時間：2022-04-21 15:02:46
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇天文學論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
聞名于世的“諾貝爾獎”，每年一次授予在物理學、化學、生理學或醫學，以及一些人文領域做出卓越貢獻的人，至今已有100多年的歷史。然而，諾貝爾并沒有設立專門的天文學獎項，這導致了20世紀前70年天文學的成就與諾貝爾獎無緣。由于天體物理學的發展，特別是天文觀測所發現的許多物理特性和物理過程是地面上的物理學實驗所無法實現的，宇宙及各種天體已成為物理學的超級實驗室。天體物理學的一些突出成果有力地推進了物理學的發展，這樣，天文學成就獲得“諾貝爾物理學獎”就成為很自然的事了。
諾貝爾獎與天文學的尷尬
諾貝爾獎是以瑞典著名化學家阿爾弗雷德·貝恩哈德·諾貝爾（Alfred Bemhard Nobel，1833年10月21日～1896年12月10日）的部分遺產作為基金創立的。諾貝爾獎包括金質獎章、證書和獎金支票。諾貝爾在他的遺囑中提出，將部分遺產（920萬美元）作為基金，以其利息分設物理、化學、生理或醫學、文學及和平5種獎金，授予世界各國在這些領域內對人類做出重大貢獻的學者。1968年，瑞典中央銀行于建行300周年之際，提供資金增設諾貝爾經濟學獎，并于1969年開始與其它5種獎同時頒發。諾貝爾獎還有一個規定，即只有先前的諾貝爾獎獲得者、諾貝爾獎評委會委員、特別指定的大學教授、諾貝爾獎評委會特邀教授才有資格推薦獲獎的候選人。
由于沒有設立諾貝爾天文學獎，在很多年里，天文學家既沒有推薦權，也不會被人推薦。在這個世界公認的科學界最高獎面前，天文學和天文學家的處境不免有些尷尬。
天文學與物理學相互促進
天文學是研究地球之外天體和宇宙整體的性質、結構、運動和演化的科學，物理學是研究物質世界基本規律的科學。研究各種物質形態都會形成相應的物理學分支，其中包括研究天體形態和特性的天體物理學。很顯然，天文學與物理學的關系十分密切，相互關聯，密不可分。天文學成就可以歸入諾貝爾物理學獎的范圍是在情理之中的，但是要使這個道理得到公認很不容易，花費了好幾十年的時間。
20世紀初，物理學家根據物理學規律提出了許多天文學預言：如廣義相對論預言星光在太陽引力場中的彎曲、水星近日點的運動規律和引力場中的光譜紅移現象；預言中子星、微波背景輻射、星際分子和黑洞的存在等。這些預言在證實的過程中曾走過艱難的歷程甚至彎路，這些偉大的預言推動著天文學家和物理學家們為之奮斗，并且發展了一個個新的分支學科。
天文觀測為物理學基本理論提供了認識地球上實驗室無法得到的物理現象和物理過程的條件。開普勒發現了行星運動三定律以后，牛頓為解釋這些經驗規律才導出萬有引力定律，而在地球上的物理實驗室中是總結不出萬有引力定律的。此后，從對太陽及恒星內部結構和能量來源的研究中獲得了熱核聚變反應的概念；對星云譜線的分析提供了原子禁線理論的線索；從恒星演化理論發展出了元素形成理論。天文學觀測的新發現也給物理學以巨大的刺激和桃戰：中子星的發現推動了致密態物理學的發展，而類星體、星系核、Y射線暴等現象的能量來源迄今還很難從現有的物理學規律中找到答案。
隨著物理學的發展，物理學家必然要把宇宙及各種天體作為物理學的實驗室。物理學家涉足天文學領域的研究成為一種必然。而天文學家也會密切地注視著物理學的發展，以期用物理學原理來解釋宇宙的過去、現在和將來。
一批歷史性天文學成就無緣諾貝爾獎
在1901年開始頒發諾貝爾獎以后，天文學上有很多重大的發現，其科學價值可與獲得諾貝爾物理學獎的一些項目媲美。1912年，美國女天文學家勒維特（Henrietta Swan Leavitt）發現造父變星的周光關系，從而得出一種估計天體距離的方法，這直接導致了河外星系的發現；1911年～1913年，丹麥天文學家赫茨普龍（Ejnar Hertzsprung）和美國天文學家羅素（Henry Norris Russell）各自獨立地得到了恒星光度和光譜型的關系圖，即赫羅圖，赫羅圖在恒星起源和演化的研究中起到了舉足輕重的作用；1918年，美國天文學家沙普利（Harlow Shapley）發現銀河系中心在人馬座方向，糾正了太陽是銀河系中心的錯誤看法；1924年，美國天文學家哈勃（Edwin P.Hubble）確認“仙女座大星云”是銀河系之外的恒星系統，繼而在1929年發現了著名的哈勃定律，證明宇宙在膨脹；1926年，英國天文學家愛丁頓（ArthurStanley Eddington）出版專著《恒星內部結構》，這本書成為恒星結構理論的經典著作。然而，這些成果無一例外地被諾貝爾物理學獎拒之門外。
就像1927年諾貝爾物理學獎得主威爾遜發明的云霧室成為研究微觀粒子的重要儀器一樣，望遠鏡的發展使我們能夠觀測到更遙遠、更暗弱的天體及天體現象。但是沒有一項光學望遠鏡的成就獲獎。其中如美國天文學家海爾（Alan Hale）研制的口徑1.53米、2.54米和5.08米三架大型反射望遠鏡，1930年施密特研制的折反射望遠鏡，以及20世紀90年代研制完成的10米口徑凱克Ⅰ號和Ⅱ號望遠鏡等，它們都代表了天文學觀測手段的歷史性成就。獲諾貝爾物理學獎的與天文相關的課題
隨著物理學的發展，物理學家必然要把宇宙及各種天體作為物理學的實驗室。在宇宙中所發生的物理過程比地球上所能發生的多得多，條件往往更為典型或極端。在地球上做不到的物理實驗，在宇宙中可以觀測到。物理學家涉足天文學領域的研究成為必然。
赫斯發現宇宙線191 1年～1912年，奧地利物理學家赫斯（Victor Francis Hess）用氣球把“電離室”送到距離地面5000多米的高空進行大氣導電和電離的實驗，發現了來自地球之外的宇宙線。1936年，赫斯因此獲得諾貝爾物理學獎。實際上，宇宙線的發現既是一項物理學實驗，更是天文學觀測成果。
貝特提出太陽的能源機制1938年美國物理學家貝特（Hans Bethe）研究核反應理論的過程中，提出太陽和恒星的能量來源于核心的氫核聚變所釋放出的巨大能量。1967年，他因此項研究成果獲得諾貝爾物理學獎。
湯斯開創分子譜線天文學美國物理學家湯斯（Charles Townes）利用氨分子受激發射的方式代替傳統的電子線路放大，研制出了波長為1，25厘米的氨分子振蕩器，簡稱為脈澤。他由地球上的“脈澤”聯想到太空中的分子，預言星際分子的存在。并計算出羥基（-OH）、一氧化碳（CO）等17種星際分子譜線頻率。1963年，年輕的博士后巴瑞特觀測到了預言中的羥基分子譜線，成為轟動全球的20世紀60年代四大發現之一。湯斯由此成為分子譜線天文學的拓荒人和首創者。1964年，他因氨分子振蕩器成功研制而獲該年度的諾貝爾物理學獎，而這項研究的副產品開創了一門新興的天文學科，其科學意義不遜于氨分子振蕩器的研制成功。
物理學家涉足天文學的研究所取得的成果能夠登上諾貝爾獎的大雅之堂，那么天文學家的研究成果，自然也應該被諾貝爾物理學獎容納。
天文學理論首先與諾貝爾獎結緣
天文學家們密切注視著物理學的發展，并在天文學的研究過程中發展了物理學。瑞典天文學家阿爾文首先于1970年用他的“太陽磁流體力學”的出色成果叩開了諾貝爾物理學獎的大門，接著又有錢德拉塞卡的“恒星結構和演化”和福勒等幾人合作的“恒星演化元素形成理論”的獲獎。這三項諾貝爾物理學獎的理論性很強，但都是建立在深入細致的天文觀測基礎上的。光學望遠鏡的長期觀測提供了極其寶貴的資料，所獲得的統計規律給理論研究指明了方向，提供了解決問題的線索。這三個項目也體現了物理學理論和天文學最完美的結合。
首次獲諾貝爾獎的天文學家在太陽上發生的一切物理過程都與磁場和等離子體有關。磁流體力學成為太陽物理最重要的理論基礎。瑞典的阿爾文（Hannes Alfv6n）是磁流體力學的奠基人，他首先應用這個理論研究太陽，因此也稱為太陽磁流體力學。由于這一理論也適用于宇宙中其它天體和星際介質，因而也就成為宇宙磁流體力學。阿爾文因為對宇宙磁流體動力學的建立和發展所做出的卓越貢獻而榮獲1970年度諾貝爾物理學獎，這是歷史上第一次以天文學研究成果獲諾貝爾物理學獎。
印度裔美國天文學家錢德拉塞卡奮斗終生的成就在錢德拉塞卡（Subrahmanyan Chandrasekhar）還是劍橋大學研究生的時候，就獲得了“白矮星質量上限”這一研究成果。這一成果意味著超過白矮星質量極限的老年恒星的演化歸宿可能是密度比白矮星更大的中子星或者黑洞，其意義不同尋常。但由于受到權威學者錯誤的壓制，這一成果未能得到進一步深入研究。在這之后，他仍幾十年如一日地研究恒星結構和演化理論。1983年，他在73歲高齡時以特別豐碩的成就獲得該年度的諾貝爾物理學獎。
B2FH元素形成理論宇宙中存在的各種元素是怎樣來的？這是個天文學家應該回答、卻很難回答的問題。但是由天文學家霍伊爾（Fred Hoyle）、伯比奇（G.Geoffrey Burbidge）夫婦和核物理學家福勒（William Fowler）合作完成的研究課題卻揭示了這個自然之謎。人們按論文作者姓氏字母順序稱之為B2FH元素形成理論。這篇論文解決了在恒星中產生各種天然元素的難題，被視為經典科學論文。這是天文學家和核物理學家合作研究天文學重大課題的典型例子。
