中國現代天文臺述源

林 清

副研究員,中科院上海天文臺,上海200030

中國現代天文臺述源

林 清

副研究員,中科院上海天文臺,上海200030

天文 博物館 歷史

以上海天文博物館的史料為線索,對20世紀初以徐家匯天文臺、佘山天文臺、青島觀象臺、紫金山天文臺等為代表的現代天文臺在中國的發展歷程進行了回顧,對上海天文博物館的館藏文物也進行了相應的介紹。

提起中國現代天文發展的源頭,很多人首先會想到紫金山天文臺。不錯,這是中國人自主建造的第一座現代天文臺,被譽為“中國現代天文學的搖籃”。然而,在中國的土地上,按照現代天文學模式建立起來的天文臺,起源卻比此更早。徐家匯天文臺、佘山天文臺、青島觀象臺,都是中國現代天文的發源地之一(文中部分照片見彩插四)。雖然他們都由外國傳教士所建,目的都是為殖民統治服務,但在客觀上,他們所使用的科學方法和科學儀器,還是促進了中國現代科學的發展。

在上海的西南郊,有一座神奇的百米小山——佘山。山上建有遠東地區級別最高的圣母大殿,還有一百年前在國際上也小有名氣的佘山天文臺。至今,當地人還是固執地要把上海天文臺佘山工作站說成是佘山天文臺,可見其影響之大。

佘山天文臺,這座法國傳教士建成于1900年的天文臺,是中國土地上誕生的第一座真正從事天文科研工作的天文臺。中國土地上的第一座天文圓頂,第一臺大型天文望遠鏡,第一張天文底片,都在佘山天文臺。

如今,這里已是上海天文博物館,本文即以這個博物館中的史料,講述一些中國現代天文起步的故事。

1 源起教會——上海灘孕育天文臺

科學與宗教,似乎勢不兩立。但在科學發展史上,事實卻并非如此。誠然,科學是在與中世紀黑暗教會勢力的斗爭中獲得新生,然而同時,許許多多的教士也在從事著科學研究和科學傳播工作,許多科學家其實也是忠實的教徒。在西方,科學和宗教的關系錯綜復雜,決非水火不相容那么簡單。

在中國,近代科學的引進就是西方傳教士播下的種子。明朝后期,西方就有很多傳教士進入中國土地傳教,他們在傳播上帝教義的同時,也帶來了西方的近代科學發現。

在這個西學東漸的過程中,最為重要的人物當屬明朝末期的上海人徐光啟。他曾官拜崇禎朝的禮部尚書和文淵閣大學士,與西方傳教士湯若望、利馬竇等人交往甚密,從他們身上學習了西方蓬勃發展的近代科技,并借助其自身高位將這些知識不遺余力地傳遞給中國的士大夫們。他主持編纂的《崇禎歷書》系統介紹了西方古典天文學的理論和方法,其中甚至出現了伽利略將望遠鏡用于天文觀測后的一些天文發現。正是由于徐光啟的影響,天主教耶穌會士開始負責皇家欽天監的工作,這一傳統甚至在清朝仍延續了200年,他們的工作客觀上為中國人帶來了西方的數理天文學,促使中國天文學納入了世界天文學的發展軌道之中。

早期中國與西方天文學的聯系基本上局限于歷法編制,到清朝中期,伴隨閉關鎖國的政策,中西科技交往幾乎隔絕。直到鴉片戰爭轟開了國門,西方傳教士再次蜂擁而入,西方天文學才又一次進入了中華大地,并真正開始成為中國近代天文發展的起點。

1872年8月,天主教江南教區決定在上海建立一座“與耶穌會相稱”的天文臺,1872年12月,高龍盤(Augustinus Colombel)神父等人在蒲西路一處教士住所開始了氣象觀測,并于次年動工興建觀測樓。歷史上即以1872年作為徐家匯天文臺的起點,這是中國第一座被冠以天文臺之名的研究機構,其后來的主樓即位于現在上海徐家匯漕溪北路的上海氣象局內。

