宏观世界,相对论力学——宇观世界。既不能用牛顿力学解释基本粒子的运动,也无必要用量子力学来考虑足球的波长是多少,尽管足球作为一个实体其波动性还是存在的。

五、天文望远镜给人类未来文明带来的发展希望

    1608年荷兰人约翰·李伯海发明了折射望远镜。1609年伽利略制成了一架口径4.4厘米,焦距为120厘米的天文望远镜。伽利略用这架放大率为32倍的望远镜发现了木星的4颗大卫星、月亮上的环形山、金星的盈亏现象等。1616年茹切亚斯制成了第一架反射望远镜,紧接着马尔森于1634年、格利高里于1663年、牛顿于1668年、卡塞格林予、1672年都设计或者制造了不同类型的反射望远镜。当时的反射望远镜都是用金属制成的,口径只有几厘米。18世纪后期,著名的天文学家威廉·赫歇尔磨制了数块金属面反射物镜,其中最大的口径达122厘米。赫歇尔用他自制的反射望远镜首次证实了银河系的存在。1845年,英国人罗斯制成了当时世界上口径最大的1.8米的金属面反射望远镜。由于金属面反射望远镜的固有缺点,如磨制困难、热膨胀系数大、镜面易氧化失泽,故到19世纪中叶,金属面反射望远镜开始走下坡路。

    18世纪中叶道仑制成了第一架直径为140毫米的消色差玻璃透镜望远镜。18世纪宋,纪南生产出了合乎光学要求的火石玻璃。紧接着,夫琅和斐在物镜制造的理论和技术上又进行了很多研究和改进。他还在1824年制成了当时最大的、口径为244毫米的折射望远镜。1888年和1897年,克拉克父子先后制造了口径为914毫米和1 020毫米的两台大型折射望远镜。直到现在,它们仍是世界上折射望远镜的亚军和冠军,目前分属美国里克天文台和叶凯士天文台。折射望远镜要求透镜有很高的质量,内部不能有气泡、杂质,这就限制了折射望远镜的最大口径。因为大块光学玻璃的制造非常困难,并且物镜口径越大,其厚度必然相应增加;厚度越大,对光的吸收作用就越严重,从而全部或部分抵消了大口径聚光的优点。另外物镜太大,其自重(数吨)会使镜筒变形,影响成像质量。再者,镜筒和支架的温差变形也制约了折射望远镜口径的增加。因此,20世纪以来,没有人尝试做更大的折射望远镜。

    19世纪中叶开始用玻璃磨制反射物镜,镜面上镀银。但由于镀银面容易失泽,且紫外区反射本领又小,故现在均采用真空镀铝技术来解决上述两个问题。1917年,海尔造出了一架口径为2.5米的反射望远镜,并以投资者胡克的名字命名。在此后30年中,胡克望远镜一直是镜中之王,它为恒星、星系的研究建立了卓越功勋。胡克望远镜现在仍在美国威尔逊山天文台。后来,海尔又着手制造口径为5米的大型反射望远镜,直到1949年海尔逝世后十多年才正式建成,它被命名为海尔望远镜,现位于美国帕洛玛山天文台。海尔望远镜镜面重5吨,望远镜的可转动部分重达几百吨。前苏联于1970年制成了口径为6米的反射望远镜,它位于高加索的帕斯图霍夫山上。由于它属于冷战时期的产物,做工粗糙,其性能远不及口径5米的海尔望远镜。近几十年来,由于天文学的迅猛发展,许多天文学的前沿课题,如类星体的光学认证及光谱分析,遥远星系的红移,脉冲星、恒星的行星系统及对河外星系中单颗恒星的研究,都需要更大口径的望远镜来提高分辨本领。海尔望远镜在当时的造价是3千万美元,费时10年。如果现在做一架口径为25米的单镜面望远镜,需投资约50亿美元,费时数十年。怎样才能又快又省地制造出比5米口径大得多的望远镜呢?1971年美国开始研制第一台多镜面望远镜,1979年投入观测,现位于霍普金斯天文台。该望远镜由6个同为1.8米的卡塞格林望远镜组成,6个望远镜绕中心轴排成六角形,6束会聚光经合成后聚在同一个焦点上,组合后的口径相当于4.5米。

    1979年计划制造口径为25米的望远镜,主要的方案有:①望远镜阵列,如由108台口径2.4米,或16台口径6米,或6台口径10米的独立望远镜及其圆顶综合而成。②可操纵镜盘,即在直径25米的抛物面镜盘上用1 032块偏轴抛物面镜排列成16个同心圆环。此计划至今仍未完成。1995年,由日本国立天文台研制的当时世界上最大单体直径的反射望远镜在大阪完成组装工作。这台名为“昴宿星团”( Subaru)的大型天文望远镜口径达8.2米,主体部分高22米,重550吨。主镜的方位调整采用计算机自动控制。Sabaru望远镜安装在夏威夷的莫纳克亚山海拔4 200米的山顶上,已于1999年1月投入使用。这个计划历时9年才得以完成。它的主要配套设备包括:红外照相机和光谱仪,自适应光学成像仪,中红外照相机及分光计,暗弱天体照相机和光谱仪,主焦点照相机,高分辨光谱仪和抗大气干扰的微光摄谱仪等。从理论上说,它的建成将使人类观测宇宙的能力比原先提高数十倍。当然,这些观测设备需经过长时期的调整才能正常工作。其他主要的大型望远镜还有:(1)凯克望远镜。凯克望远镜由2台组成,分别为凯克I和凯克Ⅱ,建在夏威夷的莫纳克亚山,每台凯克望远镜由36块直径1.8米、厚10厘米的反射镜组合而成,有效口径为10米,焦距为17.5米,镜面为双曲面,如图1-9所示,1992年建成。(2)欧洲南方天文台16.2米望远镜。它由8个欧洲国家共同研制,由4台口径为8.2米的大型望远镜和3台小型望远镜组成,各台望远镜可以独立观测.,也可组合起来形成一个有效口径为16.2米的望远镜。2003年开始在智利阿塔卡马沙漠的帕拉纳尔山顶上安装。(3)双子座望远镜。它由美国、英国、加拿大、澳大利亚、智利、巴西和阿根廷7国联合兴建,由2台口径为8.1米的望远镜组成,分别建在南、北半球,双子座北望远镜安装在夏威夷的莫纳克亚山,1999年建成;双子座南望远镜安装在智利,2000年建成。(4)和特望远镜。和特望远镜是光学红外光谱巡天望远镜,口径为9米,由85个口径为1米的球面镜组成,位于美国麦克唐纳天文台。(5)大双筒望远镜。该望远镜由美国和意大利合作制造,是由2个口径为8.4米望远镜组成的等效口径为11.8米的双筒望远镜,2004年建于美国亚利桑那州。(6)南非大望远镜,由多国共同建造,位于南非的北开普省,主镜是有效口径为11米的正六进形拼镶镜,已于2005年底建成。

    未来十年将建造的超大型天文望远镜计划主要有以下几个。(1)星座式X射线天文台(Con-X)。Con-X的全名为Constellation X-Ray Observatory。这是一组空间X射线望远镜阵,至少有4台X射线望远镜,主要目标是研究巨型黑洞、暗物质、暗能量,耗资约8亿美元,由NASA实施。(2) 30米口径光学望远镜(TMT)。Thirty Meter Telescope( TMT)原定名为Giant Segmented Mirror Telescope(GSMT),计划2006年4月完成概念设计,2015年投人工作。TMT主镜直径为30米,由738块6边形子镜组成,每块直径1.2米,厚45厘米,工作波段0.3微米至30微米。(3) 100米光学望远镜计划。Over Whelmingly Large(OWL)是由欧洲南方天文台计划建造的、口径100米的特大光学望远镜。

(一)、哈勃太空望远镜,1990年4月25日,“发现号”航天飞机将口径为2.4米的哈勃太空望远镜送入轨道,哈勃太空望远镜由美国宇航局( NASA)和欧洲空间局合作研制。它是一个重达11.6吨、长约13.1米、直径约4.3米的筒型庞然大物,定位于距地球表面614千米的圆形轨道上。哈勃太空望远镜为卡塞格林型反射望远镜,口径2.4米,研制工作历时13年,耗资20多亿美元。空间望远镜计划是20世纪40年代提出的,从设计、研制、发射到维修,前后经历60年,耗资约50亿美元。哈勃太空望远镜比地面望远镜的优越之处在于,它在大气层外工作,不受地球大气的吸收、散射和大气抖动的影响,从而有高的分辨率(成像分辨率高达0.1”)、宽的工作波段(从远紫外105纳米到近红外1 100纳米)和高灵敏度。它可以观测到暗达30星等的天体,相当于人眼所能看到的最暗目标亮度的40亿分之一,观测距离则可达到140亿光年以上。遗憾的是哈勃太空望远镜进入轨道后发回的首张天体图像非常模糊,研究表明是望远镜主光学系统存在制造缺陷,另外太阳能电池帆、精密控制陀螺等附件也存在这样或那样的闽题。经过3年的精心准备,1993年12月2日,“奋进号”航天飞机发射升空,其主要任务就是对哈勃太空望远镜进行在轨维修。“奋进号”在轨运行的11天中,由4位宇航员分成两组轮流工作,共5次出舱,更换了哈勃太空望远镜的太阳能帆板和损坏的陀螺,安装了太空望远镜轴向偏差改正系统( COSTAR),置换了部分探测仪器,同时也增大了望远镜所配的计算机容量。这次修复耗资高达2.5亿美元。修复后的哈勃太空望远镜不负众望,为天文学家提供了大量有价值的精确数据和清晰照片,成为名副其实的看得最远最暗的“眼睛”。哈勃太空望远镜这十多年来获得的观测数据超过了过去数百年的发现,可见其在天文学发展中的巨大作用。读者在许多杂志、网站上看到的_.些美轮美奂的天体照片,大部分是由哈勃太空望远镜拍摄的。

    哈勃太空望远镜的主要观测成果,限于篇幅,这里仅列举出10项。(1)发现冥王星是双星,并获得了其主星、伴星的直径及其相互距离的数据。(2)拍得百武彗星分裂的图片。(3)拍摄了1994年苏梅克,列维彗星与木星相撞过程和撞后形态变化的图片。(4)探测到了太阳以外其他恒星附近的行星图像。(5)哈勃望远镜对宇宙的扫描观测,使原来模糊的斑斑点点呈现出了更清晰的图像,可以窥探星系深处的奥秘。此即著名的哈勃景深图像。(6)观测到M84星系内高速气流吸积现象,为黑洞的存在提供了有力的证据。(7)对银河系内的暗弱恒星进行了观测,获得了它们的多个参数。(8)观测结果极大地提高了宇宙膨胀指数即哈勃常数的测量精度。(9)观测表明宇宙中存在引力透镜现象,即远处而来的光线通过星系团中间时会受引力作用而弯曲,引力对光线起到聚焦的作用。(10)观测到一个巨型黑洞正在吞噬另一个小星系的景象,观测到一些星系正在互相碰撞和合并等。

    由于哈勃望远镜的使用寿命约为15年,又因为它是第一架太空望远镜,其设计和制造中还存在某些缺陷,所以,现在科学家正在考虑建造新一代太空望远镜。这架望远镜准备置于日地引力场的第二拉格朗日平动点L2上。L-2是太阳引力和地球引力相等的点,所以它将相对于太阳和地球都保持静止不动,这样地球就不会遮挡望远镜的视线。新一代太空望远镜的主镜口径为8米,计划投资10亿美元,希望通过近红外的观察发现太阳系以外的类似地球的行星所发出的热量。这种近红外的观察在地球附近是无法进行的,因为地球本身的红外辐射能够淹没任何来自太空的类地行星的红外辐射。2002年,为纪念阿波罗计划领导人James E.Webb,NASA决定将新一代太空望远镜命名为James Webb Space Telescope (JW-ST),口径减小为6.5米,工作波段0.6微米至28微米。预计2011年发射到距地球150万千米的L2点上。

(二)、射电望远镜,利用射电望远镜可以接收来自宇宙天体的无线电辐射,射电望远镜实际上是一套无线电接收、放大、处理、记录设备。射电望远镜的诞生与发展是与无线电技术的水平密切相关的,至今只有六七十年的历史。射电望远镜的形式、种类很多,最简单的是用单个抛物面天线测量某一波长射电总强度的射电望远镜,抛物面天线把来自抛物面轴向的射电波反射集中到位于抛物面焦点的照明器上,通过传输线将信号输送给接收机,接收机把输入的电信号加以放大并改变形式使之被记录下来。作为一种辐射接受器,射电望远镜的一次观测只能得到频率响应范围内的平均功率。射电望远镜并不具有多少光学望远镜的形象,它更像一座接收雷达。1932年,美国贝尔电话实验室的电信工程师卡尔·詹斯基在研究长途电信干扰时用了长30.5米、高3.66米的旋转天线阵。在14.6米波长上他发现一种来源不明的“咝咝”型天电。本来詹斯基的工作可以到此为止,因为上述噪声对无线?电通信的影响并不大。但詹斯基并没有放过这微弱的电波,而是继续深入研究,终于确定这咝咝声是来自银河系中心方向的宇宙无线电波,射电天文学从此诞生了。第二次世界大战中,英国的军用雷达接收到了太阳发出的强烈无线电“噪音”,这表明雷达所用的超高频设备也可用于接收太阳和其他天体的无线电信号。战后,一批雷达专家把掌握的雷达测量技术应用到天文观测上,揭开了射电天文学发展的序幕。20世纪60年代的四大天文发现——类星体、脉冲星、星际有机分子和宇宙微波背景辐射,都是射电天文学对人类的杰出贡献。

    射电望远镜的天线一般做成抛物反射面,它或者用金属拼成,或者用金属线织成网状。由于不像光学望远镜那么精细,所以可以做得很大。现在世界上可转动的单个射电望远镜之冠在德国波恩,其抛物面直径达100米,其次是位于弗吉尼亚的美国国家天文台300英尺(约91. 44米)直径的射电望远镜。然而世界上最大口径的射电望远镜是固定在地球上的,它利用地球的转动来改变指向。它的球形反射面直径为305米。它被安置在波多黎各的阿雷西博一个天然形成的山间盆地中,其天线照明器重约600吨,悬于150多米的高空。此望远镜属于美国阿雷西博天文台,如图1-16所示。这架望远镜处在低纬度区,对于寻找星际空间的各种分子以及微弱、遥远的射电源具有特别巨大的威力。有趣的是,利用它的雷达系统,科学家们在1974年11月16日向一个叫做MB的星系发出了一系列信号,信号用其他智慧生命也应当看得懂的形式传达了我们地球和太阳系、地球上的人类和它的遗传密码等信息,因此阿雷西博望远镜是人类与宇宙其他文明社会通话的第一个话筒。由于它自身不能转动,极大地限制了其能力的发挥。由于单个天线建造存在技术上的困难,使得口径不能增加得太大。

    20世纪50年代末、60年代初发展起来的孔径综合技术为制造更大规模的射电望远镜提供了理论依据。已经建成的、位于美国新塞西哥州海拔2 000多米高原上的甚大天线阵就是按上述技术制造的。整个天线阵用27个抛物面分布在Y形的三个臂上,其中两个臂长为21千米,另一个臂长为19千米,铺设双线铁轨,200吨重的天线可在铁轨上移动,整个天线阵用计算机来控制,其性能相当子一个直径27千米的抛物面天线,而甚大天线阵每个天线的直径其有25米。澳大利亚有一台专门研究太阳的射电望远镜,称为射电日像仪它由94个14米直径的线组成,分布在3千米直径的圆上。其天线总接收面积相当于直径为120米的天线,分辨率则相当于直径3千米的天线。这台日像仪可以提供瞬时的太阳大气层活动图像。射电天文学家采用干涉技术来提高射电望远镜的分辨率。最新的干涉技术不用传输线把两个:线连接在一起,而是通过把相距几千千米的一对天线各自在同一时间观测到的同一信号在事后拿到一起去进行干涉处理来实现数据分析,从而实现了洲际甚长基线干涉。从理论上说,两台射电望远镜之间的距离有多大,相当于对应的射电望远镜的口径就有多大。1997年2月美国和日本发射的卫星——甚长基线干涉空间天文台计划完成。它在空间展成8米的射电望远镜,与“甚长基线干涉仪”联合干涉,其基线比地球半径长3倍。先进空地射电干涉仪即Advanced Radio Interferometry between Space and Earth。(ARISE)是一架口径25米的高灵敏度空间射电望远镜,绕地球椭圆轨道运行,最大高度为5万千米,可与美国的地面甚长基线干涉仪VLBI相连接。角分辨率比VLB 7I提高6倍,计划投资3.5亿美元,用于研究活动星系核、巨型黑洞附近的喷流、分子天文学等。

五、天文望远镜将人类导向太空宇宙文明探索

美国两名科技界大亨捐赠1200多万美元给美国“寻找外星智慧研究所”,建立一个迄今为止最大型最先进的接收外太空信号的天线系统。这个系统的天线系统比现有的仪器精良200倍,可以帮助人类探测外太空的信息,希望有朝一日能够解开外星人的神秘面纱。 47岁的保罗·艾伦是微软创办人之一,40岁的内森·米尔沃尔德则是微软技术部门的前任主管。为了支持外星人探索计划,搜集外星信号,两人最近分别向“寻找外星智慧研究所”捐赠1115万美元及100万美元,建立一个名为“艾伦电子望远镜集群”的系统。天文学家们计划在一平方公里的范围内建立500-1000个巨大的碟形天线系统来探测收集外星人的信号,并把这些天线与目前最先进的计算机相连接,以便对信号进行分析。这一平方公里的范围将是“无线电静止区域”,人们不允许在这里使用移动电话、电视、广播以及其它无线装置,因为它们发出的信号可能影响对外星信号的探测。“艾伦电子望远镜集群”将坐落在圣弗兰西斯克北部400公里,距加利福尼亚大学哈特克里克天文台3公里,计划于2015年完成。新的电子天文望远镜可在一年365天不间断地运作,不间断地接收来自外太空的信息。

科学家们希望能利用新的天文望远镜系统探测到外星人的电视、广播以及无线电发射信号。美国“寻找外星智慧研究所”主任研究员吉尔·塔特称:“我们将利用新型天文望远镜探测1000光年以外的星球。”美国“寻找外星智慧研究所”现有的天文望远镜只能探测几百光年的星球。美国“寻找外星智慧研究所”于1995年开始“凤凰计划”,通过大型电子天文望远镜,探测接收外太空的“声音”,包括背景辐射、星体发出的电波以及其它杂音。科学家再将这些信号通过电脑分析,希望从中可以发现外星传来的信息。这些电子望远镜直径为40-300米不等,是世界上最大最先进的电子望远镜。天文学家选择了临近地球1000个如太阳系般的星体,进行信号收集工作。到1999年“凤凰计划”已经探测过500多目标星体,虽然仍没有发现明显的外星智慧讯息,但科学家仍在坚持不懈地工作,希望总有一天能发现外星的文明。

科学家们宣布在远太阳系发现40多个行星,把人类寻找外星人的计划又推向高潮,虽然这些行星大部分非常大而且它们的温度也非常高不可能有生命存在。但科学家们表示,也可能存在小的、像地球一样的行星。除了探测外星生命的信息以外,“艾伦电子望远镜集群”天文望远镜还将寻找100-120亿年前第一次出现的星体和星系时宇宙大爆炸的现在可能存在的微弱痕迹。正是当时爆炸物质的聚集形成了目前的宇宙排列。科学家还可以通过这个新型电子天文望远镜来追寻可能与地球发生碰撞的小行星和彗星的行动轨迹。英国著名的天文学家皮特·威尔金森表示,通过新型天文望远镜的探测可以使人类想办法保护地球免受这些碰撞。自从文明产生起的那一天,人们就对太空文明开始产生兴趣;然而太空文明探索(太空文明探索)纪元是从1959年开始的——通过使用许多先进的射电望远镜阵列和计算机来扫描天空,科学家们花了整整50年的时间在寻找外星人。2009年9月,太空文明探索迎来了它的50周年历程。总的来说,太空文明探索总是处于主流天文学的边缘,无论研究者们如何证明其科学上的严谨性,但太空文明探索都无法逃脱这样的命运:那就是同不明飞行物(UFO)及其信奉者以及其他诸如此类的不切实际的幻想联系在一起,然而又无法彻底否认人们对太空文明探索的研究。用希望铸就、用信念支撑是太空文明探索的特点。无论搜索整个银河系要花费多大力气,即使没有搜索到我们想要的无线电信号,也不能因此排除太空文明存在的可能。很可能意味着这些生活在宇宙中的生命体并不用无线电通信,但研究人员相信,地外生命不但会向外发射信号,而且还会有意将信号扫向地球。指望太空文明搜索我们地球的这一愿望很可能会令我们失望。事实上在过去的70年间,地球上的雷达和电视信号的随机混乱组合正以光速不断地向外传播,其中仅仅有一些短期的尝试,朝向其他星球发射信号——而每一次尝试都唤醒了外星人入侵的概念。可想而知,许多在精神上支持太空文明探索的科学家会以追逐更多的正面数据为天文学的目标,尽管政府似乎不愿意资助这项毫无产出的项目。然而一个小型的太空文明探索是值得支持的,特别是如果该研究成功的话,那么它将有着巨大的含义。相对于50年前,目前太空文明探索的主要任务之一——搜寻类地球行星——变得更加可行。或许在未来的几年里,天文学家们将会找到一颗同地球相似并围绕其他恒星公转的行星,并通过来自该行星的大气光线进行分光研究,以此了解这颗星球上是否存有生命的足迹?大气的主要成分是氧气还是甲烷?它的一天有多长?气候如何以及有大陆和海洋吗?在未来的10年里,通过望远镜的探测,科学家们将能够揭晓这些问题的答案。此外,寻找宇宙中其他星球上生命存在的间接证据也同样重要。这些星球很可能存在与我们人类不同的智慧生命,这就需要不同方式的太空文明探索。人类是否要向其他类地行星发射信号?这是另外一个论题。但我们至少应该让艾伦望远镜阵列能够探测到来自这些类地行星的信号。地球可以拒绝“开口”,但是不应当连“耳朵”也堵上。

作为银河系中最年轻的有潜在交流倾向的文明,我们应该监听而不是发射信号。比我们先进得多的其他宇宙文明,应该有更充足的能源和更先进的技术来进行信号发射;根据我们的长期计划,现在还不到花上许多世纪通过单向交流来进行星际对话的时候;一些人担忧,即便是把信号传送到最邻近的星体,也可能会“泄漏我们(在宇宙中)的位置”(虽然民用电视和军方雷达系统也会导致这种情形发生);况且,我们也还尚不明确有什么特别感兴趣的事情需要告知其他文明。综合以上这些原因,目前太空文明探索的策略仍然是监听而不是向外太空发送讯息,这一点似乎是和我们在宇宙中落后的身份相符的。