1983年，上述論文的第三作者福勒獲得了諾貝爾物理學獎，這個結果顯得很不公平，備受質疑。福勒的貢獻的確很大，但是另外三位天文學家的貢獻也不是可有可無的，特別是霍伊爾作為這個研究課題的提出者和組織者，其前期的研究已經提出“恒星內部聚變產生元素”的創新思想，把他排除在諾獎之外很有些匪夷所思。
射電天文學成為諾貝爾獎的搖籃
射電天文學是20世紀30年展起來的天文學新分支，其特點是利用射電天文望遠鏡觀測天體的無線電波段的輻射。和光學望遠鏡400多年的歷史相比，它僅有幾十年歷史，但卻很快就步入了鼎盛時期。20世紀60年代射電天文學的“四大發現”，即脈沖星、星際分子、微波背景輻射、類星體，成為20世紀中最耀眼的天文學成就。射電天文已成為重大天文發現的發祥地和諾貝爾物理學獎的搖籃。
賴爾的突破物理學中因發明新器件而獲諾貝爾物理學獎的事例屢見不鮮。然而在20世紀前幾十年當中，光學天文望遠鏡的發展很快，導致了不少重要的天文發現，但卻沒有一項得獎。1974年，英國劍橋大學的賴爾（Martin Ryle）教授因發明綜合孔徑射電望遠鏡而獲得了諾貝爾物理學獎，這是天文學家終于實現因研制天文觀測設備而獲諾獎的突破。射電望遠鏡開辟了觀測的新波段，但是剛剛發展起來的射電天文十分幼稚，最大的問題是空間分辨率很低，且不能給出射電源的圖像。1952年，賴爾提出綜合孔徑望遠鏡理論，這是一種化整為零的射電望遠鏡，用兩面或多面小天線進行多次觀測就可以達到大天線所具有的分辨率和靈敏度。而且，還能得到所觀測的天區的射電圖像。1971年，劍橋大學建成的等效直徑為5千米的綜合孔徑望遠鏡，其分辨率已和大型光學望遠鏡相當，獲得了一大批射電源的圖像資料。
休伊什和貝爾發現脈沖星脈沖星的發現證實了中子星的存在。中子星具有和太陽相當的質量，但半徑只有約10千米。因此具有非常高的密度，是一種典型的致密星。中子星還具有超高壓、超高溫、超強磁場和超強輻射的物理特性，成為地球上不可能有的極端物理條件下的空間實驗室。它不僅為天文學開辟了一個新的領域，而且對現代物理學發展也產生了重大影響，導致了致密物質物理學的誕生。英國劍橋大學的天文學教授休伊什（AntonyHewish）和他的研究生喬絲琳·貝爾（Jocelyn BellBurnell）女士一起發現了脈沖星。休伊什因發現脈沖星并證認其為中子星而榮獲1974年的諾貝爾物理獎是當之無愧的，但貝爾博士未能和休伊什一起獲得諾貝爾獎卻是一件憾事，目前天文學家公認她是發現脈沖星的第一人。
彭齊亞斯和威爾遜發現宇宙微波背景輻射1963年初，彭齊亞斯（Arno Allan Penzias）和威爾遜（Robert Woodrow Wilson）把一臺衛星通訊接收設備改造為射電望遠鏡進行射電天文學研究。在觀測過程中意外發現了多余的3.5開溫度的輻射。這種輻射被確認是宇宙大爆炸時的輻射殘余，成為宇宙大爆炸理論的重要觀測證據。由此，他們獲得了1978年度的諾貝爾物理學獎。彭齊亞斯和威爾遜發現宇宙微波背景輻射，所獲得的黑體譜并不精確，而且他們得到的微波背景輻射的空間分布是各向同性的，這與大爆炸宇宙學的理論有著明顯的差別。
赫爾斯和泰勒發現射電脈沖雙星繼1974年休伊什教授因發現脈沖星而獲得諾貝爾物理學獎之后，1993年美國普林斯頓大學的赫爾斯（RussellA.Hulse）和泰勒（Joseph H.Taylor）兩位教授又因發現射電脈沖雙星而共同獲得該年度諾貝爾物理學獎，引起了全世界的轟動。他們發現的脈沖雙星系統之所以重要，不僅因為是第一個，還因為它是軌道橢率很大的雙中子星系統，成為驗證引力輻射存在的空間實驗室。他們經過近20年堅持不懈的努力，上千次的觀測，終于以無可爭辯的觀測事實，間接證實了引力波的存在，開辟了引力波天文學的新領域。
新世紀天文觀測再續輝煌
觀測是天文學研究的主要方法。觀測手段越多、越好，所能得到的信息就越豐富。進入21世紀僅僅10余年，已有4個天文項目獲得了諾貝爾物理學獎，分別屬于X射線、中微子、射電和光學觀測研究領域。
賈科尼創立x射線天文學
1901年，倫琴（Wilhelm Conrad R6ntgen）因為發現X射線榮獲諾貝爾物理學獎。時隔102年，X射線天文學的創始人里卡爾多·賈科尼（Rieeardo Giaeeoni）又獲諾獎殊榮。由于地球大氣對X射線和Y射線的強烈吸收，只能把探測器送到大氣層外才能接收天體的X射線和Y射線輻射。20世紀30年代以后，特別是到了90年代，空間探測的發展使得X射線天文學得到了發展，實現了天文學觀測研究的又一次飛躍。美國天文學家賈科尼由于對X射線天文學的突出貢獻榮獲2002年度諾貝爾物理學獎。
賈科尼對X射線天文學的貢獻是全面的，瑞典皇家科學院發表的新聞公報把他的貢獻歸納為“發明了一種可以放置在太空中的探測器，從而第一次探測到了太陽系以外的X射線源，第一次證實宇宙中存在著隱蔽的X射線背景輻射，發現了可能來自黑洞的X射線，他還主持建造了第一臺X射線天文望遠鏡，為觀察宇宙提供了新的手段，為x射線天文學奠定了基礎”。賈科尼被稱為“X射線天文學之父”當之無愧。
戴維斯和小柴昌俊發現太陽中微子中微子是組成自然界的最基本的粒子之一，中微子不帶電，質量只有電子的百萬分之一，幾乎不與任何物質發生作用，因此極難探測。理論推測，在太陽核心發生的氫核聚變為氦的反應中，每形成一個氦原子核就會釋放出2個中微子。太陽每秒鐘消耗5，6億噸氫，要釋放1.4×1038個中微子。太陽究竟會不會發射如此多的中微子？只能由觀測來回答。
美國物理學家戴維斯（Raymond Davis）是20世紀50年代唯一敢于探測太陽中微子的科學家。他領導研制的中微子氯探測器，放置在地下深1500米的一個廢棄金礦里。在30年漫長的探測中，他們共發現了來自太陽的約2000個中微子，平均每個月才探測到幾個中微子。而日本東京大學的小柴昌俊（Masatoshi Koshiba）教授創造了另一種中微子探測器。探測器放在很深的礦井中，并于1983年開始探測，1996年擴建，探測到了來自太陽的中微子。1987年，在鄰近星系大麥哲倫云中出現了一次超新星爆發（SNl987A），理論預測在超新星爆發過程中會產生數量驚人的中微子。令人興奮不已的是，他們成功地探測到了12個中微子。戴維斯和小柴昌俊因為成功地探測到中微子而榮獲2002年度的諾貝爾物理學獎。
天文學家已經在我們太陽的鄰近區域中，發現了一個獨特的“褐矮星”。這個罕見的天體距離地球僅12.7光年，圍繞著一顆主星旋轉。
這顆主星也是最近才在南天的孔雀座中被發現的，質量只有太陽的1/10。這是天文學家第一次在一顆如此低質量的恒星周圍，發現一顆寒冷的褐矮星。
這顆褐矮星距離主星4.5天文單位，也就是說，它到主星的距離是地球到太陽距離的4.5倍。天文學家估計，這顆褐矮星的質量為木星的9倍-65倍。
褐矮星既不是行星，也不是恒星。它們的質量雖然是木星的幾十倍，但卻仍然太小，不足以像恒星那樣引發自身的氫核聚變。
“最令人興奮的是，我們發現的這個褐矮星圍繞著距離太陽最近的25個恒星系統之一旋轉，”這項研究的領導者克洛斯說，“這些鄰近恒星中的大部分已經被人了解了好幾十年，只是最近才又有一些新的天體在我們的鄰近區域內被發現。”
“對于科學界來說，這還是一顆頗有價值的天體，因為它的距離是非常確定的。”歐洲南方天文臺的馬庫斯·卡斯珀說，“這將使得天文學家能夠精確測量這顆褐矮星的光度，并最終計算出它的軌道運動。這些性質對于理解褐矮星的本質來說，是至關重要的。”
克洛斯認為，這顆褐矮星的發現暗示，處于雙星系統中的寒冷褐矮星可能會比自由地飄蕩在太陽系鄰域的單顆褐矮星更多。這里的“雙星系統”指的是褐矮星圍繞著一顆恒星或者另一顆褐矮星旋轉。
在太陽周圍20光年的范圍內，天文學家現在已經在雙星系統中找到了5顆寒冷的褐矮星，但單獨、孤立的寒冷褐矮星只有2顆。克洛斯指出，他們預期可以在太陽系周圍33光年內新發現的恒星系統中，找到更多的T型矮星伴星。
研究小組將這項發現公布在《天體物理雜志通訊》上，論文的題目是《一顆非常靠近太陽的褐矮星的發現：低質量恒星SCR 1845-6357的一顆富含甲烷的褐矮星伴星》。除了比勒、卡斯珀和克洛斯以外，小組的其他成員還包括德國馬普研究所的沃爾夫岡·布蘭德納和夏威夷W.M.凱克天文臺的史提芬·凱爾納。
圖為SCR 1845-6357恒星系統的藝術想象畫。左側的紅色恒星就是這個系統的主星，新發現的褐矮星處于畫面的右側。
英文名稱：Annals of Shanghai Observatory Academia Sinica
主管單位：
主辦單位：中國科學院上海天文臺
出版周期：年刊
出版地址：上海市
語
種：中文
開
本：16開
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創刊時間：1954
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這一突破性發現仰仗于干涉測量法：天文學家將來自大間距分布望遠鏡的光進行組合，以產生直徑等同該間距的虛擬望遠鏡。這種技術可以分解標準望遠鏡無法辨別的小細節。
20世紀20年代，天文學家在威爾遜山首次采用干涉測量法觀測恒星。使用一個6米的干涉儀（兩個小鏡子被間隔6米安裝在胡克反射器上，有效地使其成為一個直徑6米的望遠鏡），阿爾伯特?A.邁克爾遜和弗朗西斯?G.皮斯首次成功測量到了除太陽以外的數顆恒星的角距大小。不過，他們的干涉儀只能測量到最近的幾顆恒星，建造更大型的O備在當時是不可能的。此后，該項研究沉寂了數十年。