徐家匯天文臺初建之時未設臺長,由高龍盤、能恩斯等人共同管理,1880年才正式任命瑞士藉傳教士能恩斯(Marcus Dechevrens)為第一任臺長,其業務范圍包含了氣象、天文、地磁、地震等,為法國在上海的殖民地提供綜合性科學服務,可謂無所不能。然而,由于缺少大型天文望遠鏡,天文學并非其主要工作。

清光緒十年(1884年),徐家匯天文臺開始用巴黎高梯爾(Gautier)中星儀測時,并設立航海服務部,在外灘設信號塔,定時報時和懸掛氣象符號,為黃浦江停泊的船舶服務。這就是民間俗稱的外灘天文臺。

1898年,徐家匯天文臺籌集資金,購置了一臺口徑40 cm的雙筒折射天文望遠鏡(圖1),并為其在佘山建立了一座新的天文臺,這就是后來聞名于世的佘山天文臺。1900年,佘山天文臺正式落成,法國傳教士蔡尚質(Stanislas Chevalier)成為該臺第一任臺長。蔡臺長不僅積極致力于佘山天文臺的創建,而且親身開展天文觀測和研究,長達20余年,研究范圍包括太陽、恒星、星團、小行星、彗星等。

圖1 佘山天文臺第一任臺長蔡尚質(中間坐者)在使用40 cm望遠鏡觀測天象

這就是中國土地上第一個真正意義上的現代天文臺,其主要業務工作就是天文學研究。

除了徐家匯天文臺和佘山天文臺這兩個主要機構之外,上海天主教會還建有另一座天文臺,即菉葭浜天文臺,其原址在今天的昆山地區(圖2)。該臺主要從事地磁研究工作,是徐家匯天文臺為了避開上海城市發展對地磁工作的影響而于1908年在遠離城市地區設立的研究機構。1931年,菉葭浜天文臺的研究人員和設備開始陸續遷往佘山新建的地磁觀測室,成為佘山天文臺的一部分。

圖2 1931年的上海地圖,其上列出了當時三個天文臺并立的地理關系圖

因此,在上海地區,從1908年到1931年,有過徐家匯天文臺、佘山天文臺和菉葭浜天文臺三個天文臺并立的局面,三臺行政上相互獨立,但由徐家匯天文臺起總協調的作用。民間俗稱外灘天文臺則只是徐家匯天文臺設在外灘的一個氣象和時間服務處而已。

歷史文獻上曾經有過天文臺和觀象臺的名詞混淆,有些文獻中出現的是徐家匯天文臺和佘山天文臺,另一些文獻中出現的則是徐家匯觀象臺和佘山觀象臺,甚至有些人說徐家匯的機構主要從事氣象工作,所以應該叫徐家匯觀象臺,佘山的機構主要從事天文工作,所以應該叫佘山天文臺。但是,真相只有一個。筆者經過審查歷史資料,找到了最為可靠的證據,那就是天文臺圖書館中保藏的各種期刊資料,上面的印章記錄了歷史的真相:徐家匯天文臺、佘山天文臺。解放之前一直如此。

解放后,徐家匯天文臺和佘山天文臺回歸中國政府,一度歸屬紫金山天文臺管理,為了區別起見,將其更名為徐家匯觀象臺和佘山觀象臺,直到1962年上海天文臺成立。恐怕這就是歷史文獻上出現名稱混淆的主要原因了。

2 史冊留名——上海教會天文臺的代表人物

上海的教會天文臺,特別是佘山天文臺,是在中國土地上最先開展天文研究工作的機構,雖然其目的是為殖民者服務,但在客觀上促進了近代科學在中國的傳播。其中各位業務骨干,雖為神父,卻依然在科學工作中兢兢業業,為后世留下了寶貴的天文觀測資料。他們都沒有后代,但他們依然應該在后世留名。在佘山的上海天文博物館里,就重點介紹了以下幾位代表性人物。