此外,国际航天航空学会在1989年发布了一项针对太空文明探索的《关于探寻地外智慧生命的行为准则声明》,条例中第七款提到,只有在经过相关国际共同磋商后,才可对来自地外智慧生命的证据和信号作出回应。而随着向地外文明发送信息计划的逐渐引人关注,1995年,国际航天航空学会太空文明探索委员会又提议了专门《关于向地外智慧生命发送交流信号的行为准则声明草案》,其中明确规定,在进行相关国际磋商之前,某个国家来单独决定或是几个国家间合作尝试,从地球向地外智慧生命传送信息,都是不被允许的。不过,从目前情形来看,上述草案并未对向地外文明发送信息计划起到真正实质性的约束作用。甚至就在近一段时间里,一些新的项目也正在被上马实施。2008年2月5日,美国国家宇航局在成立50周年的纪念活动中,通过设在西班牙马德里的巨型天线,向北极星方向发送甲壳虫乐队多年前演唱的一首歌曲,《穿越宇宙》(Across The Universe)。而在刚过去的8月4日,英国RDF电视公司和著名社会网站Bebo又启动了一项新的METI合作计划——“地球呼唤”(Earth Call),他们邀请当代名人、政要,以及Bebo网站的1200多万用户,编辑有关“从新视角看待地球”的信息和图片,参与网络投票评选。至9月30日,届时将从中选出500条信息放入一个电子“时空舱”(Time Capsule),然后通过乌克兰RT-70巨型射电天文望远镜,发射送往于2007年4月刚发现的距离地球20光年外的一颗类地行星Gliese58 1C。

由于大众对地外生命话题的兴趣一向持久不衰,这两项计划自然也引来了媒体的广泛关注。英国《每日邮报》(Daily Mail)在事后随即辟出专栏,对其进行了报道评论。评论者对此种做法皆持否定态度,特别是对“地球呼唤”计划,尽管RDF电视公司宣称,这将是首次以民主的方式选择发向太空的信息,但还是招致了严厉的抨击。寻找太空文明通常被视为一个“科学技术问题”——尽管一些学者也已经开始从科学社会学角度来思考这一问题,但占主流的仍然是前者。从前面的争论中不难看出,向地外文明发送信息的支持者们其实有着一种“唯技术主义”思维倾向,所考虑的只是想尽办法要在技术上达到目的,但在达成目的后准备怎么办,却不事先想好。人类主动向外太空定位发送的信号,被太空文明发现的可能性也许微乎其微,但一旦产生结果,其影响却十分巨大,这种影响势必波及人类社会的科学、文化、宗教以及哲学等方方面面。所以在寻找外星文明这件事上,更重要的问题应该是:万一真找到了外星文明,我们该怎么办?我们认为,在尚未做好接触太空文明的准备之前,实施外太空探索显然是非常危险的。太空文明是指地球以外的其他天体上可能存在的高级智慧生物的文明。探索太空文明首先要根据地球上生命存在的状况,弄清生命存在的条件和环境。生命是美妙的,正是生命的繁衍才使地球上生机勃勃,气象万千。生命不是神造的,生命是天体演化的必然结果。生命存在的条件又是非常苛刻的,所在的天体要有坚硬的外壳,要有适宜的大气和适合的温度,要有一定数量的水。同时,行星围绕的天体必须是一颗稳定的恒星。就太阳系来说,符合上述条件的只有金星、地球和火星。其中地球位于金星和火星之间,处于生命繁衍的最有利的空间。现在还没有发现金星和火星上有生命。太阳系中其他行星上就更不适合生命存在了。寻找太阳系以外的行星系,这是探索太空文明的又一个方向。科学家们早已开始了潜心的观测和研究。到目前还没有发现一个被确认的行星系。如果真的发现一个行星系,那里也不一定就有生命。如果真的发现一个有比较适合生命存在的行星系。

近年来有一个常常会传得沸沸扬扬的话题,那就是 UFO。有些人总是将 UFO与“外星人的宇宙飞船”混为一谈,所以这和科学的了解太空文明问题密切相关。在这方面,可敬的“科学先生”卡尔·萨根做了大量的澄清和宣传工作,其热情、魄力和成效令人钦佩。而他常常还要面对这样的质疑:探索太空文明究竟有什么意义?的确,古往今来,人类对地球之外的智慧生物、地球之外的文明世界的思考和探索,始终有一种经久不衰的张力。我以为,人类的好奇心和求知欲,本来就是科学得以发展的重要动因之一,探索太空文明自然也不例外。但事情又远不止如此,探索太空文明无论是在科学上还是在哲学上,都有其极为鲜明的色彩。它是人类不断扩展自己的视野,更深入地洞察自然的必然结果和重要组成部分。如今,探索太空文明不仅已成为天文学、生物学、空间科学和众多的技术领域的交会点,而且对人类创造更美好的未来也具有不可低估的潜在意义。探讨太空文明的又一重大意义在于,它是自然科学与社会科学较为明显地相互渗透的一个领域。未来社会问题、人口问题、能源问题、战争与和平问题,特别是核战争问题,等等,都成了探讨太空文明问题时必须考究的因素;反之,对于太空文明的社会学和文化学分析,又会或多或少地渗透到预测人类未来的争论中去。

关于太空文明发出的信息能否破译,涉及人类对客观世界的认识能力。太空文明向外界提供的信息及其表述方法都应该是可以认识的。这将为正确的认识论提供新的素材和例证。探索太空文明,有助于人类更深刻地认识自己在宇宙中的地位。最后,坚持不懈地搜索太空文明将为人类提供一种历史连续感。这种连续感有助于人类赢得更美好的未来。人类应该考虑得更加深远,应该学会更有效、更科学地研究和计划数十年、甚至上百年以后的事情,搜寻太空文明乃至设法与之“对话”,则很可能成为这类长远计划的一种榜样。那么,这种伟大的探索,什么时候才是尽头呢?也许,它永远也不会有什么尽头。可以肯定的倒是,它现在才刚刚开始。探索的结局将会如何?各种结果都有可能。我们即使以“悲观”的模式进行思辨,仍然会导致某些相当积极的推断,人类仍会获益匪浅。多年前我曾经说过:当今人们在探索太空文明的过程中所表现出来的能动性,再次体现了现代的科学精神与古代的思辨、中世纪的宗教意识、以及近世早期的先验哲学的根本差异;而以理性指导的探索实践,则是最终解开太空文明之谜的必由之路。

任何智慧地外生命都不会通过暴力地爆炸白宫,或者像长着发光手指可爱外星人那样博得孩子们的欢心,来炫耀他们的存在。许多科学家仅希望通过扫描太空寻找遥远恒星太空文明的射电信号来证实外星人的存在,但是这样具有一定的危险性,容易让外星人发现地球人类存在的线索,或许会带来地球的灭顶之灾。目前,美国亚利桑那州大学物理学家、宇宙学家保罗-戴维称,如果外星人以偶然的机会在地球上遗留下存在的证据,我们则能够搜寻可能的外星人科技“足迹”,或者甚至能分析地外生命DNA分子。像现场勘查的法医搜寻鉴别手段来执行,同时不必取消搜寻太空文明计划(太空文明探索),天文学家仍继续观测太空。我的观点建议将搜寻太空文明的重担平均分配,使从事外星人搜寻任务的之前少数英雄射电天文学家,扩大至整个科学界。像基因搜寻太空文明计划是射电搜寻太空文明计划的补充,两者不会产生冲突。戴维希望科学家能够拓宽思维考虑外星人遗留的活动迹象,他从事搜寻太空文明计划已有30年,撰写了一部新书——《可怕的寂静》描述了自己的观点,他的相关观点发表在8月刊《宇航学报》杂志上。但是戴维并不认为智慧生命必须存在着,多年以来他非常支持搜寻太空文明计划,尽管尚未发现确凿的证据表明外星人的真实存在,但从未放弃过。他描述这项天空计划犹如“干草堆里找针”,当前的搜寻工作不会因未寻找到针而中断放弃,现根本未发现针尖所在,以及未评估干草堆的大小。为了相信太空文明的存在,太空文明探索天文学家并未忽视外星人向地球发射信息的可能性,他们认为过去五十年里地外无线电信号曾抵达过地球,或者强大的射电、光束像灯塔一样扫描银河系。

非常先进的太空文明可能建造巨大的航天工程计划来直接探测恒星系统的秘密,通过探测宿主恒星周围的物质层,外星人不仅能够探测到恒星的热量,还能够建立一种地球天文学家也能探测到的独特红外信号标记。就像地球发射机器人探测器一样,太空文明也可能按照这种方式探索宇宙,出于宇宙战略定位,他们可能在小行星带上部署休眠探测器。地球天文学家可以试着搜寻这样的探测器,或者发送“你好”等无线电信号唤醒这些外星人探测器。戴维称,外星人也有可能拜访地球,并在人类的家门口留下生命活动迹象。但依据宇宙年代,任何抵达地球的外星人历史将非常遥远,至少是早于人类出现于地球。这意味着任何外星人拜访地球的残留遗迹必须保留数亿至数十亿年,才能让现今人类发现。戴维接受《天体物理学杂志》记者采访时说:“如果地球上有另外一种智慧文明生物,我们在二十年之内就会发现它们,这将毫不费力。当然如果它们不存在,这种搜索工作的意义而不大。”包含钚的非人类核废料堆积物可揭示其来源,这是因为自然堆积物质历经一定年代将腐烂分解,采矿或者采石工程的痕迹将保存在地球或者其卫星表面之下。外星人的“漂流瓶”或者类似于科幻电影《2001太空漫游》中的神秘独石,基本不可能在地球上幸存数亿年历史,这是因为受地质变化和气候因素作用。或许最具吸引力的是如果外星人使用生物工程在地球生命DNA中有意或无意地遗留他们的生命特征,其生命体的自维持天性将确保遗留任何可能的生物特征。戴维称,科学爱好者和大学生正在积极打造基因版太空文明探索项目,试图发现任何外星人存在迹象。外星人生物工程也可能基于生物化学建立一种“隐蔽生物圈”,且与地球生命形式完全分离。这样的隐蔽生物体不会使用DNA或者蛋白质,以及地球生命体中不同的生物化学元素。目前,科学家已开始重点研究发现隐蔽生物圈。如果科学家发现独特的隐蔽生物与地球已知生命形式不同,这也并不能完全表明与太空文明有关。但是像这样的发现将提供更多的可信性,如果隐蔽生物在地球某个适应性环境生存,它们便可以生存繁衍。

谈到宇宙天文探索,就不得不谈到宇宙天文探索的多学科性,宇宙天文探索的学科主要分为应用型学科以及思考型学科两类, 在思考型学科中,天文哲学领域是历史悠久、影响力巨大的一个领域,它所涉及的问题非常多, 例如科学前沿问题的探讨, 这个讨论在国内外都十分热烈,比如说霍金提出的关于宇宙爆炸以及时间简史的理论,在国内外的影响力都是十分巨大的。 在当代天文学前沿的暗物质理论的讨论也是非常热烈的。 而且在天文学界还有很多哲学意义非常深远的问题,例如地球中心主义、人类中心主义以及国家主义和民族主义,如果把这些原本只在地球上讨论的问题如今放在宇宙学的背景上来进行考虑,原本的讨论都具有很大的局限性。在应用型学科中所涉及的学科十分广泛,例如在制造宇宙天文探索载具中涉及到物理、冶金、材料等学科,在在探索过程中涉及到天文学、宇宙学,同时人类在太空中还进行着转基因研究、通过宇宙环境对植物物种进行改良以及太空通信技术研究等。 这一切都表明在宇宙天文探索领域里,任意一门学科都会有其用武之地,宇宙天文探索会随着各个学科的发展而发展。要做宇宙天文探索的哲学思考,人类就首先要明确一个立场,那就是要抛弃过去的以人类为中心的立场。 事实上在中国古代传统的天人合一的思想中,已经包含了太空哲学中最重要的一个思想,也就是人与天的和谐发展,而不是人类去征服太空。这个思想不仅在中国古代哲学中出现过,西方哲学也非常看重这一点。 在电影《阿凡达》中,编剧十分朴素地描述出了这种思想。从上述观点出发,宇宙天文探索的目的,首先在于开阔人类对宇宙的视野,使人类对自然的认识,提高到一个崭新的阶段。人类在宇宙天文探索的过程中,必将建立并且不断发展宇宙观,从而去指导人类去更深层地认识宇宙与事物、与自己的关系。由于人们对太空的认识还处于起步阶段,因此产生了一系列的问题,例如人类的起源从何而来?宇宙的起源是从何开始?在远外太空是否存在其他智慧生命?这些根本问题都需要通过宇宙天文探索来回答。

其次,宇宙天文探索也是为了人类文明的可持续发展。地球作为一个星体是否也会有一天走向死亡?是否有外星智慧物种存在? 如果有他们是否面临过人类的处境?事实上现在人类目前面临的生存威胁多种多样,例如全球变暖、生态破坏,还有小行星撞击地球等。 除此之外,地球上可供人类使用的资源也是极其有限的。 这就涉及到太空资源利用分配问题跟是否向太空其他适合生存的星球移民问题,是整体移民还是部分移民? 移民在短时间内似乎不可能,即使在将来有可能也只是极少数人,把人类整个搬走是不可能实现的。 因此,为了使地球开发利用能够持续发展,就需要解决地球的环境问题以及生态保护问题,其关键就在于能源的持续利用问题。 最后,就是在最小程度破坏太空生态环境的条件下,去利用太空资源。对于人类来说,宇宙太空有太多人们所不熟悉的事物,这自然会使得宇宙天文探索跟哲学有一定关系。就天文学本身而言,在最近 400 年有巨大的发展,对应的是外空间观测技术的提高,使得人类看到了许多以前只能想象的事物,这些新生事物会带来生新的理论,指引人们进行下一步的观测。 哲学上抽象出来的事物,可能不会是总会发展变化,而科学上的很多结论,可能在几年内就会发生变化。 但哲学的理论更加稳定、 更加适于不同的领域。 霍金曾经说过几个观点,现在来看都有不准确的地方,可能因为翻译原因不一定是他原来的意思。但他确实提到了几个方面真的和哲学可能会有关系,例如时间旅行的伦理问题,包括人们现在所讨论的宇宙哲学方面的问题,有一些在科学领域的进展,会影响到人们在哲学上的思考。在21世纪人类已经完全有能力探索更远的行星,可是因为能源发展上的限制,导致人类在飞往更远的行星的时候只能依靠太阳能,而光有太阳能是无法保证飞行器能在短时间内到达目的地的,而目前人类无法长期生活在太空环境中,因此只能通过机械装置来进行漫长的太空探索之旅,如今物理科学界正在对反物质这一神秘但蕴含着无限潜力的新潜在能源进行研究,如果这一能源得以投入使用,人类将可以使用更适合人类长期居住的大型星际飞船进行太空探索,那么人类在对深层空间的探索进度上将会出现跨越式的发展。

浩瀚的宇宙在现在的我们看来无际无边,深不可测,就像人类的雄心。人自出生之始,便以一个全新的意识来到了这个神秘浩大的宇宙,不知道自己为什么出生,为什么来到这个地方,千百年的时间来,人类一直对我们自身这个神秘的所在充满了向往,虽身处其中,但不得其全观,正好像“不识庐山真面目,只缘身在此山中”。对宇宙奥秘的不断求知探索同时也造就了无数时代的科学精英,对人类历史的推动产生了巨大的力量。当人类确认地球不是宇宙的中心,而是行星之一,从而掀起了一场天文学上根本性的革命,是人类探求客观真理道路上的里程碑。 哥白尼的伟大成就,不仅铺平了通向近代天文学的道路,而且开创了整个自然界科学向前迈进的新时代。从哥白尼时代起,脱离教会束缚的自然科学和哲学开始获得飞跃的发展。哥白尼的科学成就,是他所处时代的产物,又转过来推动了时代的发展。最后是现代,至少维持到现在,一种观测证据最多,最获公认的现代宇宙理论,认为宇宙从极致密状态膨胀到目前的状态,即“宇宙大爆炸理论”。按照大爆炸理论,宇宙没有开端。它只是一个循环不断的过程,从大爆炸到黑洞的周而复始,便是宇宙创生与毁灭并再创生的过程。这只是一个设想,并不是一个完美的理论。为弥补这些不足,人们一方面提出了暴胀宇宙模型,再进一步追溯到时空创生。这颇类似于中国古代老子的道德经中说的:“道生一,一生二,二生三,三生万物”。或易经中所述:“无极生太极,太极生两仪,两仪生四象,四象生八卦,八卦生万物”。同时有的天文学家对此也提出异议。对整个大爆炸理论提出怀疑的同时,又提出了其它宇宙模型,其中最有代表性的是稳恒态宇宙论。稳恒态宇宙论由英国天文学家邦迪、戈尔德和霍伊尔基于不同的思路几乎同时提出。他们认为,宇宙是无限的,没有开端也没有终结,在空间上是无限的,在时间上是无始无终的,整个宇宙的图景是无演化的。由于稳恒态宇宙模型不需要时间本身有什么开端,因而不会遇到宇宙年龄的问题,也不必引入繁琐的物理假设。但是,稳恒态宇宙论致命的问题是难以解释宇宙膨胀的事实,也不能回答创生的物质究竟从何而来,在科学和哲学上都难以令人信服,所以稳恒态宇宙论便日居下风,自20世纪70年代以来便很少有人相信它是宇宙的真实写照了。

科学就是如此的不断打破,改进,每个时代总会有一些不满于现状的人们,孜孜不倦地寻找更符合自己追求的目标。从反对地心说的哥白尼到颠覆20世纪物理的爱因斯坦,到量子理论的产生,一种新的理论产生,经过一段时间推移后,新的理论变成了旧的理论,开始出现新的声音,当初的革命者变成了旧理论的拥护者,成为了新生一代的阻碍,再不可避免的被取代。历史的车轮不断前进,周而复始,人类也正因为了这不断的自我征服、不倦的探索而不断发展、超越,人类的历史虽然短暂,但却取得了前所未有的飞速进步和惊人的一系列成果。对宇宙的认识与探索,一方面促进了人们的思想进步和视野的拓展,一方面对自然的探索所诞生的科学成果极大的对人类社会的发展起到了推动作用。

天文学是一门既古老而又现代的一级学科。它随着人类社会的进步而不断地发展。作为世界文明古国的中国,古代天文学的研究和应用曾经是世界领先的,不少有关天文的记载成为现代天文学研究的珍贵资料。但是,在我们现今的基础教育中,天文学一直没有得到应有的重视。21世纪将是人类着眼太空的时代,世界科技飞速发展,人类开始开发宇宙太空。地球的能源在不断地耗尽,新的能源也许要向太空寻找,太阳能当然是最直接的。当地球上的环境不再适合人类的生存时,新的居住地肯定也只能是其他的星球。我们在宇宙中是否孤独?为了适应世界航天事业发展的时代需要,加强素质教育,普及天文知识是一项重要内容,特别是在文理分开的大学教育中,文科学生对于基础科学的知识了解得不够全面。同时,由于人们对天文发现的广泛兴趣,天文学在教育和科普领域也起着十分独特的作用。同时天文学的发展对人类也有巨大的意义。

今天,通过天文观测,人类终于认识到宇宙是没有中心的,整个宇宙各个部分都在彼此远离,并正在加速膨胀。人类在抛弃地球是宇宙中心地位的过程中,也提出了地球是否是宇宙中唯一的生命家园,即地球是不是宇宙生命中心的问题。事实上,每个人都在根据自己的认识来寻找着上述问题的答案。对这些问题的回答与思考贯穿于整个文学、艺术和科学的发展史中。新的科学发现使我们更为接近揭开太阳系外生命的一些基本问题,但又提出了更多的新问题。随着新千年的到来,人类希望凭借自己掌握和拥有的先进的科学和技术能力来回答这些最古老和深奥的问题。虽然对此问题尚无确切的答案,但是至少太阳系外行星存在的理论已为近年的最新天文观测所证实。90年代以来,通过大口径光学望远镜观测,对发现具有类似太阳系的恒星行星系统有了许多突破性进展。到目前为止,天文学家已确定了400余颗有行星系统的恒星候选体。观测还表明,这些具有行星环绕的恒星系统和行星本身都存在多样性。约40颗恒星行星系统具有多行星存在,其中一个恒星系统拥有5颗行星,2个恒星系统拥有4颗行星。从统计来看,至少5%的类太阳恒星存在行星系统。最近已探测到一颗质量大约为2个地球质量的类地行星候选体。特别令人振奋的是天文学家相继在多个行星状星云和多颗行星上发现了生命所必需的一氧化碳、二氧化碳、甲烷和水等大气谱线。天文学家甚至已经能够通过大望远镜和先进的技术方法直接观测到围绕恒星旋转的行星了。目前,通过太阳系外行星的探测,正朝着推翻宇宙生命中心说的方向发展。越来越多的天文观测表明,地球并不是宇宙中唯一存在生命的星球。

我们有理由相信,人类与生俱来的好奇心和求知欲将是驱动人们进行太阳系外行星及其生命搜寻的原动力。新的天文观测和发现必将并继续深刻地影响和改变着整个人类的宇宙观,不断加深人类对宇宙的认识。这种在理性指导下的实践活动体现了现代的科学探索精神,也必将为人类认识自然、与自然和谐相处带来无穷的益处。 宇宙是我们这个物质世界的整体,是物理学和天文学的最大研究对象。了解甚至弄清它的性质、结构和演化规律,一直是人类的梦想。可以说,人类试图认识宇宙的历史与人类认识史本身同样古老。而天文学,则为人类研究宇宙提供了一条很好的道路。从研究天文学历史及其学说中,人类能获得有利于促进人类生存和社会进步的知识和技术。

从历史角度分析,天文学是一门最古老的科学,在各种自然科学的发展中,始终起着先导性的作用。古时分,人们经过用肉眼观察太阳、月亮、星星来确按时分和标的目标,拟定历法,指点农业出产,这是天体测量学最早的初步。天文学总是伴随着人类社会的文明和进步而不断发展的,它在人类认识自然、 探索物质世界的客观规律中发挥着重要的作用。天文学所取得的辉煌成果不仅使人类对宇宙的各个层次有了清晰的了解,并认识到自己在宇宙中所处的地位,而且也推动了其他学科的发展。它提出的许多新课题常常成为其他学科研究的前沿,甚至对既有的理论提出了挑战。从现在发展的角度分析,天文学是一门推动国家经济发展,增强综合国力的一门高端技术。天文学之于国家的意义深远而广泛,他给人类带来的裨益是不可否认不可小觑的。科技的发展水平已经成为一国经济实力强弱的最重要指标,也成为一国国际竞争力的最重要因素。而科技力量表现为对尖端技术的研制、开发和应用能力。然而,宇宙空间的探索,是属于科学技术最为高端的研究。天文学是通过研究天体的结构和演化规律等知识,并可以研究如何让利用其来为人类造福的一门自然科学。它是历史悠久的,同时是与时俱进的,现代化的必具学科。

