中国现代天文台述源

林 清

副研究员,中科院上海天文台,上海200030

中国现代天文台述源

林 清

副研究员,中科院上海天文台,上海200030

天文 博物馆 历史

以上海天文博物馆的史料为线索,对20世纪初以徐家汇天文台、佘山天文台、青岛观象台、紫金山天文台等为代表的现代天文台在中国的发展历程进行了回顾,对上海天文博物馆的馆藏文物也进行了相应的介绍。

提起中国现代天文发展的源头,很多人首先会想到紫金山天文台。不错,这是中国人自主建造的第一座现代天文台,被誉为“中国现代天文学的摇篮”。然而,在中国的土地上,按照现代天文学模式建立起来的天文台,起源却比此更早。徐家汇天文台、佘山天文台、青岛观象台,都是中国现代天文的发源地之一(文中部分照片见彩插四)。虽然他们都由外国传教士所建,目的都是为殖民统治服务,但在客观上,他们所使用的科学方法和科学仪器,还是促进了中国现代科学的发展。

在上海的西南郊,有一座神奇的百米小山——佘山。山上建有远东地区级别最高的圣母大殿,还有一百年前在国际上也小有名气的佘山天文台。至今,当地人还是固执地要把上海天文台佘山工作站说成是佘山天文台,可见其影响之大。

佘山天文台,这座法国传教士建成于1900年的天文台,是中国土地上诞生的第一座真正从事天文科研工作的天文台。中国土地上的第一座天文圆顶,第一台大型天文望远镜,第一张天文底片,都在佘山天文台。

如今,这里已是上海天文博物馆,本文即以这个博物馆中的史料,讲述一些中国现代天文起步的故事。

1 源起教会——上海滩孕育天文台

科学与宗教,似乎势不两立。但在科学发展史上,事实却并非如此。诚然,科学是在与中世纪黑暗教会势力的斗争中获得新生,然而同时,许许多多的教士也在从事着科学研究和科学传播工作,许多科学家其实也是忠实的教徒。在西方,科学和宗教的关系错综复杂,决非水火不相容那么简单。

在中国,近代科学的引进就是西方传教士播下的种子。明朝后期,西方就有很多传教士进入中国土地传教,他们在传播上帝教义的同时,也带来了西方的近代科学发现。

在这个西学东渐的过程中,最为重要的人物当属明朝末期的上海人徐光启。他曾官拜崇祯朝的礼部尚书和文渊阁大学士,与西方传教士汤若望、利马窦等人交往甚密,从他们身上学习了西方蓬勃发展的近代科技,并借助其自身高位将这些知识不遗余力地传递给中国的士大夫们。他主持编纂的《崇祯历书》系统介绍了西方古典天文学的理论和方法,其中甚至出现了伽利略将望远镜用于天文观测后的一些天文发现。正是由于徐光启的影响,天主教耶稣会士开始负责皇家钦天监的工作,这一传统甚至在清朝仍延续了200年,他们的工作客观上为中国人带来了西方的数理天文学,促使中国天文学纳入了世界天文学的发展轨道之中。

早期中国与西方天文学的联系基本上局限于历法编制,到清朝中期,伴随闭关锁国的政策,中西科技交往几乎隔绝。直到鸦片战争轰开了国门,西方传教士再次蜂拥而入,西方天文学才又一次进入了中华大地,并真正开始成为中国近代天文发展的起点。

1872年8月,天主教江南教区决定在上海建立一座“与耶稣会相称”的天文台,1872年12月,高龙盘(Augustinus Colombel)神父等人在蒲西路一处教士住所开始了气象观测,并于次年动工兴建观测楼。历史上即以1872年作为徐家汇天文台的起点,这是中国第一座被冠以天文台之名的研究机构,其后来的主楼即位于现在上海徐家汇漕溪北路的上海气象局内。