首先不得不提的是法國傳教士蔡尚質神父(見圖3),這是一個自學成才的典范,他沒有受過高等教育,僅僅憑著對科學的熱愛和對宗教的虔誠,刻苦鉆研而得到了教會的賞識。他于1883年來到中國,先到徐家匯天文臺工作,1888—1896年擔任徐家匯天文臺臺長,改變了該臺以氣象和地磁觀測為主的狀態,開始籌辦測時和授時業務,從事一些真正的天文工作。為了提高天文臺在世界上的地位,蔡尚質為首的傳教士們決定向各界募款購買大型天文望遠鏡。經過努力,他們于1898年共籌得10萬法郎,終于從法國巴黎購進了一架40 cm口徑的雙筒折射望遠鏡,并為此在上海西南郊的佘山建立了一座新的天文臺—佘山天文臺。蔡尚質神父即擔任該臺第一任臺長,并且親身開展天文觀測和研究,從1901年開始至1924年再次回到徐家匯天文臺任總臺長的前后20多年里,40 cm大望遠鏡從來沒有浪費一個可以觀測的晴朗白天或夜晚。

圖3 蔡尚質神父(1852—1930)

繼蔡尚質之后,佘山天文臺另一位重要人物是法國神父雁月飛(Petrus Lejay),他于1926年來到上海,成為徐家匯天文臺新一代業務專家,1931—1939年同時擔任徐家匯天文臺和佘山天文臺臺長。雁月飛參加了1926年和1933年兩次國際經度聯測,并且主持了第二次聯測工作。1933年,雁月飛還應北平研究院邀請,在中國歷史上首次對從東北到東南的廣大地區進行了全面的重力測量。由于他在科學上的卓越工作,他后來當選為法國科學院通訊院士,晚年還擔任過國際無線電科學聯合會主席。佘山天文臺是法國傳教士的天文臺,但在蔡尚質臺長所收的學徒中,卻有一個中國人后來成了中國自己的天文事業的開創者之一。他就是上海金山人高平子(圖4),其原名高鈞,襲用漢朝天文學家張衡的字“平子”為號,后以此著名。1912年他在上海震旦大學畢業后,自費在佘山天文臺拜蔡臺長為師學習了兩年。高平子后來于1924年代表中國政府從德國人手中接管青島觀象臺,具體負責其中的天文工作,并創建了中國最早的自主時間服務系統。1928年,高平子受聘為中央研究院天文研究所的研究員,擔任過代理所長,并積極參與了紫金山天文臺的籌建工作。1935年,高平子代表中國天文界第一次參加了國際天文學聯合會(IAU)大會,使中國正式加入了這個國際組織。1982年8月,IAU第18屆大會上通過決議命名了一批月球地形,其中有一座環形山即以高平子的名字命名,這是當代中國科學家的名字首次出現在月面上,也是國際天文界對其卓越貢獻的肯定①高平子先生晚年在臺灣度過,從事數學教育和歷書編算工作。。

圖4 高平子(1888—1970)

徐家匯天文臺和佘山天文臺的各位臺長和業務骨干,都既是令人尊敬的神父,又都在科學做出了顯著的成績,除上述幾位在天文學方面的貢獻之外,還有許多氣象、地磁研究方面的專家在國際學術界也都擁有一定的地位。雖然他們心中的信仰和真正的科學家并不一樣,但他們忠于職守,在艱苦環境中兢兢業業從事問天工作的精神,卻又驚人地相似。博物館中留下他們的名字,不為他們的信仰,而為傳承這種精神。

筆者考察歷史資料,整理出上海地區教會天文臺歷任臺長年譜如下:

徐家匯天文臺(1872—1950)

佘山天文臺(1900—1950)

菉葭浜天文臺(1908—1930)

3 問天遺物——佘山天文臺的珍貴設備和成果

佘山天文臺頗有一些傳奇色彩。歷經一百年的滄桑,躲過了抗戰的峰火,逃過了文革的浩劫,留在我們面前的竟然還基本上是百年前的原貌,無愧于中國最老的近代天文臺遺址,它為我們留下了豐富的珍貴歷史文物。

