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国家天文台的前身 北京天文台藏着多少故事?

来源:光明网2019-11-06 09:23

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  中国科学院国家天文台英文名称是National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences,其中天文台用复数词Observatories,表明国家天文台是由位于北京的国家天文台总部、以及云南天文台、新疆天文台、长春人卫观测站和南京天文光学技术研究所等多个单位组成的。

  国家天文台(以下简称国台)是中国科学院根据全国天文研究机构改制,于2001年4月25日成立的。国台总部的前身是1958年2月建立的中国科学院北京天文台(以下简称北台)。国台已有近20年的历史,北台正在从公众视野里逐渐淡出,有些人甚至把它与北京天文馆混淆。其实北台的历史长达43年,比国台长得多,我会经常回忆起这一时期的亲身经历。

  1949年之前,由于历史原因,全国仅有的几个天文台站均位于南方地区,包括南京的紫金山天文台、上海的徐家汇观象台和佘山观象台、昆明的凤凰山观测站、以及稍北面的青岛观象台。因此新中国成立之后,全国天文学界的共识就是在气候干燥、晴天日数较多,从而有利于天文观测的北方地区,尤其是首都北京附近,建立一个新的天文台。1956国务院制定的十二年科学规划中,就有于第二个五年计划内在北京建立现代化天体物理台,并由中国科学院紫金山天文台负责筹建的项目。

  1957年8月中旬,旅居法国32年的天体物理学家程茂兰回到了祖国,促使这一宏大计划的加速启动和切实推进。1957年10月上旬,紫金山天文台(以下简称紫台)派李竞和李启斌到北京,协助程先生开始北台观测基地的选址工作。10月下旬又增派林元章和黃硼到北京,加入选址小组,对北京西部山区海拔1000米以上的山峰分批进行实地勘察,为设定口径约为2米的望远镜,寻找合适的光学观测基地。1958年2月中国科学院批准成立北京天文台筹备处,任命程茂兰为主任,肖光甲为办公室主任,从此北台的各项建设全面展开。

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  图1. 北京天文台首任台长程茂兰

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  图2. 1957年紫台派林元章和黄硼参加北台选址的介绍信

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  图3. 2015年李竞(右)和林元章在兴隆站程茂兰先生铜像前

  由于天文学中不同分支学科对观测条件有不同要求,从1957年冬至1959年底,北台不同的天文分支学科,实际上是齐头并进在寻找适合自己的观测地址。除恒星物理在山区的选址外,射电天文需要避开人工无线电干扰源,而天体测量中的测时和授时需要精确的时间讯号,经过调研后他们于1958年选定北郊沙河镇七里渠村附近的收讯保护区,作为射电天文研究室和天体测量研究室的共同落脚点,即北台的沙河观测站,现在已成为国台的科普基地。

  另一方面,为了参加1958年的“国际地球物理年”对太阳的联合观测,紫台早就向苏联订购了一台太阳光球-色球望远镜,并于1958年暂时安装在西郊白家疃中国科学院地球物理研究所属下的地震和地磁观象台内,并在此处成立了太阳物理研究组。为了便于管理,于1963年搬迁到沙河站,后升级为太阳物理研究室,从而使沙河站成为北台最早建立的重要观测站。

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  图4. 1960年程茂兰台长陪同中国科学院副院长吴有训、数理化学部副主任恽子强在白家疃观象台参观太阳光球-色球望远镜。后排左起为吴有训、程茂兰、恽子强,前排左起为王贵民、林元章、张秀岩

  不过,由于米波多天线干涉仪需要更大的场地,射电天文室又于1959年在密云水库北岸的不老屯村附近建立了观测站,就是现在嫦娥探月工程中承担测控任务的口径50米射电望远镜所在地。1984年在那里建成了由王绶琯院士的团队研制的米波综合孔径射电望远镜。

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  图5. 密云站的米波综合孔径射电望远镜

  而太阳物理室也为了满足太阳磁场望远镜要求的高质量大气视宁度,通过勘察和观测比较,于80年代初选定在怀柔水库北岸建立太阳观测站,1985年在此处安装了由艾国祥院士的团队与南京天文仪器厂合作研制的太阳磁场望远镜,1990年扩展为太阳多通道望远镜。

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  图6. 怀柔站的太阳磁场望远镜

  到了60年代,有2个原属于紫台的研究单位划归北台。其一是位于天津西郊曹庄,旨在通过国际合作研究纬度变化和极移的天津国际纬度站,于1962年并入北台。另一是紫台管辖的全国人造卫星观测网中的北京天文馆人卫组,于1965年划归北台,并把整个组和观测仪器搬迁到沙河站。

  与这些分支学科的观测站建设大致能顺利进行不同,恒星和星系研究涉及的光学观测基地的选址和建设,遇到了更多困难。1957年11月开始在西部山区的选址,经过实地勘察和小望远镜的试验性观测,于1959年选定了杜家庄附近的南坨(海拔1200米),并已开始准备修路和基建,不料未获军事部门批准,不得不重新开始艰难的第二和第三期选址。