1950年，天文學家杰拉爾德?E.克朗開始研究分析其他恒星表面的可能性，但最終得出結論，“它們過于遙遠，現有的光學設備乃至日后所有的光學設備都無法分解觀測”。（隨后，他設法間接地推斷出其他恒星上存在暗表面特征。）
如今，隨著光學干涉測量的重新興起，這項技術的進步遠遠超出了克朗當時的想象。威爾遜山擁有世界上最長的光干涉儀：高角度分辨率天文學中心（CHARA）陣列。CHARA陣列正在分解鄰近恒星的表面，使大家以前所未有的角度窺見太陽的“鄰居”們。
CHARA陣列是由六個組合成Y 形結構的1米望遠鏡組成，這些望遠鏡具有長度各異的基線，最長的為331米。它們可以組合成15個望遠鏡對，每對望遠鏡各司其職，共同組成331米的虛擬望遠鏡。約翰?D.莫尼耶及其領導的密歇根大學的團隊研發了一種儀器――密歇根紅外組合器（MIRC）。該儀器可以同時組合所有六個望遠鏡的光，以充分利用陣列。MIRC先前已被用于快速旋轉星體的扁平表面、環繞恒星的氣盤和新星爆炸的膨脹殼的成像。
現在，研究者將CHARA陣列和MIRC組合使用，便實現了當初克朗認為不可能的事情：直接成像遙遠恒星布滿斑點、活躍的表面。
然而，這項工作仍然是費力的。大多數恒星因為過小而無法利用當前最先進的技術來分解，創建分解的圖像需要選擇正確的目標。首先，目標恒星必須在天空中顯得明亮和相對較大；其次，它們必須有恒星黑子（磁性活動的區域，與太陽上的黑子類似），才能具備觀察所需的黑暗特征；最后，恒星必須足夠快地旋轉，以便可以通過完整的旋轉觀察它們，而不會演化出太多的斑點。
我很榮幸可以將此作為自己博士論文的一部分。我選擇將二元體系的主要成員奎宿二――一顆在秋日天空用肉眼依稀可見的恒星――作為目標。奎宿二十分接近我們（181光年），其直徑是太陽的16倍。它呈扁球狀，與美式足球的形狀類似――這是由其密切“伴侶”的重力引起。通過對宿主暗斑間接成像，它已被清晰地觀測到。因此，對我的論文來說，這是一個完美的目標。我們的團隊由14人組成，包括我的顧問（MIRC的創建者）莫尼耶。2013年9月，我們用了18個夜
晚，借助CHARA陣列對奎宿二的旋轉做了觀察。組合所有數據并將其在旋轉表面上呈現出來花費了我們大量的時間和精力。
2016年5月，我們了勝利成果：奎宿二的最高分辨率圖像。我們能夠檢測到它極點上的斑點，以及表面上看似沒有圖案形成的黑子。它的情況與太陽不同，在太陽表面上，只有特定的緯度才能形成黑子。存在這種差異的部分原因在于奎宿二是一顆更加古老、有不同內部結構的恒星。
理論模型表明，奎宿二的大部分核心以外的內部是對流的，較熱的物質上升，較冷的物質下沉，如同爐子上沸騰的水壺一般。相比之下，太陽只有最外層有這樣的運動。奎宿二18天的旋轉周期也明顯快于太陽27天的旋轉周期。
進化模型表明，太陽在“年輕時”也有類似的厚厚的對流層，并且旋轉周期也短。通過研究奎宿二的斑點表面，我們認為太陽早期的某些劇烈變化可能影響過45億年前太陽系的形成，以及隨后地球上生命的發展。
中科院上海天文臺研究員、博士生導師，星系動力學團組首席，中國科學院“百人計劃”入選者沈俊太就志在解開謎團，努力帶給更多人對宇宙的神秘向往，吸引越來越多的星空探秘人不斷探索未知領域。科研腳步繞地球一圈，回到祖國后的沈俊太，喜人成績接踵而來，而他卻總是說，需要繼續努力才能不斷前進。走近宇宙
自幼成長于普通農村家庭的沈俊太，盡管當時的教育條件非常落后，但他依然以優異的成績考取了山西省重點中學臨汾一中，并在那里逐漸對物理科學產生了濃厚的興趣。高考那年，他以優異的成績考入中國科學技術大學。在大學校園濃厚的科研氛圍中，沈俊太不僅增長了知識，也開闊了自己的視野。
本科畢業后，沈俊太踏上了東行的航班，飛抵大西洋彼岸的美國。此后，他的學術之路便越走越遠，而身后留下的是一串星光熠熠的印記。1999年，他在美國西北大學物理與天文系獲得碩士學位；2005年，在美國羅格斯大學獲得天體物理博士學位。值得一提的是，沈俊太的博士論文榮獲2006年度羅格斯大學Richard J.Piano博士論文獎。同年，29歲的沈俊太作為Harlan Smith冠名博士后，開始了在德克薩斯大學奧斯汀分校的科研工作。無論是“博士論文獎”，還是“Harlan Smith冠名博士后”，都是這兩所著名大學里中國留學生首次獲得的榮譽。
遨游在神秘的宇宙，沈俊太主要從事星系結構及動力學研究。在銀河系的動力學結構中，他在棒旋星系，超大質量黑洞的測量，星系翹曲等諸多領域都做出了重要貢獻。首次用無碰撞多體模擬的方法產生出了接近現實的p棒星系，并首次發現了雙棒轉動速度的波動性，此模型可成功解釋雙棒星系的眾多觀測特征；通過對星系建立基于軌道迭加的自洽動力學模型，精確測量出了超大黑洞的質量和星系暗物質暈的質量分布。
4年后，沈俊太入選中科院“百人計劃”，作為杰出海外人才回到了祖國的懷抱。落戶中科院上海天文臺的他，繼續從事著星系動力學的前沿研究。
其實早在回國之初，沈俊太還在學習重新適應國內的新環境，甚至比在美國時還要加倍努力。“因為競爭激烈，在天文學領域，國內最近幾年發展迅猛。”沈俊太解釋道。他說，走得很快，是因為自己在一艘走得比其他船都要快的大船上。他所指的“大船”，無疑是正在飛速發展的中國。
經過自己的不懈努力，沈俊太陸續獲得了國家自然科學基金等各項項目的資助，并作為科研骨干參與了自然科學基金委重點項目。他也參與了兩項國家“973”重大科學研究計劃，并取得了令人矚目的良好成績。他還為陸琰院士組織編寫的《現代天體物理》一書撰寫了“銀河系結構與動力學”等章節。他發表的多篇第一作者或通訊作者論文已經被國際天文學權威教科書《星系動力學》《星系的形成與演化》及劍橋大學Gilmore教授主編、Springer科學出版社出版的最新國際天文百科全書“Planets，Stars and Stellar Systems”等著作多次引述。
這些科研成果也讓沈俊太逐步躋身于天文學國際專家行列。
探秘銀河動力學
多年來，銀河系的演化一直是天文學研究的熱點領域。銀河系是一個巨大的旋渦星系，學界通常認為它由星系盤、中心核球以及暗物質暈組成。近年來，沈俊太團隊對銀河系的核球結構做出了嶄新的全面認識，提出了銀河系核球是個“偽核球”，并不包含一個顯著的經典核球。
2010年，沈俊太基于高精度多體模擬研究了銀河系核球的動力學結構，發現一個棒旋星系模型與核球的眾多觀測數據吻合得極好，這表明銀河系核球其實就是側面看到的棒；它主要是由原初的星系盤通過自身動力學不穩定性增厚而產生的“偽核球”。所謂“偽”，是相對于經典核球而言――經典的星系形成理論預言核球應該是在星系并合過后產生的。
目前的星系形成理論認為，像銀河系這樣大質量的棒旋星系的形成，必須經過若干次星系并合的過程，而星系并合不可避免地會在星系中心形成顯著的經典核球。所以根據沈俊太的這項研究，現有的星系形成模型必須在星系尺度上有大的改進以解釋眾多類似銀河系的大質量純盤星系，這也是目前研究星系形成和演化的一個尚未解決的重要難題，而沈俊太領導的該研究無疑為解決此難題開辟了新的窗口和思路。
沈俊太團隊的研究很快引起了國際天文學界諸多國外專家的高度關注，美國國家光學天文臺的網站首頁報道了沈俊太參與完成的銀河系核球區恒星巡天工作及他主導的動力學模型工作。而沈俊太的這項研究并沒有止步。在他的指導下，上海天文臺博士后李兆聿在銀河系結構研究中也取得了新的進展：在分析沈俊太給出的銀河系高精度模型的基礎上，他們發現銀河系核球區存在一個奇特的垂向X型結構，并對其做出了令人信服的動力學解釋。他們對銀河系核球模型進行了更仔細的分析，發現模型中也存在一個顯著的X型結構，其與銀河系的觀測數據符合得很好。這一重要發現使利用數值模擬來“觀測”盒狀核球的形成過程成為可能。
緊接著，星系動力學團組進一步探究了核球的X型結構。他們驗證了帶有X型結構的盒狀核球確實有規可循――源于棒結構中的恒星運動.指出先前理論工作推測的“香蕉型”軌道家族可能并非X型結構的主要組成部分.并提出了可供未來的銀河系巡天觀測驗證的理論預言。此外.他們還發現恒星視向速度與銀經方向的自行也存在明顯的相關性。
上海天文臺星系動力學團組的核球系列論文在短短幾年內已被國際同行引用兩百余次，并且被眾多權威綜述論文以及劍橋大學主編的國際參考書收入并配發原圖。與此同時，沈俊太的工作得到了國內外同行的極大關注，他多次受邀在知名國際會議上闡述自己的研究成果，例如國際天文學聯合會會議的特邀綜述報告，第五屆東亞數值天體物理會議的一小時特邀講座，紀念林家翹先生創立密度波理論五十周年的國際研討會的邀請報告等，他也是國際專業會議“盤星系動力學”的兩個共同主席之一，并擔任國際天文聯合學會會議“Galaxy evolution through secular processes”的科學委員會成員。鑒于沈俊太取得的這些突出學術成績，他還應邀成為了美國自然科學基金委的會議評審專家，負責評審星系結構領域的申請書，并且在2016年獲得英國皇家學會的牛頓高級學者基金資助。
揭秘雙棒星系
沈俊太關于銀河動力學的研究無疑是他近年來重要的學術成果，并讓他蜚聲國際。而在其他研究方向上，他也絲毫沒有減慢腳步，同樣取得了令人矚目的成果。
