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《时间简史》这本书主要内容是:从古代的天文学说到了现代的天文学,也是从宇宙大爆炸说到宇宙为什么会形成黑洞。
《时间简史》这本书说了许多,其中我喜欢《我们的宇宙图像》那一章。读了那一章我知道了人们早在公元前340年就知道了地球是圆的。我还知道1514年哥白尼提出了一个观念,观念是太阳是静止地位于中心,而地球和其他行星绕着太阳作圆周运动。我读了《时间简史》这本书学了许多天文学的知识。
我看了作者简介:史蒂芬•霍金他出生于伽利略逝世三百周年纪念日。是不是在科学家逝世纪念日当中出生的孩子长大后都会有科学智慧吗?不是的,这是因为他小时候认真读书才会有今天的成就!我也要向他学习,以后做个天文学家。
《时间简史》这本书让我明白了一个道理:努力学习,以后才有成就。
中国是世界上天文记录最久远、最完整的国家,在超过3000年的时间里,中国连续不断地记录着各种天文现象,包括日食和月食、太阳黑子、彗星和流星、客星(新星和超新星)以及其它行星运动现象,等等。中国古代天文学家编制了100多种天文历法,同时还发明了大量的天文仪器,以进行精确的天文观测。
中国近代天文学开端于20世纪。在1922年10月30日,中国天文学会在北京成立。1934年,紫金山天文台在南京建成,成为当时东亚最大的天文台。随后的1935年,在第五届国际天文联合会大会于法国巴黎召开期间,中国被接纳为成员国。
在1976年,“”刚刚结束,第一个由中国天文学家组成的代表团访问了美国基特峰天文台。随后,第一个美国天文学家代表团在1977年访问了紫金山天文台。六年后,首届太阳物理学国际研讨会成功在昆明召开。而近些年,随着中国经济快速地发展,中国天文学的研究也取得了令人瞩目的进步。迄今为止,中国天文学会拥有会员2481名,其中包括约400名研究员和教授,数量是十年前的两倍以上,学会中还有1300名研究生。
目前,中国用于天文学研究的经费预算已经是十年前的十倍以上。主要的天文机构包括紫金山天文台、国家天文台、云南天文台、新疆天文台、南京天文仪器研制中心和国家授时中心等。另外还有超过20所大学开设了天文学课程或进行天文学研究。以下这些大学目前已正式设立了天文学系:南京大学(设立于1952年)、北京大学(设立于1960年)、北京师范大学(设立于1960年)、中国科技大学(设立于1978年),以及厦门大学(设立于2012年)。
中国天文学的研究范围涵盖了从太阳系到银河系的所有领域,并取得了一批重要研究成果。例如景益鹏研究团队提出的暗物质晕三轴椭球模型,对暗物质晕的形状作了空前高精度的研究;紫金山天文台常进研究团队利用先进薄电离量能器观测高能电子,发现宇宙线电子谱能量远远超过1000亿电子伏特,这仍是一个有待解答的谜题;国家天文台赵刚团队在恒星化学元素丰度研究上取得了一系列新进展;南京大学戴子高团队对伽马射线暴的研究提出了新方向;国家天文台韩金林团队推演出银河系旋臂结构;同时还发现了银河系的星系盘和晕的磁场结构。南京大学郑兴武团队运用甚长基线干涉测量及微波激射源,首次对银河系中的一些远距离激射源进行了视差测量,并推导出它们的具体距离,精度高达0.05毫角秒;此外,国家天文台汪景琇团队首次识别了大规模日冕物质抛射源区。一些太阳的全球性的磁耦合现象也被识别出来。此外,在天体力学和天体测量学领域,一些重要的成果也已经出现。
17世纪初,欧洲人给最初发现的月面环形山命了名,所用名字都是欧洲古代的神话人物、圣徒、神学家以及古希腊、古罗马的诗人、学者的名字,如宙斯、阿波罗、圣马丁、奥古斯特等等。
1935年,国际天文学家联合会统一编制了月面环形山位置表,整顿了月面形态的命名,但全部命名用的仍都是西方人的名字,没有一个是东方人的。
由于月球永远只有一面向着地球,背着地球的另一面是什么样没有人知道。直到20世纪50年代,人造卫星发射成功,使人们逐渐弄清了月球背面的真面目,那里同样布满了无数的环形山。1967年,国际天文学家联合会给月球背面的500多座较大的环形山命了名。1970年的第14届国际天文学家大会,正式批准了这些命名。月球背面环形山命名表是一张世界科学家名人录,所列命名全是已故的世界著名天文学家、物理学家、光学家、地球物理学家、化学家、生物学家和火箭技术专家的名字。此外,还有苏美两国的12位在世的著名宇航员的名字。
在这张命名表中首次出现了5位中国古代科学家的名字,他们是石申、张衡、祖冲之、郭守敬和王古(译音)。他们的名字被镌刻在硕大的月面上,跻于世界科技群英之列,为中华民族赢得了荣誉。
石申是战国时魏国的天文学家,是古代星表的最早编制人,是世界方位天文学的创始人,他著的《石氏星经》是世界最早的恒星观测记录。石申环形山在月球背面西北隅,月座标为东105°,北76°,面积约为350平方公里。
张衡是东汉时代的天文学家,他发明和制作了浑天仪和地动仪,著作了《录宪》和《浑天仪注》,阐述了浑天理论,解释了天体视运动和月蚀现象,计算出了日月的角直径,统计出中国中原地区肉眼可见的恒星约2 500颗。张衡环形山离月赤道以北不远,月座标为东112°,北19°,面积约240平方公里。
祖冲之是南北朝时期杰出的数学家和天文学家,他最早把圆周率的值计算到了小数点后7位,他编的《大明历》第一次把岁差引入历法计算,发明了用圭表测定冬至时刻的方法。祖冲之环形山在月背北半球,面积约240平方公里。
郭守敬是元代天文学家,他创制了几十种天文观测仪器,建立了设备齐全的天文台,精确计算出回归年长365.2425日,测算出黄赤交角,编制了《授时历》。郭守敬环形山在月背东部,面积约240平方公里。
先说说吴敬梓,他从37岁开始写《儒林外史》,依靠典当衣服,卖文和友人的周济维持生活。冬天天寒,家中无火取暖,夜间写书寒冷,他就邀请朋友趁月色绕城跑步取暖,就这样度过了3年,完成了33万字的巨着《儒林外史》。
如果他从一开始就向困难屈服了,不用说3年,就是30年,他也绝不可能写出这篇巨作吧,由此观之,战胜磨难很重要。
如果有人说:一个中枢神经残疾,肌肉严重衰退,失去了行动能力,手不能写字,话也说不清楚,终生要靠轮椅生活的人,凭借一个小书架,一块小黑板,还有一个他以前的学生做助手,竟在天文学的顶尖领域——黑洞爆炸理论的研究中,通过对黑洞临界线特异性的分析,获得了震动天文学的巨大成就,你一定会感到惊奇。然而,这却是毋庸置疑的事实,他为此荣获了1980年度的爱因斯坦奖金。
他的名字叫史蒂芬·霍金,是一个英国人,当时他只有35岁。更有趣的是,作为天文学家,他从不使用天文望远镜,却能告诉我们有关天体运动的许多秘密。他每天被推送到剑桥大学的工作室里,干着他饶有兴趣的研究工作,还写出了《时间简史》。