作为世界上四大文明古国之一的中国,在天文学方面有着灿烂的历史在天象记载、天文仪器制作和宇宙理论方面都为我们留下了珍贵的记录。  现代宇宙学认为宇宙没有中心。现代宇宙模型中主要有五种模型:牛顿无限、静止宇宙模型、爱恩思坦静态模型、佛里得曼宇宙模型、稳恒态宇宙模型和大爆炸宇宙模型。通过,观察天文学的研究历史,我们可以了解到,人类在探索宇宙的过程中是不断进步的,而根据所探索的历史来看,我们所探索的宇宙是我们未能完全了解的,直到目前为止,我们对宇宙的探索仍未能得出一个边界,那么,我们探索中的宇宙到底是有限还是无限的呢?UFO,常常会成为天文研究者研究内容中的一个谜团,目前的世界是科技一日千里的世界,我们已经可以通过高科技的天文望远镜观察到以亿光年来计算的距离,但是始终没有发现外星人的踪迹。难道他们离我们的距离比这个还要远吗?难道宇宙真的没有尽头吗?要知道宇宙是否有一个尽头,只有经过漫长的宇宙探索和对天文学更深入地研究来验证了,宇宙目前仍是一个谜,有待天文学研究的不断发展来为我们人类解开更多神秘的世界。

400年前,伽利略首次将望远镜用于天文观测,并以此发现支持哥白尼的“日心说”,推翻了托勒密“地心说”的统治地位。然而,太阳真的位于宇宙中心吗?这是人们一直非常关心的问题。自从18世纪以来,包括赫歇尔等在内的许多著名天文学家,都认为太阳是在银河系中心。美国天文学家沙普利(Harlow Shapley)通过观测发现球状星团并不均匀地分布在全天,而是比较集中在南天,尤其是人马座一带。他大胆而明确地提出,这是由于太阳并不在银河系中心,而是远离中心的缘故,银河系中心在人马座方向。1924年,哈勃利用威尔逊山天文台的2.54米望远镜分析一批造父变星的亮度以后断定,这些造父变星和它们所在的“星云”距离我们远达几十万光年,因而一定位于银河系外。这一发现使人们不得不改变对宇宙的看法,即银河系在宇宙中也是一个非常普通的星系。1925年,哈勃对河外星系的最新观测显示星系看起来都在远离我们而去,且距离越远,远离的速度越快。这项发现是20世纪天文学的重大成就,它颠覆了人类对宇宙已往的理解与认识。一直以来,人们都认为宇宙是静止的,而现在发现宇宙是在膨胀的,这一结论意义深远。

今天,通过天文观测,人类终于认识到宇宙是没有中心的,整个宇宙各个部分都在彼此远离,并正在加速膨胀。全球变暖的科学内涵是什么?全球变暖是不是完全由于人类活动的影响?其实,全球气候变暖有其自身规律:全球气候有8万年~12万年的准周期,人类活动是大周期上的小叠加。最近二三十年来有一种观点,认为地球气候变化首先是受太阳系影响,而太阳系是银河系很小一部分,它应受银河系影响。实际上,地球气温变化是由各个星体相互作用而共同存在的结果。这种学说被称为“宇宙气候学”。现在“宇宙气候学”尚处于初步研究阶段,它对人类未来应很重要。太阳和月亮大概是人类最直接的、最大的而且关系最为密切的天体了!除了对人类的光明和热量外,它们还对人类有着相应的正面和负面的影响。月亮、太阳对地球的引力而引起的天文潮汐,它对于地球和人类有着最为直接的影响,比如:对地震、火山、海潮和天气变化均有着直接与间接的影响,根据天文潮汐理论和对一些自然现象的观察与分析,它对地球上的各种物点,包括有生命的和无生命的,液体的和固体的,有形的和无形的,都有着广泛的影响。当太阳上黑子和耀斑增多时,发出的强烈射电会扰乱地球上空的电离层,使地面的无线电短波通讯受到影响,甚至会出现短暂的中断;太阳大气抛出的带电粒子流,能使地球磁场受到扰动,产生“磁暴”现象,使磁针剧烈颤动,不能正确指示方向;极光是带电粒子流高速冲进那里的高空大气层,被地球磁场捕获,同稀薄大气相碰撞而产生的。天文学,是人类为了探索宇宙,延续文明所创造的一门学科,在天文学的学习过程中,能不断地学习到新的天文观和宇宙观,从而使我们自己也能创造新的人生观,价值观,探索的过程中学会把握自然,宇宙的规律,深刻清楚地认识神秘的宇宙,这样才能走出一条和自然,宇宙和谐相处的道路,让人类能可持续地发展下去。