“我們生活在銀河系之中，曾經我們以為銀河系是一個普通的旋渦星系，現在已知道它原來是一個棒旋星系。”沈俊太娓娓道來。其實，大部分旋渦星系都像銀河系一樣，因為星系盤自身的不穩定性而在星系中心形成由大量恒星聚集而成的“棒”狀結構，這一類星系被稱為“棒旋星系”。其中，還有一個子類的棒旋星系很特殊，它們包含兩個棒，小棒嵌在大棒中.因其“二”而被稱為雙棒星系。
特殊不意味著它們很罕見，其實光學和紅外的觀測發現雙棒星系相對比較常見――約四分之一的早型棒旋星系是雙棒星系。由于通常這兩個星系棒的轉動速度和尺度都不相同，它們之間也進行相互作用，因此此類星系有諸多非常奇特的動力學特性。
然而，天文界對此類特殊棒旋星系的形成條件和過程一直沒有定論。此前一些理論認為，大量氣體的存在是形成中心小棒并同主棒解耦的必要條件。沈俊太與英國中央蘭開夏大學教授Debattista共同指導中國科學院上海天文臺博士研究生杜敏，在雙棒星系的形成與演化理論研究中取得了新進展。他們通過不含氣體的多體數值模擬方法研究棒旋星系的形成和演化，并通過系統探索參數空間，發現在純盤星系中心加入以有序運動為主導的動力學冷盤可以成功產生這種奇特的雙棒結構。“當小棒與大棒平行時，小棒的強度比較弱但轉動更快些，而當二者垂直時，小棒的強度比較強但轉動比較慢。”沈俊太講述著雙棒星系在形成后呈現出的有趣的動力學特性。
目前該工作已經于近期發表在國際核心期刊《天體物理雜志》上，并且已經得到國際同行的關注。
闡明核環形成機制
在棒旋星系的長期演化過程中，
“棒”扮演了很重要的角色。其中最主要的一個方面就是星系棒可以驅動氣體內流至星系中心區域，從而形成新的恒星。因而棒被認為可以重新分布星系的物質、角動量及能量。
在棒旋星系中，科學家經常可以觀測到很多由棒產生的氣體子結構，例如在棒旋轉方向的前側會出現高密度塵埃帶，以及在星系中心附近具有很強恒星形成率的核環。顯然這些結構的特征和產生條件與寄主星系特別是星系棒的性質息息相關，但學術界此前對核環的形成條件、形狀、及大小等重要問題都沒有進行系統地解決。
沈俊太說：“之前的研究通常認為核環的位置接近于星系的某一特定半徑――內林德布拉德共振（ILR）半徑，或在兩個ILR半徑之間，然而這些共振半徑嚴格來講僅在星系棒擾動較弱時才有意義。”
上海天文臺博士研究生李智在沈俊太與韓國首爾國立大學金雄泰教授的指導下，對棒旋星系中的核環進行了系統細致的數值模擬研究。他們利用高精度流體數值模擬，通過系統探索參數空間，發現模擬中的棒旋星系可以產生兩種核環，一種近似圓形并在棒的短軸方向輕微拉伸，另一種具有很高的橢率并和棒的主軸方向平行。
此外，他們還對核環的形成機制提供了新的解釋：由于核環是由氣體損失角動量（旋轉的能力）而落入星系中心堆積而成的，所以核環的位置取決于氣體的總角動量損失，以及星系中心的勢場分布。前者受星系中非軸對稱結構的特性控制.如棒的強度、軸比和轉動速度；而后者取決于星系中心軸對稱結構，如核球的大小，質量分布。
“共振半徑解釋僅僅提供了一個核環形成的寬泛范圍，而我們的核環形成機制則可以更準確地預言核環的大小及形狀，因此適用面更廣，可以V泛應用于具有核環的棒旋星系樣本中限制星系的物理參數，從而使我們更好地理解棒旋星系的演化規律。”沈俊太總結道。目前該工作已經發表在國際核心期刊《天體物理雜志》上。
桃李滿天下
沈俊太在忘我工作的同時并沒有忘記培養新人的重任，他不僅是一個對事業孜孜不倦的學者、一個精益求精的科學家，更是一名誨人不倦的師長。
本著報效祖國的初衷，沈俊太認為應該把自己畢生所學傳授給自己的學生。他甘當人梯，致力于讓自己的學生也能夠逐漸成長為比自己更加優秀的科學工作者。自2009年回國并擔任博士生導師以來，沈俊太就開始積極招收對科學研究興趣濃厚的學生和博士后，一支強有力的科研團隊也逐漸發展壯大。
人類知識體系的形成根植于三種最古老的科學，即天文學、數學和力學。這三種科學之所以古老，原因就在于其直接服務于先民的生產和生活。如果說力學的產生是人類為從事農業生產而適應定居生活的需要的話，那么天文學則是作為農業生產的基礎而存在的。當先民擺脫了原始的采集狩獵經濟，而以人工栽培農業的生產方式為氏族提供有保障的食物來源的時候，天文學就應運而生了。眾所周知，氣候條件對于農業的起源具有直接的影響，這意味著原始農業一定首先發生在寒暑季節變化分明的緯度地區，而在這樣的地區從事農耕生產，一年中真正適合播種和收獲的時間非常有限，有時甚至只有短短幾天②，顯然，了解并掌握時間――農時――對農作的豐歉至為關鍵。因此就農業的起源而言，古人對于時間的認識已成為其不可或缺的首要前提。事實上，沒有古人對時間的掌握便不會有人工栽培農業的出現，我們不能想象，一個對時間茫然無知的民族可以創造出發達的農業文明，這種情況是根本不可能發生的。而對早期先民而言，解決時間問題的唯一方法只能到天上去尋找，這個工作就是觀象授時。顯然，原始農業時間服務的需要促使天文學最早發展了起來。
為解決農業生產所遇到的時間問題，粗略地仰觀天象顯然毫無意義，人們需要將對星象的觀測盡量精確，通過了解星象的運行周期以建立時間的周期。在這個使星象觀測逐漸精確化的過程中，數學知識及相應的計算工作必須被引入，從而使數學作為早期天文學不可分割的部分同時得到了發展。中國古人素以天數不分，正是基于這樣的傳統。
在人類創造的三大古典科學之中，天文學不僅出現最早，而且具有特殊的價值。如果說這三大古典科學構筑了人類知識體系的基礎的話，那么天文學則不僅是這一知識體系的核心，而且更成為古代制度與思想之淵藪。盡管探索天象的初衷只是為農業生產提供準確的時間服務，但隨著人類文明的進步，天文學則對中國古代文明與傳統文化的形成產生了深刻影響。具體地說，天文學不僅是古人賴以建立時空體系的重要手段，而且直接促進了傳統政治觀、宗教觀、祭祀觀、禮儀制度、哲學觀與科學觀的形成，這些觀念在構建中國傳統文化核心內涵的同時，也形成了獨具特色的傳統字宙觀，體現了古人對于天、地、人相互關系的深刻思考。這意味著如果我們探求中國文化，就不能不首先研究作為這一文化背景的天文學及字宙觀。事實上，如果我們不了解古代的天文學以及相應的宇宙觀，我們就無法從根本上把握文明誕生和發展的脈絡。顯然，天文學作為中國傳統文明之源的事實相當清楚。
一、“文明”考原
何謂文明，澄清這一問題對正確認識中國文化及字宙觀非常重要。文明的誕生源自先民對于天人關系的獨特理解，體現了天文作為文明之源的固有思考。《易?乾?文言》云：
見龍在田，天下文明。
“見龍在田”為《乾》卦之九二爻辭。孔穎達《正義》：“陽氣在田，始生萬物，故天下有文章而光明也。”龍本為上古時代觀象授時的重要星象，其由二十八宿東宮七宿中的六宿所組成。每當黃昏日沒后蒼龍之角宿初現于東方的時候，這一天象便被稱為“見龍在田”。古人又以東方屬陽，故龍星自東方地平線上升起的天象也就是所謂“陽氣在田”，而傳統則以陽氣主生，所以初民根據龍星東升天象的觀測以行農事，便會“始生萬物”而享有豐年，終致天下有文章而光明。很明顯，天文作為文明之源的思想于此表述得清楚而明確。
“天下有文章而光明”的思想，其本質所強調的實為人文之彰著，這里的“文”也就是“文明”之“文”。先民對于“文”的推崇反映了一種根深蒂固的文化思考與文明傳統。商周古文字的“文”本作，象人形而特彰明其心，所以“文”的原始內涵實相對于“質”，如果說“質”的思想乃在表現人天生所具有的動物的本能，那么“文”顯然已是經德養之后所表現的文雅，這種通過內心修養所獲得的文雅自然是對初民本能之質的修飾，這種修養的文雅由內而外，以德容的形式彰顯出來，這便是古人所稱的“文明”的本義。
傳統的文明觀念其實體現的是初民經過內心的德行修養而表現出的文德，從而將人從以質為本能的動物世界中分離出來的精神追求，所以“文明”之“文”的義涵就是文德。這種文質思想后來被儒家哲學所繼承，而在傳統的禮儀制度中則更多地以文武的思想加以闡釋。當然，不論文、質相對還是文、武相對，“文”所具有的文德的本義都是明確的。
文德修養不足，自然不可能彰明顯著，于是文德之修養又關系到另一個重要觀念――郁。“文明”之“文”于《說文》別作兩字，一作“文”，訓為錯畫；一作“踅”，訓為堿。許慎的這種做法實不可取，“文”訓錯畫實際乃是其本引申。顯然，“文”、“踅”本為一字，唯作“文”。春秋以前的古文字有“文”而無“ā保知“ā弊治后起，是為明證。《說文?有部》：“磁，有文章也。從有，或聲。”段注本改“文章”作“踅彰”，并云：哺戒古多隈或字為之。或者戒之隸變。今本《論語》‘郁郁乎文哉’，古多作或或。是以茍或字文若，《宋書》王或字景文。《大戴?公冠篇》‘遵并大道鄰或’，鄶或即彬或，謂彬彬或或也。《小雅》‘黍稷或或’，《傳》云：‘或或，茂盛兌。’即有踅彰之義之引申也”。“堿”今通作“郁”，其本義即為文德彰明。《論語?八佾》引孔子曰：“周監于二代，郁郁乎文哉！吾從周。”既見文盛德厚則可彰明的思想。《禮記?表記》引孔子曰：“虞、夏之質，殷、周之文，至矣。虞、夏之文不勝其質，殷、周之質不勝其文。”朱彬《訓纂》引方性夫曰：“加乎虞、夏之質，則為上古之洪荒；加乎殷、周之文，則為后世之虛華。”虞、夏近古，其民始修文德而未郁，故文不掩其質。
人何以需要修養文德？因為人必須要與動物相區別，這一點在后世的儒家思想中反復被強調。然而最早的文德是什么？先民根據怎樣的標準建立并規范人類的文德？他們又從觀象授時的活動中體會出怎樣的樸素德行的認知呢？這些思考充分體現了古人對于天人關系的理解。
