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中国天文学的恒星:张钰哲

【编者按】张钰哲(1902-1986),1919年毕业于北京师大附中,中科院院士,曾任紫金山天文台台长,我国现代天文学的主要奠基人。

“中华”的故事

“中华”,一个多么亲切和令人崇敬的名字!宇宙空间有颗小行星,就是以这个光荣的名字命名的。在小行星表中,“中华”的序号是1125。

故事得从70来年前说起。1923年,当时只有21岁的张钰哲,只身离开祖国去美国求学。1928年,经过5年的学习,他不仅对天文学有着浓厚的兴趣,也为进一步钻研打下了扎实的基础。当时,他正在美国的叶凯士天文台实习。11月下旬的一个晚上,他像往常一样守候在望远镜旁,在萧瑟的寒风中,注视着天上他熟悉的那些星星。

在所拍摄的照片上,张钰哲发现了一颗有点异常的星,作为对照用的星图上,根本找不到它。经过好些天的观测,他终于弄明白了这是一颗过去不认识,也没有人看到过的小行星。根据规定,小行星的发现者有权为自己所发现的天体命名,而在习惯上,多数发现者就以自己的名字来称呼它。

这是由我国科学家发现的第一颗小行星。为这颗编号为1125的小行星取个什么名字呢?张钰哲想得很多,想到了祖国的悠久历史以及前人在天文学和其他科学领域曾取得过的辉煌成就,也想到了当前科学技术的落后和人民受歧视的处境,他毅然用炎黄子孙都引以为自豪的“中华”这个名字来命名小行星,以表达自己对祖国的眷恋之情。

1929年,张钰哲获得博士学位后回国,想为中国天文事业的发展施展抱负,作出贡献。可是,条件的限制和环境的恶劣,不仅使他为发展祖国天文事业的良好愿望无法得到实现,就连那颗“中华”号也因无合适仪器继续跟踪观测而“丢失”了,它长期以来一直被作为“被丢失了的小行星”处理。

新中国成立后,随着国家的发展,天文事业也在大踏步前进。当时任紫金山天文台台长的张钰哲以及在他直接领导下的行星研究室的专家们,一直没有忘怀这颗带着祖国名字和荣誉的小行星,千方百计地寻找它。终于,1957年10月30日,在“丢失”多年之后,“中华”小行星又被重新找到了。张钰哲和同志们的喜悦之情真是用言语和笔墨难以形容的。在欢庆之余,治学严谨的张钰哲认为:从轨道等情况来看,这颗新发现的小行星,与原先那颗1125号确实很像,但并非同一颗。科学是老老实实的学问,来不得半点虚假,他决心继续“跟踪追击”,求得水落石出。经过一些国家的天文台的共同观测,证实1957年发现的是颗新小行星,它确实与1125号小行星非常相像。

又过了整整20年,各国天文台的许多次观测证实,张钰哲的意见是对的。尽管如此,国际小行星中心在反复研究后于1977年作出决定:考虑到第1125号小行星“中华”于1928年被发现之后,在很长的一段时间里没有得到进一步的观测,而在1957年新发现的那颗小行星,其轨道等与它很像,并且两次的发现者又是同一个人,特决定将1957年发现的那颗称为“中华”,编号沿用1125号。1928年发现的那颗今后就不再称“中华”,也不再用1125号编号,只保留它当初被发现时的临时编号。

从此,新“中华”替代了老“中华”,继往开来,翱翔于宇宙空间。

心中只有中国

1902年2月16日,张钰哲出生于福建省闽侯县一个职员家庭,两岁时就失去父亲。他和四个兄弟、两个姐妹跟着寡母艰苦度日。当他到了学龄,因家里无力承担学习费用,只得靠申请免费才进了福州明伦小学。艰难的世道,磨练出他坚毅顽强的性格。小学毕业那一年,他二哥到北京工作,将全家接来北京。张钰哲进北师大附中学习。他学习努力,各门功课都名列前茅,英语成绩更为突出。1919年他又以优异的分数考取考上清华学堂高等科。该校不收费,学生毕业后还可选送出国留学。无论在小学还是中学毕业的考试中,他都取得了全校第一名的成绩。