 楼主| 发表于 2013-11-1 01:23:04 | 显示全部楼层
四、太空天文探索是人类文明中社会进步的希望
     文明是一个不断发展的综合性、整体性概念。人类社会的进步与人类文明的整体发展息息相关。标示社会全面进步的尺度不是别的,而是社会文明。文明是社会进步的天平。社会文明的三维结构体系也使我们进一步明确以文明为尺度衡量社会全面发展或全面进步的整体性含义。社会文明之所以能成为衡量社会发展或社会进步的综合尺度,首先,是因为社会文明所包含的内容与社会发展和社会进步所反映的状况是一致的。社会是在一定的物质生产活动基础上形成的具有经济、政治、文化、思想、法律、道德等多方面因素组合而成的有机统一体。虽然其中有主要、次要之分,但是全面地考察一个社会的发展或进步,不能仅仅抓住其中的某一方面(即使是主要方面),应当既要看其社会生产力的发展,又要看其生产关系适应生产力发展的状况;既要看由生产关系所构成的社会的经济基础,又要看与经济基础相适应的政治法律、道德、艺术等政治现象和社会意识形态所构成的社会上层建筑。人们知道,人类从原始社会步入奴隶社会是一个历史性的飞跃,这一飞跃的标志,不仅仅是生产力,也不仅仅是因为社会有了分工协作,而是包含了经济、政治、思想、文化等方面的综合因素。我们说社会主义社会优越于资本主义社会,如果从生产关系角度来看那是极其明显的,而从经济发展的现实水平来看,那就会发生困惑,只有从生产力与生产关系、经济基础与上层建筑的结合上,或者说从社会文明的视角即从物质文明、精神文明、制度文明这一整体上,才能说明社会主义优越于资本主义的社会制度。文明是一定时代积极因素的积累和进步因素的综合。总的来说,一定的社会文明总是一定社会发展阶段上的社会本质特征的反映。如资本主义的社会文明,即从资本主义社会的物质文明、精神文明、制度文明反映了资本主义社会那个特定历史阶段所积累的积极和进步因素的总汇,体现了资本主义社会文明最一般的本质特征。社会主义的社会文明,是社会主义这一特定历史时代和历史阶段所具有的本质特征的反映,它不包括遗留于社会主义社会现实中的封建主义、资本主义那种落后、消极、腐朽的东西。文明是一个历史范畴,由于生产力发展水平不同,不同历史时期生产关系的性质及其完善程度不同,还由于同一社会发展过程中经济基础和上层建筑的成熟程度不同,社会文明所包含的具体内容和特征也是不同的。由此可见,以社会文明即物质文明、精神文明、制度文明的整体统一作为衡量社会全面发展和全面进步的综合尺度,完全适用于人类社会发展的各个历史阶段。它是具有现实内容,各个社会又完全可以通用的衡量和检验的尺度。因为只有强调以文明为尺度,即把物质文明、精神文明、制度文明有机结合起来,才能真正推动社会稳定、健康的发展。西方发达资本主义国家虽然在经济上是上去了,但社会矛盾重重,两极分化悬殊,经济缺乏持续发展的后劲和生机,其重要原因是物质文明与精神文明、制度文明,没有协调和统一的发展。
    仰望星空我们会看得更远,在人类的历史文明的时空中,每当人类的各种矛盾错综复杂时,天文便会把人类引向期待与期望的神思漫游中。“天文”在古代中国人心目中,其含义及性质既是如此,可知正是今人所说的“星占学”。历代官史中诸《天文志》,皆为典型的星占学文献,而其取名如此,正与班固的用法相同。这类文献中最早的-种见于《史记》,名《天官书》,尤见“天文”一词由天象引伸为星占学的脉络——天官者,天上之星官,即天象也,亦即天文。后人常以“天文星占”并称,正是因此之故,而并不象一些现代学者以已意所逆的那样,将“天文”与“星占”析为二物。科学意义上的天文学与星占学有密不可分的关系,是古代世界的普遍现象。著名天文学史家A·贝利(Berry)认为:对星占学的信仰,无疑曾是对真正的天文学研究的一个强有力的刺激。贝利强调了星占学对天文学的促进作用,但对于两者孰先孰后的问题,采取回避的态度。M·克莱因(Kline)则倾向于认为星占学的历史更为古老。占星术在科学史的意义在于其促进了天文学的研究,这不仅在希腊而且在印度、阿拉伯和中世纪的欧洲都是如此。占星术培育了天文正如炼金术之培育化学一样。历史上炼金术之为现代化学的前身,这一点是众所周知的。克莱因将星占学与天文学的关系与此类比,意味着将星占学作为天文学的前身或母体。事实上,几乎在所有的古老文明中,比如埃及、巴比伦、印度、中国、玛雅等等,人们都可以看到一个相同的现象:天文学研究产生于星占学活动之中。唯一的例外是古希腊。许多西方学者都强调指出。古希腊的星占学是较晚时候从巴比伦等地输入的。比如著名科学史家W.C.丹皮尔(Dampier)说:柏拉圈、(Plato)已经听说过占星术,但是,占星术的实际知识,是在公元前280年左右由柏罗沙斯(Berosus)带到希腊的。B·罗素(Russell)在著名的《西方哲学史》中也采纳了同样的说法。这就是说,希腊天文学不象其它古代文明那样产生于星占学活动之中,而是在星占学传入之前就已产生并相当发达了。这一例外是意味深长的,因为今天通行全世界的现代天文学体系,其源头正是古希腊天文学。当然,星占学一旦传入希腊后,它也很快在欧洲文明中扎下了根,长期繁盛不衰。在希腊以外的古代文明中,天文学研究产生于星占学活动之中,那么在这些古代文明中,天文学研究后来是否从母体中独立出来?或者说,在这些古代文明中,是否曾存在过现代意义上的天文学?这是颇难回答的问题。答案在很大程度上取决于人们所确认的判据。在一些西方学者看来,现代意义上的天文学在古代中国并不存在。比如16世纪末进入中国、对中国传统文化有着很深理解和很强适应能力的耶稣会士利玛窦(Mathew  Ricci)认为:他们把注意力全部集中于我们的辩学家称乏为古星学的那种天文学方面;他们相信我们地球上所发生的一切事情都取决于星象。后来的一些评论更加刺耳,M·达朗贝尔(Delambre)曾说:“中国历史虽长,但天文学简直没有在中国发生过。”A·塞迪洛(S edillot)甚至说:他们是迷信或占星术实践的奴隶,一直没有从其中解放出来,……中国人并不用对自然现象兴致勃勃的好奇心去考察那星辰密布的天穹,以便彻底了解它的规律和原因,而是把他们那令人敬佩的特殊毅力全部用在对天文学毫无价值的胡言乱语方面,这是一种野蛮习俗的悲惨后果。这种充满文化优越感的、盛气凌人的评论,当然是不足取的。但是,天文学究竟是否曾经从古代中国星占学母体中独立出来,这个问题实际上直至今日仍未解决。在中国传统文化中,“天人合一”是一个含蕴极广的概念。就广义而言,“天”被用来指整个自然界。这个自然界,或者说天,在古代中国人心目中,并非象近代科学的“客观性假定”中那样是无意志、无情感、可认识。可改造的客体;而是一个有意志、有情感、无法彻底认识,只能顺应其“道”与之和睦共处的庞大神秘活物。这或许就是一些现代中外学者所盛称的古代中国人的“有机自然观”。所有天人合一与天人感应的大道理,最终都可归结为一点:人如何与天共处,即如何知天之意、得天之命,如何循天之道,邀天之福。
    俗话说:上知天文、下知地理。这是对个人知识渊博的一种赞美。早期天文学研究的对象主要是天体,而现代宇宙学则包括观测所及的时间、空间和物质的总和。对某个具体的天体而言,它的位置、分布、运动、结构、物理状态(如温度、压力、体积等)、化学组成和演化规律等都是要研究的内容。天体的结构可分为三个层次,即太阳系、银河系和总星系。这三个层次一个高于一个,太阳系包含在银河系内,总星系又包含了银河系和其他河外星系。作为一门基础自然科学,天文学的任何进步都对人类社会具有重要的积极意义。直到今天,精确的时间和历法仍然是按照太阳系和恒星的运动确定的。上海天文台和陕西天文台的主要工作就是测时:应用测时仪器观测选定的恒星,获得准确的时刻;守时:用守时工具,如天文钟、原子钟等,计量时间;授时:利用无线电波发布时间信号。大家熟知的北京时间就是由陕西天文台发布的。最近几十年,各种人造卫星和空间探测器频频进入太空,对它们运动轨道的控制离不开天体力学的精密计算。而对太阳物理现象(如黑子、耀斑)的研究将直接影响到地面导航、通信等。现代天文学的研究还可启发人们去思考、探索与人类的现在和未来息息相关的各种应用技术。如通过对太阳能量来源机制的研究,获得了核聚变理论。尽管人类尚未完全掌握受控核聚变技术,但利用核裂变产生能量的核电站已遍布全球。宇宙中还有很多比核聚变能量更高的产能形式存在于天体中,尽管这些形式至今尚未完全弄清,但这已给人类提出了存在新的更有效能量转换形式的可能性。
    浩瀚的宇宙展现了无比的壮丽,同时也展现了无穷的神秘。自铁有了人类就开始了对宇宙的观察和思考。但到目前为止,并没有旁种理论能够揭示所有的宇宙奥秘,就连宇宙是如何起源的这一似警再简单不过的问题,其理论也正在不断争论、发展之中。是什么物质谢生了宇宙?创生宇宙的物质从何而来?是什么力量使创生宇宙的物质创生了宇宙?无数的疑惑,无数的问题,促使人们进行无尽的思索,无尽的遐想,这种遐想甚至超越了常人思维的极限,对宇宙问题的研究越深入,带来的问题就越多。一旦这些问题得以解决,必将引起自然科学的重大突破。人类是从认识太阳、月亮、太阳系中的行星开始认识宇宙的。很长一段时间以来,宇宙被认为是空间上无边无际、时间上无头无尾的物质的总和。随着科学技术的发展,人类已经观察到宇宙的边缘,这是距地球约l00多亿光年的类星体。一些天文观测事实和理论研究使人们相信宇宙产生于大爆炸的一瞬间,这就使时间空间上无限的宇宙观发生了根本的变化。不仅如此,人们还能了解距地球十分遥远的恒星的物理状态,并已向太阳系中的某些天体发射了空间探测器。这一切表明,天文学是人类认识自然的最前沿的科学,天文学的研究需要用到人类最新的知识、最先进的技术。但是,天文学又是最古老的科学,它几乎是伴随着人类同时产生的,有关现代天体和宇宙的所有新概念都是建立在人类不断追求和摸索的基础之上的。19世纪以前,天文学家研究的对象主要是天体力学,研究的工具是光学望远镜。到19世纪,由于照相术和光谱学的引进,使以测定恒星和星云的亮度、温度、化学性质为内容的物理研究成为可能。随之而来的是对恒星和星云的结构进行理论分析。20世纪量子论、相对论和其他物理分支的发展也促进了天体物理学的兴起和发展。现在,天文学空前繁荣,人们发现了如类星体、脉冲星这些前所未知的天体,解决诸如宇宙、化学元素、地球和生命起源这一类基本问题的可能性也已出现。
    人类了解自然奥秘的好奇心是永存的:所以对宇宙的了解必然会不断地深入,面临的困难必然会不断地被克服。早期的天文学是从确定天体的位置和运动开始的,属于前面所说的天体力学部分。由于当时观测的不准确,概念也存在很多错误,所以那个时期的天文学研究既不能正确描述天体的运动也不能准确观测天体的运动,这是缺乏科学的动力学概念的必然结果。自从牛顿发现了万有引力和三大运动定律后,天体力学才真正成为一门科学并由此得到飞速发展。牛顿天体力学的特点在于用数学分析方法解运动方程,把天体位置表示为时间的“显函数”,然而这种方法只能适用最简单的问题。为了解决复杂的问题,人们又发展了许多数学的方法,有些方法相当深奥,天体力学实际上成了数学问题。电子计算机的使用使得天体力学发展到一个新的阶段,它使人们能用“实验方法”来判断行星或卫星轨道的稳定性,即在什么条件下轨道是周期性的,在什么条件下体系会瓦解。
    只有两个天体组成的系统称为二体问题,利用牛顿万有引力定律很容易求出它们的轨道,这些轨道是二次曲线,它们是椭圆、抛物线和双曲线。由三个天体组成的系统称为三体问题,虽然我们想象不出它的复杂性,但是目前尚未找到严格的解析解。也就是说,要确定地球、月球和其他行星的轨道实在是一件非常困难的事。天体力学还面临这样一个问题:既然现在人们知道的行星的轨道都不是严格的数学解,那么这些轨道是不是稳定的?也就是说,行星的轨道永远不变吗?如果地球的轨道不稳定,那么它的任何微小的变化都是灾难性的。很遗憾的是,这个关系地球命运的问题至今没有圆满解决。人们似乎并不担心什么时候能彻底解决这个问题,因为这种灾难发生的可能性实在太小了。现在,人们利用现代数学和计算机能够计算比三体多得多的数百个天体系统的运动问题。对于太阳系,用这种方法已经计算出行星在数千年内的星历表,在这个期间,所有行星的轨道没有丝毫变化。
    20世纪量子论、相对论的创立和发展以及观测技术的发展促进了天文学的不断发展。目前,人类的宇宙观已经完全不同于牛顿时代的宇宙观。依据新的物理观点,人们认识了恒星内部发生的过程,认识了恒星演化过程;用新的观测技术,人们看到几乎处于宇宙边缘的星体,从理论上开始认识宇宙的起源和宇宙的演化。随着对宇宙的深入了解,人类几乎同时也认识到所面临的问题和困难。这些问题和困难既有理论上的,也有技术上的。迄今为止,人类所掌握的理论还不能完全解释观测到的事实,人类的活动主要还是限制在地球和地球的周围。天体物理学与原子物理、分子物理、热力学、光谱学、等离子体物理、固态物理和其他物理领域有紧密联系。下面列出的都是天体物理涉及的主要内容。恒星物理学是研究恒星的物理状态和化学成分的一个分支,它们是根据拍摄的恒星光谱来决定恒星表面的物理状态和化学成分的。恒星内部结构的研究全靠理论分析,通过建立各种理论模型来研究恒星内部的物态、温度、压力分布以及产能和输能方式,最后确定各类恒星的演化地位。
    星系物理的研究对象有两个:一是确认星际物质,二是研究星系的结构和演化。星系是由恒星、气体和尘埃构成的庞大系统。按其结构可分为旋涡星系、椭圆星系和不规则星系。银河系属于旋涡星系。关于银河系和星系的知识均来自对恒星的光学观测、对星际气体与尘埃进行的研究,以及用21厘米氢线对气体所作的射电观测或用其他波段对超新星遗迹和射电源所作的射电观测。自从广义相对论问世以及河外星系红移被发现以后,宇宙学的研究发展到一个新的阶段。基于理论和观测,天文学家致力于建立各种宇宙模型,其中以宇宙大爆炸模型最为著名。随着类星体和脉冲星等高能量辐射天体被相继发现,导致了高能天体物理学的诞生,它包括X射线天文学、r射线天文学和红外天文学。 从研究天体的运动规律到研究天体的化学成分和物理性质,研究的对象从太阳系扩大到几乎是宇宙边缘的类星体,这是由于人们从天体观测中获得了更多的信息。当然这也是因为科学技术的发展使得人类能获得更多的信息,以及人类对自然规律认识的深入从而能正确地分析所获得的信息。在广阔的宇宙中有数不尽的天体,由于绝大多数天体离我们极其遥远,尽管它们发出大量的光辐射,但在我们看来却十分暗弱。肉眼所能看到的恒星只有6 000颗左右。如果想观测更多的恒星和其他天体,单靠眼睛就不行了,而必须借助天文望远镜。几千年来,人类凭着上天赋予的双眼,观看这亘古不变的星空,创造了许多不朽的神话及故事。肉眼虽然迷你,不过质量显然不错,人类也得以发现了许多宇宙运行的规则。 可惜肉眼终究太小,所能观察到的现象及精确度有限,这是古代天文学无法大幅度前进的主要原因之一。 1608年,一位荷兰的眼镜师傅发现利用二片透镜并调整透镜位置可以看清远方的景物,彷佛是把远方的景物拉到眼前来看一般,因而发明了望远镜。 后来,意大利的科学家伽利略听到了这个消息,并于1609年制作了一部口径42mm的望远镜。这部望远镜让他"大开眼界",因为他惊讶地发现,月球表面有高山和无数的坑洞;金星也如月球般,有着盈亏的变化;而木星旁边竟然还有四颗小星星绕着木星公转!这些发现彻底的颠覆了传统的天文学观念。伽利略是有史以来使用望远镜观察天空的第一人,这部望远镜同时也开创了天文学的另一个新纪元。之后的1611年,德国科学家刻卜勒也设计了一部望远镜,并改良了目镜,扩大了望远镜的视野,成为今日望远镜的主流。 伽利略制作的望远镜是折射式望远镜。1668年,牛顿利用光线反射的方式,发明了反射式望远镜。这是天文望远镜的一大突破,因为反射式望远镜在制造上远比折射式望远镜容易的多,并且没有折射式望远镜的色差现象,能让观测质量大幅提升。1672年,法国人盖赛格林变更了牛顿式反射镜的焦点位置,发明了盖赛格林式反射望远镜,让反射式望远镜更容易操作。这几位同是十七世纪的伟大科学家,分别留下了以自己名字命名的光学系统,让十七世纪在望远镜史上发出耀眼的光芒。自此以后,世界各地的天文台愈来愈多,望远镜也愈来愈大,天文学的进展也愈来愈快了。1938年德国人史密特把折射式望远镜及反射式望远镜合而为一,发明了折反射式望远镜,也就是史密特式望远镜(史密特照相机),开创了望远镜的另一个新纪元,也让俄国人马克斯托夫发明了另一种折反射式望远镜-马克斯托夫望远镜。19xx年无线电波望远镜把天文望远镜所能看到的延伸到所有的电磁波长,让我们观看宇宙的视野不会只局限于可见光,进而造成了天文望远镜的另一次革命,也让天文学能在最近极短的数十年中,得到超越数千年来的成就。
(一)光学望远镜的出现和改进,使人类可以看到更远、更暗的天体
望远镜最初1608年出现在荷兰。天文学家伽利略敏锐地意识到望远镜对于天文观测的意义,于次年制成第一架天文望远镜。他使用平凸透镜作为物镜,凹透镜作为目镜,制作了一架口径4.2厘米,长约1.2米的折射式望远镜。后来,人们把这类望远镜称为“伽利略式望远镜”。伽利略用这架望远镜获得许多重要发现,如月亮的环形山、金星的位相、木星的卫星等,为当时还处于假说阶段的“日心学说”提供了观测方面的证据,被誉为“天空中的哥伦布”。从此,天文学跨入了用望远镜观测、研究天象的新时代,人类的眼光开始深入宇宙。 1611年,德国天文学家开普勒又将天文望远镜做了改进,用两片双凸透镜分别作为物镜和目镜,使放大倍数有了明显的提高,这类望远镜被称为“开普勒式望远镜”。直到今天,人们使用的折射式望远镜还是上述这两种。折射望远镜的制作有一定困难,其口径越大,镜筒就越长,而巨大的光学玻璃浇制也十分困难,到1879年美国芝加哥大学叶凯士天文台的直径为1.02米的望远镜启用,折射望远镜的发展达到顶点,一直到今天,它仍然是世界上最大的折射望远镜。1668年,牛顿用反射镜代替折射镜发明了第一架反射式望远镜。几经改良后,反射式望远镜被广泛应用于天文观测中。一代望远镜制作宗师、天文学家赫歇尔一生制作了许多大型望远镜。1781年,赫歇尔用自制的望远镜做巡天观测时发现了天王星,使太阳系的范围扩展了一倍。他还通过望远镜,并利用统计法第一个确定了银河系形状大小和所包含的恒星数量,使人们首次了解了我们所处的星系。由于赫歇尔开创了银河系恒星天文学的研究,他被称作恒星天文学之父。
1918年,口径为2.5米的胡克望远镜在美国投入使用,这是第一台能够帮助人们确定银河系实际大小和太阳系所在位置的望远镜。早在18世纪,德国哲学家康德就提出,在银河系以外,还有“数量无限的世界和星系”,所谓的星云其实应该是和银河系一样的星系,但在他的年代,没有一支望远镜强大到足以支持他的观点。利用胡克望远镜,美国天文学家哈勃分辨出仙女座大星云并非是银河系的组成部分,而是远离银河系的另一个星系。哈勃的发现证实了河外星系的存在,开创了银河外天文学的研究,让人们的视线延伸到了银河系之外。同时,哈勃还利用望远镜观测了近30个星系,发现所有星系均彼此远离,进而证明宇宙正在膨胀,为20世纪40年代末大爆炸宇宙理论的提出提供了观测上的证据。1948年,直径5米的海尔望远镜在美国加州投人使用,这台以美国天文学家海尔命名的反射式望远镜,可以拍摄到暗至23等的天体和远达10亿光年的星系,使人类认识的宇宙范围进一步扩展。
随着人们对望远镜性能不断加以改进,并且越做越大,望远镜可以观测到更多、更暗的天体和取得更高的分辨率。目前,世界上最大光学望远镜的口径已达到10米,是两台美国安装在夏威夷的凯克望远镜,因其经费主要由企业家凯克捐赠而命名。其他大型望远镜还有欧洲南方天文台的甚大望远镜、美国的双子望远镜、日本的昂星团望远镜等,它们的口径都是8米。这样的大望远镜,可以让我们沿着时间的长河,探寻宇宙的起源,凯克望远镜更是可以让我们看到宇宙最初诞生的时刻。
(二)射电望远镜打开了人类认识宇宙的另一扇窗口
自望远镜发明300多年来,光学望远镜一直是天文观测最重要的工具。但光学望远镜接收的只是天体发射的可见光波段。20世纪中期,出现了用于接收天体的无线电波的射电望远镜,这是天文学发展史上的又一次飞跃,使人类对宇宙的认识从可见光波段扩展到射电波段。目前世界上口径最大的射电望远镜直径为305米,它是美国阿雷西博射电天文台的抛物面射电望远镜,这是一台天线固定的射电望远镜,利用地球的转动来改变天线指向。由德国建筑的直径100米的全向转动抛物面射电望远镜,是世界上最大的可转动单天线射电望远镜。随着射电望远镜的发展,人们将多台射电望远镜组合在一起,组成巨大的天线阵列,使其灵敏度和分辨率大大超过单个望远镜。20世纪60年代,天文学的四大发现──类星体、脉冲星、星际分子和宇宙微波背景辐射,都是用射电望远镜观测得到的。今天,射电天文学仍然在字宙学、星系演化、恒星物理、探索地外生命等研究中扮演着重要角色。
(三)空间望远镜使天文观测摆脱了地球大气的影响
由于地球大气对电磁波的严重吸收,在地面上只能进行射电、可见光和部分红外波段的观测。随着空间技术的发展,人类可将观测仪器发射到宇宙空间,使天文观测得以摆脱地球大气的影响。从此,天文学的发展进入了从地面观测跃入空间观测的新时期,探测到更多宇宙的秘密。与地面观测设备相比,空间观测有着极大的优势。光学空间望远镜可以接收到比在地面宽得多的波段;由于没有大气抖动,分辨率也得到了极大的提高;空间没有重力,仪器也不会因自重而变形。1990年,以天文学家哈勃的名字命名的空间望远镜投入使用。哈勃望远镜在距地面600千米的太空进行观测,摆脱了地球大气的干扰,其分辨率比地面的大型望远镜高出几十倍。借助它可观测到宇宙中140亿光年之外发出的光,研究和确定宇宙的大小和起源;对河外星系进行深入分析研究,确定行星间、星系间的距离;对行星、黑洞、类星体和太阳系进行研究等等。哈勃望远镜对国际天文学界的发展有非常重要的影响。21世纪,人类将建造口径更大、观测能力更强的空间望远镜,以期在探索宇宙形成早期的天体、搜索其他恒星的行星,以及在更广阔的天体物理研究方面取得突破性的进展。人类还将利用月面理想的天文观测条件,建立月基天文台。空间观测和地面观测的相结合,必然会为天文学的发展插上飞翔的双翼。
   五、冷战思维中的美国天文望远镜热潮对人类文明未来的启示
第一架望远镜于1608年诞生在荷兰,口径为2.5厘米。肉眼能见天体的亮度比此望远镜观测到的最暗天体亮20倍。意大利科学家伽利略得知这个消息后,立即加以研究。经过不断努力,他终于在1609年制成了第一架放大倍数为32倍的天文望远镜。伽利略用这架望远镜发现了许多新的天文现象,给唯心的“地心说”以沉重的打击,对哥白尼的“日心说”则给予了极大的支持。要想知道望远镜的作用,首先还应知道天体的辐射。物理学告诉我们,光和无线电波本质上是一样的,都是电磁波。无线电波是波长较长的电磁波,光是波长较短的电磁波。人眼所能看见的电磁波叫可见光,它有各种不同的颜色:红、橙、黄、绿、蓝、青、紫,红光是可见光中波长最长的j紫光是可见光中波长最短的,波长的单位为A。1A=10-10米。为了明确起见,可将电磁波按波长长短次序排列起来,得到电磁波谱。
    对可见光可以用光学望远镜来观测,对天体发出的无线电波则可用射电望远镜来观察。为什么我们只是在可见光和无线电波这两个波长范围内观测天体的辐射呢?因为天体的辐射要经过地球大气层后才能被接收到。由于大气层的吸收作用,很多波段的辐射不能到达地面,只有可见光和波长从毫米级到30米的无线电波能透过大气到达地面。这些波段被称为大气窗口。红外线和紫外线只有一小部分能穿过地球大气层。如果大气层对紫外线是“透明”的,那么人类的生存将受到威胁。当然,利用火箭、卫星和航天飞机等可在大气层外观测天体的其他波段的辐射。另外,由于人眼的分辨本领非常有限,因此无法直接看清有视面天体的表面细节,甚至连视面也看不出来。而天文望远镜既能大量收集天体的辐射,又能发现有视面天体的角直径,并能追随天体而运动,以便长时间地对准被观测天体并进行跟踪。