百年老臺,百年的樓,佘山天文臺最珍貴的文物當屬這座經歷了百年風雨的主樓。這是一座具有典型歐洲風格的建筑,現在呈現于游客面前的主樓占地面積約2 000 m2,其實只有中央通道往西的部分才是真正的百年老樓,往東的部分則是后來增加出來的。如果從空中俯瞰最原始的百年老樓,它的外形竟然就是一個十字架,當年傳教士建設天文臺的用心昭然若揭。在大樓的內部,別具一格的壁爐、百葉窗和法式建筑布局也令游客回味無窮。

佘山天文臺最重要的觀測儀器當然就是那個名為40 cm雙筒折射望遠鏡的龐然大物了,這臺望遠鏡由法國巴黎的高梯埃光學工廠制造,與大望遠鏡配套的10 m鐵制大圓頂也是法國制造的。

這臺望遠鏡看起來是一根長方形的鋼鐵管子,其實里面裝有兩個基本相同的折射式望遠鏡,它們的物鏡直徑都是40 cm。這兩個望遠鏡并排裝在一起,卻各有各的用途。其中一個望遠鏡的下端有目鏡接口,可直接用眼睛觀察;另一個望遠鏡的后面則裝有底片盒,專門用來拍攝天文照片。

這臺望遠鏡雖有3噸多重,但由于設計合理,它可以靈活地在架子上左右、上下轉動,對準天上不同位置的星體。鐵制大圓頂也能360度轉動,它的上面有一道天窗,平時是封閉的,防止雨水、灰塵落進來。晴夜觀測時,圓頂轉到準備觀測的方向,再把天窗打開,就可以用望遠鏡觀測了。望遠鏡的下面有一個鐵條焊成的座椅,它是一開始就有的原配觀測座椅,100多年來,中外好幾代天文學家坐在這個位子上,度過了無數個不眠之夜。

40 cm雙筒折射望遠鏡在近百年的科研觀測中拍攝了大量的天文底片,現在保存下來的就有7 000多張,他們不僅具有文物價值,還具有科研價值,迄今仍有科學家們在利用這些底片數據從事科研工作。

除了這個大望遠鏡之外,天文博物館里還收藏有大量珍貴的歷史文物。在“子午測時”展廳,我們可以看見一種稱為子午儀的望遠鏡,這是一種專門設計用于測定時間的儀器,它只能在子午線方向(即從正南點到正北點并經過頭頂的一條大圓弧線)觀測星體,通過觀測恒星通過當地子午圈的時刻來精確測量天文鐘的鐘差。博物館展出的這臺子午儀稱為“帕蘭子午儀”,于1925年購于法國巴黎,口徑8 cm,平時一直用于天文測時。該子午儀安放在一個堅固穩定的花崗巖基墩上,基墩則與周圍的地板斷開,確保周圍的震動對觀測不產生影響。子午儀還可以從事地理經度的測量工作。展出的這臺帕蘭子午儀就參加過1926年和1933年兩次國際經度聯測。

上海教會的幾個天文臺在幾十年的工作中都取得了豐碩的科研成果,還長期出版《徐家匯天文臺年刊》和《佘山天文臺年刊》以匯集科研成果。在天文學方面,比較重要的科研成果有:“哈雷彗星1910年回歸時的照相觀測與研究”;“太陽黑子和日珥研究”;“1122對赫歇耳雙星的重測”;“1918年天鷹座新星的分光研究”;“1926和1933年兩次國際經度聯測”;“利用愛神星以定太陽視差的國際聯測”;“星團的照相研究”;“赤道帶附近恒星星表”等等。此外,天文臺在氣象、地磁、地震、航海服務,以及科技史研究等方面也都取得了很多成績。

4 青島觀象——最早由中國人接管的天文臺

西方傳教士對中國的文化侵入,上海僅是一個典型而已。與法國傳教士在上海的開拓類似,德國傳教士也在山東半島開始了科學機構的工作。他們的工作,使青島成為中國近代天文學發展的又一處發源地。

