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张钰哲科学精神与行星科学传承
(杨捷兴)

  科学传承内涵比较丰富,包含科学发展的基础、成就、治学方法、学风、学科方向等多个方面,我要讲的是通过紫台行星科学发展的历程,来谈谈以张钰哲先生为代表的老一辈科学家的科学精神,我们该如何去继承和发展。要了解张钰哲的科学精神,首先就要知道张钰哲作为中国现代天文学的主要奠基人,他的学术成就有哪些?他的主要贡献体现在哪些方面?2022年2月16日是张先生诞辰120周年纪念日,这篇文章也是表达我们对张钰哲先生的缅怀和纪念,文章包括四个方面的内容:

一、张钰哲先生对中国天文学发展的卓著贡献

二、张钰哲先生的科学精神与科学传承

三、改革开放中我们如何学习传承张钰哲科学精神

四、期望年轻人能进一步发扬紫台的科学传承

  一、张钰哲先生对中国天文学发展的卓著贡献

  大家知道,张钰哲是中国现代天文学的主要奠基人,紫金山天文台是中国现代天文学的摇篮,为什么这样说呢?我想从五个方面来谈谈张钰哲先生对中国天文学发展的卓著贡献。

  (一)开创了我国行星科学观测研究和新天体发现的工作

  举世皆知,1928年张钰哲在美国叶凯士天文台留学时,发现了(1125)中华星,这一发现和命名意义十分重大,影响非常深远。因为这是中国人首次发现的小行星,并命名为“中华星”,这是一个标志性的发现,标志着中国天文学开始进入现代天文学的转折。而就在1928年,中央研究院在南京建立天文研究所,并开始在紫金山上建中国自己的天文台。(1125)中华星发现之后,还出现了传奇故事,1957年国际上将(1125)星号和名字赋予以张钰哲在紫金山上发现的新小行星1957UN1,1988年原先的1928UF又找到后重新给以新的编号和名字(3789)中国星。为了纪念(1125)中华星发现的传奇,小行星基金会特制了一个四九黄金的贴金小行星模型放置于基金会会议室,永不止息地转动着。

  我国小行星、彗星的观测和轨道计算研究工作始于1949年12月,当年张钰哲亲自观测小行星使用的是小赤道仪15公分摄影仪。张先生非常重视天文观测,因为天文学是一门以天文观测为基础的科学。五十年代初期,张先生带着他的学生张家祥经常通宵达旦地观测小行星,冬夜的紫金山上冷凛的寒风把手脚都冻麻了,张先生常说“不知者以为苦,知之者以为乐也”,还经常说我们现在是“终日计算忙、未晚观天早”呀!

  紫台的大台60公分反光望远镜也曾用于小行星观测,紫台在社会上有广泛影响的小行星、彗星等新天体探索发现工作就是张钰哲、张家祥用这台望远镜从1955年1月发现第一颗小行星PO1开始的。

  在新天体探索发现工作中,有两次发现是特别值得称道的,一次是在1965年元月的10天之中,连续发现了紫金山1号和紫金山2号两颗姐妹彗星,开创了中国人发现彗星的先河。1964年在张钰哲主持下,安装了40厘米双筒望远镜,使得新小行星的发现大量增加,在全球62个天文台中,紫台同期获国际正式编号的新小行星发现数进入前五名。另一次发生在1977年,行星物理组在3月11日天王星掩星的光电观测中,意外地发现了天王星光环,国际上同时有5个天文台也都发现了天王星光环,这是自从伽利略首次观测发现土星光环以来,人们才知道天王星也有光环,是1930年发现冥王星以来,太阳系内的一次重大发现。