张钰哲多才多艺,他热爱文学,擅长美术。但他更希望发展祖国的工业。在清华园里,他攻读机械工程,准备有朝一日,使祖国的经济腾飞而起,不再受洋人的欺辱。一天晚上,在同学的宿舍里,他偶然发现了一本小册子,而这本小册子却改变了他的一生,也改变了中国天文事业的命运。这是一本普通的天文科普读物,作者在卷首写了这样一段令人心泣的言语:“天文学乃中国古学,在我国启昌独早,其研究规模,千年前即已灿然大备,惜后中落……近百年复受晚清腐败政治之影响和军阀的摧残,天文古学更日就消亡,几成绝响。诸君关心国粹,扶翼文明,想亦深同愤惜也。”读到这里,张钰哲的心微微颤抖了一下,难道中国真的要沉沦下去?天文古国的雄风难道真的再也树不起来了?

1923年,张钰哲来到美国求学,经过一番深思熟虑之后,他毅然放弃了追求已久的机械工程专业,转而投考了芝加哥大学天文系。经过几年的努力,他发现了“中华星”,为中国的天文事业争得了荣誉,他的名字如同一颗升起的新星传遍了整个世界。

1929年夏,张钰哲获芝加哥大学天文博士学位。他放弃了美方提供的优厚报酬,轻装返回祖国。从此在这块生他养他的土地上,与中国的天文事业结下了不解之缘。

“九•一八”事变后,日本帝国主义侵占了我国东三省并继续西犯,不久又占领了热河地区,矛头直指华北,直指平津。

1932年9月10日,正在南京紫金山天文台服务的张钰哲,受台长余青松的派遣,到北平将安放在古观象台上的四架古天文仪器抢运至南京,以免落入日本人之手。

安放在北平古观象台上的四架古仪器,是我国的传世之宝,也是世界上罕见的古雕铸珍品。其中的两件——天象仪和圭表,曾遭八国联军的劫难,落入德、法侵略军之手,直到第一次世界大战结束后,由于我方是战胜国,才几经周折将宝物要回。难道让它们再次落入侵略者的手中?想到这里,张钰哲深感肩上担子的沉重,无论如何也要把国宝抢回来。人在国宝在,宝亡人也亡。张钰哲下定了决心,只身奔赴北平。

到了北平,他顾不得喘一口气,直奔古观象台。张钰哲令人将天象仪和圭表装入木箱内,然后运送到火车站,通过铁路运往南京。剩下的浑天仪和简仪竟是庞然大物。这两件铜铸仪器分别重8吨和7吨,像两座小山一样稳坐在古观象台上,难怪八国联军对它们都奈何不得!

张钰哲八方求援,跑遍了整个北平城,都找不到一辆可以运载它们的车辆。根据南京政府的密令,一旦北平危急,即将这两座古宝炸毁,决不落入日本人手。奔波了一天的张钰哲回到古观象台时,看到全副武装的士兵散站在两架仪器的旁边,正在筹划着炸毁仪器。

张钰哲一个箭步冲上去,又手抱住了浑天仪,热泪夺眶而出,口里重复着一句话:“等等,等等,你们要相信我……”此时,他的心像撕裂了一样疼痛。急切之中,他猛然想起了光绪年间浑天仪自钦天监紫微殿移到观象台,两地相距3公里之遥,这个庞然大物是如何过来的呢?经过了解,答案找到了,原来是在严冬季节,沿途百姓泼水成冰,100多个壮汉将仪器前呼后拥着自冰道上推过来的。