张衡(公元78—139年),字平子,南阳郡(今河南南阳)人,东汉时期的科学家。据记载,张衡“通《五经》,贯六艺”,而且“常耽好《玄经》”[ ],也就是说,张衡精通儒家的五经,通晓儒家的六艺,并对汉儒扬雄的《太玄》非常感兴趣。
扬雄的《太玄》认为,“玄”是宇宙间万事万物的总原则,他说:“夫玄也者,天道也,地道也,人道也。兼三道而天名之。”[ ]“玄者,幽摛万类而不见形者也,资陶虚无而生乎规,执神明而定摹,通同古今以开类,摛措阴阳而发气。一判一合,天地备矣。”[ ]张衡非常推崇扬雄的《太玄》,并且说:
吾观《太玄》,方知子云妙极道数,乃与《五经》相拟,非徒传记之属,使人难论阴阳之事,汉家得天下二百岁之书也。复二百岁,殆将终乎?所以作者之数,必显一世,常然之符也。汉四百岁,《玄》其兴矣。[ ]
而且,张衡还受到扬雄《太玄》的影响撰着《玄图》,其中说道:“玄者,无形之类,自然之根。作于太始,莫之与先;包含道德,构掩乾坤;橐龠元气,禀受无原。”张衡把“玄”看作是自然之根本,显然是吸收了扬雄的思想。他还在阐述其宇宙论和天文学思想的重要着作《灵宪》中说:
太素之前,幽清玄静,寂寞冥默,不可为象,厥中惟虚,厥外惟无。如是者永久焉,斯谓溟涬,盖乃道之根也。[ ]
张衡把宇宙的最初状态说成是“幽清玄静”,应当说,这种宇宙论在很大程度上是受到了扬雄的影响。
与扬雄一样,张衡对当时流行的谶纬之学也进行了批评。他在《请禁绝图谶书》中写道:
自汉取秦,用兵力战,功成业遂,可谓大事,当此之时,莫或称谶。若夏侯胜、眭孟之徒,以道术立名,其所述着,无谶一言。刘向父子领校秘书,阅定九流,亦无谶录。成、哀之后,乃始闻之。
张衡认为,谶纬之学为后人编造,并非古代圣人所作。他接着说:
《尚书》尧使鲧理洪水,九载绩用不成,鲧则殛死,禹乃嗣兴。而《春秋谶》云:“共工理水”。凡谶皆云黄帝伐蚩尤,而《诗谶》独以为“蚩尤败,然后尧受命”。《春秋元命包》中有公输班与墨翟,事见战国,非春秋时也。又言“别有益州”。益州之置,在于汉世。其名三辅诸陵,世数可知。至于图中迄于成帝。一卷之书,互异数事,圣人之言,势无若是;殆必虚伪之徒,以要世取资。往者侍中贾逵摘谶互异三十余事,诸言谶者皆不能说。
在这里,张衡指出谶书中存在的自相矛盾,否认其为圣人之言。与此同时,张衡还用事实来证明谶纬预言的无效。他说:“永元中,清河宋景遂以历纪推言水灾,而伪称洞视玉版。或者至于弃家业,入山林,后皆无效,而复采前世成事,以为证验。至于永建复统,则不能知。”因此张衡认为,谶纬之学“皆欺世罔俗,以昧势位,情伪较然”,应当“一禁绝之”。[ ]
此外,张衡还着有《周官训诂》,并且曾“欲继孔子《易》说《彖》、《象》残缺者,竟不能就”[ ].可见,张衡不仅是一位科学家,而且也是一位有成就的儒家学者。
刘洪(约公元129—210年),字元卓,泰山蒙阴(今属山东)人,东汉时期的天文学家。他的《乾象历》比四分历精密得多,且有许多进步之处,被称为“划时代的历法”[ ].然而,《乾象历》的理论依据来自《周易》。《晋书?律历中》称刘洪的《乾象历》“推而上则合于古,引而下则应于今。其为之也,依《易》立数,遁行相号,潜处相求”。
虞喜(公元281—365年),字仲宁,会稽余姚(今属浙江)人,东晋时期的天文学家;着有《安天论》,在宇宙结构问题上倾向于“宣夜说”。虞喜在天文学上的最大贡献是他最早发现了岁差,并提出冬至点每50年西移一度的岁差值,被认为“在中国天文学发展史上尤其具有划时代的意义”[ ].据《晋书?虞喜传》记载:“喜少立操行,博学好古”;“洁净其操,岁寒不移,研精坟典,居今行古,志操足以励俗,博学足以明道”;“专心经传,兼览谶纬,乃着《安天论》以难浑、盖,又释《毛诗略》,注《孝经》,为《志林》三十篇。凡所注述数十万言,行于世”。可见,虞喜也是一位对儒家经典颇有研究的学者。
何承天(公元370年—447年),东海郯(今山东郯城)人,因曾任衡阳内史,故被称“何衡阳”,南北朝时期的天文学家。他利用前人的观测纪录,加之他自己多年的观测,撰《元嘉历》,对旧历作了多项的改进,是古代重要的历法之一。何承天在上表中说:
夫圆极常动,七曜运行,离合去来,虽有定势,以新故相涉,自然有毫末之差,连日累岁,积微成着。是以《虞书》着钦若之典,《周易》明治历之训,言当顺天以求合,非为合以验天也。[ ]
这里所谓的“顺天以求合”,就是要求根据天象制定历法并使历法符合天象;《尚书?尧典》中帝尧命令羲氏、和氏通过观测日月星辰的运行制定历法以及《周易》中所说“《易》与天地准,故能弥纶天地之道。仰以观于天文,俯以察于地理,是故知幽明之故”[ ],就是“顺天以求合”。何承天认为,制定历法应当以儒家经典《尚书》中的《虞书》以及《周易》为依据,应当“顺天以求合”,而不是为了让天象符合于历法,不是“为合以验天”。
何承天不仅以儒家经典《尚书》、《周易》作为编撰历法的依据,同时,他在儒学上也颇有影响。据《宋书?何承天传》记载,“承天幼渐训义,儒史百家,莫不该览。……《礼论》有八百卷,承天删减合并,以类相从,凡为三百卷,并《前传》、《杂语》、《纂文论》并传于世”。而且,他还在形神关系问题上提出自己的见解。他曾说过:
天以阴阳分,地以刚柔用,人以仁义立,人非天地不生,天地非人不灵,三才同体,相须而成者也。……若夫众生者,取之有时,用之有道……所以明仁道也。至于生必有死,形毙神散,犹春荣秋落,四时代换,奚有于更受形哉?[ ]
形神相资,古人譬以薪火。薪弊火微,薪尽火灭;虽有其妙,岂能独传?[ ]
这些观点对于当时形神关系问题的讨论是具有重要意义的。
祖冲之(公元429年-500年),字文远,范阳遒县(今河北涞水)人,南北朝时期的数学家、天文学家。在数学上,他对圆周率的计算和对球体体积的计算都代表了当时数学的最高水平。在天文学上,他编制了《大明历》,并首次在历法推算中将岁差的影响作为考虑的因素。祖冲之曾说自己在编制《大明历》的过程中,“搜练古今,博采沈奥,唐篇夏典,莫不揆量,周正汉朔,咸加该验”[ ],并且研读了包括汉儒刘歆、郑玄在内的许多学者有关历算方面的着述。刘宋大明六年(公元462年),祖冲之将所编制的《大明历》上表给孝武帝,并说:“臣博访前坟,远稽昔典,五帝躔次,三王交分,《春秋》朔气,《纪年》薄蚀,……探异今古,观要华戎。”他还说,他的历法有两大改变,其一,提出每391年设置144个闰月;其二,“以《尧典》云‘日短星昴,以正仲冬’,以此推之,唐尧世冬至日,在今宿之左 五十许度”。接着,祖冲之还论述了他的历法的三个“设法”,其中之一是,“以子为辰首,位在正北,爻应初九升气之端,虚为北方列宿之中”[ ].对于祖冲之的《大明历》,朝廷重臣戴法兴大肆责难。祖冲之则予以针锋相对的反驳,其中还就《诗经》中的“七月流火”以及《夏小正》中的“五月昏,大火中”,提出自己的看法。[ ]由此可见,祖冲之在编制《大明历》时,是把《春秋》、《尚书?尧典》、《周易》、《诗经》、《大戴礼记?夏小正》等儒家经典中有关天文学的内容当作重要的研究资料和依据。