  1988年紫台张钰哲等人的“小行星、彗星的探索发现与研究”项目获得国家自然科学奖二等奖,当时是南京地区获得的最高自然科学奖项之一。

  (二)开创我国人造卫星轨道研究,为我国航天事业作出杰出贡献

  早在1957年初,苏联发射第一颗人造卫星之前,张钰哲先生高瞻远瞩对张家祥说,“今年是国际地球物理年,很可能要发射人造地球卫星,我们要及早做些研究”,于是师生二人就应用小行星轨道运动理论的研究基础,根据人造卫星绕地球运动的特点进行轨道研究,在运动方法中解决了地球非球形摄动、大气阻力摄动的分析解和计算方法问题,于1957年发表《人造卫星的轨道问题》专题论文,这是中国人造卫星运动理论的经典文献和奠基性工作。这项成果奠定了我国人造卫星轨道研究工作的基础,在我国发射第一颗人造卫星的轨道工作得到成功应用,并指导了我国初期人造卫星的观测和预报工作。

  1965年党中央下达651任务,中国要发射人造卫星,要制定东方红卫星总体方案,张钰哲台长带队参加我国第一颗人造卫星的轨道设计和测轨方案论证工作,出任国家任务组组长,亲自作计算分析,阐述指导意见,为我国东方红卫星顺利上天作出了重要贡献。

  1978年全国科学大会颁发的奖状中,紫台第一个获奖项目就是我国第一颗人造卫星轨道方案的制定。

  六十年代初期,在张钰哲领导下行星室开展月球火箭和轨道研究,他和张家祥等发表论文《定点击中与航测月球的火箭轨道》。

  张钰哲先生同时对地球同步卫星的稳定性问题进行理论研究和公式推导,留有手稿“月球卫星和24小时地球卫星稳定性的初步探讨”和“二十四小时地球卫星的稳定性”。

  1970年4月24日我国第一颗人造卫星发射成功,东方红乐曲响彻全球后,张家祥等人在张钰哲所作的同步卫星同步轨道稳定性研究的基础上,完成了我国第一颗赤道同步卫星轨道研究工作,写出了6万多字的研究报告,应用于中国同步(通信)卫星工程。由此可见科学巨匠的前瞻性。

  2001年12月在北京人民大会堂举行钱学森星命名仪式时,钱老还在医院不能亲自出席,特地托他夫人在大会上说:“紫金山天文台对我国人造卫星上天作出过杰出贡献”。

  张钰哲先生对我国航天事业所作的突出贡献是多方面的,具有前瞻和预见性。1964年4月张钰哲写了一篇科学文章“星际航行对天文学的影响”,文中预见到将来在人造卫星、宇宙飞船和月球上进行天文观测。天文学将会有更多的气象、地质、生物、地球物理的科学家参与进来。这种科学的预见正在得到一一证实。充分体现了一名战略科学家的远见卓识。

  (三)开创中国天体力学、天体物理领域多个方向的研究工作,学术成就卓著

  张钰哲先生是一位学贯中西、博学多才的天文学家。1941年出任天文研究所所长,开篇之作就是在极端困难的条件下,组队到甘肃临洮进行中国第一次日全食观测,成功拍摄到中国本土的第一张日冕照片和日全食彩色影片,开创了太阳物理的观测研究工作。还在国外发表了“在日本轰炸机阴影下中国日全食观测”论文,向世界表明中国人在抗日战争极端困难情况下仍重视科学。

  张钰哲作为一位著名的天体力学家,同时在天体物理的观测研究方面有颇多建树。他在抗战胜利前在《宇宙》刊物上发表两篇有关恒星物理的研究论文。1946年张钰哲再度赴美考察研究期间,发现了麒麟座中一颗食变星,他在全美天文学会上宣读其研究成果,并发表在美国《天体物理学报》上,受到高度评价。

  1950年政务院任命张钰哲为中国科学院紫金山天文台台长。为了满足航海、航空部门对历法、授时的需要,张先生积极指导并亲身参加编制天文年历的工作,派人员到上海徐家汇观象台开展授时工作,在紫金山上逐步开展人造卫星、行星科学、太阳物理、恒星物理、历书天文、实用天文、射电天文、天文仪器和古天文学史的工作,这就形成了六十年代初期紫台五室三组综合性天文台的格局。