觀象授時的活動使先民首先完成了對時間與空間的規劃，而人們對時間的認識則是通過對主授農時的標準星象的運行變化實現的，這個標準星象就是東宮蒼龍星象以及位于其中心部位的大火。初民視龍星及大火之昏見以建時，久之而不爽，從而形成時間為信的思想，并由此產生了以信為德的觀念。《禮記?樂記》：“天則不言而信。”即此之謂。顯然，誠信思想是先民從對時間的觀測與規劃中感悟并懂得的，人們與時間雖無約守，但其每每如期而至，從無差誤，初民據此指導農業生產，致屢獲豐稔，故時間便具有了誠信不欺的鮮明特點。郭店楚竹書《忠信之道》云：“至信如時，必至而不結。”講的就是這個道理。先民以測影計時之圭為瑞信之物，也體現了同樣的思考。而古代盟誓將約守誠信之盟辭書寫于玉圭，或又以圭臬贈與婦人以顯婦德之忠信，也都是這一思想的反映。事實上，西周金文所見時人之道德觀正體現為信與孝，而信更是構建孝信之德的基礎。事實上，在原始思維的背景下，“至信如時”的思想必然蘊育出時間乃由神靈所司掌的樸素認識，而由此產生的信的本質內涵也一定體現為人神之間的誠信約守。顯然，信的思想不僅源于遠古的觀象授時活動，而且集中體現了中國傳統道德觀的核心價值。這便是“見龍在田”與“天下文明”所呈現的因果脈絡。
以信實為德而構成文明的本質內涵，這種思想在早期文獻中反映得非常清楚。《尚書?舜典》云：
日若稽古帝舜，日重華，協于帝。溶哲文明，溫恭允塞。玄德升聞，乃命以位。
偽孔《傳》：“溶，深；哲，智。舜有深智，文明溫恭之德，信允塞上下。”孔穎達《正義》：“舜有深智，言其智之深，所知不淺近也。經緯天地日文，照臨四方日明。既有深遠之智，又有文明溫恭之德，信能充實上下也。”所論未逮本義。實“溫恭允塞”四字同在闡釋文明之德的基本內涵。“溫”，德容也。《詩?秦風?小戎》：“言念君子，溫其如玉。”《論語?季氏》：“君子有九思，……色思溫。”是以“溫”即德容，其猶《詩》以修德之善之作稱“頌”，“頌”也德容之謂。“恭”，敬肅也。《禮記?曲禮上》：“是以君子恭敬撙節退讓以明禮。”孔穎達《正義》引何胤日：“在貌為恭，在心為敬。”“允”，誠信也。《尚書?堯典》：“允恭克讓。”偽孔《傳》：“允，信也。”偽《古文尚書?太甲上》：“克終允德。”蔡沈《集傳》：“允，信也。”《左傳?文公十八年》：“明允篤誠。”杜預《集解》：“允，信也。”“塞”，誠實也。《詩?邶風?燕燕》：“仲氏任只，其心塞淵。”孔穎達《正義》：“其心誠實而深遠。”《孟子?公孫丑上》：“以直養而無害，則塞于天地之間。”《詩?大雅?常武》：“王貓允塞。”鄭玄《箋》：“允，信也。尚守信自實滿。”王先謙《詩三家義集疏》：“言王道誠信充實。”知經文實言舜有溫恭允塞之德。《尚書?皋陶謨》論九德而有“愿而恭，直而溫，剛而塞”，偽孔《傳》解云“憨愿而恭恪，行正直而氣溫和，剛斷而實塞”，實“塞”即“允塞”，乃言誠實。此與《舜典》所論正合。
德的觀念的產生源自于觀象，這一思想根深蒂固。《易?大有?彖》云
其德剛健而文明，應乎天而時行，是以元亨。
又《象》云：
火在天上，大有，君子以遏惡揚善，順天休命。
王弼《注》：“德應于天則行，不失時矣。”尚不失本義。文明來源于古人對天象的掌握，觀象以知時，則文德漸成。天行健而不止，故德剛健而不息，其文彰著，遂有享大祀――元亨――之位。“火在天上”之“火”即為大火星，乃位于蒼龍星象中心的授時主星心宿二。古人觀火星以授時而“大有”，“其德剛健而文明”亦“大有”而享祀，皆所謂“順天休命”，故上九爻辭言“白天祜之”。文明源白天文，于此表述得同樣明晰。
人類以修養文德而彰明，而社會則得有制度的建設而彰明，事實上，文德與制度的形成皆有賴于一個根本工作，這就是觀象授時。“見龍在田”所呈現的是蒼龍星象的起始宿角宿昏見于東方地平之上的天象，這既是新的農作周期開始的標志，當然也體現著先民對于空間與時間的規劃。事實上，人類知識體系的形成是從他們對空間與時間有意識地規劃開始的，而在時空體系完善的基礎之上，一切人文制度及形上思想才可能最終建立。《禮記?大傳》云：
立權度量，考文章，改正朔，易服色，殊徽號，異器械，別衣服。此其所得與民變革者也。
鄭玄《注》：“文章，禮法也。”即以“文章”所言為禮儀制度。《左傳?隱公五年》云：
昭文章，明貴賤，辨等列，順少長，習威儀也。
杜預《集解》謂“文章”日：“車服旌旗。”皆以文章為禮儀典章，其屬人文制度自明。人文制度包括一系列的禮樂制度與典章制度，這不僅是人類社會區別于動物世界的重要標志，而且也同德行觀念的推行一樣，是維系社會正常秩序的根本保證，故光大昭明，可見其與野蠻的不同。
毋庸置疑，中國古人對文明的闡釋充分體現了中國文化的獨有特點，其所強調的其實是“文”字所具有的形上思想與制度義涵，而相關思想與制度的形成則直接導源于觀象授時以及先民對于天人關系的思考。物質的創造盡管可以滿足先民生活的需要，但以器載道，借器物以完成思想的表達及制度的昭明才是他們追求的根本目的。很明顯，基于天文作為文明之源的事實，對于早期文明與文明史的研究而言，僅僅關注物質文明而忽略上古形上思想與禮儀制度的探索是極不全面的，忽略對上古天文學與字宇宙觀的探索同樣也難中肯綮。
二、“文化”考原
中國古代天文與人文的關系問題始終是中國文化的根本問題，先民對這一問題的思考和論述精審而深刻。《易?責?彖》云：
剛柔交錯，天文也。文明以止，人文也。關乎天文，以察時變。關乎人文，以化成天下。
王弼《注》：“觀天之文則時變可知也，觀人之文則化成可為也。”“文明”之“文”所體現的由人之心齋而致文雅，到社會制度的完善而有秩序，都呈現出郁郁乎文的彰著。這使“文”具有了堿文的本訓。人有文德則德容昭顯，其猶以文繪飾之而掩其質：社會有制度禮儀則秩序井然，其猶以文繪飾而掩其野。故“文”又引申有錯畫之訓，此即《彖傳》所謂“天文”、“人文”之義。對天之繪飾錯畫即為天文，其本指天上由不同星辰所組成的圖像：而對人類社會之繪飾錯畫則為人文，所指乃人之形上思想與社會制度。孔穎達《正義》：“言圣人觀察人文，則《詩》、《書》、《禮》、《樂》之謂，當法此教而化成天下也。”所論雖不全面，然尚得人文之旨。
“剛柔交錯”意即陰陽迭運，其所描述的是天文星象的回天變化。星象之運行時刻在變，或東升西落，或天淵兩別，這種星象運行的位置變化不僅可以象征陰陽的變化，同時更預示著時間的變化。古人以“剛柔”表述陰陽，既有時間的意義，也有空間的意義，而天象的特征乃在于變，這一點恰好可以借助陰陽思想而加以表現。故先民觀測天象，其目的即重在掌握其變化規律，唯知其變，時間系統才可能建立。而與隨時變化的天象不同，“文明以止”之“止”則在強調思想與制度的相對不變。如果說變是天象的基本特征，那么因人文制度與思想觀念重在傳承，其所表現的必然是恒守不移的不變傳統。因此對于制度與思想而言，古人更怕其變，而希望其不變，如此才能完成對人類創造的一切知識、思想與制度的有序繼承。天文不變則無以知時，人文若變則無以成傳統。《易傳》以變與不變的對比，準確地闡釋了天文與人文的本質特征，這對客觀理解上古文明是極為重要的。顯然，先民求天文之變以建立時間，求人文之不變以形成傳統，這些思想既體現了天文作為文明之源的思考，也揭示了天文與人文的本質內涵。
源于天文的人文制度與思想的形成，由于其內涵不同于天文所具有的時間意義，而重在強調人及社會之郁文，因此其作用則在于“化成天下”。這里的“化”意即以文明或人文教化，實際也就是以文治化，這當然涉及了古人對“文化”的理解。
是故先王之制禮樂也，非以極口腹耳目之欲也，將以教民平好惡而反人道之正也。……是故君子反情以和其志，比類以成其行。轟聲亂色不留聰明，樂慝禮不接心術，惰慢邪辟之氣不設于身體，使耳目鼻口心知百體皆由順正以行其義。
即在強調人之身體與思想都須以順正之方向行乎道德，這便是“化”字以正人之象以喻德化的本旨。《荀子?正論》：“堯、舜，至天下之善教化者也，南面而聽天下，生民之屬莫不振動從服以化順之。”同樣表達了教化以順正的思想。德化實在于端正人心，端正之心即為化成以正人。故“化”字所體現的文治教化的本義極為鮮明。而《易傳》以人文化成天下，表述的正是這一思想。
準此可知，古人所謂之文化同文明一樣，也不是指人類技術的進步與物質的豐足，而在強調文德教化之尚德追求。《說苑?指武》：“圣人之治天下也，先文德而后武力。凡武之興，為不服也，文化不改，然后加誅。夫下愚不移，純德之所不能化，而后武力加焉。”所言“文化”本即以文德教化為義甚明。《文選?束廣微補亡詩由儀》：“文化內輯，武功外悠。”李善《注》：“言以文化輯和于內，用武德加于外遠也。”其以文化與武功相對，以文德與武德并舉，以內和以外遠互稱，皆明文化本即以文德治化于心，此文明、文治之謂也。
三、中國原始文明的基本內涵
中國的傳統文明體現著一種獨具特色的字宙觀。我們所說的廣義的宇宙觀是指中國古代先民對于天、地、人之間相互關系的獨特思考，這種思考雖然源出于一種最樸素的觀象活動，但卻是以古人對于時空的規劃、政治制度與宗教觀念的形成、祭祀及典章制度的完善，以及哲學思辨與科學證認的形式呈現的，顯示出天文對于人文的深刻影響。
東西方文明的本質差異即在于兩種字宙觀的不同。中國傳統的字宙觀博大而包容，和而不同，這個特點不僅來自于古人對于天人關系的認識，而且也造就了獨具特色的傳統文明。很明顯，對中國上古文明的研究不可以拋棄其賴以建立的宇宙觀背景。