徐家汇天文台初建之时未设台长,由高龙盘、能恩斯等人共同管理,1880年才正式任命瑞士藉传教士能恩斯(Marcus Dechevrens)为第一任台长,其业务范围包含了气象、天文、地磁、地震等,为法国在上海的殖民地提供综合性科学服务,可谓无所不能。然而,由于缺少大型天文望远镜,天文学并非其主要工作。

清光绪十年(1884年),徐家汇天文台开始用巴黎高梯尔(Gautier)中星仪测时,并设立航海服务部,在外滩设信号塔,定时报时和悬挂气象符号,为黄浦江停泊的船舶服务。这就是民间俗称的外滩天文台。

1898年,徐家汇天文台筹集资金,购置了一台口径40 cm的双筒折射天文望远镜(图1),并为其在佘山建立了一座新的天文台,这就是后来闻名于世的佘山天文台。1900年,佘山天文台正式落成,法国传教士蔡尚质(Stanislas Chevalier)成为该台第一任台长。蔡台长不仅积极致力于佘山天文台的创建,而且亲身开展天文观测和研究,长达20余年,研究范围包括太阳、恒星、星团、小行星、彗星等。

图1 佘山天文台第一任台长蔡尚质(中间坐者)在使用40 cm望远镜观测天象

这就是中国土地上第一个真正意义上的现代天文台,其主要业务工作就是天文学研究。

除了徐家汇天文台和佘山天文台这两个主要机构之外,上海天主教会还建有另一座天文台,即菉葭浜天文台,其原址在今天的昆山地区(图2)。该台主要从事地磁研究工作,是徐家汇天文台为了避开上海城市发展对地磁工作的影响而于1908年在远离城市地区设立的研究机构。1931年,菉葭浜天文台的研究人员和设备开始陆续迁往佘山新建的地磁观测室,成为佘山天文台的一部分。

图2 1931年的上海地图,其上列出了当时三个天文台并立的地理关系图

因此,在上海地区,从1908年到1931年,有过徐家汇天文台、佘山天文台和菉葭浜天文台三个天文台并立的局面,三台行政上相互独立,但由徐家汇天文台起总协调的作用。民间俗称外滩天文台则只是徐家汇天文台设在外滩的一个气象和时间服务处而已。

历史文献上曾经有过天文台和观象台的名词混淆,有些文献中出现的是徐家汇天文台和佘山天文台,另一些文献中出现的则是徐家汇观象台和佘山观象台,甚至有些人说徐家汇的机构主要从事气象工作,所以应该叫徐家汇观象台,佘山的机构主要从事天文工作,所以应该叫佘山天文台。但是,真相只有一个。笔者经过审查历史资料,找到了最为可靠的证据,那就是天文台图书馆中保藏的各种期刊资料,上面的印章记录了历史的真相:徐家汇天文台、佘山天文台。解放之前一直如此。

解放后,徐家汇天文台和佘山天文台回归中国政府,一度归属紫金山天文台管理,为了区别起见,将其更名为徐家汇观象台和佘山观象台,直到1962年上海天文台成立。恐怕这就是历史文献上出现名称混淆的主要原因了。

2 史册留名——上海教会天文台的代表人物

上海的教会天文台,特别是佘山天文台,是在中国土地上最先开展天文研究工作的机构,虽然其目的是为殖民者服务,但在客观上促进了近代科学在中国的传播。其中各位业务骨干,虽为神父,却依然在科学工作中兢兢业业,为后世留下了宝贵的天文观测资料。他们都没有后代,但他们依然应该在后世留名。在佘山的上海天文博物馆里,就重点介绍了以下几位代表性人物。