    光学望远镜分为照相望远镜和目视望远镜。照相望远镜的结构和照相机的结构差不多,主要是由一个光学镜头(物镜)和底片盒组成。物镜的用途之一是把天体成像在底片上,从而拍得天体的照片。注意,对一般恒星来说,照片仍是一亮点,而无细节可言。望远镜是无法看到恒星表面细节的。目视望远镜是用来观测天体的仪器。把照相望远镜里的底片盒拿走,换上一个叫目镜的光学镜头,就成为一个目视望远镜了。光学望远镜按物镜的不同可分为三种:折射望远镜、反射望远镜、折反射望远镜。折射望远镜的物镜由透镜组成。由于单透镜的像差,特别是色差的存在,会严重影响成像质量,使像周围呈现五彩缤纷的颜色,故通常采用由3个透镜或4个透镜组成的复杂物镜来消除色差。反射望远镜的物镜由反光镜组成。在这种物镜里,光线经过反射,完全无色差。为消除球差,反射物镜的表面都磨成旋转抛物面的形状,现在更趋向予做成旋转双曲面。反射物镜通常由玻璃制成,为了增加反射的效果,往往需要在玻璃表面镀增反膜。另一种常见的反射望远镜称为牛顿型反射望远镜,由于反射望远镜的抛物面主镜可以做得很轻薄,加上镜筒较短,所以易于增大口径。现在世界上的超大型望远镜都是反射式望远镜。折反射望远镜的物镜既包含透镜又包含反光镜。在这种物镜里,天体的光线要同时受到折射和反射。折反射物镜的主镜是一个球面的反光镜,副镜是一个透镜,用来校正主镜的像差。一架光学望远镜不仅需要光学部件,还需要一套机械部件。为了使望远镜能够观测天球上任意位置的天体,机械部分必须使它能够绕两条互相垂直的轴线旋转。在实际观测天体的过程中,由于望远镜本身的视场较小,因此不易对准所要观测的天体。为了克服这个缺陷,大型望远镜常附有一套导星设备,或称寻星镜。寻星镜的视场较大,易于捕捉目标。将目标锁定于导星镜的十字丝交点上时,望远镜中就出现被观察的天体了。
历史学家们一般都认为,1833年11月12日~13日出现的壮丽辉煌的狮子座流星雨,以及后面的接踵而来的两颗蔚为壮观的大彗星,激发了美国公众对天文望远镜的渴求。例如,不期而至的1 843年的大彗星,其明亮程度达到了甚至在中午时分也能用肉眼看到,它直接促使哈佛大学天文台得到了一架由德国慕尼黑的一流光学厂家Merz&Mahler生产的15英寸(约38厘米)折射望远镜。这架哈佛望远镜在1847年安装完毕,它与安装在俄国圣彼得堡附近普尔科沃天文台的另一架同样的望远镜并列,是当时世界最大的折射望远镜。可是,纯粹的天文学因素,还不足以解释19世纪的美国天文台建设高潮的缘由。不管怎样,大彗星也曾高挂在大不列颠的夜空,美丽的流星雨也曾出现在法国和德国的天幕之上,而美国式的“望远镜热”为什么未曾在这些国家出现呢?在美国,实际上那些驱动的因素是曾经受伤的民族自尊心,对工业革命的崇拜,对白手起家、平民致富的美国机遇故事的向往,以及一些宗教精神的复杂的混合体。
    在19世纪早期美国人曾经被欧洲上流社会的精英们蔑视为没有教养的乡巴佬。出于对认同的渴求,美国人接受了欧洲人的精神,并且在外在表观上也模仿欧洲人。一位佚名的记者在1888年发表在《北美洲评论》上的一段话,曾经在后来的几十年中多次被引用。他说:  “对一个启迪文明的民族来说,天文台从来是最神圣和高雅的,因此天文台一定会得到社会和个人的鼎力赞助。我们虽然绝没有自诩崇尚学问和艺术,然而却完全忽视了对天文学提供支持,我们大概是绝无仅有的一个。”辛辛那提的天文学家兼铁路巡视员Ormsby MacKnight Mitchel在1 842年说过的一段抱怨的话,则听来让人觉得他有些孤陋寡闻:“当俄国的野蛮人群吹嘘他们拥有世界最好的普尔科沃天文台时,在我们自由而智慧的国家的广袤土地上,却没有一个天文台。”然而在1842年,美国已经有了6个天文台,其中有休斯顿保护地学院的休斯顿天文台,俄亥俄天文台(建于1838年)和费城中心高等学校天文台(建于1840年)。完全不必对Ormsby MacKnight Mitchel的所谓“野蛮人群”这种在政治上很错误的话在意,但他的话却引来了辛辛那提民众的激情,他们在两天时间里就募集了1000美元(相当于现在的25000美元~250000美元)。三年之后(1845年),辛辛那提骄傲地拥有了Merz&Mahler生产的1l英寸(约28厘米)折射望远镜。这是当时美国最大的望远镜,直到1847年哈佛天文台拥有了38厘米折射望远镜。
    在19世纪美国完成了从科学荒芜之地向世界天文学臣头的蜕变。1822年,美国著名天文学家Nathaniel Bowditch曾经惊叹道:“当今在世界上只有英国可以自豪地宣称它拥有30个公共的和私人的著名天文台,而在美国,我们只有区区一个像样的天文台。”那时上距美国独立战争不过50年,离1812年战争(美国独立后与英国之间的一次战争,1815年结束一译者注)仅仅10年,这两次战争还深深地留在人们的记忆中。战乱已经使得这个年轻的国家一贫如洗,甚至比原来殖民地时期还要贫困。对美国来说,这时的英国不仅是在军事上咄咄逼人的强敌,而且是一个可怕的知识文化层面上的巨无霸,就如当时其它的欧洲列强一样。即使当时美国已经开始了大规模的西部淘金运动,但在大西洋两岸的人们心目中,美国在知识文化方面还无异于一片荒芜的原始森林。1826年美国总统约翰·昆西·亚当斯在给国会的年度报告中强调说:“在整个美洲和西半球,我们没有天文台,也没有观测天文的人,对我们的紧闭着的双眼来说,地球完全是在一片黑暗中运行。”然而,他的关于建设天文台和支持专业天文学家的呼吁,却因他说天文台就是天上的灯塔而遭到一些公众的嘲笑。又过了10年,一些学校和个人购置了少数价格不菲的由英国、法国和德意志光学厂商制造的望远镜。那时的情形就是如此,一直到所谓Gay Nineties时期,即1890年到1900年的10年间,这段时期被认为是美国的“快乐的时光”。
    到1900年美国有了世界上最多的天文台,至少达220个之多(按现代的重新统计结果),认定的标准是有若干位著名天文学家都认为该天文台已经拥有足够的设备。有四个天文台装备了由美国Alvan Clark&Sons公司制造的当时世界最大的折射望远镜。一些较小的天文台也拥有着它们自己的“第一”(例如在所在州第一,西部第一,海拔高度第一,望远镜口径第一,本厂商生产的望远镜口径第一,等等)。有很多望远镜得到了富有的美国慈善家的赞助,有的得到了平民的捐助。1897年,里克天文台的天文学家赫斯曾说:“一些非天文学家的人士慷慨解囊资助望远镜建造,这的确很了不起。天文学家只需要提出对设备的要求,天文台就可以去找合适的提供资助的人士。”取得的成就让人感到欣慰。威廉姆斯学院的天文学家萨福德在1888年评论说:“现在欧洲的天文学家偶然地到美国来,才明白这里正在发生什么。”于是,到了1900年,关于望远镜的嫉妒的心态越过了大西洋,又轮回到大不列颠了。一位没有留下姓名的作者在《自然》杂志上曾写道:“英国的天文台应该得到更多的资金支持,若非如此,那么今后一流的天文学成就只能出现在美国了。”这样,在不到一代人的时间里,美国就彻底地完成了从科学的荒芜之地向世界天文学巨头的蜕变。虽然在19世纪中的这个时期,其它国家也在建设新的天文台,但这时美国天文台建设的突飞猛进式的发展,在世界上堪称绝无仅有。为什么那时天文学大受公众的追捧,使得一次“望远镜热”能够席卷整个美国?实际上,那次“望远镜热”,是由一些甚至是天文学之外的重要因素所驱动的文化运动,它却使美国天文学家摆脱了缺乏先进设备和对研究工作资金支持的窘境。
在哈佛天文台获得了世界的两个最大的折射望远镜之一以后,美国是否就感到从此和欧洲“平起平坐”了呢?我们将听到的是这样的令人有些沮丧的悖论,哈佛的数学家Benjamin Peirce在1853年向美国科学促进会(AAAS)的科学进展报告中说:“美国不可能和欧洲在科学方面并驾齐驱,除非美国超过欧洲。美国必须超过欧洲,而且要靠自己的力量。”从此,美国开始了一场与欧洲之间的大折射望远镜的竞赛,要努力拔得下一个30年的世界第一的头筹。美国的工业革命使得望远镜竞赛得以进行。在当时的美国文化中,“大胆地”“技术的”“世界最大的”这些理念大行其道。当363英里(约584千米)长的从奥尔巴尼到巴法罗的伊利运河在1825年通航时,它是全世界最长的运河(实际上中国的京杭大运河应是世界上最长的运河,而且1825年前后仍处于全程通航状态。——译者注)。始于1840年代,美国的新建铁路穿越了森林和牧场,越过了崇山峻岭,紧随而至的还有沿线的电线杆和电报线路,实现横跨北美大陆、连接东西海岸,随着1869年“金道钉”仪式的举行而胜利竣工。这些若没有无畏的精神,没有敢于冒险的勇气,都是不可能做到的。随着多项技术的成功,美国人的创造精神和自豪感变得更加张扬了:下一个不乏挑战性的世界纪录是什么?为什么不是世界最大的天文望远镜呢?更有甚者,民主的理念广泛深入人心。一种反贵族的民主理念宣称,一个普通的砌砖工人与波士顿名流之间是平等的,知识也不是只有社会上层精英们可以垄断的财富,而任何一个人,无论其出身若何,都可以凭借努力工作、运气、勇气和冒险精神取得成功。
    在一些杂志和书籍中,美国的望远镜制造者就是美国神话的卓越的编织者。Alvan Clark本是一位在麻省剑桥的印刷雕刻师和肖像画家,他自学了光学技术,在50岁时他开始制作当时世界最大的折射望远镜——里克天文台的36英寸(约91厘米)望远镜。还有伍斯特的Reed Warner和Ambrose Swasey,这两位新英格兰的年轻人,曾经建造过一架9英寸(约23厘米)望远镜的基墩和柱墩,他们签约承包了里克天文台91厘米折射镜的机械部分和圆顶室工程。在这个最大望远镜的神话之外,还有一些被人们忽略了的故事:Clark经历了长达12年的光学实验和多次失败的磨难,以及他作为一个科学门外汉但要科学家承认其能力的艰苦奋斗,Warner和Swasey也在Pratt&Whitney公司做了长达1 1年的精密工程、市场经营和项目管理的工作,直到他们有了自己的公司。在美国内战之后的实业家镀金时代,美国与欧洲之间的望远镜竞赛演变成了成功的美国实业家之间的竞争,这些人将自己的机遇寄托于一些高端的目标,包括天文台。1872年10月,月刊《制造商和建筑师》刊登了一个8年系列的第一篇文章,呼吁建造“百万美元望远镜”,文章得到了《科学美国人》和其它刊物的响应。部分是由加利福尼亚的百万富翁James Lick在1873年捐赠的70万美元遗产,得以建立了里克天文台(1888年建成)。A.卡内基1889年在他首次出版的成名文章《财富福音》中,向他的资本家朋友们推荐Lick为榜样,他指出,因为仪器技术发展之快,“每过几年,便会有新的望远镜装备美国的天文台,而最新的望远镜总是最大的和最好的望远镜。美国天文年鉴办公室主任、同时也是当时美国天文学的领军人物的Simon Newcomb曾经指出:“从古至今,天文学一直是人们的文明程度的一个标识。”科学的光芒让种种迷信思想黯然失色,一个天文台还是一个精神的避难所,在这里可以尽情享受“来自天堂的最纯洁的空气”,在我们的已经商业化了的生活中,这里是一个回归道德的空间,“这里完全没有因人们的生存竞争导致的那些污浊和丑陋”。芝加哥天文学会会长H.A.Johnson则走得更远。他在1888年迪尔伯恩天文台的奠基仪式上演讲说:“在某种意义上,天文台就是一个弘扬道德的学院,它与所有的宣讲《圣经》的神圣之所有异曲同工之妙。人们对天文奇观的深刻思辨,会帮助人们超凡脱俗,而开启一个永恒而宏大的视野。”天文学在航海和测地学中的实际应用,使得天文学理念和精神的影响占有了一席之地。于是,在一些演说和文章中出现的这种文化的虔诚信念是如此坚定。1884年,普林斯顿的太阳物理学家Charles A. Young在对美国科学发展委员会的一次质询演说中这样说道:“科学真理的最高价值,当然不是经济层面上的,但是比这要高尚得多。科学,就其自身来说,它可爱可敬,携带着诗歌和绘画艺术那样的美,它引导人们走向一种更宽广包容、目光远大、优美高尚的生活。”
    到1890年代在美国业余天文爱好者的组织已经出现在很多城市。成百上千的银行家、律师、新闻记者,甚至还有建筑工人和家庭主妇,在夜晚都去聆听关于宇宙的演讲。带着朝圣心情来参观天文台的大批人群,甚至给天文台的日常工作形成负面影响,以致一些天文台不得不对开放时间做出限制。天文学家Mary E.Byrd在1886年的明尼苏达州Northfield的卡尔顿学院第二天文台的奠基仪式上说:“在一些人心目中,天文台已经被误解为是一个专供参观的地方,就像一个牧师的住宅。或者就像一个天体的竞技场,在晚上就演示月亮、恒星和行星,而天文学家就是演员了。”在1 9世纪的最后25年,美国对望远镜的需求,远远超越了Alvan Clark&Sons和John A.Brashear这两家公司的生产能力。确实,那时美国对望远镜需求形成的市场,造就了很多今天人们几乎忘记了的厂商,它们中有John Byrne、John Clacey、A. K. Eaton、Harry Fitz、William和David Mogey、Charles A.Spencer,还有另外好几十家。据现在的统计,这些不很知名的厂商制造了几乎19世纪全美国望远镜的一半,还有其它可移动的和永久性的专用设备。19世纪末很多各种规模的天文台在美国已经迅速地建立起来,然而天文学家们却遇到了另一种尴尬:他们有了非常多的设备,却缺少对日常研究工作的支持。物理学家Henry A. Rowland在1883年初曾警告说:  “我们国家已经拥有了很多很好的天文台,然而相比之下研究成果却不多,因为我们缺乏对研究工作的管理。”1 897年,Newcomb在叶凯士天文台捐赠仪式上也指出:  “如果没有在一架大型望远镜旁工作的人,那么望远镜当然毫无意义。我呼吁更加关注在望远镜旁工作的人们。”缺乏对于研究的支持,是在公众出于文化的诉求而非对天文科学具有持久兴趣的基础之上建设很多天文台之后,可以预期出现的问题。虽然天文研究目标有自己的捐助者,如Catherine W. Bruce.Mrs.Henry Draper和Uriah A.Boyden等,她(他)们一般和捐建天文台的不是一批人。许多捐助建立天文台的慈善家们,对一个孤独的天文学家深夜时分在圆顶室内工作时使用的那种测微仪、光谱仪等设备提供资金并不感兴趣。相反,这些富有的捐赠者想要的是,社会舆论对于他的美国文化保护神形象的承认,这承认是通过建立天文台这种有形的资产。望远镜,曾经一度是美国的羞耻,但是现在却是美国的光荣。和其他自然科学一样,天文学与哲学有着相互依存、相互促进的关系。在所有自然科学中,天文学与哲学的关系最为密切。一方面哲学是一门研究世界观的学问,世界观就是宇宙观,它在阐明关于宇宙的根本观点——宇宙是精神的还是物质的,宇宙是静止的还是运动的时,离不开天文学为之提供的科学证据;另一方面,天文学在研究它的一些重大理论问题时离不开哲学的指导,要精确地描绘宇宙、宇宙的发展和人类的发展,以及这种发展在人们头脑中的反映,只有用唯物的辩证的方法。哲学是关于自然知识、社会知识和思维活动的概括和总结,它和具体学科之间的关系是一般和特殊的关系。因此,哲学依赖于具体学科的发展,必须不断地从自然科学和社会科学中吸取新的营养,以保持哲学本身旺盛的活力。
     天文学上一些重大变革常常是世界观变革的先导。例如,哥白尼太阳中心说的提出,不但推翻了托勒密的地心说,而且使整个自然科学从神学世界观的统治下解放出来;康德·拉普拉斯星云说打破了形而上学的第一个缺口;爱因斯坦的相对论推翻了牛顿的绝对时空观,论证了辩证唯物主义的时空观。狭义相对论证明了空间和时间的相互联系,证明了时空随物质形式和运动状态的变化而改变,并且时间和空间在一定条件下是可以转化的。广义相对论证明了物质的分布状态使时空结构发生变化,使得充满物质的宇宙空间不再是欧几里得空间,而是非欧几里得空间。说得简单点,时空是可以弯曲的。但这种弯曲并非日常生活中对某个具体物体的那种弯曲,而是使时空性质发生根本改变的一种变化状态。现代天文学的发展丰富了唯物辩证法的基本规律和范畴。例如,恒星演化的过程证明了量变到质变规律的正确性,每当恒星内部温度的量变达到一定的关键点则必然会引起恒星能源产生机制的根本改变,从而使恒星从一个阶段演化到另一个阶段。
    哲学对自然科学的发展起着不容忽略的作用。爱因斯坦曾说,“如果把哲学理解为在最普遍和最广泛的形式中对知识的追求,那么,哲学就可以被认为是全部科学研究之母”。天文学发展的历史表明,天文学中的一个主要的以致开拓了几代天文学家思路的太阳系演化假说,是由一位著名的哲学家——康德提出的。在当时机械论观点统治下的天文学,很难解释“天体是怎样运动起来的”这样一个根本问题,只能求助于造物主的智慧。而具有哲学头脑的康德却没有被当时自然科学知识体系的贫乏状态所束缚,没有为狭隘的机械论观点所限制。他没有从太阳系之外去寻找动力,而是从太阳系内部寻求自身发生演化的根本原因。康德星云假说的提出被看做是从哥白尼以来天文学取得的最大进步,这不能不视为是哲学对天文学发展起积极作用的有力证据。在这里,哲学站在了科学的前列,在哲学观念上对形而上学的机械论发起了攻击,为自然科学的前进开辟了道路。值得指出的是,康德星云假说中方法论的思想被自然科学忽视了,因而没有对自然科学产生直接的影响,使科学的进步延缓了许多。这正反两方面的事实都表明哲学对天文学和其他自然科学的作用是不容忽视的,反映了在不同的哲学思想支配下自然科学的发展状态具有极大的差异。哲学能够给予天文学以方法论的帮助。天文学的研究方法有两种:一种是实验的方法,一种是理论分析的方法。其中,理论分析方法是认识天体的本质和规律不可缺少的思维方法,也是哲学向天文学提供方法论指导的主要承受者。对天文学来说,由于观测手段的局限和认识对象的高度复杂,所得的信息资料总是残缺不全的。这种情况下以什么哲学为指导来分析问题,就变得极其重要了。熟知人的思维的历史发展过程,熟知各个不同时代所出现的关于外在世界的普遍联系的见解,有助于天文学家正确地确定已知物理定律和理论在天文学中的适用范围。事实上,每一门理论都有自己的适用范围,例如:量子力学—-微观世界,牛顿力学——宏观世界,相对论力学——宇观世界。既不能用牛顿力学解释基本粒子的运动,也无必要用量子力学来考虑足球的波长是多少,尽管足球作为一个实体其波动性还是存在的。
六、天文望远镜给人类未来文明带来的发展希望
    1608年荷兰人约翰·李伯海发明了折射望远镜。1609年伽利略制成了一架口径4.4厘米,焦距为120厘米的天文望远镜。伽利略用这架放大率为32倍的望远镜发现了木星的4颗大卫星、月亮上的环形山、金星的盈亏现象等。1616年茹切亚斯制成了第一架反射望远镜,紧接着马尔森于1634年、格利高里于1663年、牛顿于1668年、卡塞格林予、1672年都设计或者制造了不同类型的反射望远镜。当时的反射望远镜都是用金属制成的,口径只有几厘米。18世纪后期,著名的天文学家威廉·赫歇尔磨制了数块金属面反射物镜,其中最大的口径达122厘米。赫歇尔用他自制的反射望远镜首次证实了银河系的存在。1845年,英国人罗斯制成了当时世界上口径最大的1.8米的金属面反射望远镜。由于金属面反射望远镜的固有缺点,如磨制困难、热膨胀系数大、镜面易氧化失泽,故到19世纪中叶,金属面反射望远镜开始走下坡路。
    18世纪中叶道仑制成了第一架直径为140毫米的消色差玻璃透镜望远镜。18世纪宋,纪南生产出了合乎光学要求的火石玻璃。紧接着,夫琅和斐在物镜制造的理论和技术上又进行了很多研究和改进。他还在1824年制成了当时最大的、口径为244毫米的折射望远镜。1888年和1897年,克拉克父子先后制造了口径为914毫米和1 020毫米的两台大型折射望远镜。直到现在,它们仍是世界上折射望远镜的亚军和冠军,目前分属美国里克天文台和叶凯士天文台。折射望远镜要求透镜有很高的质量,内部不能有气泡、杂质,这就限制了折射望远镜的最大口径。因为大块光学玻璃的制造非常困难,并且物镜口径越大,其厚度必然相应增加;厚度越大,对光的吸收作用就越严重,从而全部或部分抵消了大口径聚光的优点。另外物镜太大,其自重(数吨)会使镜筒变形,影响成像质量。再者,镜筒和支架的温差变形也制约了折射望远镜口径的增加。因此,20世纪以来,没有人尝试做更大的折射望远镜。
    19世纪中叶开始用玻璃磨制反射物镜,镜面上镀银。但由于镀银面容易失泽,且紫外区反射本领又小,故现在均采用真空镀铝技术来解决上述两个问题。1917年,海尔造出了一架口径为2.5米的反射望远镜,并以投资者胡克的名字命名。在此后30年中,胡克望远镜一直是镜中之王,它为恒星、星系的研究建立了卓越功勋。胡克望远镜现在仍在美国威尔逊山天文台。后来,海尔又着手制造口径为5米的大型反射望远镜,直到1949年海尔逝世后十多年才正式建成,它被命名为海尔望远镜,现位于美国帕洛玛山天文台。海尔望远镜镜面重5吨,望远镜的可转动部分重达几百吨。前苏联于1970年制成了口径为6米的反射望远镜,它位于高加索的帕斯图霍夫山上。由于它属于冷战时期的产物,做工粗糙,其性能远不及口径5米的海尔望远镜。近几十年来,由于天文学的迅猛发展,许多天文学的前沿课题,如类星体的光学认证及光谱分析,遥远星系的红移,脉冲星、恒星的行星系统及对河外星系中单颗恒星的研究,都需要更大口径的望远镜来提高分辨本领。海尔望远镜在当时的造价是3千万美元,费时10年。如果现在做一架口径为25米的单镜面望远镜,需投资约50亿美元,费时数十年。怎样才能又快又省地制造出比5米口径大得多的望远镜呢?1971年美国开始研制第一台多镜面望远镜,1979年投入观测,现位于霍普金斯天文台。该望远镜由6个同为1.8米的卡塞格林望远镜组成,6个望远镜绕中心轴排成六角形,6束会聚光经合成后聚在同一个焦点上,组合后的口径相当于4.5米。
    1979年计划制造口径为25米的望远镜,主要的方案有:①望远镜阵列,如由108台口径2.4米,或16台口径6米,或6台口径10米的独立望远镜及其圆顶综合而成。②可操纵镜盘,即在直径25米的抛物面镜盘上用1 032块偏轴抛物面镜排列成16个同心圆环。此计划至今仍未完成。1995年,由日本国立天文台研制的当时世界上最大单体直径的反射望远镜在大阪完成组装工作。这台名为“昴宿星团”( Subaru)的大型天文望远镜口径达8.2米,主体部分高22米,重550吨。主镜的方位调整采用计算机自动控制。Sabaru望远镜安装在夏威夷的莫纳克亚山海拔4 200米的山顶上,已于1999年1月投入使用。这个计划历时9年才得以完成。它的主要配套设备包括:红外照相机和光谱仪,自适应光学成像仪,中红外照相机及分光计,暗弱天体照相机和光谱仪,主焦点照相机,高分辨光谱仪和抗大气干扰的微光摄谱仪等。从理论上说,它的建成将使人类观测宇宙的能力比原先提高数十倍。当然,这些观测设备需经过长时期的调整才能正常工作。其他主要的大型望远镜还有:(1)凯克望远镜。凯克望远镜由2台组成,分别为凯克I和凯克Ⅱ,建在夏威夷的莫纳克亚山,每台凯克望远镜由36块直径1.8米、厚10厘米的反射镜组合而成,有效口径为10米,焦距为17.5米,镜面为双曲面,如图1-9所示,1992年建成。(2)欧洲南方天文台16.2米望远镜。它由8个欧洲国家共同研制,由4台口径为8.2米的大型望远镜和3台小型望远镜组成,各台望远镜可以独立观测.,也可组合起来形成一个有效口径为16.2米的望远镜。2003年开始在智利阿塔卡马沙漠的帕拉纳尔山顶上安装。(3)双子座望远镜。它由美国、英国、加拿大、澳大利亚、智利、巴西和阿根廷7国联合兴建,由2台口径为8.1米的望远镜组成,分别建在南、北半球,双子座北望远镜安装在夏威夷的莫纳克亚山,1999年建成;双子座南望远镜安装在智利,2000年建成。(4)和特望远镜。和特望远镜是光学红外光谱巡天望远镜,口径为9米,由85个口径为1米的球面镜组成,位于美国麦克唐纳天文台。(5)大双筒望远镜。该望远镜由美国和意大利合作制造,是由2个口径为8.4米望远镜组成的等效口径为11.8米的双筒望远镜,2004年建于美国亚利桑那州。(6)南非大望远镜,由多国共同建造,位于南非的北开普省,主镜是有效口径为11米的正六进形拼镶镜,已于2005年底建成。
    未来十年将建造的超大型天文望远镜计划主要有以下几个。(1)星座式X射线天文台(Con-X)。Con-X的全名为Constellation X-Ray Observatory。这是一组空间X射线望远镜阵,至少有4台X射线望远镜,主要目标是研究巨型黑洞、暗物质、暗能量,耗资约8亿美元,由NASA实施。(2) 30米口径光学望远镜(TMT)。Thirty Meter Telescope( TMT)原定名为Giant Segmented Mirror Telescope(GSMT),计划2006年4月完成概念设计,2015年投人工作。TMT主镜直径为30米,由738块6边形子镜组成,每块直径1.2米,厚45厘米,工作波段0.3微米至30微米。(3) 100米光学望远镜计划。Over Whelmingly Large(OWL)是由欧洲南方天文台计划建造的、口径100米的特大光学望远镜。