中國原始文明的誕生是從初民有意識地對空間與時間的規劃開始的，事實上在他們創造出獨具特色的時空知識體系的同時，也完成了對時空關系的思考，而時空體系的建立以及時空關系的思考都必須基于相應的天文觀測才可能完成。中國傳統的時空關系表現為空間決定時間，這不僅意味著辨方正位成為一切用事的基礎，從而決定了古人對于子午線的重視以及諸如都邑、塋域等的方正布局，而且對于傳統文化中有關時空問題的理解，也都需要首先建立這種時空關系的背景。先民通過對時空的規劃建立起一整套有關空間、時間的基本概念及表現形式，而且將時空體系與陰陽哲學彼此結合，建構了獨具特色的文化傳統。
陰陽的思辨雖然是對萬物生養原因的哲學解釋，但其本質卻同觀象授時的工作一樣重在祈生，這使以觀象為基礎的時間體系成為表述陰陽的最理想的形式，從而形成傳統的陰陽合歷以及以陰陽為核心的時空傳統與原始宗教傳統。
空間方位的精確辨正顯然得益于染表的發明，這種天文儀器的出現成為天文觀測精確化的必然結果。在中國傳統的五方觀念中，中的位置不僅是立表的位置，而且在早期文明社會，立表的活動由于被統治者所壟斷，從而導致時空體系、政治制度與宗教思想的結合，使居中而治的傳統政治觀逐漸形成。
上古王權的基礎當然在于對觀象授時的掌握，由此則逐漸發展出君權天授的政治思想。因此根據傳統的政治觀，人君治民實受天命而為，故其配帝在下，所居之位也必依近于天。《逸周書?度邑》言武王治民作邑“其惟依天”，何尊謂武王定天保而直告于天，且宅中域以義民，都體現了這一根本思想⑨。古人以為，授命之帝居于天之中央――北極，則人王若要依天而立政，就必須居于地之中央。故王庭的選建首先就要解決以圭表求測地中的問題⑩，從而形成以地中為中心的中域、中土、中國、中原的政治地理概念，以及相應的居中而治的傳統政治觀。《論語?堯日》：“天之歷數在爾躬，允執其中。”即是這種觀念的反映。
王庭選建于天地之中意味著建筑于觀象授時基礎上的政教合一的王權具有了政治和宗教上的合法性，所以，居于中央的王庭對四方的統治必須通過于王庭所在的內服周圍分封諸侯而實現。外服諸侯所建立的實體為“國”，而由王庭及其所統御的侯國所形成的內外服政治實體則稱為“邦”，國對于中央王庭首先具有的就是拱衛的義務，同時通過貢納的形式以表現其對王庭的臣服。西周大盂鼎稱武王嗣文王之業而“作邦”，即此之謂。而外服侯國以外的“方”則對王庭時叛時服，所以王所巡守之邦本及四國――四方之諸侯國，形成早期家天下王朝的基本政治格局。而王更以耀德使四方荒服之“方”歸附賓服，形成更廣大的內外服政治實體。西周昭王世之作冊令方彝銘云周舍命于“三事四方”，即是這種政治格局的真實反映。
由立表測影而產生的“中”的觀念事實上包括三方面的內涵。其一，因立表測定空間方位所獲得的“中”具有“中央”的內涵，這是居中而治的傳統政治觀的基礎，對中國傳統政治制度及都邑制度的形成具有深刻的影響。其二，立表測影的工作必須以校正表的垂直為前提，由此獲得的“中”則具有“中正”的內涵，從而直接影響著“中庸”哲學觀的形成。其三，表所居的位置在中央，其又以中正的狀態呈現，這個位置顯然是最為和諧且不偏不倚的，由此又引申出“中和”的內涵，從而使“中”最終具有了陰陽哲學的義涵。
由于觀象授時的工作始終為統治者所壟斷，這使天文學從其誕生的那天起即具有了強烈的政治傾向。很明顯，在生產力水平相當低下的遠古社會，如果有人通過自己的智慧與實踐掌握了在多數人看來神秘莫測的天象規律，并通過敬授人時維系著氏族的生存，那么這種知識本身也就具有了權力的意義。事實上，當觀象授時作為王權政治的基礎存在的時候，人王的權力源于天授的認知便自然產生了。基于這樣的認知，至上神上帝開始被創造，帝廷組織得以建構，帝與人王的直接血緣關系得到確認，以祖配天的觀念由此形成，進而對天地、天象、祖先、社稷的祭祀及相應的典章制度與禮器制度，以及有關陰陽、刑德的哲學思考相伴而出現。不僅如此，政治觀的形成必須創造出王權的象征形象，而龍星以其授時主星的地位具有了這種資格。畿服的規劃與王庭的建制必須體現出尊卑的差異，古人對于時空的認識最終解決了這個問題。人居于天地之間如何才能合于天地之道而永續恒久，這種思考使先民選擇了順時施政的用事法則。而宗教觀的建立則又需要首先確定上帝的居所以及帝與人王的關系，于是有關天極、極星、璇璣的認識相繼完成，而在確立帝作為天子嫡系祖先的同時，也創造出了帝的世俗形象。顯然，天文學不僅導致了君權神授、天命觀念的形成，而且直接關系到原始宗教觀、古代祭祀制度及禮儀制度的建立。而就古典哲學而言，如果說儒家哲學的天命、中庸、道德等核心思想乃是對傳統宇宙觀的繼承的話，那么道家的思辨哲學簡直就是借助天文學的研究完成的⑩。
The Large Hadron Collider
Unraveling the Mysteries of the Universe
2010,218 p.
Softcover
ISBN9781441956675
Martin Beech著
歐洲大型強子對撞機是現在世界上最大、能量最高、最昂貴的粒子加速器，是一種將質子加速對撞的高能物理設備，英文名稱為LHC(Large Hadron Collider)，坐落于瑞士日內瓦近郊歐洲核子研究組織CERN。大型強子對撞機將兩束質子分別加速到7萬億電子伏特的極高能量狀態，并使之對撞。其能量狀態可與宇宙大爆炸后不久的狀態相比。粒子物理學家將利用質子碰撞后的產物探索物理現象，例如，尋找標準模型預言的希格斯粒子、探索超對稱、額外維等超出標準模型的新物理。
本書回答了以下問題：為什么世界各地的物理學家對大型強子對撞機的產生如此興奮？人們希望通過這臺龐大的機器揭示宇宙的什么秘密？操作這臺機器有什么危險？碰撞中產生的處在次原子微粒之間的包括微型黑洞在內的奇異微子對人類和地球會不會造成危險？讀過這本內容詳盡且具有吸引力的書，讀者會了解到為什么要建設對撞機以及它是怎么工作的、科學家們想通過它找到什么以及現有的標準模型需要做哪些修改。讀者甚至會從本書中學會識別普遍認為組成我們絕大部分宇宙的所謂暗物質和暗能量。這是一段包含若干陌生而奇怪區域的旅程，但是它絕對值得花費時間去探索，因為大型強子對撞機會改變我們認識宇宙的一些基本概念，從最小的粒子到最大的。
本書分為7章，1.物質的故事；2.世界上最復雜的機器；3.標準模型、希格斯粒子和超對稱；4.宇宙大爆炸和最開始的38萬年；5.暗物質；6.暗能量和膨脹中的宇宙；7.接下來的計劃。
本書寫給物理學家、天文學家及對大型強子對撞機感興趣的人。
本書作者Martin Beech是加拿大薩斯客徹溫省里賈納大學的天文學教授，他在恒星結構和演化方向已發表了多篇研究論文，出版了數本天文學書籍。作為他在流星和隕星方面研究的酬勞，小行星12343已經用他的名字命名。
孫培培，博士生
(中國科學院力學研究所)
現在人們已普遍接受了宇宙大爆炸的理論，盡管很多人一時還難以想象，但一般都知道，今天這個豐富多彩的大千世界乃是100～170億年前一次“大爆炸”的結果。
宇宙大爆炸的理論最有力的證據之一，是1965年美國的彭齊亞斯和威爾遜于無意中發現的“宇宙微波背景輻射”。因為他們用射電望遠鏡(一種只接收天體發出的無線電波的望遠鏡)觀測時，發現在波長為7.35厘米處，星空背景上的輻射強度比理論值要略略高上2.5～4.5度而已。當初，對于這個結論有多少意義，連他們自己也不清楚，因為二人只是美國貝爾電話實驗室的工程師，對于天文學與宇宙學關心甚少。
然而天文學家和物理學家卻高興得幾乎跳了起來。因為“大爆炸”理論自問世后，雖然能說明許多天文學上的許多難題，但一直苦于缺少觀測依據。而這篇論文卻送來了“及時雨”，因為按照大爆炸理論，100多億年前的“原始火球”爆炸以后，冷卻到今天，天上應當剩有一些“余熱”，也就是說，在沒有星體照耀的星空中(也稱背景)，應該有2.7開(相當于－270℃)的溫度，這與上述的平均值非常吻合。正因為得到了射電資料的支持，大爆炸假設在科學上也就有了立足之處。為此，彭齊亞斯和威爾遜的這項發現榮獲了1978年的諾貝爾物理學獎。
彭齊亞斯和威爾遜發現的這種“余熱”也應表現為“光輻射”(從科學上講，無線電波、紅外線、X光等等都是光――不可見光)。為了探測和研究這種100多億年前的最古老的“光”，美國航宇局曾于1992年發射了一顆“宇宙背景探測衛星(COBE)”，當時它就發現，在不同的天區，它們還有著微小的區別，有的天區為2.7251度，有的天區卻為2.7249度，這種各向異性反映了宇宙早期中的物質密度的波動狀況，對其深入研究就可以了解宇宙結構形成的最初條件，弄清星系、星團等是如何形成的等重要問題。但由于儀器的限制，COBE并沒有深入研究的能力。
經過9年的籌劃，美國航宇局在2001年6月30日又發射了一顆“微波背景輻射探測器(MAP)”，這顆價值9500萬美元的新型無人飛船寬5米，高3.8米，重840千克，上面裝有兩臺背靠背的望遠鏡，雖然說，它的作用只相當于一支“溫度計”，但這支溫度計卻遠不是普通的溫度計，因為它測定的溫度是在零下270多攝氏度的萬分之一度的變化!更勝前者“COBE”一籌的是，它將于9月間飛抵離地球160萬千米的目的地(這是月球距離的4.2倍)。因為只有飛到那么遠，才能使它不 會受到地球和太陽的干擾，因為它所測量的這種光只是地球所發出光的10億分之一!同時為了不受陽光的影響，MAP采用了傘形的太陽能電池板，以把全部陽光都遮蓋住，保證它本身始終處于零下185℃的低溫狀態。實際上，MAP所觀測的是大爆炸后40萬年的光，40萬年與100多億年相比，就像是一個70多歲的老人剛生下的第一個半天，所以也有些科學家把它戲稱為“化石光”。