首先不得不提的是法国传教士蔡尚质神父(见图3),这是一个自学成才的典范,他没有受过高等教育,仅仅凭着对科学的热爱和对宗教的虔诚,刻苦钻研而得到了教会的赏识。他于1883年来到中国,先到徐家汇天文台工作,1888—1896年担任徐家汇天文台台长,改变了该台以气象和地磁观测为主的状态,开始筹办测时和授时业务,从事一些真正的天文工作。为了提高天文台在世界上的地位,蔡尚质为首的传教士们决定向各界募款购买大型天文望远镜。经过努力,他们于1898年共筹得10万法郎,终于从法国巴黎购进了一架40 cm口径的双筒折射望远镜,并为此在上海西南郊的佘山建立了一座新的天文台—佘山天文台。蔡尚质神父即担任该台第一任台长,并且亲身开展天文观测和研究,从1901年开始至1924年再次回到徐家汇天文台任总台长的前后20多年里,40 cm大望远镜从来没有浪费一个可以观测的晴朗白天或夜晚。

图3 蔡尚质神父(1852—1930)

继蔡尚质之后,佘山天文台另一位重要人物是法国神父雁月飞(Petrus Lejay),他于1926年来到上海,成为徐家汇天文台新一代业务专家,1931—1939年同时担任徐家汇天文台和佘山天文台台长。雁月飞参加了1926年和1933年两次国际经度联测,并且主持了第二次联测工作。1933年,雁月飞还应北平研究院邀请,在中国历史上首次对从东北到东南的广大地区进行了全面的重力测量。由于他在科学上的卓越工作,他后来当选为法国科学院通讯院士,晚年还担任过国际无线电科学联合会主席。佘山天文台是法国传教士的天文台,但在蔡尚质台长所收的学徒中,却有一个中国人后来成了中国自己的天文事业的开创者之一。他就是上海金山人高平子(图4),其原名高钧,袭用汉朝天文学家张衡的字“平子”为号,后以此著名。1912年他在上海震旦大学毕业后,自费在佘山天文台拜蔡台长为师学习了两年。高平子后来于1924年代表中国政府从德国人手中接管青岛观象台,具体负责其中的天文工作,并创建了中国最早的自主时间服务系统。1928年,高平子受聘为中央研究院天文研究所的研究员,担任过代理所长,并积极参与了紫金山天文台的筹建工作。1935年,高平子代表中国天文界第一次参加了国际天文学联合会(IAU)大会,使中国正式加入了这个国际组织。1982年8月,IAU第18届大会上通过决议命名了一批月球地形,其中有一座环形山即以高平子的名字命名,这是当代中国科学家的名字首次出现在月面上,也是国际天文界对其卓越贡献的肯定①高平子先生晚年在台湾度过,从事数学教育和历书编算工作。。

图4 高平子(1888—1970)

徐家汇天文台和佘山天文台的各位台长和业务骨干,都既是令人尊敬的神父,又都在科学做出了显著的成绩,除上述几位在天文学方面的贡献之外,还有许多气象、地磁研究方面的专家在国际学术界也都拥有一定的地位。虽然他们心中的信仰和真正的科学家并不一样,但他们忠于职守,在艰苦环境中兢兢业业从事问天工作的精神,却又惊人地相似。博物馆中留下他们的名字,不为他们的信仰,而为传承这种精神。

笔者考察历史资料,整理出上海地区教会天文台历任台长年谱如下:

徐家汇天文台(1872—1950)

佘山天文台(1900—1950)

菉葭浜天文台(1908—1930)

3 问天遗物——佘山天文台的珍贵设备和成果

佘山天文台颇有一些传奇色彩。历经一百年的沧桑,躲过了抗战的峰火,逃过了文革的浩劫,留在我们面前的竟然还基本上是百年前的原貌,无愧于中国最老的近代天文台遗址,它为我们留下了丰富的珍贵历史文物。