  多年来中国史学界一直对武王伐纣的年代争论不休,成为年代学的一个悬案。张钰哲先生对中国历史上早期的哈雷彗星出现记录做分析考证,并用计算机计算了哈雷彗星三千多年的运行轨道。计算研究结果表明武王伐纣的年代应该在公元前1057年至1056年,他于1978年在《天文学报》上发表论文“哈雷彗星的轨道演变趋势和它的古代历史”,此文的发表对解决年代科学悬案提供重要线索,为史学界广泛重视。

  张钰哲先生对天文学的学术研究涉及到小行星、彗星、双星、变星、人造卫星、日食、天文学史、天文仪器、天体力学、航天天文等诸多领域,1992年福建科技出版社从张先生100余篇文稿中选出72篇出版了《张钰哲论文选》,从中可见学术成就卓著。但张先生成名于我国现代天文萌芽之际,在主持新中国天文开拓的36年,他的科学建树实非这几十篇学术论文所能概括。

  (四)精心规划,亲建台站,对我国天文台站的布局和发展作出奠基性贡献

  1953年1月,时任紫金山天文台台长的张钰哲为准备访问苏联天文机构准备了一份“中国天文事业”的报告,报告在发展计划中提出:

  一、尽快修复紫金山天文台设备,开展各项天文观测研究,协同南大培养天文干部;

  二、在首都北京建三个天文机构:1. 授时台,2. 理论天文研究所, 3. 天体物理台;

  三、在西北地区(如兰州)新建一天文台;

  四、昆明站扩建为观测南天星象的天文台;

  五、成立天文仪器实验馆,研制各种望远镜及附属仪器。

  1953年1月张钰哲先生拟出中国天文发展计划之后,又呕心沥血地编制紫金山天文台第二个五年计划纲要,列出五个方面的工作。

  I. 现有三台一站的巩固与提高。 (这三台一站是指紫台、徐家汇观象台、佘山观象台和昆明观测站,当时都属于紫金山天文台)

  II. 地球物理年有关的三项工作及新授时站。(三项工作其中一项应是预计到国际上要发射人造卫星,因而需开展人造卫星轨道研究)

  III. 北京天文台的筹备与建立

  IV. 兴建昆明太阳物理观象台与南方天文台的选址勘查(南方天文台是指计划在海南岛建一个南方大台,1958年已派选址组到三亚选址,1959年由中科院中南分院招生30人,并开始订购仪器,1962年停止)

  V. 与其它单位的联系。

  从张先生订制的第二个五年计划中可以看出,北京天文台的筹建是重中之重,仅北京台各类望远镜的订购就有6台之多,其中口径最大的有125厘米反光镜和70/90厘米施密特镜,而当时张先生亲自在紫金山上通夜观测小行星的还是15厘米摄影仪,从中我们可以领会到一位科学大师考虑的是全局,是中国天文学的发展,胸怀是何等宽广啊!

  张钰哲先生布局天文台站的发展,不仅仅是制定规划,订购仪器,而且还不辞劳苦骑毛驴、爬高山到北京郊外选台址。1957年12月科学院批准紫台提出的在北京建天文台详细计划后,他亲自写信恳切邀请还在法国工作的程茂兰先生回国主持北台工作,同时将正在紫台工作的业务骨干王绶琯、李竞、沈良照、李启斌等调到北台筹备处工作,程茂兰一回国,张先生委其全权负责,从不干预其工作。在此前后张先生曾陆续派陈遵妫、李珩、苗永瑞、张柏荣等人到徐家汇、佘山、昆明等处去主持工作。直至1980年78岁高龄的张先生还亲赴青海高原登上4800米昆仑山口为我国第一个毫米波射电望远镜选址。

  经张先生多年创建努力,就基本形成了我国天文台站五台、一厂、多站的基本布局,张钰哲先生功莫大焉!