祖冲之不仅为编制《大明历》,研习过儒家经典,而且也是在儒学上很有造诣的学者。据《南史?祖冲之传》记载,祖冲之还“着《易》、《老》、《庄》义,释《论语》、《孝经》,注《九章》,造《缀术》数十篇”。
僧一行,俗名张遂(公元683—727年),魏州昌乐(今河南南乐)人,唐朝时期的天文学家。他所编制的《大衍历》是当时最好的历法;此外,他在天文仪器制造、天文观测等诸方面也多有贡献。一行“少聪敏,博览经史,尤精历象、阴阳五行之学”,曾读汉儒扬雄的《太玄》,撰《大衍玄图》,后来出家为僧。开元五年(公元717年),一行入京,并在此后奉昭编制《大衍历》。[ ]《大衍历》中有《历议》十篇,其中《历本议》说:
《易》:“天数五,地数五,五位相得而各有合,所以成变化而行鬼神也。”天数始于一,地数始于二,合二始以位刚柔。天数终于九,地数终于十,合二终以纪闰余。天数中于五,地数中于六,合二中以通律历。……故爻数通乎六十,策数行乎二百四十。是以大衍为天地之枢,如环之无端,盖律历之大纪也。[ ]
在一行看来,《周易》的“大衍之数”是历法的基础和出发点。把历法的数据与《周易》的“大衍之数”联系在一起,这在今天看来的确有牵强附会之嫌,但是,当时包括一行在内的天文学家的确这样做了,并编制成历法,这却是事实。
苏颂(公元1020—1101年),字子容,泉州同安(今属福建厦门)人,宋朝时期的天文学家、医药学家。他组织领导了水运仪象台的创制,并撰《新仪象法要》,同时还编撰了《本草图经》。苏颂饱读儒家经典,曾有诗曰:
占毕自忘老,攻坚常切问。六经日沈酣,百氏恣蹂躏。《礼》、《乐》原夏商,《春秋》道尧舜。论《诗》识温柔,讲《易》知谦巽。《书》要通上古,史亦蕲尽信。复熟《中庸》篇,推名善恶混。[ ]
苏颂还要求学校以“《春秋》兼《三传》,《礼记》兼《周礼》、《仪礼》,并为大经”,“《毛诗》为中经”,“《周易》、《尚书》为小经”。[ ]可见他对儒学的重视。
与苏颂同时代的曾肇在为他作墓志铭时称他“以儒学显”,并且说:“公天资闳厚,有犯不校。……凡所施为,主于宽恕,故天下称为钜人长者。尤以礼法自持,虽贵,奉养如寒士。……博学,于书无所不读,图纬、阴阳五行、星历,下至山经、本草、训诂文字,靡不该贯,尤明典故。喜为人言,亹亹不绝。学士大夫有僻书疑事,多从公质问,朝廷有所制作,公必与焉。”[ ]
沈括(1031—1095年),字存中,钱塘(今浙江杭州)人。嘉佑八年(1063年)举进士,曾参与王安石变法,历任司天监、权三司使等官职。他博学多才,所着《梦溪笔谈》涉及数学、天文历法、地学、物理、化学、生物学、医药学以及工程技术等诸多科技领域,此外,他还有专门的医药学着作《苏沈良方》。
然而,他的科学研究与儒家文化有着密切的关系。沈括12岁开始延师受业,接受儒家的正统教育,历时12年。他的人格和学问较多地受到孟子的影响。他曾撰《孟子解》,其中说道:
屈伸俯仰无不中义,仰不愧于天,俯不怍于人,立于天地间而无所憾,至大也;……
思之而尽其义,始条理也;行之而尽其道,终条理也。
所谓修身也,不能穷万物之理,则不足择天下之义;不能尽己之性,则不足入天下之道。[ ]
从这些论述可以看出沈括对于儒学的深入研究以及他所受儒家思想的影响。此外,他还说过:“虽实不能,愿学焉。审问之、慎思之、笃行之,不至则命也。”[ ]儒家经典《中庸》所谓“博学之,审问之,慎思之,明辨之,笃行之”,正是沈括为学成人的真实写照。
黄裳(公元1147—1195年),字文叔,四川隆庆府普城(今四川梓潼)人,宋朝时期的天文学家、地理学家。在天文学方面,现存的苏州石刻天文图为当时的王致远根据黄裳的天文图所刻;在地理学方面,他作有一幅全国总图。
据《宋史?黄裳传》记载,黄裳长期在王府讲授儒家经典,尤擅长于《春秋》,曾经“作八图以献:曰太极,曰三才本性,曰皇帝王伯学术,曰九流学术,曰天文,曰地理,曰帝王绍运,以百官终焉,各述大旨陈之”,“有《王府春秋讲义》及《兼山集》,论天人之理,性命之源,皆足以发明伊洛之旨”。而且,黄裳还非常赞赏朱熹的学问,并曾予以荐举。
郭守敬(公元1231—1316年),字若思,顺德邢台(今属河北)人,元朝时期的天文学家。他在天文仪器制造和天文观测方面成就突出,尤其是他作为主要贡献者所编制的《授时历》是“我国古代最优秀的历法”,“把古代历法体系推向高峰”。[ ]
郭守敬从小随祖父长大,他的祖父郭荣通晓儒家五经,且精通数学和水利。后来,郭守敬又从学于刘秉忠。刘秉忠,字仲晦,邢州人。据《元史?刘秉忠传》记载:刘秉忠“于书无所不读,尤邃于《易》及邵氏《经世书》,至于天文、地理、律历、三式六壬遁甲之属,无不精通”。显然,郭守敬从小较多地接受儒学尤其是理学方面的教育。
元世祖至元十三年(公元1276年),忽必烈下昭编制新历法,授张文谦昭文馆大学士,领太史院,以总其事。在太史院,负责具体工作的主要是王恂和郭守敬。王恂很早就以数学方面的才能而闻名。据《元史?许衡传》记载,当时,王恂认为,“历家知历数,而不知历理”,因而推荐许衡参与主持编制历法。许衡认为,“冬至者历之本,而求历本者在验气”。于是,他“与太史令郭守敬等新制仪象圭表,自丙子之冬至日测晷景”,并且“参考累代历法,复测候日月星辰消息运行之变,参别同异,酌取中数,以为历本”。[ ]至元十六年(公元1279年),又有杨恭懿入太史院参与修订历法。至元十七年(公元1280年),新历告成,以儒家经典《尚书?尧典》中“敬授民时”为据,命名为“授时历”。
一般认为,郭守敬是授时历的主要贡献者;这不仅因为他在共同合作的研究中起了重要的作用,而且,还有许多后继的工作以及最后的定稿都是由郭守敬独立完成的。但是不可否认,在编制授时历的过程中,王恂、许衡、张文谦、杨恭懿等人都发挥了一定的作用。然而,郭守敬的这四位主要合作者,恰恰都是在儒学上很有造诣的学者。王恂,字敬甫,中山唐县人。其父王 良曾弃去吏业,潜心于伊洛之学。据《元史?王恂传》记载:“恂早以算术名,裕宗尝问焉。恂曰:‘算数,六艺之一;定国家,安人民,乃大事也。’每侍左右,必发明三纲五常,为学之道,及历代治忽兴亡之所以然。”许衡(公元1209—1282年),字仲平,学者称鲁斋先生,怀庆河内(今河南沁阳)人,宋元之际理学家。他崇信程朱理学,对于传播理学发挥过重要作用。张文谦,字仲谦,邢州沙河人。据《元史?张文谦传》记载:“文谦蚤从刘秉忠,洞究术数;晚交许衡,尤粹于义理之学。为人刚明简重,凡所陈于上前,莫非尧、舜仁义之道。”杨恭懿,字元甫,奉元人。据《元史?杨恭懿传》记载:杨恭懿“暇则就学,书无不读,尤深于《易》、《礼》、《春秋》,后得朱熹集注《四书》,叹曰:‘人伦日常之用,天道性命之妙,皆萃此书矣。’”