百年老台,百年的楼,佘山天文台最珍贵的文物当属这座经历了百年风雨的主楼。这是一座具有典型欧洲风格的建筑,现在呈现于游客面前的主楼占地面积约2 000 m2,其实只有中央通道往西的部分才是真正的百年老楼,往东的部分则是后来增加出来的。如果从空中俯瞰最原始的百年老楼,它的外形竟然就是一个十字架,当年传教士建设天文台的用心昭然若揭。在大楼的内部,别具一格的壁炉、百叶窗和法式建筑布局也令游客回味无穷。

佘山天文台最重要的观测仪器当然就是那个名为40 cm双筒折射望远镜的庞然大物了,这台望远镜由法国巴黎的高梯埃光学工厂制造,与大望远镜配套的10 m铁制大圆顶也是法国制造的。

这台望远镜看起来是一根长方形的钢铁管子,其实里面装有两个基本相同的折射式望远镜,它们的物镜直径都是40 cm。这两个望远镜并排装在一起,却各有各的用途。其中一个望远镜的下端有目镜接口,可直接用眼睛观察;另一个望远镜的后面则装有底片盒,专门用来拍摄天文照片。

这台望远镜虽有3吨多重,但由于设计合理,它可以灵活地在架子上左右、上下转动,对准天上不同位置的星体。铁制大圆顶也能360度转动,它的上面有一道天窗,平时是封闭的,防止雨水、灰尘落进来。晴夜观测时,圆顶转到准备观测的方向,再把天窗打开,就可以用望远镜观测了。望远镜的下面有一个铁条焊成的座椅,它是一开始就有的原配观测座椅,100多年来,中外好几代天文学家坐在这个位子上,度过了无数个不眠之夜。

40 cm双筒折射望远镜在近百年的科研观测中拍摄了大量的天文底片,现在保存下来的就有7 000多张,他们不仅具有文物价值,还具有科研价值,迄今仍有科学家们在利用这些底片数据从事科研工作。

除了这个大望远镜之外,天文博物馆里还收藏有大量珍贵的历史文物。在“子午测时”展厅,我们可以看见一种称为子午仪的望远镜,这是一种专门设计用于测定时间的仪器,它只能在子午线方向(即从正南点到正北点并经过头顶的一条大圆弧线)观测星体,通过观测恒星通过当地子午圈的时刻来精确测量天文钟的钟差。博物馆展出的这台子午仪称为“帕兰子午仪”,于1925年购于法国巴黎,口径8 cm,平时一直用于天文测时。该子午仪安放在一个坚固稳定的花岗岩基墩上,基墩则与周围的地板断开,确保周围的震动对观测不产生影响。子午仪还可以从事地理经度的测量工作。展出的这台帕兰子午仪就参加过1926年和1933年两次国际经度联测。

上海教会的几个天文台在几十年的工作中都取得了丰硕的科研成果,还长期出版《徐家汇天文台年刊》和《佘山天文台年刊》以汇集科研成果。在天文学方面,比较重要的科研成果有:“哈雷彗星1910年回归时的照相观测与研究”;“太阳黑子和日珥研究”;“1122对赫歇耳双星的重测”;“1918年天鹰座新星的分光研究”;“1926和1933年两次国际经度联测”;“利用爱神星以定太阳视差的国际联测”;“星团的照相研究”;“赤道带附近恒星星表”等等。此外,天文台在气象、地磁、地震、航海服务,以及科技史研究等方面也都取得了很多成绩。

4 青岛观象——最早由中国人接管的天文台

西方传教士对中国的文化侵入,上海仅是一个典型而已。与法国传教士在上海的开拓类似,德国传教士也在山东半岛开始了科学机构的工作。他们的工作,使青岛成为中国近代天文学发展的又一处发源地。

青岛观象台,位于风景秀丽的避暑胜地——青岛市区海拔75 m的观象山山巅。1898年,德国海军港务测量部在馆陶路1号建立气象天文测量所,1905年改称“皇家青岛观象台”。1912年建成的观象台主楼共7层,高21.6 m,全部为花岗石砌筑,是一座具有欧洲古城堡式样的建筑。