  1979年IAU第17届大会期间,张钰哲率团专程前往加拿大进行商谈,据理力争恢复了中国天文学会的合法席位。

  (五)中国天文人才培养和天文普及引路人,对我国天文教育和科普事业作重大贡献

  张钰哲先生在《中国天文事业发展计划》中提出,发展计划面临双重困难,一是缺乏天文人才,二是缺乏天文仪器,两者互为因果。因而张先生极力推进1952年将中山大学的天文人员和仪器搬到南京大学来设立天文系招收学生,并用紫台的仪器来训练学生,加快人才培养。张先生还亲自编写天体力学轨道计算讲义,给学生讲课。

  在此同时张先生还亲自给10多位在国内、国外的学者、学生写信或登门拜访,请他们到紫台来工作,信中礼贤下士、言辞恳切。

  张钰哲先生自1929年回国之后在教学研究之余热心于向民众普及天文知识。1930年7月中国天文学会创办会刊《宇宙》,张钰哲亲自撰写发刊词,并成为主要编撰人,发表文章数十篇。其中大部分是科普性的,为我国天文科普事业指引了道路。张先生知识渊博,文笔生动,如在专著《宇宙丛谈》一书的首页,把枯燥的天文观测笔下生花为苍穹软语—调寄眼儿媚:星流媚眼,月展宫眉,镜窥倩影,理探衷情,数计芳踪。观测的时候,吟上这几句,仿佛星星都要向你抛媚眼了。

  张先生在众多的科普文章中始终坚持科学真理,不畏权势,敢于向伪科学宣战,如1942年12月在《大公报》上发表文章“你知道行星是如何发现的吗?”反驳国民党高官极力支持的用八卦发现了第十颗大行星—木王星的消息。

  张钰哲先生为何对天文科普如此热心?因为他认为,大多数天文台设在山上容易犯脱离群众的毛病,天文科普对启发民智,破除迷信有重要作用,因而在在五十年代初期张台长在紫台大力推行周日向民众开放参观的制度,同时他还极力推动北京天文馆的建造,亲赴北京和各方面领导面谈建馆计划,1954年抽调陈遵妫、李元去等建《北京天文馆》,直至1957年建成了亚洲大陆第一座天文馆。

  张钰哲先生的学术成就和贡献在国际上获得很高声誉。1978年8月1日美国哈佛天文台将该台发现的(2051)号小行星向国际小行星中心申报命名为张钰哲星,以表达他们对张钰哲先生的敬意。

  二、张钰哲先生的科学精神与科学传承

  前面从五个方面介绍了张先生的学术成就和对中国天文学发展的卓著贡献,王绶琯先生在为《张钰哲论文选》所写的序言中写道:张先生的学术风格代表了我国天文学从式微走向复兴的转折点上一代人的风格,其中闪耀着我们民族历代科学巨匠“为学志道”的传统。

  王先生在这里说的学术风格应该就是张钰哲先生的科学精神,它传承了我们中华民族历代科学巨匠的优良传统,是非常值得我们来学习和继承的。

  张钰哲先生的科学精神可以概括为:

  (一)爱国敬业、执着追求的奉献精神

  (二)刻苦钻研、一丝不苟的严谨学风

  (三)高瞻远瞩、敢为人先的创新精神

  (四)言传身教、诲人不倦的大师风范

  (一)爱国敬业、执着追求的奉献精神

  从不同时期的关键事例体现其爱国奉献精神

  (1)前面已介绍了1928年张钰哲发现命名(1125)中华星的故事,表达他热爱祖国的赤子之情。回国之前还给母亲寄了一首七律诗:

“科技学应家国需,异邦负笈跨舟车。乳育劬劳齐载覆,春晖寸草永难如。”

  诗中首先表明志向,赴异邦学科技就是要“学应家国需”,要回来报效祖国,并表达了自己对祖国和母亲的眷爱之情。

  (2)抗战期间张先生随中央大学举家前往重庆,1941年初受聘天文研究所所长,张先生只身到昆明赴任,他在家书中写道:“圣战方殷,敢躭家室之乐?步天有责,难辞蛮瘴之行。”其爱国敬业之情跃然于家书之中。临洮日全食,张钰哲率队进行在日本轰炸机阴影下的中国日全食观测壮举,有两份史料可以反映他们的敬业和奉献精神,一份是张先生拟的日食观测宣传提纲,从古今中外日全食发生时的事例来说明此次日食观测的重要性,会是抗战取得胜利的预兆,对加强抗战信心起鼓舞作用。另一份是观测仪器运回昆明沿途所盖众多关防印章的运货清单,可见观测之艰辛。