郭守敬从小接受儒家的教育,他在编制授时历过程中的四位主要合作者的学术背景也均属于儒学,而且许衡还是当时着名的理学家。从这些事实中不难看出儒学对于郭守敬编制授时历具有重要影响。尤其是在刚开始编制历法时,王恂就推荐“知历理”的许衡参与工作,这本身就足以说明理学对于天文学研究的作用。
王锡阐(公元1628—1682年),字寅旭,号晓庵,别号天同一生,江苏吴江人,明清之际的天文学家。他的天文学着作有《晓庵新法》、《历法》、《历策》、《五星行度解》等。
王锡阐曾自称:“治《诗》、《易》、《春秋》,明律历象数。”[ ]同时,他与诸多儒家学者有过交往,其中有顾炎武、朱彝尊、万斯大等,晚年又与吕留良、张履祥一起讲濂洛之学。[ ]这些学者都是当时着名的儒家学者。朱彝尊(公元1629—1709年),字锡鬯,号竹垞,浙江秀水(今浙江嘉兴)人,清经学家,着有《经义考》、《曝书亭集》、《明诗综》等。万斯大(公元1633—1683年),字充宗,学者称褐夫先生,浙江鄞县人,清经学家;为学尤精《春秋》、《三礼》。吕留良(公元1629—1683年),字用晦,号晚村,崇德(今浙江桐乡)人,清初理学家,学宗程朱。王锡阐与这些儒家学者交往,不可能不受到儒学的影响,
与元代天文学家王恂、郭守敬既讲历数又讲历理一样,王锡阐也说:
天学一家,有理而后有数,有数而后有法。然惟创法之人,必通乎数之变,而穷乎理之奥,至于法成数具,而理蕴于中。[ ]
古人立一法,必有一理,详于法而不着其理。理具法中,好学深思者自能力索而得之也。[ ]
因此,他反对将历理和历数二者分割开来的做法。他说:
至宋而历分两途,有儒家之历,有历家之历。儒者不知历数,而援虚理以立说,术士不知历理,而为定法以验天。天经地纬躔离违合之原,概未有得也。[ ]
科学技术领先的发达国家都非常重视大学生的天文普及教育,发达国家及一些发展中国家的中学与高校也都普遍开设了天文学课程。美国国家天文学联盟副主席肯·威尔科克认为:“对于学生,天文学是检验他们一生对科学兴趣的最好方法”[1]。
我国的天文教育目前很薄弱,与发达国家相比差距很大。我国现有高校3152所,在校生超过2000万,其中高职高专1281所,开设天文选修课的高职院校不到20所[2]。近几年一些高校纷纷开设天文公选课,但目前高职院校中开设天文选修课的仍是凤毛麟角,多数学生天文地理知识贫乏。例如,许多学生不能辨认北斗星、不知道四季更替的原因,或热心于“占星学”,相信网上传播的带有迷信色彩的信息。因此在高职院校中开设天文选修课,普及天文学知识,不仅非常必要,而且势在必行。
我院在校学生有1200余人。自2003年开设“趣味天文”第二课堂,2009年起开设“星空探秘”公选课。至今已运行天文公选课4个学期,选课人数累计198人。随着教学实践的深入,我们不断总结经验改进教学,将天文公选课开成学生喜闻乐见的一门课程。本文分析了天文选修课的必要性,结合近年来我校教学经验体会,介绍我院天文公选课的实施。探讨天文教育的特征、模式、选修课所面临问题及其对策。
1.天文选修课的必要性
人类有别于其他动物的重要标志之一是有思维活动,人的思维活动涉及到其所处环境,包括宇宙环境。高职院校的天文教育,是提高学生科学素养不可或缺的重要环节。天文领域的相关知识和新的发现,能激发学生的科学热情,帮助学生掌握科学思维方法,树立正确的宇宙观。
在高职学生中普及天文知识,对破除迷信、反对伪科学具有重要意义。天文是研究天上发生的现象的学问,而很多迷信也恰恰来源于“天上”。例如,很多学生迷恋“生肖、星座与命运”的所谓对应关系,社会上一度有许多出版物,对这一不科学的论调起了推波助澜的作用,相信所谓“生肖”的因果对应的思潮,对社会良性发展危害性很大。天文知识的普及,正是让学生知晓正确的天文知识、树立正确人生观和科学思考方法、破除迷信和伪科学的有力武器。
大量调查数据的分析,说明学生需要天文知识。公选课实施以来,针对天文公选课,我们进行了连续多个学期的问卷调查。累计发出问卷198份,收回182份。被试学生涵盖高职生和中职生,来自4个学院的9个专业,其中3个文科或艺术类专业。
结果表明,有89%的学生希望学习天文知识。对于学生获取天文学信息的途径,我们让学生在以下6种途径中进行多项选择:⑴多媒体网络⑵电视⑶报刊杂志⑷科普书⑸科普展览或天文馆⑹课外活动。统计显示,使用过小于或等于2种途径的学生占46%,使用过3种途径的占23%,4种途径的占15%,5种或以上的途径的仅占2%,其中绝大多数人是由网络或电视中了解天文信息的。上述结果说明,绝大多数学生很希望了解天文知识,但是获得天文知识信息的途径还很少。问卷中还设计了少量天文基本常识题,从答卷结果看,学生的天文知识很肤浅而零散。
关于学生对天文知识的兴趣点,问卷结果显示了以下几个方面:星座与人生、外星人与UFO、流星及日月食、小行星撞地球、黑洞。
表1是学生回答的选课动机统计表(问卷为多项选择)。可以看出,多数学生的选课动机是积极的。学生希望拓展知识面和提高素质,但也有部分学生的选课目的是为修够学分,其部分原因是可供选择的选修课数量尚不多。
综上可见,高职学生的天文基本常识还很欠缺,他们对天文知识是渴求的,这种渴求正是探索宇宙和认识自然的原动力。因此在高职院校中很有必要提供途径,使学生有机会了解和学习天文知识。
2.天文选修课的教学实践
2.1教学目标的研究与确定
学校应根据学生特点来设置教学目标,这个原则对于选修课更为重要[3]。我院天文选修的授课对象是全院学生,他们专业分散,大部分是二年级学生,五年制高职生约占60%的比例。学生数理基础很差,已有的天文知识很零散且肤浅,基本知识往往局限于一些科技史话或科幻故事等。
根据学生情况,参照其他院校的经验,我们将天文选修课的教学目标定位于:通过本课程的学习,一方面了解一些天文常识和前人的研究历程,拓宽知识面,帮助学生形成较科学的理性思维习惯。另一方面使学生了解天文新成就和进展,激发他们对天文的兴趣。
2.2教学内容的取舍
鉴于选修课的特点和我们的现有条件,我们首先明确一个主导思想:打破纷繁复杂的天文知识体系,根据既定教学目标制订教学内容。经过多学期教学探索,筛选出一些重要的、有趣味性的、适合我校实际情况的内容,重构成为天文选修课的授课内容。制订教学内容时我们设计了两条主线,一是天文现象与天文观测,因为这是天文理论与实践的基础,而且从现象入手的教学更容易为学生所接受。二是天文新成果,介绍一些天文研究最新成果,经常结合媒体报道的科技新闻,以通俗易懂的方式引入相应天文知识或常识,拓宽学生知识面的同时,提高学生的学习兴趣。