MAP計劃用2年時間對于全天空進行逐一掃描，由于它同時具有極高的靈敏性和分辨率(COBE的分辨率只有7°)。因而科學家們對它寄予很高的期望，希望它能幫助人們弄清：宇宙會永遠膨脹下去嗎?膨脹是在加速還是在變慢?宇宙是什么形狀?是否受到未知物質的支配?它形成的準確時間是100多少億年?第一個星系是怎樣形成的?何時形成的?……
當然，MAP實際上還是整個“宇宙化石光探測計劃”的一部分，而此計劃的全部投資高達1.45億美元。
讓我們靜候MAP的佳音吧。
阿基米德（Archimedes，公元前287～公元前212），出生于西西里島的敘拉古的一個貴族家庭，與敘拉古的赫農王（King Hieron）有親戚關系，家庭十分富有，他和牛頓（IsaacNewton，1643～1727）、高斯（Carl FriedrichGauss，1777～1855）被譽為世界三大數學家，阿基米德的父親是天文學家兼數學家，學識淵博，為人謙遜，阿基米德受家庭的影響，從小就對數學、天文學，特別是古希臘的幾何學產生了濃厚的興趣，當他剛滿十一歲時，借助與王室的關系，被送到古埃及的亞歷山大里亞城去學習，亞歷山大位于尼羅河口，是當時文化貿易的中心之一，人才薈萃，被世人譽為“智慧之都”，阿基米德在這里學習和生活了許多年，曾跟很多學者密切交往，他兼收并蓄了東方和古希臘的優秀文化遺產，這些積淀為其后的科學生涯中作出了重大的貢獻，
阿基米德是偉大的古希臘哲學家、數學家、物理學家，靜態力學和流體靜力學的奠基人，他從小就善于思考，喜歡辯論，早年游歷過古埃及，曾在亞歷山大城學習，后來阿基米德成為兼數學家與力學家的偉大學者，并且享有“力學之父”的美稱，在數學方面，有《論球和圓柱》《拋物線的求積》《圓的度量》《論劈錐曲面體和球體》等論文和10余種著作流傳于世，多為希臘文手稿，在《論螺線》一文中，他研究的等速螺線現稱為阿基米德螺線，據說他就此發明了阿基米德式螺旋抽水機，在物理學方面，他還發現了杠桿定律和關于浮力的阿基米德定律，
在第二次布匿戰爭中，古羅馬人進犯敘拉古，阿基米德應用機械技術來幫助防御，使來犯之敵聞風喪膽，這也使阿基米德有“數學之神”的美譽，但最終城被攻破，阿基米德被古羅馬士兵殺害，終年75歲，阿基米德的遺體葬在西西里島，墓碑上刻著一個圓柱內切球的圖形，以紀念他在幾何學上的卓越貢獻，
二、阿基米德鑒別王冠真偽的故事
敘拉古（屬古希臘管轄，古希臘的國王是托勒玫）的希羅王對阿基米德說：“阿基米德，我有一個問題要向您請教，”
“好，陛下，我能給您什么幫助嗎？”
“有件事令我不滿意，”國王詳細地說，“我告訴了您，您可不要告訴任何人！”
“當然可以，請您相信我，”
“我的問題就在這里，丟奧森內斯為我造了個新王冠，用絲絨包著的，”
在人馬座A黑洞的驚人引力拖拽下，巨型氣體云螺旋飛向這個黑洞
靠近黑洞過程中，氣體云被撕裂和拉伸，每小時的速度達到500萬英里（約合每小時804萬公里）
科學家認為銀河系中央的人馬座A黑洞可能將一顆年輕恒星及其行星形成盤拖出一個年輕恒星環
北京時間7月5日消息，一個巨型氣體云將于2013年撞向銀河系中央的超大質量黑洞人馬座A，時速達到500萬英里（約合每小時804萬公里）。這將是迄今為止人類觀測到的最猛烈的太空撞擊事件之一。實際上，這個氣體云并不會真正與人馬座A黑洞相撞，在距離黑洞240億英里（約合386億公里，相當于光線36小時的穿行距離）時，黑洞的潮汐力將被這個氣體云撕裂。
在人馬座A黑洞巨大引力的拖拽下，氣體云以每秒5000英里（約合每秒8046公里）的速度加速，將于2013年撞向這個黑洞
巨型氣體云將于2013年撞向人馬座A黑洞并被黑洞的巨大引力完全撕裂。這是科學家第一次觀測到巨型氣體云靠近超大質量黑洞
過去20年時間里，德國慕尼黑馬克斯-普朗克地外物理學研究所的天體物理學家史蒂芬-格里森一直對人馬座A黑洞進行觀測。2013年，他將繼續進行觀測。格里森表示：“迄今為止，只有兩顆恒星與人馬座A黑洞進行如此近距離接觸，最后毫發無損地掠過地球。不過，氣體云的情況不同，將被黑洞的潮汐力完全撕裂。”隨著與人馬座A黑洞之間的距離越來越近，氣體云的速度不斷加快。7年內，它的速度增加了一倍。
借助于歐洲南方天文臺的甚大望遠鏡，天文學家能夠對這個黑洞進行觀測。在對人馬座A黑洞進行觀測時，馬克斯-普朗克地外物理學研究所的萊恩哈德-格澤爾發現一個獨特的新天體，正快速逼近這個黑洞。這個天體就是氣體云。研究論文主執筆人格里森表示：“在科幻作品中，宇航員在靠近黑洞時身體會被拉伸，變得好似意大利面條。有趣的是，這個新發現的氣體云便遭遇這種厄運。在與人馬座A黑洞親密接觸時，這個氣體云無法幸存下來。”
這個氣體云將掠過人馬座A黑洞的事件穹界，彼此間的距離大約在400億公里左右，相當于光線36小時的穿行距離。在這個距離，氣體云將被黑洞的潮汐力撕裂。逼近人馬座A黑洞過程中，氣體云將因為黑洞周圍炙熱恒星的強紫外輻射發光。隨著進一步靠近這個黑洞，氣體云承受的外部壓力不斷加大。人馬座A黑洞的地心引力是太陽的400萬倍，將加速氣體云的內部運動并對其進行拉伸，使其變得好似意大利面。目前，這個氣體云的邊緣已開始崩潰，幾年內，它將被黑洞的引力徹底撕碎。2008年至2011年，天文學家發現的氣體云遭破壞的跡象越發強烈。
在2013年靠近人馬座A黑洞時，氣體云內物質的溫度將不斷升高，可能放射出X射線。目前，人馬座A黑洞附近的天體很少，也就是說，這個新到的大餐將成為人馬座A黑洞未來幾年的主要食物。一種有關這個氣體云形成的理論認為，氣體云內的物質可能來自于附近的年輕大質量恒星，這顆恒星因強烈的恒星風迅速流失質量。人馬座A黑洞周圍軌道的一個已知雙星的恒星風可能與這個氣體云的形成有關。格澤爾表示：“未來兩年，我們將發現非常有趣的現象并且獲得異常寶貴的信息，幫助我們了解大質量黑洞周圍物質的行為。”（孝文）
（來源：新華網）
【關鍵詞】真空體密度抅造行星系統；行星系統淘汰機制；宇宙背景“透鏡效應”
（1）首先說明真空體密度的數學推導過程，現有的物理學波速計算公式稱為虎克定律：
V= （1－1） V、G、ρ各項分別表示：波速、彈性模量、體密度。
真空中的光速可用真空介電常數，真空磁導率導出，作者將原有的真空光速C公式作了如下推演，提請讀者注意：真空中的光波速度是迄今為止物理學中唯一沒有代入虎克定律的波速，也是本文的關鍵所在。
c===== （1－2）
真空介電常數，單位是法拉/米εo=8.85×10-12F/m。真空磁導率，單位是亨利/米μo=4π×10-7L/m。
根據上面（1－1）、（1－2）兩式左邊同為波速，讓兩式右邊物理意義相同。
得到真空各向同性容變彈性模量，單位是牛頓/平方米G=1N/m2。
得到真空體密度，單位是千克/立方米ρc=1/c2=1×10-17kg/m3
（查資料：理想氣體容變彈性模量＝101300牛頓/平方米，比較可知真空容變彈性模量是空氣的十萬分之一）。
真空體密度是否真實存在，可以用下述方法來求證：用激光切割鋼板，鋼板很快被切斷，這是因為激光束可以達到溶化鋼板的高溫，此時將一塊透明玻璃隔在中間會怎樣？結果是鋼板依舊被切斷，而中間相隔的玻璃卻完好無損。要知道，玻璃的溶點只有鋼板的一半。
這種物理現象可以命名為“透鏡效應”，該效應的語言表達是：有光線通過的空間不等于有溫度，只有吸收光線的物質存在時才有溫度顯示出來。
到目前為止對宇宙真空的認知是這樣的：“1965年，人們用射電望遠鏡對向光學望遠鏡看不到任何天體的空間，發現任何一個方向都有以連續形態出現的3K微波輻射。原來星際空間并不是漆黑一團，空無一物，而是有‘光’有‘熱’，‘光’是肉眼看不見的光，即波長在微波波段的電磁波，‘熱’是開爾文溫度3度，即攝氏零下270度。這一下，大爆炸宇宙學好象找到了證據。你看，原始火球爆炸后的熱輻射大部分已凝聚為各種天體，而今只存下3K這么一點兒余熱,成了宇宙的一個均勻、統一的背景”。①
真空既然能透過光線，那么它也是一面透鏡，考量宇宙廣大真空區域的溫度，除非有吸收光的其它物質存在，否則真空自己就必須是吸收光的物質。只有這樣它才有溫度可言。這種現象稱作宇宙背景“透鏡效應”。
那么真空中的物質有哪些？資料繼續寫道：“星系際空間物質的平均密度天文工作者還很不清楚。如果將目前看到的全部星系所包含的物質均勻散布于觀測所及的宇宙空間，估計物質的密度約為十的負三十一次方·克·立方厘米，即10立方米的體積內只有一個原子。可見宇宙空間是何等寬敞”②。
顯然，依靠星系之間可見物質吸收光線來造就宇宙背景達到3K的溫度根本不可能，到目前為止天文學界是如何應對的呢？西方學術界提出宇宙空間有所謂的“暗物質、暗質量”，就象水中摻沙子一樣地將暗質量摻進真空中，于是3k的微波輻射就是由它造就的。
但是問題出來了，既然這個“暗質量”遍布于宇宙所及空間，那么它對于地球及太陽系生存的影響是什么？人類用何種實驗來證明身邊暗物質的存在？天文學界沉默無語。
到目前為止的教書中、發表的論文中都看不到這個所謂的“暗物質、暗質量”對太陽系生成與行星系統的運行有何種影響的論述，這情形就如同當年托勒密給地心說加本輪一樣，反正無須用實驗證明本輪的存在，說什么就有什么。雖然計算暗物質的公式同當年多達70個本輪的公式一樣繁瑣，但是您根本無須讓這些公式唬住。