青島觀象臺,位于風景秀麗的避暑勝地——青島市區海拔75 m的觀象山山巔。1898年,德國海軍港務測量部在館陶路1號建立氣象天文測量所,1905年改稱“皇家青島觀象臺”。1912年建成的觀象臺主樓共7層,高21.6 m,全部為花崗石砌筑,是一座具有歐洲古城堡式樣的建筑。

1914年,日本占領青島后,青島觀象臺被日軍所占,改稱“氣候測量所”。1922年,中國政府宣布正式接收該臺主權,改稱觀象臺。但直到1924年,蔣丙然和高平子作為中國政府的科學代表,才真正成為該臺第一批中國管理者,蔣丙然先生負責地磁研究,高平子先生負責天文研究。他們在軍閥混戰的艱難環境下,開創了中國人自己的現代天文事業。1924年,青島觀象臺開展了中國自主的時間服務工作;1925年開創了現代太陽黑子的觀測和研究;1926年青島觀象臺作為中國代表應邀參加了第一屆國際經度聯測工作,開創了中國天文工作者進入國際合作的先河。

1931年10月,青島觀象臺主樓的西側山巔建成了中國人自己建造的第一座大型天文觀測室,整體建筑是花崗巖圓體,直徑7.8 m,高14 m,頂部的球形是鋼木結構,可轉動。樓內裝備了德國柏林工廠制造的口徑32 cm,焦距3.58 m的大型天文望遠鏡等設備,使青島觀象臺步入了一個新的發展階段。

不幸的是,抗戰爆發之后,青島觀象臺于1937年被日本人再度強占。直到1946年抗戰勝利后才歸還中國。1949年解放后,青島觀象臺由海軍接管。1957年,天文、地磁、地震三部分移交中國科學院。從此,青島觀象臺一分為二:氣象部分歸海軍管理;其他則歸屬紫金山天文臺管理,定名為“中國科學院紫金山天文臺青島觀象臺”,該臺除繼續從事太陽黑子的觀測和研究外,還積極從事小行星、彗星、恒星和人造衛星的照相定位工作,取得了豐碩的科研成果。青島觀象臺曾于1978年撤消建制,劃歸海洋研究所,后于1993年恢復其原有隸屬關系。

青島觀象臺雖然始創于德人,兩度日占,歷經滄桑,但是它的主要業績,特別是在天文學上開拓性的貢獻,都是在中國接管后開展的,為中國近代天文事業寫下了重要篇章。

5 紫金建臺——中國人自己建立的天文臺

中國科學院紫金山天文臺,是中國最著名的天文臺之一。建成于1934年9月,位于南京市東南郊風景優美的紫金山。紫金山天文臺是中國人自行建立的第一個現代天文學研究機構,其前身是成立于1928年2月的國立中央研究院天文研究所。

1913年10月,日本在東京召開亞洲各國觀象臺臺長會議,他們邀請法國教會在上海的天文臺代表中國出席會議,當時的中央觀象臺臺長高魯深以為恥,發誓要建造一座能與歐美并駕齊驅的天文臺,于是多方奔走,籌劃建立中國人自己的天文臺。然而,就在建臺籌備工作即將轉入實際運作的時候,高魯受命轉任法國公使,不得不將這個光榮的使命交給了他所信任的廈門大學天文系主任余青松。

余青松先生不負高魯厚望,最終在風景秀麗的紫金山第三峰上建成了紫金山天文臺。天文臺入口牌樓采用毛石作三間四柱式,覆蓋藍色琉璃瓦,充滿民族特色,建筑臺基與外墻用毛石砌筑,樸實厚重。

紫金山天文臺是一個綜合性的天文臺,始建時擁有60 cm口徑的反射望遠鏡、20 cm的折射望遠鏡、15 cm天體照相儀,以及太陽分光鏡等設備。抗日戰爭時期,大部分工作人員和設備被迫遷往昆明,在那里建立的臨時天文機構,后來成為中國科學院云南天文臺。