1914年,日本占领青岛后,青岛观象台被日军所占,改称“气候测量所”。1922年,中国政府宣布正式接收该台主权,改称观象台。但直到1924年,蒋丙然和高平子作为中国政府的科学代表,才真正成为该台第一批中国管理者,蒋丙然先生负责地磁研究,高平子先生负责天文研究。他们在军阀混战的艰难环境下,开创了中国人自己的现代天文事业。1924年,青岛观象台开展了中国自主的时间服务工作;1925年开创了现代太阳黑子的观测和研究;1926年青岛观象台作为中国代表应邀参加了第一届国际经度联测工作,开创了中国天文工作者进入国际合作的先河。

1931年10月,青岛观象台主楼的西侧山巅建成了中国人自己建造的第一座大型天文观测室,整体建筑是花岗岩圆体,直径7.8 m,高14 m,顶部的球形是钢木结构,可转动。楼内装备了德国柏林工厂制造的口径32 cm,焦距3.58 m的大型天文望远镜等设备,使青岛观象台步入了一个新的发展阶段。

不幸的是,抗战爆发之后,青岛观象台于1937年被日本人再度强占。直到1946年抗战胜利后才归还中国。1949年解放后,青岛观象台由海军接管。1957年,天文、地磁、地震三部分移交中国科学院。从此,青岛观象台一分为二:气象部分归海军管理;其他则归属紫金山天文台管理,定名为“中国科学院紫金山天文台青岛观象台”,该台除继续从事太阳黑子的观测和研究外,还积极从事小行星、彗星、恒星和人造卫星的照相定位工作,取得了丰硕的科研成果。青岛观象台曾于1978年撤消建制,划归海洋研究所,后于1993年恢复其原有隶属关系。

青岛观象台虽然始创于德人,两度日占,历经沧桑,但是它的主要业绩,特别是在天文学上开拓性的贡献,都是在中国接管后开展的,为中国近代天文事业写下了重要篇章。

5 紫金建台——中国人自己建立的天文台

中国科学院紫金山天文台,是中国最著名的天文台之一。建成于1934年9月,位于南京市东南郊风景优美的紫金山。紫金山天文台是中国人自行建立的第一个现代天文学研究机构,其前身是成立于1928年2月的国立中央研究院天文研究所。

1913年10月,日本在东京召开亚洲各国观象台台长会议,他们邀请法国教会在上海的天文台代表中国出席会议,当时的中央观象台台长高鲁深以为耻,发誓要建造一座能与欧美并驾齐驱的天文台,于是多方奔走,筹划建立中国人自己的天文台。然而,就在建台筹备工作即将转入实际运作的时候,高鲁受命转任法国公使,不得不将这个光荣的使命交给了他所信任的厦门大学天文系主任余青松。

余青松先生不负高鲁厚望,最终在风景秀丽的紫金山第三峰上建成了紫金山天文台。天文台入口牌楼采用毛石作三间四柱式,覆盖蓝色琉璃瓦,充满民族特色,建筑台基与外墙用毛石砌筑,朴实厚重。

紫金山天文台是一个综合性的天文台,始建时拥有60 cm口径的反射望远镜、20 cm的折射望远镜、15 cm天体照相仪,以及太阳分光镜等设备。抗日战争时期,大部分工作人员和设备被迫迁往昆明,在那里建立的临时天文机构,后来成为中国科学院云南天文台。

新中国成立后,紫金山天文台修复了损坏的天文仪器,并先后增置了色球望远镜、定天镜、双筒折射望远镜、施密特望远镜和射电望远镜等先进的天文仪器,进行恒星、小行星、彗星和人造卫星的观测与研究,以及对太阳的常规观测,研究太阳的活动规律并作出太阳活动预报。紫金山天文台还是中国历算的权威机构,负责编算和出版每年的《中国天文年历》、《航海天文历》等历书工作。