教学内容的选取上,我们特别注意了教学内容的趣味性[4]。例如,第二课的题目是“从干支纪年谈起——天文简史”,最后一课“外星人存在吗——探索地外文明”,题目吸引了学生的兴趣。课堂教学中,我们一般选择有趣的事例或经典故事引入教学内容。还利用一些名人轶事、历史典故等,活跃课堂气氛,集中学生注意力[5][6]。另外,教学中还介绍一些科技发展史,一些重要天文成果产生的背景,对学生的思维习惯和能力起到潜移默化的培养作用[7]。
天文公选课没有合适的教材,课题组开发编纂了讲义。内容源于相关图书资料、天文馆资料、图片、官方网站资料、有关科技新闻等。网络资源中有极多可以利用的素材,但也需要花很大精力去选取和浓缩。讲义涉及经典核心知识、历史、研究方法、趣味实验、天文新发现等。教学内容动态变化,紧跟科技发展形势,也是教学内容之一大特点。
2.3教学方法的研究
按照天文选修课的特点,本课特别适合采用活动教学、案例教学和多媒体教学。我们在教学中大量采用多媒体教学方式。多媒体教学手段可以 容纳大量知识信息,另一方面还可以展示丰富的、多彩绚丽的天文图片和视频内容。除此之外,还利用多种教学形式,如主题讨论、室外观测、器材及星图使用、观测记录讲评等,多样的课堂形式和大量的信息交流,活跃课堂气氛,学生在活动中既学习了知识,又提高的思维水平。
比如在第一次课上,教师引导做一个有趣的假想“旅行”[8]:多媒体课件演示,从教室出发,由近及远渐渐远离地面、地球、地月系、太阳系、银河系…,直至“宇宙边缘”。这个假想的旅行,展示了宇宙之大而给学生以震撼,学生正确认识了我们人类在宇宙中的地位,同时又进一步提高学习兴趣。这个“开篇”为学生所喜闻乐见,也得到很多教师的好评。
作为天文类课程的重要环节,实地观测是必不可少的。借助逐步完善的观测条件,我们组织学生进行天文观测。利用不同的学期时段所发生的天象,布置和指导学生完成定期和不定期的观测与记录[9]。这些活动有:课程前4周的月相观察和记录;星图的使用练习;夜晚辨认识别星座和认星;二分二至午时太阳高度角的测量;赤道仪和折射镜的使用等。这些活动往往联系着诸多知识、历史神话、常识等,活动使学生拓展了知识、开阔了心胸、陶冶了情操、锻炼了能力。
2.4考核方法的探索
选修课的考核类型一般为考查。经过近几年的教学实践,我们总结了一套适应天文选修课的考核方法。
根据天文选修课程特点,本课不宜闭卷考试。我们采用观测天象记录、知识竞赛、讨论天文新发现、撰写小论文等方式,考核学生对天文选修课的掌握程度。例如在2010年,结合科技新闻“发现最年轻的黑洞”的讨论题,学生写出自己的看法或深度解读,经过查找资料和讨论,评出单元成绩,每个学生都不觉得是在考试,但是掌握了科技新知识。在结课考核的学生论文要求时,学生往往很关心如何要求论文的字数,我们对字数的要求很宽泛,字数不做特别要求,重在论文质量。规定学生可以针对其所感兴趣的内容(天文范畴),发表自己的看法,写出自己的认识或观点,不能抄袭或下载,引用文献要注明出处等。这样的要求下,学生能够发挥出主观能动性,写出言之有物、观点明晰的小论文。培养了他们实事求是的科学态度和严肃认真的治学精神。
3.若干思考
在高职院校中开设天文选修课,是普及天文知识的一种很有效的方式。天文学是对人类文明影响最大的学科之一,天文学与社会政治、宗教、文化、艺术等领域也有久远的关系。天文学的基本知识,对于当代大学生,无论将来从事何种职业,都是值得学习的。
通过对天文学基本知识的学习和观测活动,可以使高职院校学生获得关于天体和宇宙的各种知识,科学地认识宇宙,了解人类生存的宇宙环境和探索宇宙的科学方法,从而开阔学生的视野,树立正确的世界观和人生观,提高科学素质和综合知识水平。
3.1授课内容与方式
天文选修课的授课内容可以包括:天文学简史、认识四季星空、天球坐标系、天体测量概述、太阳及行星系统、恒星和星系、现代宇宙学知识。实践部分包括:普通天文望远镜基本知识、星座辨认、大行星的观测、河外星系观测、彗星及其它天象观测、简易天文望远镜的制作知识等。根据学生学习情况和教学条件的配备,可以对以上内容进行一定的取舍。
针对该课程知识性强,与其它学科的交叉、综合性强,学生好奇性强的特点,理论部分采用课堂讲座方式为主、学生讨论为辅的开放式教学模式。实践部分可适时做基本观测实习,或针对当时特殊天文现象,组织观测活动,丰富和活跃学生学习内容。
3.2天文选修课的实施效果
通过调查问卷,我们要求学生评价课程对自己的“作用”和学习“收获”。表2显示了学生对天文选修课的基本评价。认为天文选修课“有用”和“有收获”的都占到90%以上。
3.3存在的问题与建议
在高职院校开设天文选修课是一项新的教改实验,尚有以下问题要解决:如何定位教学目标、教学内容的组织、平衡教学内容的系统性与趣味性、课外作业内容问题、网络资源的利用、实践活动内容的设置、观测器材购置。
天文选修课的目的应该是:通过选修课学习,了解天文发展历史、天文发现方法和成果,拓宽知识面,帮助学生形成一种科学的、理性的思维方式,培养学生克服困难的意志,提高学生学习的主动性和创新性。
课外作业的选取对学生学习效果影响颇大。作业形式可以是:对某一问题的思考、课外阅读后的课堂讨论、小论文、观察记录、观测数据计算推演。研究和布置的作业要保护学生的学习积极性和热情,进一步引发其探索兴趣。
在教学中发现,文科生的感悟和追求与理科生有所不同。他们在知识的本体之外,更侧重天文奥秘中蕴含着的人类思想的美丽,更善于理解星语、品位内涵,悟出做人的道理,自我培养净化的心灵。我们不妨将他们的这一学习特点和感悟,引入到天文选修课目标中,使理科学生具有更高人文素质。
[参考文献]
[1]樊军辉.对我国高校天文学选修课开设的思考[J].湖南师范大学教育科学学报.2009(5)
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[3]赵娟.天文公共选修课教学的一点体会[J].北京师范大学学报(自然科学版).2005(6)
[4]叶壬癸.天文知识选讲[M] .科学出版社.2002.4
[5]王玉民.星座世界[M] .辽宁教育出版社.2008.7
[6]chinahou.org
[7]【美】卡尔·萨根著.李元等译.宇宙[M] .吉林人民出版社.1998.10
关键词: 高中物理教学 天文学 航天知识
2012年浙江高考理科综合卷的第15题,考查学生用物理知识和天文航天知识,以及用数学知识解决物理问题的能力。同样的,浙江2011年的第19题,2010年的第20题和2009年的第19题,考的都是这些知识和能力。其他省份和全国卷也都存在这一现象:天文和航天知识在物理高考中几乎年年出现。这表明在新课程标准的指导下,现行的高中物理教材和考试题型都紧跟时代的发展,反映现代科技的进步。教师在课堂教学过程中,需要注意增加物理的实用性和趣味性,使学生能把枯燥的物理理论和当代高新科学技术发展联系起来,增强学生的求知欲。特别是天文学和航天技术的发展这些内容。