张钰哲茅塞顿开。早在中学时代,他就学过摩擦力的原理。早秋的季节自然是制不得冰道,但滚动的圆木却可以将摩擦力降低到最小限度。

第二天清晨,张钰哲叫来几十名工人。在两座古仪的底座下垫起了一排整齐的圆木杠,在一声声的吆喝中,两架古仪一寸一寸地移向大门口,穿过裱褙胡同,经西观音寺由东单移到前门车站。12华里的路程,竟用了整整3天的时间。

5天以后,4架国宝安全抵达南京。直到此时,张钰哲的脸上露出一丝笑容。

1937年8月11日,张钰哲测得一项重要的太阳活动预报:1941年9月21日将有日全食带进入我国新疆。据张钰哲的测算,日食带将经甘肃、陕西、湖北、江西,最后从福建北部入海。后来,经英国格林威治天文台证实,张钰哲率先测报的1941年9月21日在我国出现的日全食,是全球400年来罕见的天文奇观,其观赏价值和学术价值都超过了以往任何一次。

为了观测这次奇观,我国有关部门积极行动起来,进行了周密的部署。1940年1月,中国日食观测委员会宣告成立,并购买仪器,绘制地图,安排交通给养,确保观测的顺利进行。

1941年4月,中国日食观测队成立,张钰哲任队长,亲自带队到昆明集训。当时正值太平洋战争爆发的前夜,日军加紧了对香港及我国东南沿海地区的轰炸。观测队自德国购进的观测镜被日军炸毁,由于时间急迫,再次从国外进口仪器设备已经没有可能。张钰哲急中生智,将一架6寸口径摄影望远镜头取下,配上自制的木架,外蒙黑布以代镜筒,另以24寸反光望远镜底片匣附于其后,用以摄取日冕图像。在中央大学、金陵大学和测量总局的大力协助下,总算配齐了必需的设备。这时,张钰哲才深深地松了一口气。

根据预测的情况,1941年在我国出现的日食带,其覆盖地区大部分已沦为敌占区,所剩可观测的地区寥寥无几。这些地方离占区近,随时都会遇到日军飞机的狂轰滥炸。张钰哲深知这次观测意义的重大,这是我国进行的第一次有组织的现代日食观测,其记录将对世界天文科学产生深远的影响。为了使中国的天文事业跨入世界强手的行列,就是冒再大的风险,也要完成这次艰巨的任务。

张钰哲选定甘肃临洮县为观测地。他认为临洮县秋季晴天多,而且相距我国西北第一大城市兰州只有100公里,可以为观测队提供更多的方便。

1941年6月29日,张钰哲率领观测队全体成员携带仪器设备,乘坐2.5吨的一辆军用卡车从昆明取道去临洮,开始了3000公里的行程。汽车行至重庆附近,遇到27架日机的轰炸。张钰哲和他的队员们跳下汽车,钻进农田,趴伏在地,头上飞机盘旋,周围烟火弥漫。所庆幸的是,观测队的成员无一伤亡。空袭过后,公路上弹痕累累,尸骨遍地。张钰哲目睹这一切,毅然驱车继续行驶。

经过6个星期的颠簸行程,观测队于8月13日抵达临洮。在当地军民的大力支持下,观测队在泰山庙戏台前的广场上建起了临时观测点。在安装调试仪器的日子里,观测队经常遇到日军的空袭。据《中央日报》统计,观测队抵达临洮以后,共遇日机空袭25次。有次日机空袭,正值张钰哲调试仪器,他立即跑到了旁边的树丛中躲藏起来,周围的群众都为他捏了一把汗。空袭过后,他又埋头紧张地工作起来。

9月21日9时30分,全球瞩目的日全食初亏终于出现了。当时晴空万里,但见月亮的黑影从西侧开始侵入太阳。40分钟后,太阳被“吃掉”了1/3,天空也逐渐昏暗,气温下降。又过了半个多小时,太阳整个被“吃掉”了,月球遮住了整个日轮。又过了一会,全食的四周辐射出万道金光,“日冕出现了!”在场群众欢声雷动。10时59分,太阳开始生光,万物恢复到原来的状态。张钰哲和他的队友们观测和捕捉到珍贵的天文资料170多项,共摄得照片200余张,“五彩”影片20卷,重庆中央广播电台将实况通过无线电波转播到世界各地。