  在赴临洮的途中张先生还给高鲁先生写诗明志:“久矣风沙不关心,滇池秦塞事长征。更新异象呈空日,云雾寇氛俱扫清。”表明此次日食观测艰辛之行,就是要向国人表明,日寇将像云雾一样俱扫清。观测期间收到母亲病危电报,张先生默然收起电报,坚持观测取得成功。回到重庆时母亲已病故。这对事母至孝的张先生来说,实属不易。

  (3)1946年张钰哲再度赴美考察研究,1948年5月准备回国,当时政府不发给返程路费,美国好几个机构留他在美工作,并给他夫人的工作也作了安排,但张钰哲却不为所动,坚持要回国,想方设法以参加美地理学会赴中国日食观测的名义回到祖国怀抱,这时国民党政府已风雨飘摇,中央研究院下令各研究所迁往台湾,张钰哲不为所动,把紫台图书、仪器保存下来,迎接祖国的春天。高薪留美不为所动,高压迁台不为所动,充分表明一位爱国科学家在关键时刻的选择。

  (4)建国后张钰哲对党和国家领导下中国天文事业快速发展非常感激。1949年南京解放不久,张钰哲给他在叶凯士的恩师樊比博教授的信中写道:“我从内心里有许多赞美新政府的话要说,他的官员是廉洁的、勤劳的,和旧政府截然不同,在他们身上我看到中国的未来和希望。”

  1965年国庆前夕,张钰哲在讲话手稿中写道:“庆祝国庆应该有长期的表现,服从国家的需要和号召贡献出我们的力量,把国家交给我们发展天文事业的任务完成到赶上而且超过世界水平的地步。一年一度的庆祝,我们在幸福生活中饮水思源来纪念革命前辈缔造中华人民共和国的艰难,来看我们祖国繁荣富强的景象。”其爱国情怀跃然纸上。

  (二)刻苦钻研、一丝不苟的严谨学风

  众所周知,张先生的工作精神一贯是刻苦钻研锲而不舍,无论是观测还是轨道计算都是一丝不苟,非常严谨。有张精美的彗星轨道图,是1965年发现两颗紫金山彗星后张先生用圆规绘制出来的。张先生这一优良的学风一直成为紫台的传统。1981年九三学社举行经验交流会时,张钰哲写了一篇“立志为本”的交流稿,文中以自己在行星室工作时,凡事自己带头,在数九寒冬之夜观测几个小时,所以行星室同志到现在能发现三颗彗星和许多新小行星,都是他们不畏严寒,通夜观测取得的。说明自己带头对学风传承的影响很重要。

  (三)高瞻远瞩、敢为人先的创新精神

  前面已介绍过张先生以战略科学家的眼光高瞻远瞩,在国家下达任务之前就能提前做人造卫星轨道研究,月球火箭轨道计算,通迅卫星轨道稳定性研究等前瞻性工作,充分体现了敢为人先的创新精神。张先生在科研工作中一直坚持不断创新不断前进的工作方针。五十年代中期,60公分反光望远镜修复后,张先生就着手创建小行星光电测光的物理观测。有一张张先生将测光观测资料归算后亲自绘制的小行星光度曲线图,图中每一个小点都需通过6次观测资料才能得到。据此观测资料,张先生开展了小行星自转周期和形状的研究。当时紫台是世界上从事此项研究的少数几个天文台之一。

  张先生在“立志为本”一文中将这项工作总结为:尊师仍要自出心裁。老师没讲过没做过的,自己要敢于独立去开展新工作,这就是要不断创新。

  (四)言传身教、诲人不倦的大师风范

  2002年张钰哲先生百年诞辰之时,紫金山天文台台刊曾出版了“张钰哲先生百年诞辰纪念文集”,当年曾和张先生共事或受张先生教导过的多位学者纷纷写回忆文章,无不感到张先生道德文章,垂范人间,言传身教,终身难忘,先生之风,山高水长!

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