一、物理学与天文知识、航天技术的关系
天文学在物理学中扮演着一个很特殊的角色。它是物理学的一个重要分支,又占据了物理学中一个相对重要的地位。它的发展是极其曲折而又激动人心的,每一次进步都带动了整个物理学界的巨大变革。而物理学界里程碑似的成绩无不有与之相关的地方,无不有其应用的地方。哥白尼的日心说带来了天文学的一次翻天覆地的变革。之后导致了天体物理学的自诞生以来最为飞速的一次发展,其中牛顿的万有引力的影响是极其深远的。它给天文学家解释许多问题提供了一个最有力的论证。
航天技术是一门高度综合性的科学技术,是很多现代科学和技术成就的综合集成。航天技术的设想来源于基础物理学中的力学和热学,而其发展主要依赖于电子技术、自动化技术、遥感技术和计算机技术等众多先进技术的发展。而这些技术的发展都离不开物理学基础理论的研究。如没有电磁学的发展,人类就无法使用电能,也无法生产电子产品,其他的高新技术就更加无法实现了。
二、扎实掌握高中物理基础知识
1.构建完整的知识脉络。
与天文、航天联系的物理问题主要考查了学生的力学和电磁学方面的知识。如:圆周运动,万有引力,洛伦兹力等知识点。如2009年浙江理综卷第19题,“关于太阳和月球对地上相同质量海水的引力”,考查的就是万有引力定律。2010年浙江理综卷的第20题“宇宙飞船以周期为T绕地球做圆周运动……”考查的就是圆周运动与航天知识,以及用数学解决物理问题的能力。2011年浙江理综卷的第19题“探测X星球”,考查的也是万有引力和圆周运动,体现了理的实用性。
通过认真理解题目信息,联系所学物理知识,建立物理模型,就能运用所学的知识轻松解决这类问题。这需要学生全面、完整、系统地掌握相关的知识。具体有开普勒的三大行星运动定律:轨道定律、面积定律和周期定律;万有引力定律,包括万有引力定律的发现,定律公式,引力常量及其测定G,以及万有引力定律在实际中的应用:计算地球质量、中心天体质量和发现未知天体。宇宙航行章节中的三个宇宙速度及人造地球卫星的运行都需要扎实地掌握。
2.补充天文知识,激发学习兴趣。
有高中物理中,在介绍万有引力定律时,为了让学生感受万有引力定律的巨大作用,我引用了这样两个事实:哈雷应用万有引力定律预言了彗星的回归和勒维耶根据万有引力定律完成了对海王星位置的推算。这不仅证明了万有引力定律的正确性,而且是物理学和天文学互动发展的有力例证。
教师还可以在课堂上及时补充一些天文常识,开阔学生的视野,提高学生的兴趣,激发他们学好物理的主动性。如:中国为何远古就有“金木水火土”五行说呢?虽不科学,但也并非完全不科学,因为太阳系中唯有“金木水火土”五大行星,是用肉眼能观察到的,其他都要用望远镜才能观测到,而我们的祖先很早就对此有了记录,作为后辈的我们更要鞭策自己不断努力了。
再比如金星,又名太白金星,它是天空中最亮的星星,所以一眼就能看到它。它又叫启明星,每天天快要亮时,它出现在东方,很明亮,太阳出来后消失。它又被叫做长庚星,因为傍晚太阳落下不久,最早在西方天边出现的星星就是它。由于它的明亮,西方人把它叫做“爱神之星”。木星,体积最大的行星,它的亮度仅次于金星,也较早呈现天空中,西方人把它命为“众神之父”。
三、关注天文学的热点和新发现
宇宙大爆炸理论,黑洞,中子星这些都是天文学上最热门的研究领域,也是高考的热点。如果学生平时对这些知识有所关注,就可以在短时间内迅速理解题意,正确解答出来。
如2009年安徽理综卷的第16题,先给出宇宙大爆炸理论,假如真是这样,要求学生选出标志宇宙大小的宇宙半径R和宇宙年龄t的关系图像。该题考查的知识点很简单,就是对运动图像的分析,看懂题目,准确了解题意,选择正确的图像并不难。
2009年江苏高考物理第3题以“英国《新科学家》杂志评选出了2008年度世界8项科学之最”之一的“最小黑洞”为背景,紧跟国际新动向。但此题考查的仍然是万有引力定律的应用。虽然知识点非常简单,但是具备相关的天文知识,却能帮助学生更快地解题。尤其是其中计算结果精确到数量级,是天文中常见的估算法的运用。
2009年四川6月的高考,引用的是当年4月底美国的天文发现:代号为2009HC82,与太阳系其他行星逆向运行的小行星。可见高考对天文上的新发现的关注程度。
四、关注我国航天事业的发展
当我国重大天文和航天事件发生时,物理高考中常常会联系这些问题。比如2000年1月26日我国发射卫星,全国卷和天津、广东卷都考了;又如和平号退役,神舟2号、神舟4号、嫦娥一号等重大科技事件的发生,也在当年的高考中体现出来。如2008年的广东卷第12题的“嫦娥一号”奔月示意图,北京卷第17题“嫦娥一号”卫星,2009年福建理综卷的第14题的“嫦娥一号”月球探测器,2009年重庆理综题第17题都以“嫦娥一号”为背景,考查万有引力和圆周运动的知识点。
2010年安徽理综卷第17题,虽然考查的知识点依旧是万有引力定律的应用,却是以“我国预计于2011年10月发射第一颗火星探测器‘萤火一号’”为背景,时代感很强。可以预见,火星探测器项目还会随着今后航天技术的发展而在未来的高考题中成为被高度关注的对象。
在今年的高考中,江苏高考物理第8题也考到了我国航天的最新发展:2011年8月,“嫦娥二号”成功进入了环绕“日地拉格朗日点”的轨道,我国成为世界上第三个造访该点的国家。如图所示,该拉格朗日点位于太阳和地球连线的延长线上,一飞行器处于该点,在几乎不消耗燃料的情况下与地球同步绕太阳做圆周运动,则此飞行器的(?摇?摇?摇)
(A)线速度大于地球的线速度
(B)向心加速度大于地球的向心加速度
(C)向心力仅由太阳的引力提供
(D)向心力仅由地球的引力提供
该题并不难,考查的是匀速圆周运动的知识,但了解一定的航天知识对学生题意理解和考场发挥起着很重要的作用。因此,教师应该多关注生活中发生的重大事件,特别是我国航天事业的新发展。同时也引导学生多关注这方面的知识。关注我国天文和航天技术的发展,还有助于增强学生的民族自豪感和社会责任感,同时使学生对物理学在实际科技生产中的应用有更深的认识,激发学生对物理学习的兴趣,提高学生的积极性和主动性。
参考文献:
张衡的成就,远不止发明了地动仪、浑天仪这些大众熟知的仪器。在成为科学家和发明家之前,他是个杰出的文学家,而他的文学成就和在文学发展史上的地位,虽不及他的科学成就那样影响深远,却也贡献巨大、不容忽视。甚至有评论称:“张衡是汉赋发展史上承前启后、具有划时代意义的重要作家。”此外,他在七言诗的发展史上也占有极其重要的地位。