这次日食现象,历时3分钟,与张钰哲所预测的情况完全吻合。在中华民族遭受外国侵略之时,在中国本土上进行的这次成功的有组织的日食观测,其意义早已超出了“天文”的范畴。

抗战胜利后,身为紫金山天文台台长的张钰哲怀着无比的喜悦,和他的同事们一起将天文台迁回南京。

为了更多地了解世界天文发展的动向,发展中国的天文科学,1946年,张钰哲前往美国、加拿大等国考察。凭借他在世界天文学领域中的影响,在国内外朋友的帮助下,他先后访问和考察了美国帕洛马山天文台、基特峰天文台、阿雷西博天文台、橡树岭天文台以及加拿大维多利亚天文台。

在出国访问的过程中,张钰哲一方面注意考察美、加等国使用的遥遥领先的仪器设备和尖端的科学技术,另一方面向西方介绍了中国天文事业的发展状况及中国人对天文科学的贡献。他以实际行动向世界天文学界证明:别人家做的事,中国人也能做到;别人不能做到的事,中国人一定也能做到!他在美访问期间,以唯一的外籍代表身分被邀请参加在波士顿召开的美国天文学会年会。在会上他发表了“变星的速度曲线”和“大熊星座的光谱观测”两篇论文。他那严密的论证,透彻的分析获得了同行们的一致好评。论文很快地发表在美国《天体物理学》杂志上,那是美国很有权威性的一份刊物。当他再次来到使他发现“中华星”的叶凯士天文台时,张钰哲的名字又一次升上天空——他在变星照相观测中发现了一颗新的变星!张钰哲对天文学的贡献令外国人刮目相看,中国人的智慧令外国人惊叹。“张钰哲真了不起!中国人真了不起!”此时此刻,“张钰哲”与“中国人”联在一起。张钰哲是中国人,而中国人就是张钰哲。

正当外国朋友庆贺张钰哲的考察取得丰硕成果之际,国内传来了令人失望的消息:国民党外交部突然中断对他回国路费的承担。这消息如同当头一棒落在了正准备归国的张钰哲身上。此时此刻,他感到浑身冰凉,甜酸苦辣五味俱全,他的心在哭泣……

恰恰相反,美国及加拿大的同行们听到这个消息后却异常高兴,他们奔走相告,觉得再也找不到像这样一个说服张钰哲留美的好机会了。美国各大天文台向他发来了聘请书,加州大学立克天文台破例以优厚的待遇聘他去当台长,并答应安排好他夫人的工作。金钱、待遇,对他来讲,从来是不屑一顾的,唯一使他感兴趣的是美国天文学界那高精尖的仪器设备。但是这些,和祖国的需要比起来又算得了什么?

这一夜,张钰哲辗转反侧,他想起了18年前,当他通过博士论文答辩的时候,当时的叶凯士天文台台长樊比博教授向他提出在该台任职的挽留,遭到了他的婉言拒绝。也是这样一个夜晚,他睡不着,披上衣服奋笔疾书,写下了这样两句诗言:“楚材岂能为晋用,相期神州建灵台!”此时,这两句话又在耳边作响。祖国毕竟是我的母亲呀,我的一切都是母亲给的。我虽不材,但岂肯为晋用?

