天文学和人类

天文学和人类　　　　选自《梦天集》（湖南教育出版社1999年版）。　　　　卞毓麟上古的游牧民族在辽阔的原野上放牧、迁徙，那时既没有地图又没有指南针，他们怎样辨别方向呢？靠的是观察天空中的星星。上古的农业民族从事耕作，他们怎样确定播种和收获的季节和时令？靠的是观察群星出没时间的变化。古代的渔民和水手在汪洋大海上前进，他们怎样为自己导航？靠的是辨认星空。他们又怎样知道潮水涨落的时间？靠的是观察月亮的盈亏圆缺……于是，大约在六千年前，天文学就悄然萌芽、诞生了。它是自然科学中最古老的学科之一，也是人类文明进步的象征。　　　　天文学是一门基础科学，它使人类了解自然、认识宇宙。天文学中提出的各种问题，促进了其他许多学科的发展。例如，行星为什么环绕太阳旋转，它们为什么既不会掉到太阳上，又不会跑到别的地方去？三百多年前，伟大的英国科学家牛顿对这些问题进行深入的研究，发现了著名的万有引力定律，并建立了他的整个力学体系。如今，交通、建筑、水利、采矿、军事、科研，什么地方离得了力学计算呢？　　　　又如，天文学和数学也总是形影不离。数学中最基本的概念“角度”，首先就是在上古的天文观测中渐渐形成的。随着天文学的发展，它所需要的数学也越来越深奥，越来越复杂，这样就促进了数学的发展。请看，历史上一些最著名的科学家，如祖冲之、郭守敬、牛顿、拉格朗日、高斯、拉普拉斯、庞加莱等，不就既是数学家又是天文学家吗？　　　　天文学研究宇宙中的一切天体，它们的种类形形色色，它们的情况变化万千。例如，有的天体温度高达几千万度，有的密度比水银还高十万亿倍，有的磁场强得惊人，有的还会发生规模极大的爆发……这些特殊的环境和条件，在地球上的实验室里都无法实现，所以宇宙间的各种天体和宇宙空间本身，仿佛为人类提供了一个无与伦比的实验室。大自然本身在这个“宇宙实验室”里演示着种种实验──各种自然现象，它们给人类以巨大的启示，使人类懂得了物质在各种极特殊的条件下运动变化的规律。　　　　例如，在20世纪30年代，天文学家懂得了在恒星内部上千万度的高温下，进行着氢原子核聚变为氦原子核的“热核反应”，它是太阳和其他恒星的能量来源，是太阳千百万年来不断发光发热却依然那么明亮的原因。这使人们想到：热核反应能不能在地球上用人工方法实现？如果能做到这一点，那么人类就再也不用为缺乏能源而发愁了。后来，人类果真在地球上实现了氢的热核反应──威力空前的氢弹。但是，氢弹的破坏力只能在世间造成灾难，而不会给人类带来幸福。那么，能不能利用威力巨大的热核反应为和平与建设服务，为人类创造更美好的未来呢？是的，科学家们还在研究这个难题：怎样控制热核反应，使它产生的能量按人类的要求徐徐释放出来，而不是像氢弹那样猝然爆发。这就是人们平时常说的“受控热核反应”。　　　　在现代社会的各个方面，天文学有着非常广泛的应用。例如，提供准确的时间、编制年历和星表，都是天文学的重要任务，人们的日常生活、工农业生产、大地测量、军事活动、航天飞行等等都少不了它。又如，太阳上的剧烈活动会引起地球磁场和电离层的变化，甚至会使短波无线电通信中断；太阳活动时还会发出大量的高能粒子和X射线，这对宇宙飞船和人造卫星上的宇航员和仪器设备都是很大的威胁。从这些方面来看，天文学家提供的太阳活动预报所起的作用，并不亚于地球上的天气预报。再如，发射人造卫星和宇宙飞船的费用十分昂贵，为了做到以最小的代价取得最多最重要的资料，就得用天文学的方法精心设计它们的轨道……天文学的知识是那么引人入胜，天文学的用途又是那么广泛，难怪人们常说：谁要是对现代天文学一无所知，他就不能算接受了完满的教育。　　　　抚今思昔，回顾几千年来天文学的发展，我们可以看到，起初人们认识宇宙的进程相当缓慢。直到16世纪，哥白尼确立了“日心学说”，人们才正确地认识到地球并不在宇宙的中心，而是围绕太阳运行的一颗行星。17世纪初，伽利略发明了天文望远镜，人类的目光才开始投向更加遥远的太空深处。　　　　从那以后，天文学发展的速度就越来越快了。到了19世纪末，人们已经发现八颗大行星和许许多多的小行星，并且掌握了天体运动的力学规律。人们已经测量出一些恒星的距离，查明了离太阳最近的恒星也远在好几光年之外。人们弄清了太阳只不过是恒星世界中的普通一员，它也像其他恒星一样，在银河系中不停地运动着。人们还建造了越来越大的天文望远镜，用它们发现了许多新天象和新天体，同时也提出了许多既重要又有趣的新问题：月球究竟是怎样诞生的？火星上究竟有没有生命？旋涡星云究竟是什么东西？……　　　　20世纪的天文学家不但很好地回答了这些问题，而且还作出了一系列意义更加重大的发现。请看这些激动人心的例子吧。　　　　人们造出了口径巨达十米的光学天文望远镜。它们配上极灵敏的接收器，足以探测到像几万千米以外的一支小蜡烛那么微弱的光。它们使人类的目光触及到了一百亿光年以外的遥远天体。　　　　人们发现无数的河外星系正在以巨大的速度四散远离，发现我们的宇宙正处在一种宏伟的整体膨胀之中。这使人类懂得了不仅每个天体都在运动变化，而且就连整个宇宙本身也不是静止不变的。　　　　人们弄清了恒星的能源是热核聚变反应，弄清了恒星是怎样演化的。因此，天文学家可以娓娓动听地讲述一个长长的故事，告诉你一颗恒星怎样诞生和成长，又怎样衰老直至走向死亡。　　　　人们发明了射电望远镜，开创了射电天文学。从此，天文学家除了原来那只“光学眼睛”外，又增添了一只新的“射电眼睛”，它专门负责观测来自宇宙和天体的无线电波。人类用这只“射电眼睛”发现了太阳的射电辐射，探明了银河系的旋臂结构，发现了类星体、脉冲星、星际有机分子、宇宙微波背景辐射……　　　　人们突破了地球大气层的封锁和包围，把望远镜送上了天──不仅是光学望远镜，而且还有红外望远镜、紫外望远镜、X射线望远镜以及γ射线望远镜。它们摆脱了大气的干扰，使人类看到的宇宙更加清晰、深入和全面。　　　　人类破天荒第一次派出自己的使者──先后6批12名宇航员，踏上了地球以外的另一个星球──月亮。无人驾驶的宇宙飞船访遍了除冥王星外的全部大行星和它们的许多卫星。从此天文学就不只是单纯进行远距离的观测了，它随着空间时代的来临，迈入了近距离探测，甚至实地考察的新阶段。　　　　如今，天文学家们正在建造更加先进的天文望远镜，正在计划重返月球，建造空间城，实现载人火星飞行，派遣更多的宇宙飞船更彻底地考察太阳系，并且正在更仔细地监测可能由其他星球上的智慧生物发来的微波信号……　　　　20世纪的天文学取得了极其辉煌的胜利。可以预期，21世纪的天文学家必将作出远比今天更加伟大的贡献！　　　　 (责任编辑：副主编)