(一)、哈勃太空望远镜,1990年4月25日,“发现号”航天飞机将口径为2.4米的哈勃太空望远镜送入轨道,哈勃太空望远镜由美国宇航局( NASA)和欧洲空间局合作研制。它是一个重达11.6吨、长约13.1米、直径约4.3米的筒型庞然大物,定位于距地球表面614千米的圆形轨道上。哈勃太空望远镜为卡塞格林型反射望远镜,口径2.4米,研制工作历时13年,耗资20多亿美元。空间望远镜计划是20世纪40年代提出的,从设计、研制、发射到维修,前后经历60年,耗资约50亿美元。哈勃太空望远镜比地面望远镜的优越之处在于,它在大气层外工作,不受地球大气的吸收、散射和大气抖动的影响,从而有高的分辨率(成像分辨率高达0.1”)、宽的工作波段(从远紫外105纳米到近红外1100纳米)和高灵敏度。它可以观测到暗达30星等的天体,相当于人眼所能看到的最暗目标亮度的40亿分之一,观测距离则可达到140亿光年以上。遗憾的是哈勃太空望远镜进入轨道后发回的首张天体图像非常模糊,研究表明是望远镜主光学系统存在制造缺陷,另外太阳能电池帆、精密控制陀螺等附件也存在这样或那样的闽题。经过3年的精心准备,1993年12月2日,“奋进号”航天飞机发射升空,其主要任务就是对哈勃太空望远镜进行在轨维修。“奋进号”在轨运行的11天中,由4位宇航员分成两组轮流工作,共5次出舱,更换了哈勃太空望远镜的太阳能帆板和损坏的陀螺,安装了太空望远镜轴向偏差改正系统( COSTAR),置换了部分探测仪器,同时也增大了望远镜所配的计算机容量。这次修复耗资高达2.5亿美元。修复后的哈勃太空望远镜不负众望,为天文学家提供了大量有价值的精确数据和清晰照片,成为名副其实的看得最远最暗的“眼睛”。哈勃太空望远镜这十多年来获得的观测数据超过了过去数百年的发现,可见其在天文学发展中的巨大作用。读者在许多杂志、网站上看到的_.些美轮美奂的天体照片,大部分是由哈勃太空望远镜拍摄的。
    哈勃太空望远镜的主要观测成果,限于篇幅,这里仅列举出10项。(1)发现冥王星是双星,并获得了其主星、伴星的直径及其相互距离的数据。(2)拍得百武彗星分裂的图片。(3)拍摄了1994年苏梅克,列维彗星与木星相撞过程和撞后形态变化的图片。(4)探测到了太阳以外其他恒星附近的行星图像。(5)哈勃望远镜对宇宙的扫描观测,使原来模糊的斑斑点点呈现出了更清晰的图像,可以窥探星系深处的奥秘。此即著名的哈勃景深图像。(6)观测到M84星系内高速气流吸积现象,为黑洞的存在提供了有力的证据。(7)对银河系内的暗弱恒星进行了观测,获得了它们的多个参数。(8)观测结果极大地提高了宇宙膨胀指数即哈勃常数的测量精度。(9)观测表明宇宙中存在引力透镜现象,即远处而来的光线通过星系团中间时会受引力作用而弯曲,引力对光线起到聚焦的作用。(10)观测到一个巨型黑洞正在吞噬另一个小星系的景象,观测到一些星系正在互相碰撞和合并等。
    由于哈勃望远镜的使用寿命约为15年,又因为它是第一架太空望远镜,其设计和制造中还存在某些缺陷,所以,现在科学家正在考虑建造新一代太空望远镜。这架望远镜准备置于日地引力场的第二拉格朗日平动点L2上。L-2是太阳引力和地球引力相等的点,所以它将相对于太阳和地球都保持静止不动,这样地球就不会遮挡望远镜的视线。新一代太空望远镜的主镜口径为8米,计划投资10亿美元,希望通过近红外的观察发现太阳系以外的类似地球的行星所发出的热量。这种近红外的观察在地球附近是无法进行的,因为地球本身的红外辐射能够淹没任何来自太空的类地行星的红外辐射。2002年,为纪念阿波罗计划领导人James E.Webb,NASA决定将新一代太空望远镜命名为James Webb Space Telescope (JW-ST),口径减小为6.5米,工作波段0.6微米至28微米。预计2011年发射到距地球150万千米的L2点上。
(二)、射电望远镜,利用射电望远镜可以接收来自宇宙天体的无线电辐射,射电望远镜实际上是一套无线电接收、放大、处理、记录设备。射电望远镜的诞生与发展是与无线电技术的水平密切相关的,至今只有六七十年的历史。射电望远镜的形式、种类很多,最简单的是用单个抛物面天线测量某一波长射电总强度的射电望远镜,抛物面天线把来自抛物面轴向的射电波反射集中到位于抛物面焦点的照明器上,通过传输线将信号输送给接收机,接收机把输入的电信号加以放大并改变形式使之被记录下来。作为一种辐射接受器,射电望远镜的一次观测只能得到频率响应范围内的平均功率。射电望远镜并不具有多少光学望远镜的形象,它更像一座接收雷达。1932年,美国贝尔电话实验室的电信工程师卡尔·詹斯基在研究长途电信干扰时用了长30.5米、高3.66米的旋转天线阵。在14.6米波长上他发现一种来源不明的“咝咝”型天电。本来詹斯基的工作可以到此为止,因为上述噪声对无线?电通信的影响并不大。但詹斯基并没有放过这微弱的电波,而是继续深入研究,终于确定这咝咝声是来自银河系中心方向的宇宙无线电波,射电天文学从此诞生了。第二次世界大战中,英国的军用雷达接收到了太阳发出的强烈无线电“噪音”,这表明雷达所用的超高频设备也可用于接收太阳和其他天体的无线电信号。战后,一批雷达专家把掌握的雷达测量技术应用到天文观测上,揭开了射电天文学发展的序幕。20世纪60年代的四大天文发现——类星体、脉冲星、星际有机分子和宇宙微波背景辐射,都是射电天文学对人类的杰出贡献。
    射电望远镜的天线一般做成抛物反射面,它或者用金属拼成,或者用金属线织成网状。由于不像光学望远镜那么精细,所以可以做得很大。现在世界上可转动的单个射电望远镜之冠在德国波恩,其抛物面直径达100米,其次是位于弗吉尼亚的美国国家天文台300英尺(约91. 44米)直径的射电望远镜。然而世界上最大口径的射电望远镜是固定在地球上的,它利用地球的转动来改变指向。它的球形反射面直径为305米。它被安置在波多黎各的阿雷西博一个天然形成的山间盆地中,其天线照明器重约600吨,悬于150多米的高空。此望远镜属于美国阿雷西博天文台,如图1-16所示。这架望远镜处在低纬度区,对于寻找星际空间的各种分子以及微弱、遥远的射电源具有特别巨大的威力。有趣的是,利用它的雷达系统,科学家们在1974年11月16日向一个叫做MB的星系发出了一系列信号,信号用其他智慧生命也应当看得懂的形式传达了我们地球和太阳系、地球上的人类和它的遗传密码等信息,因此阿雷西博望远镜是人类与宇宙其他文明社会通话的第一个话筒。由于它自身不能转动,极大地限制了其能力的发挥。由于单个天线建造存在技术上的困难,使得口径不能增加得太大。
    20世纪50年代末、60年代初发展起来的孔径综合技术为制造更大规模的射电望远镜提供了理论依据。已经建成的、位于美国新塞西哥州海拔2 000多米高原上的甚大天线阵就是按上述技术制造的。整个天线阵用27个抛物面分布在Y形的三个臂上,其中两个臂长为21千米,另一个臂长为19千米,铺设双线铁轨,200吨重的天线可在铁轨上移动,整个天线阵用计算机来控制,其性能相当子一个直径27千米的抛物面天线,而甚大天线阵每个天线的直径其有25米。澳大利亚有一台专门研究太阳的射电望远镜,称为射电日像仪它由94个14米直径的线组成,分布在3千米直径的圆上。其天线总接收面积相当于直径为120米的天线,分辨率则相当于直径3千米的天线。这台日像仪可以提供瞬时的太阳大气层活动图像。射电天文学家采用干涉技术来提高射电望远镜的分辨率。最新的干涉技术不用传输线把两个:线连接在一起,而是通过把相距几千千米的一对天线各自在同一时间观测到的同一信号在事后拿到一起去进行干涉处理来实现数据分析,从而实现了洲际甚长基线干涉。从理论上说,两台射电望远镜之间的距离有多大,相当于对应的射电望远镜的口径就有多大。1997年2月美国和日本发射的卫星——甚长基线干涉空间天文台计划完成。它在空间展成8米的射电望远镜,与“甚长基线干涉仪”联合干涉,其基线比地球半径长3倍。据上海市宇航学会名誉理事长龚惠兴院士透露,中国首台大口径太空望远镜有望在自己的空间实验站上建成,它的口径不如哈勃太空望远镜大,但视场即“空间视野”较哈勃更为宽阔。载人航天工程空间实验室系统副总设计师、上海航天局张崇峰研究员介绍,按计划中国将在2020年前后拥有首个空间站,此前还有多个重要建设节点。在神八飞船与天宫一号完成首次空间交会对接后,2012年中国将相继发射神九、神十飞船与之对接。“目前神九尚未确定是否载人,要待首次交会对接试验完成评估后才最终确定。”中国将发射天宫二号目标飞行器,主要验证载人空间实验站的生命保障系统,包括航天员新陈代谢方面的水循环系统等,另外还将在天宫二号上进行一系列载荷设备试验。之后,中国将发射一艘货运飞船,验证货运飞船与空间站对接技术,进行燃料等物资补给。中国空间站采用“一主二副”组合式舱段架构,2020年左右先后发射1个核心舱、2个实验舱,实验舱将分别与核心舱的左右翼对接。同时,核心舱前端可对接载人飞船,后端可对接货运飞船。空间站三舱段总重不超过66吨,其中可提供有效载荷的重量约17吨,大口径空间望远镜计划放置于作为第二副舱的实验舱内。望远镜主镜的最大口径为2米,比哈勃太空望远镜的2.4米口径小约六分之一,分辨率也相对低些,但它的特点在于拥有较大视场,可同时观测更广大的宇宙空间。这台太空望远镜具有多功能,以可见光观测为主,同时也具备红外观测等手段。
七、太空天文科学启蒙运动将是人类向太空宇宙文明探索的重要阶梯
美国两名科技界大亨捐赠1200多万美元给美国“寻找外星智慧研究所”,建立一个迄今为止最大型最先进的接收外太空信号的天线系统。这个系统的天线系统比现有的仪器精良200倍,可以帮助人类探测外太空的信息,希望有朝一日能够解开外星人的神秘面纱。 47岁的保罗·艾伦是微软创办人之一,40岁的内森·米尔沃尔德则是微软技术部门的前任主管。为了支持外星人探索计划,搜集外星信号,两人最近分别向“寻找外星智慧研究所”捐赠1115万美元及100万美元,建立一个名为“艾伦电子望远镜集群”的系统。天文学家们计划在一平方公里的范围内建立500-1000个巨大的碟形天线系统来探测收集外星人的信号,并把这些天线与目前最先进的计算机相连接,以便对信号进行分析。这一平方公里的范围将是“无线电静止区域”,人们不允许在这里使用移动电话、电视、广播以及其它无线装置,因为它们发出的信号可能影响对外星信号的探测。“艾伦电子望远镜集群”将坐落在圣弗兰西斯克北部400公里,距加利福尼亚大学哈特克里克天文台3公里,计划于2015年完成。新的电子天文望远镜可在一年365天不间断地运作,不间断地接收来自外太空的信息。
科学家们希望能利用新的天文望远镜系统探测到外星人的电视、广播以及无线电发射信号。美国“寻找外星智慧研究所”主任研究员吉尔·塔特称:“我们将利用新型天文望远镜探测1000光年以外的星球。”美国“寻找外星智慧研究所”现有的天文望远镜只能探测几百光年的星球。美国“寻找外星智慧研究所”于1995年开始“凤凰计划”,通过大型电子天文望远镜,探测接收外太空的“声音”,包括背景辐射、星体发出的电波以及其它杂音。科学家再将这些信号通过电脑分析,希望从中可以发现外星传来的信息。这些电子望远镜直径为40-300米不等,是世界上最大最先进的电子望远镜。天文学家选择了临近地球1000个如太阳系般的星体,进行信号收集工作。到1999年“凤凰计划”已经探测过500多目标星体,虽然仍没有发现明显的外星智慧讯息,但科学家仍在坚持不懈地工作,希望总有一天能发现外星的文明。
科学家们宣布在远太阳系发现40多个行星,把人类寻找外星人的计划又推向高潮,虽然这些行星大部分非常大而且它们的温度也非常高不可能有生命存在。但科学家们表示,也可能存在小的、像地球一样的行星。除了探测外星生命的信息以外,“艾伦电子望远镜集群”天文望远镜还将寻找100-120亿年前第一次出现的星体和星系时宇宙大爆炸的现在可能存在的微弱痕迹。正是当时爆炸物质的聚集形成了目前的宇宙排列。科学家还可以通过这个新型电子天文望远镜来追寻可能与地球发生碰撞的小行星和彗星的行动轨迹。英国著名的天文学家皮特·威尔金森表示,通过新型天文望远镜的探测可以使人类想办法保护地球免受这些碰撞。自从文明产生起的那一天,人们就对太空文明开始产生兴趣;然而太空文明探索(太空文明探索)纪元是从1959年开始的——通过使用许多先进的射电望远镜阵列和计算机来扫描天空,科学家们花了整整50年的时间在寻找外星人。2009年9月,太空文明探索迎来了它的50周年历程。总的来说,太空文明探索总是处于主流天文学的边缘,无论研究者们如何证明其科学上的严谨性,但太空文明探索都无法逃脱这样的命运:那就是同不明飞行物(UFO)及其信奉者以及其他诸如此类的不切实际的幻想联系在一起,然而又无法彻底否认人们对太空文明探索的研究。用希望铸就、用信念支撑是太空文明探索的特点。无论搜索整个银河系要花费多大力气,即使没有搜索到我们想要的无线电信号,也不能因此排除太空文明存在的可能。很可能意味着这些生活在宇宙中的生命体并不用无线电通信,但研究人员相信,地外生命不但会向外发射信号,而且还会有意将信号扫向地球。指望太空文明搜索我们地球的这一愿望很可能会令我们失望。事实上在过去的70年间,地球上的雷达和电视信号的随机混乱组合正以光速不断地向外传播,其中仅仅有一些短期的尝试,朝向其他星球发射信号——而每一次尝试都唤醒了外星人入侵的概念。可想而知,许多在精神上支持太空文明探索的科学家会以追逐更多的正面数据为天文学的目标,尽管政府似乎不愿意资助这项毫无产出的项目。然而一个小型的太空文明探索是值得支持的,特别是如果该研究成功的话,那么它将有着巨大的含义。相对于50年前,目前太空文明探索的主要任务之一——搜寻类地球行星——变得更加可行。或许在未来的几年里,天文学家们将会找到一颗同地球相似并围绕其他恒星公转的行星,并通过来自该行星的大气光线进行分光研究,以此了解这颗星球上是否存有生命的足迹?大气的主要成分是氧气还是甲烷?它的一天有多长?气候如何以及有大陆和海洋吗?在未来的10年里,通过望远镜的探测,科学家们将能够揭晓这些问题的答案。此外,寻找宇宙中其他星球上生命存在的间接证据也同样重要。这些星球很可能存在与我们人类不同的智慧生命,这就需要不同方式的太空文明探索。人类是否要向其他类地行星发射信号?这是另外一个论题。但我们至少应该让艾伦望远镜阵列能够探测到来自这些类地行星的信号。地球可以拒绝“开口”,但是不应当连“耳朵”也堵上。
作为银河系中最年轻的有潜在交流倾向的文明,我们应该监听而不是发射信号。比我们先进得多的其他宇宙文明,应该有更充足的能源和更先进的技术来进行信号发射;根据我们的长期计划,现在还不到花上许多世纪通过单向交流来进行星际对话的时候;一些人担忧,即便是把信号传送到最邻近的星体,也可能会“泄漏我们(在宇宙中)的位置”(虽然民用电视和军方雷达系统也会导致这种情形发生);况且,我们也还尚不明确有什么特别感兴趣的事情需要告知其他文明。综合以上这些原因,目前太空文明探索的策略仍然是监听而不是向外太空发送讯息,这一点似乎是和我们在宇宙中落后的身份相符的。
此外,国际航天航空学会在1989年发布了一项针对太空文明探索的《关于探寻地外智慧生命的行为准则声明》,条例中第七款提到,只有在经过相关国际共同磋商后,才可对来自地外智慧生命的证据和信号作出回应。而随着向地外文明发送信息计划的逐渐引人关注,1995年,国际航天航空学会太空文明探索委员会又提议了专门《关于向地外智慧生命发送交流信号的行为准则声明草案》,其中明确规定,在进行相关国际磋商之前,某个国家来单独决定或是几个国家间合作尝试,从地球向地外智慧生命传送信息,都是不被允许的。不过,从目前情形来看,上述草案并未对向地外文明发送信息计划起到真正实质性的约束作用。甚至就在近一段时间里,一些新的项目也正在被上马实施。2008年2月5日,美国国家宇航局在成立50周年的纪念活动中,通过设在西班牙马德里的巨型天线,向北极星方向发送甲壳虫乐队多年前演唱的一首歌曲,《穿越宇宙》(Across The Universe)。而在刚过去的8月4日,英国RDF电视公司和著名社会网站Bebo又启动了一项新的METI合作计划——“地球呼唤”(Earth Call),他们邀请当代名人、政要,以及Bebo网站的1200多万用户,编辑有关“从新视角看待地球”的信息和图片,参与网络投票评选。至9月30日,届时将从中选出500条信息放入一个电子“时空舱”(Time Capsule),然后通过乌克兰RT-70巨型射电天文望远镜,发射送往于2007年4月刚发现的距离地球20光年外的一颗类地行星Gliese58 1C。
由于大众对地外生命话题的兴趣一向持久不衰,这两项计划自然也引来了媒体的广泛关注。英国《每日邮报》(Daily Mail)在事后随即辟出专栏,对其进行了报道评论。评论者对此种做法皆持否定态度,特别是对“地球呼唤”计划,尽管RDF电视公司宣称,这将是首次以民主的方式选择发向太空的信息,但还是招致了严厉的抨击。寻找太空文明通常被视为一个“科学技术问题”——尽管一些学者也已经开始从科学社会学角度来思考这一问题,但占主流的仍然是前者。从前面的争论中不难看出,向地外文明发送信息的支持者们其实有着一种“唯技术主义”思维倾向,所考虑的只是想尽办法要在技术上达到目的,但在达成目的后准备怎么办,却不事先想好。人类主动向外太空定位发送的信号,被太空文明发现的可能性也许微乎其微,但一旦产生结果,其影响却十分巨大,这种影响势必波及人类社会的科学、文化、宗教以及哲学等方方面面。所以在寻找外星文明这件事上,更重要的问题应该是:万一真找到了外星文明,我们该怎么办?我们认为,在尚未做好接触太空文明的准备之前,实施外太空探索显然是非常危险的。太空文明是指地球以外的其他天体上可能存在的高级智慧生物的文明。探索太空文明首先要根据地球上生命存在的状况,弄清生命存在的条件和环境。生命是美妙的,正是生命的繁衍才使地球上生机勃勃,气象万千。生命不是神造的,生命是天体演化的必然结果。生命存在的条件又是非常苛刻的,所在的天体要有坚硬的外壳,要有适宜的大气和适合的温度,要有一定数量的水。同时,行星围绕的天体必须是一颗稳定的恒星。就太阳系来说,符合上述条件的只有金星、地球和火星。其中地球位于金星和火星之间,处于生命繁衍的最有利的空间。现在还没有发现金星和火星上有生命。太阳系中其他行星上就更不适合生命存在了。寻找太阳系以外的行星系,这是探索太空文明的又一个方向。科学家们早已开始了潜心的观测和研究。到目前还没有发现一个被确认的行星系。如果真的发现一个行星系,那里也不一定就有生命。如果真的发现一个有比较适合生命存在的行星系。
近年来有一个常常会传得沸沸扬扬的话题,那就是 UFO。有些人总是将 UFO与“外星人的宇宙飞船”混为一谈,所以这和科学的了解太空文明问题密切相关。在这方面,可敬的“科学先生”卡尔·萨根做了大量的澄清和宣传工作,其热情、魄力和成效令人钦佩。而他常常还要面对这样的质疑:探索太空文明究竟有什么意义?的确,古往今来,人类对地球之外的智慧生物、地球之外的文明世界的思考和探索,始终有一种经久不衰的张力。我以为,人类的好奇心和求知欲,本来就是科学得以发展的重要动因之一,探索太空文明自然也不例外。但事情又远不止如此,探索太空文明无论是在科学上还是在哲学上,都有其极为鲜明的色彩。它是人类不断扩展自己的视野,更深入地洞察自然的必然结果和重要组成部分。如今,探索太空文明不仅已成为天文学、生物学、空间科学和众多的技术领域的交会点,而且对人类创造更美好的未来也具有不可低估的潜在意义。探讨太空文明的又一重大意义在于,它是自然科学与社会科学较为明显地相互渗透的一个领域。未来社会问题、人口问题、能源问题、战争与和平问题,特别是核战争问题,等等,都成了探讨太空文明问题时必须考究的因素;反之,对于太空文明的社会学和文化学分析,又会或多或少地渗透到预测人类未来的争论中去。
关于太空文明发出的信息能否破译,涉及人类对客观世界的认识能力。太空文明向外界提供的信息及其表述方法都应该是可以认识的。这将为正确的认识论提供新的素材和例证。探索太空文明,有助于人类更深刻地认识自己在宇宙中的地位。最后,坚持不懈地搜索太空文明将为人类提供一种历史连续感。这种连续感有助于人类赢得更美好的未来。人类应该考虑得更加深远,应该学会更有效、更科学地研究和计划数十年、甚至上百年以后的事情,搜寻太空文明乃至设法与之“对话”,则很可能成为这类长远计划的一种榜样。那么,这种伟大的探索,什么时候才是尽头呢?也许,它永远也不会有什么尽头。可以肯定的倒是,它现在才刚刚开始。探索的结局将会如何?各种结果都有可能。我们即使以“悲观”的模式进行思辨,仍然会导致某些相当积极的推断,人类仍会获益匪浅。多年前我曾经说过:当今人们在探索太空文明的过程中所表现出来的能动性,再次体现了现代的科学精神与古代的思辨、中世纪的宗教意识、以及近世早期的先验哲学的根本差异;而以理性指导的探索实践,则是最终解开太空文明之谜的必由之路。
任何智慧地外生命都不会通过暴力地爆炸白宫,或者像长着发光手指可爱外星人那样博得孩子们的欢心,来炫耀他们的存在。许多科学家仅希望通过扫描太空寻找遥远恒星太空文明的射电信号来证实外星人的存在,但是这样具有一定的危险性,容易让外星人发现地球人类存在的线索,或许会带来地球的灭顶之灾。目前,美国亚利桑那州大学物理学家、宇宙学家保罗-戴维称,如果外星人以偶然的机会在地球上遗留下存在的证据,我们则能够搜寻可能的外星人科技“足迹”,或者甚至能分析地外生命DNA分子。像现场勘查的法医搜寻鉴别手段来执行,同时不必取消搜寻太空文明计划(太空文明探索),天文学家仍继续观测太空。我的观点建议将搜寻太空文明的重担平均分配,使从事外星人搜寻任务的之前少数英雄射电天文学家,扩大至整个科学界。像基因搜寻太空文明计划是射电搜寻太空文明计划的补充,两者不会产生冲突。戴维希望科学家能够拓宽思维考虑外星人遗留的活动迹象,他从事搜寻太空文明计划已有30年,撰写了一部新书——《可怕的寂静》描述了自己的观点,他的相关观点发表在8月刊《宇航学报》杂志上。但是戴维并不认为智慧生命必须存在着,多年以来他非常支持搜寻太空文明计划,尽管尚未发现确凿的证据表明外星人的真实存在,但从未放弃过。他描述这项天空计划犹如“干草堆里找针”,当前的搜寻工作不会因未寻找到针而中断放弃,现根本未发现针尖所在,以及未评估干草堆的大小。为了相信太空文明的存在,太空文明探索天文学家并未忽视外星人向地球发射信息的可能性,他们认为过去五十年里地外无线电信号曾抵达过地球,或者强大的射电、光束像灯塔一样扫描银河系。
非常先进的太空文明可能建造巨大的航天工程计划来直接探测恒星系统的秘密,通过探测宿主恒星周围的物质层,外星人不仅能够探测到恒星的热量,还能够建立一种地球天文学家也能探测到的独特红外信号标记。就像地球发射机器人探测器一样,太空文明也可能按照这种方式探索宇宙,出于宇宙战略定位,他们可能在小行星带上部署休眠探测器。地球天文学家可以试着搜寻这样的探测器,或者发送“你好”等无线电信号唤醒这些外星人探测器。戴维称,外星人也有可能拜访地球,并在人类的家门口留下生命活动迹象。但依据宇宙年代,任何抵达地球的外星人历史将非常遥远,至少是早于人类出现于地球。这意味着任何外星人拜访地球的残留遗迹必须保留数亿至数十亿年,才能让现今人类发现。戴维接受《天体物理学杂志》记者采访时说:“如果地球上有另外一种智慧文明生物,我们在二十年之内就会发现它们,这将毫不费力。当然如果它们不存在,这种搜索工作的意义而不大。”包含钚的非人类核废料堆积物可揭示其来源,这是因为自然堆积物质历经一定年代将腐烂分解,采矿或者采石工程的痕迹将保存在地球或者其卫星表面之下。外星人的“漂流瓶”或者类似于科幻电影《2001太空漫游》中的神秘独石,基本不可能在地球上幸存数亿年历史,这是因为受地质变化和气候因素作用。或许最具吸引力的是如果外星人使用生物工程在地球生命DNA中有意或无意地遗留他们的生命特征,其生命体的自维持天性将确保遗留任何可能的生物特征。戴维称,科学爱好者和大学生正在积极打造基因版太空文明探索项目,试图发现任何外星人存在迹象。外星人生物工程也可能基于生物化学建立一种“隐蔽生物圈”,且与地球生命形式完全分离。这样的隐蔽生物体不会使用DNA或者蛋白质,以及地球生命体中不同的生物化学元素。目前,科学家已开始重点研究发现隐蔽生物圈。如果科学家发现独特的隐蔽生物与地球已知生命形式不同,这也并不能完全表明与太空文明有关。但是像这样的发现将提供更多的可信性,如果隐蔽生物在地球某个适应性环境生存,它们便可以生存繁衍。