张衡十五六岁时,文赋写作水平就已经很高,有希望被推荐到太学跟从“五经博士”学习。但张衡觉得太学里的学习方法太过拘谨、学问讲解的过于繁琐,于是,他决定放弃进入太学学习。17岁时,他卖了一部分房屋作为旅费,开始了四处游学。游学的成果是――“通五经、贯六艺”。
在自然科学上,张衡善于打破陈规、发明创造,而在文学上,他则善于学习、借鉴、继承和开拓。他的一生创作了很多文学价值非常高的作品,如结构严谨精密、被称为汉赋精品的《二京赋》;细致描写家乡的历史、山川、民俗,具有很高历史价值的《南都赋》;开启抒情小赋创作时代的《归田赋》;被广为传颂,对七言诗发展有极大影响的《四愁诗》等。另外,还有《思玄赋》《舞赋》《七辩》《应间》等作品。
《二京赋》是张衡的代表作,也可以算作他的成名作。从十九岁时起草,至三十岁时润色完成,张衡用了十年的时间。《二京赋》包括《西京赋》《东京赋》两篇。二京,指西京长安与东京洛阳。在作品中,张衡驰骋想象、体物抒情,描写了西京长安的奢华无度和东京洛阳的俭约重礼,文章辞藻华美、内容丰富、技巧高超,不仅全面、生动地描述了东汉的发展状况、民俗风情,更将政治讽谏融入其中,仗义执言、痛斥腐朽昏庸。《二京赋》集社会描述、意境想象、政治讽谏、历史反思、感情抒发于一体,洋洋洒洒,蔚为大观。有评论称,张衡的《二京赋》与班固的《两都赋》相比,更为宏大、细致、有特色,是汉赋长篇的极致。《二京赋》更改变了辞赋专一阿谀颂德的陋习,开一代新风,后被南朝梁昭明太子萧统收入《昭明文选》。郭沫若说他的《二京赋》在汉代文学中有着优越的地位,而祢衡在《吊张衡文》中则称他“下笔绣辞,扬手文飞”。
倍受瞩目的科学贡献
除了文学艺术外,张衡在天文学、地震学、机械技术、数学等方面均有卓越贡献,他的伟大发明和科学著作对我国的科学发展产生了深远影响。
《灵宪》:《灵宪》是张衡集多年的实践与理论研究写成的一部天文巨著,也是世界天文史上的不朽名作。该书全面阐述了天地的生成、宇宙的演化、天地的结构、日月星辰的本质及其运动等诸多重大课题,将我国古代的天文学水平提升到了一个前所未有的新阶段,使我国当时的天文学研究居世界领先水平,并对后世产生了深远的影响。
漏水转浑天仪 :漏水转浑天仪是世界上有明确历史记载的第一架用水力发动的天文仪器。利用一个直径四尺(约1.2米)多的铜球,球上刻有二十八宿、中外星官以及黄赤道、南北极、二十四节气、恒显圈、恒隐圈等,成一浑象;再用一套转动机械,把浑象和漏壶结合起来。以漏壶流水控制浑象,使它与天球同步转动,以显示星空的周日视运动,如恒星的出没和中天等。这也是世界上第一台自动演示恒星和太阳周日运行的仪器。
候风地动仪: 候风地动仪是中国古代侦测地震的仪器,也是世界最早的地震仪,由张衡于汉顺帝永建七年(132年)发明,但已失传,据陈毁于东汉战火。现存的候风地动仪,是由各国考古学家根据古书记载与现代科学知识所复原的模型。
候风地动仪用精铜制成,直径2.7米,其外形像一个大型酒樽。地动仪里面有精巧的结构,主要为中间的都柱(相当于一种倒立型的震摆)和它周围的八道(装置在摆的周围的8组机械装置)。在樽的外面相应地设置八条口含小铜珠的龙,每个龙头下面都有一只蟾蜍张口向上。如果发生较强的地震,都柱因受到震动而失去平衡,这样就会触动八道中的一道,使相应的龙口张开,小铜珠即落入蟾蜍口中,由此便可知道地震发生的时间和方向。
瑞轮(读míng)荚:瑞轮荚即古代的活动日历,是张衡模仿神话中一种奇树──荚的特征制造而成的计时器。主要是在一个立轴上装15个拨板,依次分别作用于15个荚,按着应有的时刻升落,利用水力运动,从每月初一起,每天转出一片木叶,15日后每天再转入一片,到月落为止,循环旋转开合,从而获得类似活动日历的效用。
指南车:指南车主要利用机械原理和齿轮的传动作用,由一辆双轮独辕车组成。车箱内用一种能自动离合的齿轮系统,车箱外壳上层置一木刻仙人,无论车子朝哪个方向转动,木人伸出的臂都指向南方。张衡关于齿轮系统的应用和相对运动的原理,被西方学者赞为“是一切控制论机械的祖先”。
记里鼓车:记里鼓车是用以计算里程的机械。据《古今注》记载:“记里车,车为二层,皆有木人,行一里下层击鼓,行十里上层击镯”。“记里鼓车”和“指南车”的制造方法相同,所利用的差速齿轮原理,早于西方1800多年。
候风仪:候风仪又叫相风铜鸟,是气象学中预测风力风向的仪器。即在空旷的地上立一根5丈高的长竿,竿上装一只可以转动的铜鸟。人们可以根据铜鸟随风转动的方向,知道是什么风向。这是世界上最早的风向计。它与西方的候风鸡类似,但西方的候风鸡到12世纪才始见于记载,要比张衡的候风铜鸟晚了1000多年。
并不如意的为官生涯
张衡对于为官并没有太大热情,屡次受邀、屡次拒绝,期间更几次辞官。
公元100年,张衡应南阳太守鲍德之请作主簿,掌管文书工作。8年后鲍德调任京师,张衡即辞官居家。
公元111年,张衡因在天文、阴阳、历算等方面的名声引起皇帝注意,被征召进京,拜为郎中。
公元114年,张衡迁尚书郎。次年,迁太史令。以后曾调任他职,5年后复为太史令。总计前后任此职达14年之久,张衡许多重大的科学研究工作都是在这一阶段里完成的。
公元133年,升为侍中。不久受到宦官排挤中伤,于公元136年调到京外,任河间王刘政的相。期间严整法纪,打击豪强。
这一考古发现的报道一时间轰动海内外,引起了许多专家学者的广泛关注。因为这一发现,将意味着在已公布的夏商周年表的基础上,把中国的历史再向前扩延了一千年,上溯至炎黄时代,从此三皇五帝将不再是传说的故事。完成这一艰巨而神圣任务的就是中国社会科学院考古研究所山西队队长、陶寺城址发掘领队何驽博士和他的队员们。
何驽是一个有着强烈事业心的人。早在湖北荆州工作期间,他就把自己的全部身心都投入到了所钟爱的考古事业中。并通过发掘和研究,撰写了《中国文明起源考古研究思考点滴》及《考古学研究与现实社会的互动》等50余篇有价值的论文。到中国社会科学院考古研究所工作后,随着工作阅历的不断丰富,何驽越来越感到,理论来源于实践,理论离不开实践。他常给同事们讲:纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行。要想印证较大和深奥的理论,就必须到考古实践中去,掌握大量的考古实证,只有到都城遗址去考古,才能发现大的更加有价值的东西。2002年,他受所领导委派,担任考古所山西考古队队长及陶寺城址领队,开始了国家科技部重点科研项目“中国文明探源工程预研究”中的“聚落形态考古研究”工作。