  1963年第三期选址中由肖光甲、李启斌、林元章和蒋世仰利用安-2飞机对承德地区的地毯式扫描航测,以及随后的实地勘察和小望远镜试观测后,最终选定了兴隆县的连营寨山梁(海拔960米)作为光学观测基地,就是现在的兴隆观测站。而由于各种原因,主要是文革的影响,兴隆站的建设也是进展缓慢,直到80年代末才在那里安装了由苏定强院士设计光学系统、南京天文仪器厂和全国许多单位协作研制的口径2.16米光学望远镜。

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  图7. 兴隆站的口径2.16米光学望远镜

  现在回想起来,第一期选址确定的杜家庄南坨被作废的事,也得怪我们预先未能考虑会发生此类情况,白白浪费了三年时间。而对最终选定的兴隆观测站,我也觉得不甚理想,主要是海拔太低,大气透明度和视宁度一般,安装口径2米左右的望远镜,大概问题不大,而对于口径达4米的郭守敬望远镜(LAMOST),恐怕难以发挥它的极限星等和空间分辨率潜力。

  我们在第一期西部山区选址时曾经去过的燕山主峰灵山(海拔2300米),不仅大气透明,而且山顶平坦,可提供充裕的建筑空间,应该是更好的选择。然而当时认为海拔有点太高,而且距离北京120公里也已超出原先设定的100公里上限,其修路和建设投资必然过于庞大,当时的国家财力大概难以承担,只好放弃。据说那里已经建成了滑雪旅游区,失去这样难得的台址,真是可惜,我一直感到非常遗憾。

  北台在很长时间中没有一个像样的台本部大楼,这在中科院研究所一级的单位里是少见的。尽管北台各观测站的建设大体顺利,然而由于各种阴差阳错,从50年代末至90年代末大约40年时间里,台一级的图书馆、计算机房、公共实验室、行政和后勤部门均分散在中关村微生物研究所三层和周围其它单位楼房的少数房间里,条件十分简陋。

  当年美国资深天体物理学家、太阳风理论预言者帕克(2018年美国发射了以他命名的帕克太阳探测器)访问北台时,由于没有合适的会议室,只能湊合在非常简陋的小食堂里作学术报告,颇显尴尬。80年代后在微生物所楼房北面盖了一座不足1000平方米的三层小楼,只能说略有改善。直到90年代末,才在北郊的中科院天地科学园区内盖了一座像样的台本部大楼,也就是现在国台的A座楼。

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  图8. 北京市朝阳区大屯路中国科学院北京天文台本部

  上世纪60年代开始的文化大革命,对北台的建设和发展造成严重干扰。作为基础学科的天文学,被认为无多大实用价值,许多研究处于停滞状态。例如,当时我国自己研制的最大口径2.16米望远镜,工作完全停止。全国的太阳物理研究,则集中于与国防和国民经济有关的太阳活动预报,其它课题研究难以开展,这是当时执行的以任务带学科路线的必然结果。

  记得我们于1957年冬进行北台观测基地选址时,得知美国也在亚利桑那州为建立新的天文台选址,几乎是与我们同步起动。他们最终选定在图森附近的基特峰(海拔2096米)作为国家光学天文台的观测基地。1979年我到该台访问时,看到那里已经安装了口径4米的光学望远镜,以及世界上最大的口径2米太阳望远镜,并已开展广泛的天文研究,在国际天文学界已有很大声誉。实际上在上个世纪60~70年代,国外的天文研究迅速发展,由于文化大革命,我们与他们的差距显著扩大,只有到了改革开放年代,我国的天文研究才重新步入正轨,并逐渐缩小了这种差距。

  总之,经过30年的建设发展,到了上世纪80年代末,北台基本上建成了以天体物理为主,涵蓋太阳物理、恒星物理、星系和宇宙学、射电天文、以及天体测量和人卫观测等研究领域,拥有太阳磁场望远镜、米波综合孔径射电望远镜、口径2.16米光学望远镜等中型观测设备的中型综合性天文台。2000年底时,即将成为国台总部的前夕,北台的职工总数约为250人。国台于1988年撤消研究室编制,改为更灵活的以研究课题为单位,开展观测和研究活动。

  进入本世纪后,经过近20年的迅速发展,国台又增添了郭守敬望远镜(LAMOST)和口径500米主动反射面射电望远镜(FAST)等大型设备,科研人员达1000多人,他们活跃在包括太阳物理、恒星物理、银河系构造、大尺度宇宙学等近代天体物理的前沿研究领域,并已取得丰硕成果。他们与美国、德国、法国、俄罗斯、阿根廷、日本、韩国等国家开展合作研究,每年有几百人次的出国学术交流和接待国外学者来访,国台在国际上已有相当知名度。作为一名天文台的老职工,看到北台-国台经过60年的发展,已经达到目前欣欣向荣的状态,从心里感到十分欣慰和自豪。

  作者简介

  林元章,中国科学院国家天文台研究员,太阳物理学家。1956年南京大学天文系毕业,曾任职于南京大学、紫金山天文台、北京天文台和加拿大国家研究院赫兹堡天体物理研究所。曾在中国科学技术大学、北京大学和中国科学院研究生院讲授太阳物理学,著有《太阳物理导论》。

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