新中國成立后,紫金山天文臺修復了損壞的天文儀器,并先后增置了色球望遠鏡、定天鏡、雙筒折射望遠鏡、施密特望遠鏡和射電望遠鏡等先進的天文儀器,進行恒星、小行星、彗星和人造衛星的觀測與研究,以及對太陽的常規觀測,研究太陽的活動規律并作出太陽活動預報。紫金山天文臺還是中國歷算的權威機構,負責編算和出版每年的《中國天文年歷》、《航海天文歷》等歷書工作。

紫金山天文臺的建成標志著中國自主管理的現代天文學研究的開始。由于紫金山天文臺長期以來都是中國天文學者工作的地方,因此中國現代天文學的許多分支學科和天文臺站大多派生于茲。紫金山天文臺雖然不是中國土地上的第一座天文臺,但仍因其獨特的歷史地位而被譽為“中國現代天文學的搖籃”。

6 角色轉換——博物館講述天文臺的故事

游客們登上西佘山國家森林公園的山頂,直入眼簾的就是“佘山天文臺”幾個大字,它曾是遠東地區一座舉足輕重的天文臺。1962年中國科學院上海天文臺成立后,佘山天文臺正式更名為上海天文臺佘山工作站,繼續開展天文觀測和研究工作。20世紀80年代后期,佘山工作站逐漸退出了科研第一線,轉而積極開展科普教育工作,1999年被命名為“全國青少年科技教育基地”,2002年被列入上海市級文物保護單位。

2004年,在上海市科學技術委員會和上海市文物管理委員會的共同支持下,上海天文臺對原佘山天文臺的主樓開始了大修,并在此基礎上建成了上海天文博物館。2004年11月16日,上海天文博物館正式開館,百年老臺從此掀開了新的一頁。

上海天文博物館是一個兼具歷史展陳和科普教育特色的場館,現展示內容分為三大展區和若干互動展項。

“百年天文臺”展區,以眾多文物和史料展現中國近代天文科學發展的脈絡,天文博物館的價值盡現于此。

“聚焦望遠鏡”展區,圍繞天文望遠鏡這個主題進行陳列展示,由“望遠鏡400年”、“百年老鏡”以及“子午測時”三部分組成。其中“望遠鏡400年”主要展現天文望遠鏡的發展歷史及其帶動天文科學發展取得的成就;“百年老鏡”是上海天文博物館最具價值的展示區域,展現的是中國第一臺大型天文望遠鏡——1900年建成的40 cm雙筒折射望遠鏡,同時配置了互動演示系統,使游客可以深入了解這個望遠鏡的價值、功能和使用方法。“子午測時”展示的則是天文臺的另一個重要文物級望遠鏡——帕蘭子午儀,同時介紹時間測量的相關知識。

“時間與人類”展區,以科普教育為主,主要介紹時間的基本概念,時間計量發展史,及其與人類社會和生活的密切關系。

天文博物館中還有一處百年歷史的天文圖書館,也是中國歷史最悠久的天文圖書館,它收藏了自1900年建臺以來收藏的26個國家各類天文期刊和專著約2萬余冊,其中最老的書刊可追溯到200年前。

作為一個科技型展館,上海天文博物館安排有許多互動科普項目,其中“星空之旅體驗廳”作為國內獨創的互動式球幕電影廳,以震撼的球幕電影方式引導游客漫游宇宙世界,同時具備觸摸互動功能,激發游客探索宇宙奧秘的興趣。“多功能科普天文臺”配置一臺35 cm口徑的進口天文望遠鏡,白天可觀測太陽,夜間可開展天文觀測。“太陽觀測中心”則可將科普天文臺獲得的實時太陽像在互動式太陽觀測平臺上展現出來,同時還可以演示太陽相關知識和以往太陽錄像。

從科研基地到科普教育基地,原佘山天文臺在歷史上完成了一個重要的角色轉變,上海天文博物館的建成更使其如虎添翼,成為上海天文臺保護歷史古跡,并積極開展天文科普宣傳的重要教育基地,為傳播天文知識,弘揚科學精神而奉獻自己的價值。

(2009年12月13日收到)

(責任編輯:溫文)

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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