野外工作条件一般都是比较艰苦的,但这些对何驽来说似乎已经习惯了。他说,在野外工作,我不奢求什么,只要晚上有个住的地方,白天有个一日三餐就足够了。他在陶寺一住就是四个春秋。作为领队,经常是带着队员日出而作,日落而息。他把自己的大本营就驻扎在陶寺村里,对他来说,最感到头疼的就是农村的停电。因为近些年来,在临汾市借产业结构调整的东风,又连续上了一大批企业,致使电力供应紧张的局面一时很难得到缓解,因此,电力负荷缺额只有留给农村了。这样一来,何驽和他的同事们就只能经常在缺电的环境中工作和生活了,即使是这样,他也不会白白地让自己的时间流失了。他总是白天在田野里搞发掘,晚上在烛光下或应急灯下读书、思考、写论文,经常一干就是十一二点。四年中,他又撰写了40多篇有一定影响的论文。如《山西省襄汾县陶寺城址发现陶寺文化大型建筑基址》、《陶寺文化遗址――走出尧舜禹“传说时代”的探索》、《陶寺文化谱系研究综论》、《陶寺:中国早期城市化的重要里程碑》都曾经在考古界和社会上产生较大的反响,引起了学术界的高度重视。
何驽的考古发现并确认了陶寺文化早期小城、早期小城南部贵州址,中期小城、中期墓地及大墓、宫殿区夯土基址和大型仓储区等。他确定了中期大城面积达到280万平方米,是目前我国发现的史前最大的城址。2003年,他又通过钻探发掘并确认了中期小城内的祭祀区大型半圆夯土建筑,总面积约一千四百平方米。其建筑形状奇特,原为三层台基,结构复杂。附属建筑设施多,规模宏大,是迄今发现的最大的陶寺文化的单体建筑。据推测,其功能与观天象和祭祀有关,应是目前重要的史前建筑之一。何驽的发现,对唐尧时代在天文历法上的贡献进一步提供了佐证。
根据何驽的钻探发掘,陶寺遗址不仅有“王墓”、陶礼器、铜器、朱书文字,而且还有城垣、宫殿、祭祀区、仓储区等。更重要的是还有中国最早的“观象台”,从聚落形态角度看,高规格的宫殿建筑、宗教建筑和与天文历法有关的建筑设施,应当是“王都”级聚落所具备的标志性建筑要素。从这个意义上说,何驽所做的一切,等于认定了陶寺所具备的早期文明化社会的一些基本要素,印证了陶寺是目前我国规模最大,显现文明化程度最高的史前都邑聚落,陶寺是探索中华文明起源最重要遗址,陶寺文化是中华文明最重要的根源。
何驽在事业上是成功的,也是令人叹服的!但谈起四年多的陶寺考古历程,他总是感慨万千。2001年秋,他来到陶寺后,首先了解了陶寺的遗址情况,挖了探沟,挖出了南城墙夯土。2002年,陶寺纳入中华文明探源工程预研究,而他就是这个项目重点――陶寺遗址的牵头人,具体挖掘工作从哪里下手,大家都在看领队。他深感自己肩上责任的重大,但工作能不能取得实质性进展,他心里当时裹足不前。要有大胆的设想,还要有科学的态度。于是在茫然了二三个月之后,他决定先找早期城址,当时在大城中探出了许多小的城墙夯土,2002年就找到了早期小城。而中期城址的确认需要找中期大墓相匹配。
在钻探中,他发现陶寺城内东南方向少人居住迹象,应该与鬼神有关,钻探发掘后发现有大墓,长五米、宽三米七、深七米,属陶寺中期。同时在大墓旁边发现有大建筑,他初步推测可能与祭祀有关,因为建筑只剩下地基部分,形状像梯型建筑。轻易是很难弄清是什么东西的,鉴于作业难度大,当时,队员就劝他别挖了,但何驽却认为,对一个学者来说,发现了信息,而又因自己的疏忽,造成信息的丢失,这是对历史最不负责任的表现,是历史的罪人。他从小就养成了明知山有虎,偏向虎山行的倔强性格,遇到事情总爱刨根问底。因此,2003年春天,他决定探沟看一下,结果一看是弧形的夯土墙墓,当时他就暗暗推测,这个建筑可能是天坛类建筑。他又主持向外挖,这时线和缝与东南方向相对应。但是不巧的是,不久,“非典”疫情就暴发了,致使这项工作停顿了。“非典”过后,他们又加快了工作进度,不久,十个观测缝都挖了出来,对应东南方向的塔儿山。但这个建筑遗址原来究竟是个什么东西,何驽当时还是没有完全弄清,猜测可能用于观测日出。为了探个究竟,他求助于他的一个同学,这个同学是天文学史的博士生,他也推测有可能用于观测。所有的缝应该都能交汇到一个点,而这个点就是惟一的观测点,实际上是不是这么回事呢?同学建议,做实地模拟观测。冬至时,队员冯九生专门来到现场观测,结果发现日出时,太阳并不在缝中,于是陷入茫然。何驽却认为很可能是观测点位置有偏差,该建筑应该还是有观测冬至功能的。
何驽的观点一时在考古界引起了一场轩然大波,当时各种说法不一,质疑声如汗水般涌来:“何驽所提到的观测缝,是不是有意识的做出来的?”还有人说:“何驽的想法太离谱,年轻人对学术没有科学严谨的态度,目前学术界很浮躁,想搞点轰动效应的人太多,何驽莫非是想制造爆炸性新闻由此出名。”……不管周围的人怎么想,怎么讲,何驽并没有由此而沉沦,由此而懈怠,由此而放弃,他总是默默的说:“你们就看我最后的结果吧!”这就是何驽的执著,也是最为难能可贵之处,即使到了大年三十,他们也没有停顿过观测工作。这年最后一次观测就是腊月三十,头一天他们就去观测,遗憾的是乘坐的吉普车也坏了,因为过年又已经没有修车的工人,队员冯九生他们只好自己动手修。除夕一大早队员们就来到观测点,在凛冽的朔风中,终于在东三号缝看到了日出,这使他再次尝到了成功的喜悦。同时也就更进一步增强了他继续观测研究下去的信心和决心。
2004年初,何驽到中科院自然科学史研究所做一场学术报告,介绍了陶寺“观象台”的发现与观测情况。当时著名天文学家和历法专家陈美东先生指出,由于黄赤交角四千年的变化,导致今天冬至日出向北偏出缝外,何驽他们冬至观测结果是正确的。四千年前陶寺人的确在东二号缝中观测日出。这为证实何驽关于观象台功能的推测奠定了坚实的一步。但等到立春却又观测不到日出,这令他们很纳闷。到三月下旬,大地回春,何驽又继续开始了他的考古工作。同时,利用早上上工前的时间进行天文观测。他这时发现,一个观测点看不到所有缝,于是他提出在五十公分直径范围内有三个观测点的假设。苦心人,天不负。谷雨时节,也就是这一年的四月二十日,恰好在东八号缝观测到了日出。到五月中旬,经过与天文学专家沟通,专家提醒他观测点不可能同时有三个。通过冬至和塔儿山的两条观测线交汇到一起,找到这一个模拟观测点。
2004年10月,等到把主体建筑挖出后,何驽把所有的专家请来,由于当时观测缝没有解剖,陶寺观测点没有发现,当时大家都对此事仍抱有疑问。后来发现有三个同心圆的陶寺观测点遗迹,计算的点和原来古人做的点相吻合,更证实了何驽关于观测功能的推断。同年11月18日,何驽又请国家文物局专家组和几位天文学专家一起来到陶寺,天文学家初步认同观测功能的推断。但专家组还是说轻易不要过早地下结论,要注重用事实和证据说明问题。今年十月,何驽又请国内著名天文专家15人亲临现场进行论证,基本确认该遗迹是天文观测遗址。而这前前后后的两年中,何驽的付出却是令人难以想像的,因为他的工作已经超出了考古专业范围,涉足到了天文学的领域,可想而知,没有百折不挠的精神,没有对事业的执著,不注重学习、研究、设想、推断是很难有所作为的。
2005年11月10日,世界顶极刊物《自然》杂志第438期刊登陶寺发现古观象台的消息。英、法、德、日本、波兰的学者已表现极大的兴趣。中国的天文学家更是摩拳擦掌,准备大显身手。