紫金山天文台的建成标志着中国自主管理的现代天文学研究的开始。由于紫金山天文台长期以来都是中国天文学者工作的地方,因此中国现代天文学的许多分支学科和天文台站大多派生于兹。紫金山天文台虽然不是中国土地上的第一座天文台,但仍因其独特的历史地位而被誉为“中国现代天文学的摇篮”。

6 角色转换——博物馆讲述天文台的故事

游客们登上西佘山国家森林公园的山顶,直入眼帘的就是“佘山天文台”几个大字,它曾是远东地区一座举足轻重的天文台。1962年中国科学院上海天文台成立后,佘山天文台正式更名为上海天文台佘山工作站,继续开展天文观测和研究工作。20世纪80年代后期,佘山工作站逐渐退出了科研第一线,转而积极开展科普教育工作,1999年被命名为“全国青少年科技教育基地”,2002年被列入上海市级文物保护单位。

2004年,在上海市科学技术委员会和上海市文物管理委员会的共同支持下,上海天文台对原佘山天文台的主楼开始了大修,并在此基础上建成了上海天文博物馆。2004年11月16日,上海天文博物馆正式开馆,百年老台从此掀开了新的一页。

上海天文博物馆是一个兼具历史展陈和科普教育特色的场馆,现展示内容分为三大展区和若干互动展项。

“百年天文台”展区,以众多文物和史料展现中国近代天文科学发展的脉络,天文博物馆的价值尽现于此。

“聚焦望远镜”展区,围绕天文望远镜这个主题进行陈列展示,由“望远镜400年”、“百年老镜”以及“子午测时”三部分组成。其中“望远镜400年”主要展现天文望远镜的发展历史及其带动天文科学发展取得的成就;“百年老镜”是上海天文博物馆最具价值的展示区域,展现的是中国第一台大型天文望远镜——1900年建成的40 cm双筒折射望远镜,同时配置了互动演示系统,使游客可以深入了解这个望远镜的价值、功能和使用方法。“子午测时”展示的则是天文台的另一个重要文物级望远镜——帕兰子午仪,同时介绍时间测量的相关知识。

“时间与人类”展区,以科普教育为主,主要介绍时间的基本概念,时间计量发展史,及其与人类社会和生活的密切关系。

天文博物馆中还有一处百年历史的天文图书馆,也是中国历史最悠久的天文图书馆,它收藏了自1900年建台以来收藏的26个国家各类天文期刊和专著约2万余册,其中最老的书刊可追溯到200年前。

作为一个科技型展馆,上海天文博物馆安排有许多互动科普项目,其中“星空之旅体验厅”作为国内独创的互动式球幕电影厅,以震撼的球幕电影方式引导游客漫游宇宙世界,同时具备触摸互动功能,激发游客探索宇宙奥秘的兴趣。“多功能科普天文台”配置一台35 cm口径的进口天文望远镜,白天可观测太阳,夜间可开展天文观测。“太阳观测中心”则可将科普天文台获得的实时太阳像在互动式太阳观测平台上展现出来,同时还可以演示太阳相关知识和以往太阳录像。

从科研基地到科普教育基地,原佘山天文台在历史上完成了一个重要的角色转变,上海天文博物馆的建成更使其如虎添翼,成为上海天文台保护历史古迹,并积极开展天文科普宣传的重要教育基地,为传播天文知识,弘扬科学精神而奉献自己的价值。

(2009年12月13日收到)

(责任编辑:温文)

Trace the Origin of Modern Observatories in China

LIN Qing
Associate Professor,Shanghai Astronanical Observatory,Chinese Academy of Sciences,Shanghai 200030,China

Upon many historical archives in Shanghai Astronomical Museum,the history of modern astronomical observatories in China,including Xujiahui Obs.,Sheshan Obs.,Qingdao Obs.,and Purple Mountain Obs.,was reviewed.Many precious relics in the museum are also introduced in this paper.

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