主意已定,他婉言回绝了美国朋友和同行们的邀请,利用美国国家地理学会派队到我国浙江武康地区观测日食的机会,1948年初回到了祖国。

新中国成立后,张钰哲一直担任紫金山天文台台长。几十年来,他一直耕耘在祖国天文科学的园地上。

他不仅是一位杰出的科学家,同时也是一位富于才华的领导者。有人形象地比喻说,他的一只眼睛盯着星空,而另一只眼睛始终看着紫金山。这话一点也不过分,他在勤奋地进行科学研究的同时,一直关心着对紫金山天文台的建设。

1949年10月,在张钰哲的努力下,紫金山天文台的观测仪器得到了修复。他又倾注心血,花去4年的时间建成了我国最先进的天文仪器厂——南京天文仪器设备制造厂。以后,他又亲率同行自制和引进了国际一流水平的科学仪器,使紫金山天文台名享四海,它不仅对恒星、行星进行观测,同时也对空间天文学、射电天文学、实用天文学、历算和天文仪器等方面进行综合研究,这一切包含着张钰哲一生的心血。

中华民族的骄傲

“百战长征拼汗血,三山摧灭坐观成。步天测度原无补,病榻栖迟负国恩。”这是张钰哲1963年住北京医院时所作感事诗中的几句。他在诗中慨叹自己身体欠佳,不能为国家健康工作,其报国热忱,跃然纸上。

半个多世纪以来,张钰哲致力于天文事业,他和他的助手们一起共获得8000多次小行星的成功观测,并先后发现1000多颗新的小行星和以“紫金山”命名的三颗新彗星。发表过近60篇观测和研究的学术论文。1954年他开展了小行星轨道测定、摄动计算和改进轨道方向的计算研究工作,当时在国内都具开创性。

1957年初,世界上还没有一个国家发射人造地球卫星,张钰哲即在此时应用天体力学基础理论研究了人造卫星轨道,并发表了《人造卫星的轨道问题》的专题论文,从理论上探讨了地球的赤道隆起和高层大气阴力对人造卫星轨道的摄动影响。这项研究,为我国人造卫星轨道的研究工作奠定了基础。

60年代初,张钰哲又进行了有关月球火箭轨道的研究。1965年,他率领有关人员参加了我国第一颗人造卫星的轨道设计和方案论证工作,为成功发射我国第一颗人造卫星做出了贡献。

他为人谦逊,各项工作事必躬亲,对年轻人身教重于言教,循循善诱地加以培养。在整个五十年代直到六十年代早期,他仍以花甲之年和年青人不分昼夜地一同观测,一同计算。他在观测室里通宵达旦,度过了无数的严冬寒夜。这位身材消瘦,对许多事物似显淡漠的老科学家,在望远镜和计算机旁。倾注了火一样的热情。

国际天文学界为了纪念他,在1978年8月1日出版的国际小行星通报第4420期中,宣布将美国哈佛大学天文台1976年10月23日发现的一颗小行星命名为“张” (Chang)。通报中说:“这颗小行星的命名,是为了表示对张钰哲的敬意,他是中华人民共和国的天文学界的领导人之一,紫金山天文台台长,他长时间积极从事小行星、彗星的观测和轨道计算,他还测定了小行星的自转周期,进行过分光双星工作。……”

张钰哲8岁时曾见过哈雷慧星的出现。70多年后,他依然清晰记得当时的情景。1986年1 月当哈雷慧星在天空重现时,张钰哲又一次见到了它。他成了我国唯一的一位在一生中见过两次哈雷慧星的天文学家。

1986年7月21日,84岁的张钰哲在南京逝世。遵照他的遗愿,他的骨灰深埋在紫金山天文台内的一个极不起眼的角落,地面上没有任何标记。

张钰哲虽永离人世,但他发现的“中华”和以他姓名命名的“张钰哲”星,仍在遥远的天际不息地绕着太阳运转,每隔240分钟,张钰哲就以他深沉的眼睛,在浩茫的宇宙空间深情地凝视一遍美丽的祖国。

(根据《张钰哲——“中华星”的发现者》、中国科学院紫金山天文台网站《院士风采之张钰哲》、《观河汉星辰 究躔离仪象——记著名天文学家张钰哲先生》等综合编写)