谈到宇宙天文探索,就不得不谈到宇宙天文探索的多学科性,宇宙天文探索的学科主要分为应用型学科以及思考型学科两类, 在思考型学科中,天文哲学领域是历史悠久、影响力巨大的一个领域,它所涉及的问题非常多, 例如科学前沿问题的探讨, 这个讨论在国内外都十分热烈,比如说霍金提出的关于宇宙爆炸以及时间简史的理论,在国内外的影响力都是十分巨大的。 在当代天文学前沿的暗物质理论的讨论也是非常热烈的。 而且在天文学界还有很多哲学意义非常深远的问题,例如地球中心主义、人类中心主义以及国家主义和民族主义,如果把这些原本只在地球上讨论的问题如今放在宇宙学的背景上来进行考虑,原本的讨论都具有很大的局限性。在应用型学科中所涉及的学科十分广泛,例如在制造宇宙天文探索载具中涉及到物理、冶金、材料等学科,在在探索过程中涉及到天文学、宇宙学,同时人类在太空中还进行着转基因研究、通过宇宙环境对植物物种进行改良以及太空通信技术研究等。 这一切都表明在宇宙天文探索领域里,任意一门学科都会有其用武之地,宇宙天文探索会随着各个学科的发展而发展。要做宇宙天文探索的哲学思考,人类就首先要明确一个立场,那就是要抛弃过去的以人类为中心的立场。 事实上在中国古代传统的天人合一的思想中,已经包含了太空哲学中最重要的一个思想,也就是人与天的和谐发展,而不是人类去征服太空。这个思想不仅在中国古代哲学中出现过,西方哲学也非常看重这一点。 在电影《阿凡达》中,编剧十分朴素地描述出了这种思想。从上述观点出发,宇宙天文探索的目的,首先在于开阔人类对宇宙的视野,使人类对自然的认识,提高到一个崭新的阶段。人类在宇宙天文探索的过程中,必将建立并且不断发展宇宙观,从而去指导人类去更深层地认识宇宙与事物、与自己的关系。由于人们对太空的认识还处于起步阶段,因此产生了一系列的问题,例如人类的起源从何而来?宇宙的起源是从何开始?在远外太空是否存在其他智慧生命?这些根本问题都需要通过宇宙天文探索来回答。
其次,宇宙天文探索也是为了人类文明的可持续发展。地球作为一个星体是否也会有一天走向死亡?是否有外星智慧物种存在? 如果有他们是否面临过人类的处境?事实上现在人类目前面临的生存威胁多种多样,例如全球变暖、生态破坏,还有小行星撞击地球等。 除此之外,地球上可供人类使用的资源也是极其有限的。 这就涉及到太空资源利用分配问题跟是否向太空其他适合生存的星球移民问题,是整体移民还是部分移民? 移民在短时间内似乎不可能,即使在将来有可能也只是极少数人,把人类整个搬走是不可能实现的。 因此,为了使地球开发利用能够持续发展,就需要解决地球的环境问题以及生态保护问题,其关键就在于能源的持续利用问题。 最后,就是在最小程度破坏太空生态环境的条件下,去利用太空资源。对于人类来说,宇宙太空有太多人们所不熟悉的事物,这自然会使得宇宙天文探索跟哲学有一定关系。就天文学本身而言,在最近 400 年有巨大的发展,对应的是外空间观测技术的提高,使得人类看到了许多以前只能想象的事物,这些新生事物会带来生新的理论,指引人们进行下一步的观测。 哲学上抽象出来的事物,可能不会是总会发展变化,而科学上的很多结论,可能在几年内就会发生变化。 但哲学的理论更加稳定、 更加适于不同的领域。 霍金曾经说过几个观点,现在来看都有不准确的地方,可能因为翻译原因不一定是他原来的意思。但他确实提到了几个方面真的和哲学可能会有关系,例如时间旅行的伦理问题,包括人们现在所讨论的宇宙哲学方面的问题,有一些在科学领域的进展,会影响到人们在哲学上的思考。在21世纪人类已经完全有能力探索更远的行星,可是因为能源发展上的限制,导致人类在飞往更远的行星的时候只能依靠太阳能,而光有太阳能是无法保证飞行器能在短时间内到达目的地的,而目前人类无法长期生活在太空环境中,因此只能通过机械装置来进行漫长的太空探索之旅,如今物理科学界正在对反物质这一神秘但蕴含着无限潜力的新潜在能源进行研究,如果这一能源得以投入使用,人类将可以使用更适合人类长期居住的大型星际飞船进行太空探索,那么人类在对深层空间的探索进度上将会出现跨越式的发展。
浩瀚的宇宙在现在的我们看来无际无边,深不可测,就像人类的雄心。人自出生之始,便以一个全新的意识来到了这个神秘浩大的宇宙,不知道自己为什么出生,为什么来到这个地方,千百年的时间来,人类一直对我们自身这个神秘的所在充满了向往,虽身处其中,但不得其全观,正好像“不识庐山真面目,只缘身在此山中”。对宇宙奥秘的不断求知探索同时也造就了无数时代的科学精英,对人类历史的推动产生了巨大的力量。当人类确认地球不是宇宙的中心,而是行星之一,从而掀起了一场天文学上根本性的革命,是人类探求客观真理道路上的里程碑。 哥白尼的伟大成就,不仅铺平了通向近代天文学的道路,而且开创了整个自然界科学向前迈进的新时代。从哥白尼时代起,脱离教会束缚的自然科学和哲学开始获得飞跃的发展。哥白尼的科学成就,是他所处时代的产物,又转过来推动了时代的发展。最后是现代,至少维持到现在,一种观测证据最多,最获公认的现代宇宙理论,认为宇宙从极致密状态膨胀到目前的状态,即“宇宙大爆炸理论”。按照大爆炸理论,宇宙没有开端。它只是一个循环不断的过程,从大爆炸到黑洞的周而复始,便是宇宙创生与毁灭并再创生的过程。这只是一个设想,并不是一个完美的理论。为弥补这些不足,人们一方面提出了暴胀宇宙模型,再进一步追溯到时空创生。这颇类似于中国古代老子的道德经中说的:“道生一,一生二,二生三,三生万物”。或易经中所述:“无极生太极,太极生两仪,两仪生四象,四象生八卦,八卦生万物”。同时有的天文学家对此也提出异议。对整个大爆炸理论提出怀疑的同时,又提出了其它宇宙模型,其中最有代表性的是稳恒态宇宙论。稳恒态宇宙论由英国天文学家邦迪、戈尔德和霍伊尔基于不同的思路几乎同时提出。他们认为,宇宙是无限的,没有开端也没有终结,在空间上是无限的,在时间上是无始无终的,整个宇宙的图景是无演化的。由于稳恒态宇宙模型不需要时间本身有什么开端,因而不会遇到宇宙年龄的问题,也不必引入繁琐的物理假设。但是,稳恒态宇宙论致命的问题是难以解释宇宙膨胀的事实,也不能回答创生的物质究竟从何而来,在科学和哲学上都难以令人信服,所以稳恒态宇宙论便日居下风,自20世纪70年代以来便很少有人相信它是宇宙的真实写照了。
科学就是如此的不断打破,改进,每个时代总会有一些不满于现状的人们,孜孜不倦地寻找更符合自己追求的目标。从反对地心说的哥白尼到颠覆20世纪物理的爱因斯坦,到量子理论的产生,一种新的理论产生,经过一段时间推移后,新的理论变成了旧的理论,开始出现新的声音,当初的革命者变成了旧理论的拥护者,成为了新生一代的阻碍,再不可避免的被取代。历史的车轮不断前进,周而复始,人类也正因为了这不断的自我征服、不倦的探索而不断发展、超越,人类的历史虽然短暂,但却取得了前所未有的飞速进步和惊人的一系列成果。对宇宙的认识与探索,一方面促进了人们的思想进步和视野的拓展,一方面对自然的探索所诞生的科学成果极大的对人类社会的发展起到了推动作用。
天文学是一门既古老而又现代的一级学科。它随着人类社会的进步而不断地发展。作为世界文明古国的中国,古代天文学的研究和应用曾经是世界领先的,不少有关天文的记载成为现代天文学研究的珍贵资料。但是,在我们现今的基础教育中,天文学一直没有得到应有的重视。21世纪将是人类着眼太空的时代,世界科技飞速发展,人类开始开发宇宙太空。地球的能源在不断地耗尽,新的能源也许要向太空寻找,太阳能当然是最直接的。当地球上的环境不再适合人类的生存时,新的居住地肯定也只能是其他的星球。我们在宇宙中是否孤独?为了适应世界航天事业发展的时代需要,加强素质教育,普及天文知识是一项重要内容,特别是在文理分开的大学教育中,文科学生对于基础科学的知识了解得不够全面。同时,由于人们对天文发现的广泛兴趣,天文学在教育和科普领域也起着十分独特的作用。同时天文学的发展对人类也有巨大的意义。
今天,通过天文观测,人类终于认识到宇宙是没有中心的,整个宇宙各个部分都在彼此远离,并正在加速膨胀。人类在抛弃地球是宇宙中心地位的过程中,也提出了地球是否是宇宙中唯一的生命家园,即地球是不是宇宙生命中心的问题。事实上,每个人都在根据自己的认识来寻找着上述问题的答案。对这些问题的回答与思考贯穿于整个文学、艺术和科学的发展史中。新的科学发现使我们更为接近揭开太阳系外生命的一些基本问题,但又提出了更多的新问题。随着新千年的到来,人类希望凭借自己掌握和拥有的先进的科学和技术能力来回答这些最古老和深奥的问题。虽然对此问题尚无确切的答案,但是至少太阳系外行星存在的理论已为近年的最新天文观测所证实。90年代以来,通过大口径光学望远镜观测,对发现具有类似太阳系的恒星行星系统有了许多突破性进展。到目前为止,天文学家已确定了400余颗有行星系统的恒星候选体。观测还表明,这些具有行星环绕的恒星系统和行星本身都存在多样性。约40颗恒星行星系统具有多行星存在,其中一个恒星系统拥有5颗行星,2个恒星系统拥有4颗行星。从统计来看,至少5%的类太阳恒星存在行星系统。最近已探测到一颗质量大约为2个地球质量的类地行星候选体。特别令人振奋的是天文学家相继在多个行星状星云和多颗行星上发现了生命所必需的一氧化碳、二氧化碳、甲烷和水等大气谱线。天文学家甚至已经能够通过大望远镜和先进的技术方法直接观测到围绕恒星旋转的行星了。目前,通过太阳系外行星的探测,正朝着推翻宇宙生命中心说的方向发展。越来越多的天文观测表明,地球并不是宇宙中唯一存在生命的星球。
我们有理由相信,人类与生俱来的好奇心和求知欲将是驱动人们进行太阳系外行星及其生命搜寻的原动力。新的天文观测和发现必将并继续深刻地影响和改变着整个人类的宇宙观,不断加深人类对宇宙的认识。这种在理性指导下的实践活动体现了现代的科学探索精神,也必将为人类认识自然、与自然和谐相处带来无穷的益处。 宇宙是我们这个物质世界的整体,是物理学和天文学的最大研究对象。了解甚至弄清它的性质、结构和演化规律,一直是人类的梦想。可以说,人类试图认识宇宙的历史与人类认识史本身同样古老。而天文学,则为人类研究宇宙提供了一条很好的道路。从研究天文学历史及其学说中,人类能获得有利于促进人类生存和社会进步的知识和技术。
从历史角度分析,天文学是一门最古老的科学,在各种自然科学的发展中,始终起着先导性的作用。古时分,人们经过用肉眼观察太阳、月亮、星星来确按时分和标的目标,拟定历法,指点农业出产,这是天体测量学最早的初步。天文学总是伴随着人类社会的文明和进步而不断发展的,它在人类认识自然、 探索物质世界的客观规律中发挥着重要的作用。天文学所取得的辉煌成果不仅使人类对宇宙的各个层次有了清晰的了解,并认识到自己在宇宙中所处的地位,而且也推动了其他学科的发展。它提出的许多新课题常常成为其他学科研究的前沿,甚至对既有的理论提出了挑战。从现在发展的角度分析,天文学是一门推动国家经济发展,增强综合国力的一门高端技术。天文学之于国家的意义深远而广泛,他给人类带来的裨益是不可否认不可小觑的。科技的发展水平已经成为一国经济实力强弱的最重要指标,也成为一国国际竞争力的最重要因素。而科技力量表现为对尖端技术的研制、开发和应用能力。然而,宇宙空间的探索,是属于科学技术最为高端的研究。天文学是通过研究天体的结构和演化规律等知识,并可以研究如何让利用其来为人类造福的一门自然科学。它是历史悠久的,同时是与时俱进的,现代化的必具学科。400年前,伽利略首次将望远镜用于天文观测,并以此发现支持哥白尼的“日心说”,推翻了托勒密“地心说”的统治地位。然而,太阳真的位于宇宙中心吗?这是人们一直非常关心的问题。自从18世纪以来,包括赫歇尔等在内的许多著名天文学家,都认为太阳是在银河系中心。美国天文学家沙普利(Harlow Shapley)通过观测发现球状星团并不均匀地分布在全天,而是比较集中在南天,尤其是人马座一带。他大胆而明确地提出,这是由于太阳并不在银河系中心,而是远离中心的缘故,银河系中心在人马座方向。1924年,哈勃利用威尔逊山天文台的2.54米望远镜分析一批造父变星的亮度以后断定,这些造父变星和它们所在的“星云”距离我们远达几十万光年,因而一定位于银河系外。这一发现使人们不得不改变对宇宙的看法,即银河系在宇宙中也是一个非常普通的星系。1925年,哈勃对河外星系的最新观测显示星系看起来都在远离我们而去,且距离越远,远离的速度越快。这项发现是20世纪天文学的重大成就,它颠覆了人类对宇宙已往的理解与认识。一直以来,人们都认为宇宙是静止的,而现在发现宇宙是在膨胀的,这一结论意义深远。今天,通过天文观测,人类终于认识到宇宙是没有中心的,整个宇宙各个部分都在彼此远离,并正在加速膨胀。全球变暖的科学内涵是什么?全球变暖是不是完全由于人类活动的影响?其实,全球气候变暖有其自身规律:全球气候有8万年~12万年的准周期,人类活动是大周期上的小叠加。最近二三十年来有一种观点,认为地球气候变化首先是受太阳系影响,而太阳系是银河系很小一部分,它应受银河系影响。实际上,地球气温变化是由各个星体相互作用而共同存在的结果。这种学说被称为“宇宙气候学”。现在“宇宙气候学”尚处于初步研究阶段,它对人类未来应很重要。太阳和月亮大概是人类最直接的、最大的而且关系最为密切的天体了!除了对人类的光明和热量外,它们还对人类有着相应的正面和负面的影响。月亮、太阳对地球的引力而引起的天文潮汐,它对于地球和人类有着最为直接的影响,比如:对地震、火山、海潮和天气变化均有着直接与间接的影响,根据天文潮汐理论和对一些自然现象的观察与分析,它对地球上的各种物点,包括有生命的和无生命的,液体的和固体的,有形的和无形的,都有着广泛的影响。当太阳上黑子和耀斑增多时,发出的强烈射电会扰乱地球上空的电离层,使地面的无线电短波通讯受到影响,甚至会出现短暂的中断;太阳大气抛出的带电粒子流,能使地球磁场受到扰动,产生“磁暴”现象,使磁针剧烈颤动,不能正确指示方向;极光是带电粒子流高速冲进那里的高空大气层,被地球磁场捕获,同稀薄大气相碰撞而产生的。
作为世界上四大文明古国之一的中国,在天文学方面有着灿烂的历史在天象记载、天文仪器制作和宇宙理论方面都为我们留下了珍贵的记录。  现代宇宙学认为宇宙没有中心。现代宇宙模型中主要有五种模型:牛顿无限、静止宇宙模型、爱恩思坦静态模型、佛里得曼宇宙模型、稳恒态宇宙模型和大爆炸宇宙模型。通过,观察天文学的研究历史,我们可以了解到,人类在探索宇宙的过程中是不断进步的,而根据所探索的历史来看,我们所探索的宇宙是我们未能完全了解的,直到目前为止,我们对宇宙的探索仍未能得出一个边界,那么,我们探索中的宇宙到底是有限还是无限的呢?UFO,常常会成为天文研究者研究内容中的一个谜团,目前的世界是科技一日千里的世界,我们已经可以通过高科技的天文望远镜观察到以亿光年来计算的距离,但是始终没有发现外星人的踪迹。难道他们离我们的距离比这个还要远吗?难道宇宙真的没有尽头吗?要知道宇宙是否有一个尽头,只有经过漫长的宇宙探索和对天文学更深入地研究来验证了,宇宙目前仍是一个谜,有待天文学研究的不断发展来为我们人类解开更多神秘的世界。
我们喜欢把处于第三次工业革命浪潮的信息时代与第四次工业革命浪潮的太空时代当作是曾经生活过的最聪明和最富有智慧的人类文明过程。然而,处于现代西方文明中的大多数人却并不了解我们的宇宙,或者说,大多数人并不知道该怎样来思考我们人类赖以适应宇宙的生存方式。人类学中的每一个传统文化都有它们自己的一套宇宙哲学———即一个关于世界是怎样开端和延续的、人类是怎样出现的,以及上帝希望我们该怎么做的传说。所有宇宙哲学是通过定义一个更大的背景来解释客观世界的,而且它们还把人们对现实、自身的存在以及人自身行为规则的理解也建立在这样一个总的方案之上。对于一个文明社会来说,缺少宇宙哲学就像缺少语言一样是不可想象的。他们头脑中的宇宙图像可能并不如今天的大多数人所想象的宇宙图像那样科学和准确,但是,在他们的文化水平上,他们的那种宇宙图像却是真实的。
在文艺复兴之前,各个文明都在创建各个文明自身的宇宙图像。但从文艺复兴时期开始,科学破坏了所有这些传统的宇宙图像。一套宇宙哲学,只有在它可以信赖的时候,才可以被真诚地接受下来。在经过了科学革命之后,我们对判断某一事物是否可以相信的标准发生了巨大而又不可逆转的变化。400年来,人们并没有真诚地接受科学的宇宙观,因为这方面的理论层出不穷而观测数据却寥寥无几。然而现在,科学看来正在和一个宇宙起源的故事纠缠不清。而这个故事可能真的曾经发生过,因为它能够经得起最严格的检验。就像牛顿理论(在已知的限定条件下)对太阳系保持有效一样,它在从现在算起的几百年里将会一直为人们所接受。这可能是现代科学中最高级别的真理了。现代太空天文学正处于一场科学革命的中心。各种新仪器正在源源不断地产生关于宇宙深处的详细的第一手资料。因为光的传播速度是有限的,所以在空间上看得越远,就相当于在时间上看得越早。我们现在能够观测到可见宇宙里的每一个明亮的星系,甚至,我们还能够看到星系形成之前的处于黑暗时代的宇宙。根据微波背景辐射谱在各个方向上的微弱的温度差异,我们正在学习怎样去阅读关于膨胀宇宙起源的故事。
我们最终得到的关于宇宙起源的故事将是第一个建立在科学实证基础上的宇宙起源故事。它是世界上所有不同宗教信仰和不同种族的人共同协作的结果,而且这些不同宗教信仰和不同种族的人对它的贡献都具有相同的可证实性。新的现实图像不排斥任何人,它对所有的人都一视同仁。当今的科学宇宙观革命可能会打开一扇大门,将通向一个更大的现实世界,而我们的世界、我们的生活以及我们所有的文化都包含在这个世界里。在《圣经》所描述的时代,当人们仰望蓝色的天空时,想到的是海水,海水是蓝色的,它被覆盖着整个大地的坚硬而又透明的圆盖盛着,所以不会洒下来。用詹姆斯国王的话来说,这个巨大的圆盖就是“苍穹”。按照《创世记》的描述,上帝是在第二天造好这个圆盖的,他把水分成“天水”和“地水”两种。而“天水”是专门用来湿润干旱的陆地和空气的。图为木星—卫星发生火山喷发大约就在《创世记》的故事刚刚演变为我们现在所知道的形式之时,希腊哲人则生活在另一个不同的世界里。在这个世界地球既不是平坦的,也不是半球形的,而是一个球形的天体。
从上古一直到中世纪,宇宙的图景在犹太教徒、穆斯林以及基督徒等心目中,不是《圣经》所描述的平坦的带有穹顶的大地,而是希腊人想象中的同心球。因而,在中世纪欧洲的一个晴朗的夜晚,人们在仰首眺望深邃的天空时,看到的将是无数坚硬而又透明的天球,它们一层套着一层,环抱着宇宙的中心———地球。每个天球携带着一颗行星、月亮或者太阳。而天堂本身却携带着“固定的恒星”处于最遥远的天球之外。教会中的等级、身份的高低、家族的尊卑都是这一宇宙等级的反映。17世纪初叶,伽利略利用自制的望远镜发现托勒密的地心图景是错的,从而中世纪的宇宙失去了一个稳定的中心。伽利略在他的著作———《关于两个主要世界体系的对话》中对当时流行的宇宙哲学进行了强烈的嘲讽和批判。但是,天主教会却逼迫他放弃他的观点,最后还把他软禁起来一直到死。这一事件对于全欧洲的科学家来说都是令人恐惧、发人深省的。最终,在培根和笛卡儿的带领下,科学界和教会达成了一项事实上的协定:科学的范畴要严格地限制在物质世界领域,而宗教在精神领域的权威不可动摇。到了1642年艾萨克·牛顿出世的时候,现实世界已经被一分为二了。物质世界和人的精神世界一直到现在还仍然是两个分离的领域。在新的图景中,宇宙被描绘成无边无际的空旷而又随机地散布着恒星的太空。
在人们的心目中,这幅图景从来没有完全地代替过中世纪的宇宙观,其中的一部分原因是它让人感到太不完善了。在这幅宇宙图景中,没有上帝,没有对宇宙起源的解释,人也没有特殊的地位。17世纪中叶,布雷斯·帕斯卡(BlaisePascal,在《沉思录》1670年)表达了一个未曾在中世纪听过的感受:“被浩瀚无穷的太空所吞没,我什么也不知道,它也对我一无所知,我害怕极了……这永久的寂静使我感到恐惧。”牛顿太空天文学是第一个没有涉及到人的太空天文学;科学中的牛顿信徒甚至可以不再具有人与宇宙和谐相处这样一个古老的理想了。宇宙的创生为什么与现在有关?“宇宙”对西方世界的大多数人来说,除了能产生一些幻想之外,没有任何关系。宇宙或许能够证明创立者的荣耀,但除此之外,它并不参与主流宗教的任何活动。有多少人意识到宇宙的膨胀方式与人类的行为方式之间可能存在某种神圣的关系呢?又有哪一个宗教告诫它的信徒说,宇宙的膨胀方式是人与人之间和睦相处的源泉呢?相反,在21世纪,对于大多数受过教育的人来说,虽然他们对某些开天辟地的传说心存疑虑。但是他们对宇宙的印象,除了一些传说的片断之外,还是一幅17世纪的宇宙图景。在脑海里,宇宙不过是寒冷、寂静并且空旷的太空而已。许多人并不了解在将近一个世纪之前的那个伟大时代的重要发现,他们也并不知道宇宙到底有多大。实际上,科学与宗教之间的争论经常集中地表现在它们对一个问题的回答上,那就是:宇宙到底是怎样产生的?它们的回答是相抵触的。现在的太空天文学革命将会发展出一套公认的太空天文学来,而这还是400年来的头一回。然而,就像现在的科学宇宙论所表现的那样,这一大家公认的太空天文学还将背负某些牵涉到篡改现实基础的道义上的责任。把这个即将形成的太空天文学解释给普通人听,让普通人也能了解它的含义,是一项非常重要的工作。这项工作做得好坏与否,将会直接影响到人们对其基本概念的理解程度;而人们对其概念的理解程度有多深反过来也将关系到它对社会的影响程度有多大,新的科学宇宙论将会在未来的全球文化中激起创造和希望的火花吗?或者说,它会像中世纪的等级宇宙被用来证明严格的社会等级那样,被强权用作压迫缺少科学知识的人的工具吗?关于宇宙新发现的消息是否跟科幻小说或者形而上学那样,只是为了让少数受过教育的人消遣,而跟“真实的世界”无关呢?所有这些可能性都还尚未确定。因为在科学界,人们还没有对这个新的太空天文学的意义下定论。与传统的宇宙论不同,科学宇宙论并不企图把宇宙的演化经历跟人类的行为准则联系在一起。试图去理解科学的宇宙图景,并且感知和表达人类在宇宙中的存在是摆在所有学者、艺术家以及其他具有创造力的人面前的一项重要工作。
   东方佛教提出了一个“三千大千世界”的宇宙图式论,认为宇宙分为两大部分,一部分是由欲界、色界及无色界构成的世俗世界,另一部分则是佛国净土。在宇宙起源及本质问题上,东方佛教认为万法是由“因缘”即各种因素和条件聚合在一起而形成的,此“因缘”归根到底是“心识”;由于宇宙万法不是自己产生的,无独立自存和自我主宰的特性,其自性为空,其表现形态只是一种假名之有,故宇宙万法从本质上说是一种性空假有的存在。作为一种宗教,佛教的致思方向由人生而至宇宙,最后又复归于人生;作为一种哲学,佛教哲学的理论重心从人生哲学向宇宙哲学,最后又落脚于人生哲学。宇宙哲学是佛教哲学体系的重要一环,欲了解佛教哲学体系的概貌,必先研究其宇宙哲学。东方各国佛教对有关宇宙问题的理解有同亦有异,本文在论述东方佛教宇宙哲学时,主要着眼于其同,间或论及其异。佛教提出了一个“三千大千世界”的宇宙图式论。据《长阿含经》等佛典的描述,“三千大千世界”的情形是这样的:世界的中心是须弥山,须弥山原是古印度神话中的山名,为佛教所采用。佛教将以须弥山为中心、以铁围山为外廓、同一日月所照的世界称为一个“小世界”;以“小世界”为单位,如此的一千个“小世界”为一“小千世界”;又以“小千世界”为单位,如此的一千个“小千世界”为一“中千世界”;再以“中千世界”为单位,如此的一千个“中千世界”为一“大千世界”。换算一下就是,一千个“小世界”为“小千世界”,一百万个“小世界”为“中千世界”,十亿个“小世界”为“大千世界”。由于一个“大千世界”包含有小千、中千、大千三种“千”,故合称“三千大千世界”。佛教宣称,宇宙是由无数个“三千大千世界”构成的,在空间上无边无际,无法测量,犹如微尘或恒河沙数无法计算一样,故亦称“十方微尘世界”。在这无限的空间里有无数的森罗世界,其中有一个叫做“娑婆世界”,这是由六道众生杂处的世界。佛为了解救众生离苦得乐,便在这里教化众生。佛教还对它所构思的人类生存环境即“三千大千世界”的形状和构造进行了描绘。它说,每一个世界都以一个物质性的大地为基础,大地是圆柱形的,人们能看见的是其顶上的平面。大地由许多层不同的物质(佛教称为“轮层”)构成,下面是无限的空界即空间。大地之所以能够凝结、形成,从而构成人类生存的环境,是由于众生共同所造之“业”所致。众生所造的“业”能形成一种强大的力量,称为“业增上力”,它使空界中四方风起,互相激荡,到后来便形成紧密不动的“气”,称为“妙风轮”。“妙风轮”厚达一百六十万由旬。此轮形成后,又有金色云彩遍布空界。接着,倾盆大雨降落在妙风轮上,称为“水轮”。水轮形成后,就使宇宙在风层气层之上又有了水层,水层深达八十万由旬。后来,大风再起,冲击水轮,并在水层上结成金,称“金地轮”(实际上即是指石层),深达三十二万由旬。金地轮之上,即是构成大地的软土,此土层深为八万由旬。软土上有山,周围是海洋、大洲等,这就是我们能感觉到的生存环境。
佛教认为,宇宙最美妙的地方是其中心须弥山。须弥山由金、银、琉璃和玻璃四宝所构成,相传此山高为八万四千由旬,山顶上为“帝释天”,此处宫殿林立,香气缭绕,树繁叶茂。须弥山的四面山腰为“四天王天”,是四天王及其眷属居住的地方。它高达四万二千由旬,“所居宫殿,有七重宝城栏,七重罗网,七重行树,七重诸宝铃,乃至无数众鸟相和而鸣。”佛经上说,须弥山的周围有七香海、七金山(亦称七轮围山)。七香海位于须弥山和七金山之间,总名为内海。第七重金山之外是由铁围成的铁围山,铁围山环绕着咸海。咸海中有四大洲、八中洲和无数小洲。四大洲亦称“四大部洲”,指的是东胜身洲、南赡部洲、西牛货洲、北俱卢洲。每一大洲两侧又各有二个中洲,四大洲共有八中洲,每洲皆有人居住。上述图景就是佛教所构造的众生包括人的生存环境,这幅图景是着重从众生生存环境的物质结构上进行描绘的。有时,佛教又从宗教立场出发,将整个宇宙一分为二,即分为世俗世界和佛国净土这两个相对的部分,从而又形成了佛教的宇宙结构论。根据佛教缘起论的观点,宇宙万法是被某种“缘”所产生的,没有了某种“缘”,“法”就不能生起;“法”生起后,如果“缘”消失了,那它亦会一同消失。这说明,“法”没有自主性和独立性,它不是独立自存的实体,没有自己的“自性”,其自性为“空”。正是在这个意义上,佛教提出了宇宙观上的一个重要观念:法空观念。《中论》对这一观念作过经典性概括:“因缘所生法,我说即是空,亦为是假名,亦名中道义”。世界万物从现象形态来看“有”,但这种“有”只是一种假有、假象,他称之有“假号”。因为从本质上看,万物皆是因缘所生,没有自性,是虚幻不真的,这便导出了第二个命题:“不真故空。”把宇宙万物的本质断定为“不真”,因而是“空”的,这是僧肇般空观的基本观点,亦是大乘佛教对大千世界、对宇宙万法、对人的生存环境的根本看法。
中国宇宙哲学《易经》所辟创的天人之学,确立的天人合一的哲学体系,对后世易学及哲学的发展产生了广泛而深远的影响。而《易传》天人合一哲学体系的得以确立,首先依赖于其宇宙生成论的建构。《易传》的宇宙生成论,既是其天人合一哲学体系得以创立的基本理论前提,也是其天人合一哲学体系的核心内容———本体论形上学的基本出发点与立足点。因此,探讨《易传》的宇宙生成论,对于加深认识其完整的哲学体系,具有重要的哲学意义。《易传》的宇宙生成理论,概括起来由三部分组成,一是宇宙本根于“太极”,二是太极衍化为天地,三是天地气化生万物。“天人之学”本质上是关于天人关系问题,它既是中国传统文化中最为古老最为永久的话题,也是中国传统哲学的核心问题,且贯彻于自先秦时代至明清时期中国传统哲学之始终。就《周易》以及源远流长的传统易学而言,自《易经》之产生尤其是《易传》之形成以来,天人关系问题便更是成为《周易》中最为本质最为核心的思想精髓,同时也成为历代传统易学颇为关注的易学及哲学的思想主题。成书于战国中晚期的《易传》是先秦易学历史的逻辑的发展的必然产物,它的成书不仅标志着《易经》由宗教巫术卜筮之作脱胎换骨式地升华为哲学论著,更为重要的是,《易传》将其完整系统理论思想体系的核心精髓—一种全新的“天人之学”,奉献给当时的思想文化界及后世。春秋战国时期,天人关系问题成为易学、哲学以及文化的一个思想主题。探索天人关系问题不仅形成了一种颇具时代特色的文化思潮,同时也是春秋以至战国时期诸子百家进行争鸣的一个终极的学术聚焦点。诸子百家由于学术立场、学术宗旨、思想指归、思想体系的迥异以及学派内部之分歧,从而产生了研究关注的视角及侧重点之不同,由此而导致了诸家诸派对天人关系中至关重要的“天”的涵义之界定、关照以及如何处理与把握、思考与论证天人二者之间的关系问题,见仁见智,众说纷纭。诸家诸派各自的哲学思想体系赖以建构的最为基本的理论基础,便是天人关系学说。学派的迥异决定了各自对天人关系的不同取向,对天人关系的不同取向又进一步加剧了学派之间的对立。也就是说,诸子百家学术争鸣的最深层次的对立彰显于各家对天人关系问题的不同认识与把握。对此,当时的思想家亦有清醒的认识。如坚守儒家立场的战国末期儒家大师荀子批评以庄子为代表的道家学说在天人关系问题上的缺失为“蔽于天而不知人”(《荀子·解蔽》)。天人关系宽泛意义上的基本类型在形式上可分为两种,一是天人之分,二是天人之合。就传统哲学发展史来看,除极少数哲学家基立于天人在功能及属性上的不同,或者出于对天人某一侧重方面的不同取向,而“明于天人之分”(《荀子·天论》),多数哲学家或者说传统哲学在天人关系问题上的主流观点是主张天人之合,亦即宋代张载从天人关系问题这一视角所抽绎出的著名哲学命题“天人合一”(《正蒙·乾称》)。就先秦时期思想界始终关注的重大哲学问题——天人关系而言,由春秋至战国逐渐形成的诸子百家主要代表儒、墨、道在表达颇为宏阔的囊括天人整体性思维的共同祈向前提下,在天人关系的具体把握与取向等方面出现了迥然的分野。约而言之,儒家以承继弘扬彰明于道德性的周礼为己任,故其重点关照“天”的主宰之义尤其是道德之义;墨家基立于社会底层对传统宗法等级制的强烈不满与冲突的立场,将其以“兼爱”为标识的社会道德理想诉诸于其主观宗教性的投影——具有无限至上威慑力的“天志”。因此,其对天的神性主宰之义的阐发较之儒家有过之而无不及;道家以对旧的宗法体制的彻底系统批判为宗旨,以打倒神性主宰之“天国”为鹄的,立足于“道法自然”,从宇宙生成论与本体论的哲学高度,阐释了天的自然之义。
在对天人关系问题的整体性把握上,儒、墨、道诸家各有偏重,甚至在某种意义上执于一端。用传统哲学的话来说,儒、墨重人道而轻天道,道家重天道而轻人道,诸家均未构建起一种天道与人道有机内在相结合的全面、系统、完善的天人学说。战国中晚期,历史客观地进程到天下由分到合、统一的中央集权制即将确立之前夜,意识形态领域由长期之争鸣而趋向综合统一已成为一种历史必然性的时代思潮。在围绕着诸家思想体系的理论基石——天人关系这一重大哲学问题上,诸家立足于各自的学术立场,通过对众家之批判与总结,以企百家之融通。如道家的庄子、儒家的荀子尽管仍失之于门户之见,但在批判百家的以偏概全的弊端的同时,亦能洞察到百家之长,即荀子所谓十二子学说的“持之有故,言之成理”(《荀子·非十二子》)。至于法家的韩非视先秦百家争鸣的诸子为社会蛀虫的极端式总结与批判,则是一种对人类文明的反动的门户之陋说。至于被学界视为百家争鸣局面的终结者——《吕氏春秋》,则由于其学术思想之“漫羡而无所归心”(《汉书·艺文志》),只是杂陈诸家之说而缺乏自身的思想体系自然难成一家之言。其完全囿于传统的学术立场,更无见其独到创新之处。总之,这一时期不少的哲学家、思想家尽管具有较为强烈的融通百家之说的学术意识,在某种意义上学术视野也较为开阔,门户之守也出现松动,对诸多理论问题的反复追问亦可谓殚精竭虑,苦苦求索,但终究未能彻底突破长达数百年形成的门户痼疾之藩篱。从而对于构建一种适应历史需要、囊括百家之言、具有划时代意义的全新的天人学说而言,诸多先哲的努力或无功而返,或仍旧落于传统之窠臼。然而,天下大一统的中央高度集权制即将形成的历史发展趋势,最终必然要造就适应这一历史潮流的新的哲学思想体系——根本上说就是新的天人理论学说之诞生,而担当起历史赋予于思想界这一重任的便是成书于战国中晚期的《易传》。《易传》作者虽然基立于素有强烈浓郁时代担当意识的儒家学术立场,但出于时代对新的哲学思想体系之迫切诉求的积极回应,以及对“百家争鸣”与诸家批判总结别家之“以偏概全”又最终亦是陷入“以偏概全”的经验与教训的广度关照与深度省察,最终确立了更加宏阔的学术视野,多层次、多纬度的学术视角,殊途同归、一致百虑的学术原则,既承继又超越的学术趣旨,并由此从根本上突破了长期滞碍学术创新的门户之见这一屏障。
《易传》作者对于其思想体系的基本核心与思想精髓的天人学说的创辟,有着极为强烈与深沉的学术意识与颇为独到的学术慧见。具体说来,《易传》作者针对自春秋以来在思想界传统天人合一的主流学术思潮下涌动着天人相分的暗流或浪花,亦即天人能否合一这一基本问题,做出了承继传统的天人合一的学术方向性选择。继而在天人合一之何以可能、如何可能等理论问题,从天道观、宇宙论与本体论的视角与哲学高度、辩证观的认识纬度、道德文化理想的价值向度、凭藉传统易象的形式以彰明其深刻哲理的独辟的思维角度,通过被赋予了深沉宇宙意识与浓郁人文情怀相结合的全新内涵的大易之“道”为核心范畴,以阴阳为最高哲学范畴,并由此出发,全面、系统、深刻地阐述了一种结构合理、学理明晰、逻辑缜密、切具鲜明时代性的完整的天人之学。客观地说,《易传》所辟创的天人整体之学,既是对先秦以来作为哲学与文化思想主轴的天人学说的继承与超越,也是对先秦诸子百家争鸣局面的一次真正意义上的理论创新与终结。从某种意义上讲,《易传》的天人之学对后世易学与哲学发展的路向及形态、路向与形态之转换以及作为中国传统文化灵魂与核心的哲学思维方式的形成与演变发展,都产生了至关重要的广泛而深刻的影响。但要准确全面的理解与把握《易传》天人学说,首先应当关注《易传》建构的宇宙生成论,它是天人合一之所以成为可能以及如何可能的最基本的理论前提,是对包括自然界与人类社会的世界统一性亦即世界本原以及世界如何生成的追问、探索与宇宙生化论意义上的哲学论证。我们可以认识到,《易传》通过对宇宙本根——太极这一最高本体范畴的确立、以气(元气或精气)为太极范畴内涵的诠释以及对太极的宇宙本体属性—一阴一阳变化之道的创见运用立足于阴阳学说的精湛的本体论与丰富的辩证法,阐述了由本体的太极化生天地、由天地化生万物的宇宙大化流行的过程。这一理论思考与哲学阐述的过程,既构建了《易传》整个哲学思想体系的理论基石——包括宇宙生成论与宇宙本体论的宇宙哲学观,又回应了时代对于宇宙生成在更深层次的形上学哲学意义上的迫切追问。因此说,《易传》植根于本体论与辩证法基础上的宇宙生成论,达到了先秦时期自然哲学发展的最高水平,其对后世宇宙哲学的演变与发展,也产生了广泛而深刻的影响。《易传》以太极为本根的宇宙生成论,揭示了自然与社会的世界物质统一性。这种统一性使天人合一这一中国古典哲学的核心问题,在宇宙生成意义上获得了哲学逻辑性的论证。天人关系中的人与自然万物(天)共同基源于宇宙本根太极之气(元气或精气),天人二者在共同本根、基始的基础上,构成一个系统的有机的整体。《易传》的宇宙生成论为这种天人合一的整体观,提供了基本的理论支撑。
当人类受到启发而发现宇宙的自然之谜时,那一个面向21世纪文化的活生生的太空天文学就即将出现了。这一切不会来得那么容易。几个世纪以来,科学和宗教一直是分离的。这就产生了这样一个后果,即不论科学还是宗教,它们都怀疑对方侵犯了自己领地。1999年,科学、伦理和宗教对话的AAAS计划委员会举行了一次为期3天的公众讨论会。会上,人们提出了这样一些问题:宇宙曾经有过一个开端吗?宇宙的命运是事先设计好的吗?我们人类以及地球是宇宙中独一无二的吗?一点也不出乎预料,对于这些问题人们并没有达成任何一致。虽然会议的目的就是要在科学和宗教之间进行“建设性的对话”,但是,一些与会者抱怨说,对话是不对称的——科学总是要求宗教接受新的科学发现。当然,科学不会去改变自身的方法以换取宗教的对它的好感。几千年来,宗教一直在努力寻找一套功利性的太空天文学。但是,一个不计及人类,或者说,对我们在宇宙中的作用没有丝毫指导意义的太空天文学将永远也不能满足宗教的这一需求。从暴涨到膨胀的过渡,标准的宇宙大爆炸模型能够解释轻元素是怎样在最初3分钟之内形成的,但是它却不能解释在这之前或之后又发生了什么。单单一个引力是不能产生我们现在所见到的这么复杂的宇宙大尺度结构和星系的流动的。如果大爆炸产生的物质是完全均匀分布的,那么引力除了能够影响宇宙的整体膨胀速度之外,什么事情也做不了。因此,或者由于某种原因在大爆炸开始不久产生了类似于“宇宙弦”这样的现象,从而形成了我们今天所发现的大尺度结构(现在人们对这一理论越来越表示怀疑,因为这种理论的预言与人们对宇宙背景辐射的最新观测结果不符);或者从大爆炸开始,引力必定随着物质密度的下降而表现出不同的性质。而宇宙早期的暴涨很可能就是生产这种差异的原因。
宇宙的暴涨理论是20年前由阿兰·古斯(AlanGuth)和安德烈·林德(Andrei Linde)等人提出来的。目前它仍是我们用以解释大爆炸之初始条件的唯一理论。暴涨理论认为在大爆炸开始的时候,宇宙在极短的时间内呈指数式地向外膨胀。在此膨胀过程中,无数随机量子事件得到了放大,并在新近产生的所有时空尺度上都留下了它们的微弱印记。宇宙今天的所有大尺度结构都来源于这些被极度放大了的量子涨落。暴涨还是当代人类文明的一种象征。不仅人口在暴涨,而且每个人的平均科技水平和资源的使用规模也都在暴涨。人类已经陶醉于这种指数式的增长了,但是很显然,这种增长方式不可能一直保持下去。在一个有限的环境中,不论人类有多么聪明,暴涨都是要结束的。虽然我们可以在一定程度上推迟或者掩饰它的发生,但是它的发生却是不可避免的,现在摆在人类面前的一个最重要的问题可能就是,我们要创造出一个什么样的全球文明才能够把人类对资源的暴涨式消耗温和地过渡到一个足以保持人类长期繁衍下去的水平。宇宙在大爆炸过后已经从暴涨期过渡到了缓慢而又稳定的膨胀时期。并且这一过程表明,结束暴涨并不意味着所有的增长都必须要停止。正因为从暴涨转变成了缓慢的膨胀,所以宇宙的膨胀才能够持续数十亿年。现在有越来越多的人从事于信息处理之类的工作,而这类工作是不必耗费太多资源的。只要我们对物质财富的创造比消耗大、并且保持地球的和谐环境,那么人类的生活质量就能够继续得到提高。太空天文学是唯一有希望创造出人类的现代文明才能把人类对地球资源的暴涨式消耗过渡到一个足以保持人类长期繁衍下去水平的信仰价值体系。
中国文明在继承创新中重塑16世纪以前的“尊重科学、崇尚自然”的文明精神向太空天文世界叩问宇宙文明寻求发展契机。在展望人类第三个千年的前途的时候最需要做的是回溯历史——从人类数千年历史之大规模文明交流中分析现代人类文明的交流的可能形式,把漫长人类历史的历史戏剧性以简短的语句表达——当然只有诗人能够做到。人类文明延续所需要的基本条件是人口的生殖——这已经被上帝通过使人类身心渴望性欲满足的形式设计好了;而文明的交流其实也是一定意义的生殖,而生殖前奏的婚姻形式可以是浪漫的,也可以是并非浪漫的甚至是血腥的,让我们阅读下面的诗句:“腰枝猛一颤动,于是那里产生 / 残垣断壁,燃烧的屋顶和塔巅 /…… / 在一意孤行的嘴放下来之前 / 她是否用他的力量骗得了他的知识?”——这是爱尔兰诗人叶芝《利达与天鹅》的诗句,叶芝用希腊神话宙斯强迫利达象征人类文明的产生、交融与轮回,宙斯的强迫行为投影到人类历史便是人间的爱欲与征服。超越历史的具体,甚至战争的征服也是原自最原始的爱,因此可以把叶芝的意象引申为——人类文明之间的交流都类似某种强迫行为。但究竟谁是受益者呢?被强迫者还是强迫者——“在一意孤行的嘴放下来之前,她是否用他的力量骗得了他的知识?”我们在人类文明史中不难发现这种错综复杂的不同文明之间的“交媾”所生育的子孙再与异质文明的“文明交媾”及生育繁衍:埃及文字通过腓尼基水手的字母化变形传给希腊人,希腊文明圈的马其顿王亚历山大却对东方发动战争并通过建立亚历山大里亚城把希腊文明传播得更加久远的同时使希腊文明消融在被希腊文明所征服的地域中,而埃及人却因此逐渐忘记了自己祖先的古老文字,历史等待着远征埃及的法国人破解古埃及人的象形文字。犹太人鼓动希腊文明的继承者罗马人杀死耶酥——这个行为的历史目的正好与杀死耶酥的人的目的相反——把耶酥领悟的真理传播到全世界。欧洲的基督徒把希腊哲学家的著作投进烈火,而更多的书籍被阿拉伯人带到了沙漠如获至宝地翻译为阿拉伯文字,罗马人屠杀基督徒,而正是基督教使罗马人看到了自己的血腥和残忍,基督教最终“征服”了罗马。之后历史期待着基督教《圣经》与阿拉伯人的希腊经典译文相遇以产生文艺复兴运动,文艺的复兴产生了区别于文艺的自然科学;科学的发展似乎预示着人类冲破宗教束缚而达到了自由,而自由的人类却要试图把自己的自由装到科学的必然律中,于是在“历史科学家”发现“历史的科学规律”的喧嚣中人类迎来了史无前例的大规模历史性集体犯罪——种族屠杀和阶级屠杀——其目的是所谓为了自由王国的必然实现。西方早在希腊时代就知道传说中的中国,丝绸之路让罗马人的贵妇妖娆动人,而浴池和欲火可能参与了罗马的衰亡史;中国的科举和文官考试制度给予欧洲政治体制以影响,甚至明代的宦官与朝臣“两院制”的权力制约也启示了欧洲建立国家权力的制衡机制,启蒙思想家通过对中国典籍的“正读”与“误读”让欧洲民众耳目一新。而后欧洲基督宗教传教士把自己的生命献给“远东”,他们来到遥远的丝绸与瓷器之国传播上帝的福音;但是,忽然间黑色鸦片和轰隆的大炮搅乱了中华帝国——这一切如脉脉含情的男女幽会陡然间变成了血腥的抢婚交媾,无论对于西方还是中国,记忆都是深刻的。
历史学可以把历史中的灾难和血腥暂时忽略,而把人类文明史中不同文明之间发生的一切关系看作文化交流的历史。历史中究竟发生了多少次文化交流?取决于我们用怎样的规模来统计;在我看来,只有诸文明之间有巨大差异的交流才是意义重大的,而大的差异莫过于东西方之间。人类文明历史中,在东西方之间发生了三次大规模文明交流,这三次交流都对世界文明进程产生了难以估量的影响。第一次是在埃及与希腊之间发生的;第二次是在希伯莱与欧洲之间发生的;而第三次是在欧洲与中国等亚洲国家之间发生的。这三次文明交流的内容分别是:文字的传播;宗教的传播;科学的传播。“文明”的第一个字是“文”,文者,文字也,文化也;文字使世界获得了概念的命名,概念的分殊使人类不再如动物的唯物主义——只有眼见为实的感觉、没有超越形体的理念;文字使人类如柏拉图的洞穴比喻——世界向走出洞穴的人类显现了自己的秩序,世界明亮起来——这就是“文明”的原始意义,所以文明的第一次交流便是文字的交流。文字使人类追索世界的创造者——这是他们的唯心主义的萌动对自己动物唯物主义的叛逆:神的理念在心灵中发生;在诸神的理念中,谁是最高的神明呢?对这个问题的历史性回答是人类宗教交流的历史,所以第二次文明交流是宗教的传播。在对神明的追求中人类的思辨理性发达起来,他们不满足于对最高神明的崇拜,他们还想知道最高神明是如何创造世界和人类自己的,于是科学在欧洲大陆发展起来,故第三次文明的交流是科学的传播。历史还没有完,第四次文明交流将是什么内容和形式呢?第一次是贸易引起的,几乎是毫无声息地发生,甚至历史学家们在他们的通史中更愿意一笔带过,但这次交流意义实在太重大了,直接影响了欧洲文明的进程,这次交流更准确地说是埃及文明的输入,是他们的象形文字经闪米特人与腓尼基人的字母化改造为中介传入希腊(同时还有埃及人的神话与科学传入希腊),后来成为欧洲的各种语文。第二次是希伯莱人那里缘起的基督宗教传入欧洲,欧洲人在消化《圣经》形成基督教哲学过程中重新发现了阿拉伯人保留的古希腊典籍从而完成了希腊文明与希伯莱文明的融合,孕育出了西方科学文明。第三次交流则是西方文明的科学与民主向东方的传播,这次传播与前两次不同,它伴随着中国文明的更新和中国人屈辱与痛苦的记忆,中国文明发生了两千年来未有过的大变局。
到目前为止人类文明有过三次黄金时期:古国文明时期、文艺复兴时期、现代文明时期。古国文明并不仅于四大文明古国,不仅在美洲丛林曾有古老文明的高度发展,希腊文明也被追溯到了更早的米诺斯文明,当然我们说古国文明在中国的先秦和希腊的雅典文明时代是东西方双峰并峙的高峰;而文艺复兴运动发生在欧洲,是基督教文明与古希腊文明融合的结果,中国的四大发明尽管极大地促进了欧洲文明的发展,但由于地理上的阻隔,中国没有能与这一运动发生直接的关系;而现代文明主要是现代科学的诞生,也是发生在欧洲,这一次与中国发生了关系,但中国在这个关系中却有许多耻辱和痛苦的回忆,被动地参与了科学文明传播运动,20世纪中后期由于波及世界的现代集权主义运动,中国不但没有对现代科学文明以贡献,而且经历了三十年蒙昧主义的黑暗时期。21世纪中国以科技创新驱动战略开展太空天文全民科学启蒙运动的人口基数及文明规模必将为全人类在宇宙文明的探索中作出贡献,但中国作为古老文明的国家如果仅限于经济的发展是不能与祖先的光荣相称的。在诗书传家的中国,单纯的富裕者的富裕是不能与读书人的文化地位同日而语的。虽然现代中国人还没有产生影响世界的思想家、科学家,但不能因此说,中国人的思维都变得如乡愿者“唯物主义”的急功近利,中国文明的元气其实正在酝酿她更为超越的形式以显示自己的存在,先秦以来古老的形而上学传统蕴含的潜力是无量的,我们也正是在这个意义上讨论中国文化复兴运动的可能性。
因此第四次人类文明的大规模交流很可能是伴随着中国太空天文科学启蒙运动的宇宙文明探索——宇宙文明与全人类分享传播:在世界范围内让有机自然主义哲学取代欧洲近代兴起的资本主义。正如德国前总理施密特所说“:世界上没有哪个国家(包括古埃及、希腊、罗马和波斯等)能像中国这样,既有悠久的历史,又能在经历百年衰败和屈辱之后重新中兴。这在世界历史上是罕见的,几乎是不可思议的。”中国的和平发展已经是正在进行中的现实,古老而能常新——中国文明的神奇性似乎超越了世界许多人士的理解力;而与此伴随的是人们对大国崛起的恐惧——历史地看这种恐惧是可以理解的,历史上大国的崛起给世界带来的往往不是福音而是灾难:古罗马的崛起伴随着与“蛮族”的血腥战争,拿破仑帝国的扩张给欧洲、俄罗斯(跨欧亚)、埃及人民造成了极大的痛苦,西班牙、葡萄牙、英国的崛起是席卷全世界的殖民主义运动,在传播他们文明的同时也带来了许多文明的毁灭;近代德国与日本的崛起给世界造成了前所未有的灾难,而在苏联与美国作为两极大国的冷战时代,其核威慑造成的前所未有的恐怖令世界人民记忆犹新。对目前中国与世界的深入观察,吾人不难领会,发扬中国文明固有的自然的自由主义并一定程度地结合古希腊文明的个人自由主义精神,摆脱近代乌托邦集权主义的枷锁,彰显中华民族充沛的想象力和不枯竭的创造力——这一历史的机遇已经到来。与以往的文明传播交流不同,中国太空天文科学启蒙运动很可能超越以往文明交流的意义,而是润物细无声的文明洗礼。从宇宙文明的精神气质而论,与西方文明张扬个人主义的扩张主义相区别,宇宙文明是“为道日损”,日损的道不是更小了,而是更大了。内敛的道凝聚起激荡乾坤的力量不露声色地在看似被同化中蔓延,而那来自西方的扩张的力量反把自己消耗在精疲力竭的扩张中,反者道之动——道的日损成就了自己最终的扩张——就像中国的领土在被征服“异族”一样,“是以圣人终不为大,故能成其大”(《老子》)。因此我们设想,当基督教文明被中国文明全面吸收消化之时,也就是基督教“上帝”被容纳到博大的中国有机自然主义“天道”观之日。太空天文科学启蒙运动是人类为了探索宇宙,延续文明的人类意识觉醒,这是人类从大陆文明向太空文明整体跃升的必然过程,这就是人类当下的科技革命与文明革命,也是第三次工业革命浪潮与第四次工业革命高潮呈现给人类的文明捷径,它如同人类几千年文明以来所呈现的传统宗教一样,“崇尚科学、热爱自然”必将是现代文明社会和未来人类社会一个阶段性时期的主流信仰,太空科学必将成为这种信仰的主流形式,人类在太空天文学的探索过程中,能不断地学习到新的天文观和宇宙观,从而使我们自己也能创造新的人生观,价值观,探索的过程中学会把握自然,宇宙的规律,深刻清楚地认识神秘的宇宙,这样才能走出一条和自然,宇宙和谐相处的道路,让人类能可持续地发展下去。(完)
发表于 2015-4-4 11:05:32 | 显示全部楼层
你猜我有没有看完?
发表于 2015-6-15 11:19:14 | 显示全部楼层
真不错,受益匪浅
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