而今中國研究者推演出的真空體密度也就是真空本身的質量造就宇宙背景3k微波輻射性質就不同了，公式表明真空本身就是一種有質量的物質，后面還要給出用實驗證明真空體密度存在的方法。
（2）用真空體密度來構造太陽系的生成：關于目前的太陽系，角動量分布異常是天文學面臨的難題，有資料說：“還有一個值得注意的事，便是太陽系角動量的分布。質量占整個太陽系99.85%的太陽，其角動量不到太陽系總角動量的1%；質量不到太陽系總質量的1%諸行星，角動量卻占99%以上。在拉普拉斯假說中他沒有論述太陽系角動量的這種異常分布的問題，按照該假說推論，冷卻收縮的星云轉動愈來愈加快，在中央凝聚而成的太陽應當占有最大的角動量，這與事實是不符的”③。
在有真空體密度存在的太陽系中行星的命運是這樣的：圍繞太陽旋轉的行星的軌跡先是依照刻卜勒三定律形成一個橢圓，在真空體密度即真空質量產生的阻力作用下促使其短軸上升加長，近日點抬升遠日點降低，軌道趨向正圓形。這同現在發射衛星以后在衛星的前面噴射氣體產生后座力，衛星近地點就會隨即抬升的原理一致，可以命名為“趨圓”過程。
當行星軌跡成為正圓形后，真空體密度產生的阻力將行星的線速度再降低時，太陽引力將行星拉向日面墜落，如果此時行星的軌跡足夠遠，在下墜過程中獲得的加速度使其擦過日面而未墜落進太陽，那么這顆行星的壽命尚未完結，它會在一個新的更接近太陽的橢圓軌道上運行，可以命名為“變軌”過程，就如同電子的軌道躍遷一樣。
一、舊《大統歷》誤差日顯，徐光啟
奉命修新歷
明朝建立之后，在歷法上開始采用的是《大統歷》。這個《大統歷》實際上是元朝天文學家郭守敬所發明的《授時歷》的翻版，只是換了個名字而已。郭守敬的《授時歷》發明之初，在當時國際上處于領先地位，其精度極高。比如他那時測定的每天的時間長度，與今天相比才僅差72秒，在當時的科技條件下，能做到如此精度，實在令人驚訝。
然而從發明《授時歷》到明末，已經過了三百多年，各種誤差日積月累越來越大。而明朝歷局的官員們只知道依照已有的方法和數表推算節氣、天象，甚至用象數法進行臆測，對于誤差怎樣解決大都束手無策，也沒人考慮。此時，日食、月食、節令、朔望的預測和安排，已經混亂不堪，嚴重影響國家和社會管理。
在這種情況下，雖然當時外有滿清叩關，內有李自成、張獻忠問鼎，內外交困，國家形勢危急。但崇禎皇帝考慮到歷法是一個王朝實施其統治的制度象征，歷法的混亂易導致國家的混亂，從社稷江山計，不得不騰出精力來過問這件事關重大的具體科技問題，便責成時任禮部侍郎的大科學家徐光啟著手修歷。
徐光啟系進士出身，他學識淵博，學貫中西，一生致力于科學事業，著有巨著《農政全書》60卷。受到崇禎皇帝重視，被擢進入內閣，任禮部侍郎。在此期間，他為復興大明，大力提倡以科學技術為“富強之術”，一方面操持政務，一方面繼續研究天文、歷算、農學、水利、軍事等科學。還認真汲取當時新傳入的西方自然科學，大量譯介西方科技書籍。這在僵化保守的封建社會是極其難能可貴的。正因如此，他成了中國歷史上學貫中西第一人，也是中國科技史上公認的泰斗級人物。
徐光啟于崇禎元年（1628年）接受修歷任務，此時他已是67歲的老人了。他不顧年邁，毅然上陣，立即組成了一個由中外科學家組成的龐大的科研班子，其中包括當時著名的意大利科學家龍華民、羅雅谷，德國科學家湯若望、鄧玉函。他還制定了這次歷法科研的最高目標：“上推遠古，下驗將來，必期一一無爽；日月交食，五星凌犯，必期事事密合。”并迅速展開了工作。
在修歷的日子里，不管是凄風冷雨的秋夜，還是大雪紛飛的隆冬，徐光啟都要登上觀象臺，親臨指揮或親自動手觀察天象。那期間，記錄、整理筆記、查找資料，幾乎成了他生活的全部。終于，經過他和這些中外科學家的共同努力，很快就推出了《日躔歷指》等初步研究成果，接著又開始了卷帙浩繁的《崇禎歷書》的編纂工作。
二、魏文魁上呈《歷元》《歷測》，
志在否定徐光啟
使人想不到的是，此時遠在京師滿城縣的鄉下，竟有一個叫魏文魁的老百姓，也在為《大統歷》的誤差而苦惱著。他不顧天文歷法歷來是民間研究的，也不顧自己沒有高深的數學知識和先進的觀測設備，更顧不得自己生計的艱難，經年累月一直執拗地進行著自費天文歷法的研究。
此時，魏文魁一定知道，西方的天文歷法技術已經傳入中國。但他的思想不像徐光啟那樣開放，而是有點保守和固執，對外來的思想和技術采取了拒絕的態度，認為依靠中國人自己的知識和文化完全可以解決此類問題。把先進的科技知識拒之門外，這就犯了科研的大忌。
那么他依據什么來進行研究呢？說來很有意思，魏文魁所采納和依據的重要資料是宋朝人邵雍的那本《皇極經世》，而它依據的數學知識則是“周三徑一，方五斜七”等圓周和勾股之類。作為一個普通百姓，承擔如此艱巨的科研課題，依據的知識竟是這樣的初級和粗疏，再加上資料和設備又不具備，又沒有充裕的資金支持，可以想見，他的研究活動一定是異常艱難的。
比如，他所依據的《皇極經世》，是宋朝邵雍研究周易而自創的一門預測學，是不是科學一直被人大打問號。該書一個最基本的概念，便是把人類世界的歷史壽命，根據易理象數的法則，規定出幾個簡單易記的字，這幾個字是：“元、會、運、世、分。”他將此作為層級次序，來表示和解釋天文、地理、人事發展變化，以此進行預測。
比如，從時間上來說，“元”可以認為是年，一“元”就是一年，一年之中有十二個月，每個月日月相會一次，因此便叫做“會”。所以一“元”之中，便包含了十二“會”。每個“會”之中，地球自轉三十次，所以一“會”又包含三十“運”，即三十天。因一天之中又有十二個時辰，因此一“運”又包含十二“世”，即十二時辰。每個時辰又分三十“分”。
如果廣而擴之，把最小的“分”代表年，便構成了“三十年為一世，三百六十年為一運，一萬零八百年為一會，十二萬九千六百年為一元”。邵雍認為，人類歷史、朝代興亡、世界分合、自然變化，都體現在這“元、會、運、世、分”之中了，不需要再用其他方法檢測，皆可未卜先知。魏文魁對邵雍這方法頂禮膜拜，深信不疑，把這作為他的整個研究思路。顯然這對需要十分精細的歷法來說，太粗糙了。
按著邵雍的思路和理論框架，魏文魁毅然展開了工作。經過多年的努力，居然完成了兩部洋洋灑灑的巨著：一部是天文理論著作《歷元》，一部是歷法知識著作《歷測》。
也就是在這時候，從北京傳來消息，由徐光啟制定的明顯西化遠離我中華傳統的新歷法已經有了雛形，對此魏文魁怎能接受？他認為自己站出來的時機到了，便不顧一家老小的安危，當即讓兒子魏象乾帶上他剛剛脫稿的兩部巨著，從滿城火速趕到京城，將書送給通政司并轉修歷局。他還加了一份上疏，歷數東方科技的優點和西方科技的缺點，以及徐光啟引入西方科技做法的謬誤。希望政府引起重視，并檢驗和采納他的方法，企圖以此阻止和取代徐光啟的新歷法。
三、徐光啟虛懷若谷，魏文魁據理力爭
徐光啟聞知大吃一驚，但以多年形成的對不同學派的廣納博蓄習慣，以及對科學的嚴謹態度，他馬上冷靜下來。他本著“各家不同看法務求綜合”的一貫思想，決定對魏文魁的著作進行一番公正的研判，以此也希望發現對手的價值所在。徐光啟還表示，在沒有通讀完對方著作前，堅決不表態誰對誰錯，也不發一句議論。別人問起，他總是說：“文魁之本，臣尚未通讀，不敢言對錯。”
可見徐光啟很有風度，他對魏文魁的書看得非常認真仔細，將書中非常重要的七個問題一一摘錄，逐個進行研究。通過仔細翻閱研究，他發現其中的謬誤很多，推算方法也十分陳舊粗陋。不要說日月食和五星凌犯，就是立春、春分、立夏、夏至、立秋、秋分等二十四節氣的劃分都不準確。
但是，徐光啟在研判魏文魁的著作中，也對魏文魁的刻苦研究精神進行了肯定，稱他是“苦心力學之士”。徐光啟對他的謬誤一一進行記錄，然后指出魏文魁的錯誤都在什么地方。與此同時，徐光啟以寬廣的胸懷傳信給魏文魁，希望他進一步努力，爭取在天文學上真正有所建樹。還告訴他，若有疑義，可以當面討論。實際上，徐光啟對魏文魁的研究成果持了完全否定態度。
魏文魁當然不服輸，決心進京與徐光啟論難。他堅持認為中國傳統方法推算的歷法精度要高于西法，認為他的結果不準確是因為觀測地點不同而造成的。他舉例說，一樣的日月食，京師所觀測到的結果，與滿城觀測到的絕不會一樣，與瓊州觀測到的更不一樣，這怎么能說我的方法不準確呢？至于二十四節氣的劃分，中國南北差距很大，在北方認為準確的，在南方就不一定準確，武斷地說哪種方法正確，哪種方法不正確，這是不能服人的。
由于涉及科學問題，徐光啟沒有讓步，他認為魏文魁的做法是“混推”，科學研究僅靠“混推”是站不住腳的。可是，這時的徐光啟仍然沒有以居高臨下的態度表現出對魏文魁這場爭論的不屑，而是非常重視，每次辯論他都積極參加，還將辯論雙方的觀點都記錄下來，最后形成了《歷局與魏文魁辯論文稿》，保存備案。
一個是國家頂尖級科學家，還是個國家的重要官員；另一個是民間業余科學愛好者，還是個平民百姓。他們竟能夠如此平起平坐地開展激辨，這在明末實在難能可貴，說明當時明政府有較濃的崇尚科學的氣氛，以及徐光啟的虛懷若谷。
四、崇禎提出用實踐檢驗，
各家觀象臺上比高低
其實，徐光啟在與魏文魁論戰之前，徐光啟的新歷還受到了其他天文歷法派別的猛烈攻擊。一是以欽天監官員為首的一直對徐光啟吸收西方科學不滿，希望“祖宗之制不可變”的舊《大統歷》派，二是從伊斯蘭傳來的《回回歷》派。這兩派都認為自己堅持的歷法無可挑剔，而認為徐光啟的歷法是不純正、不準確、不科學的。現在又增加了一個魏文魁派，四派混戰，轟動朝野，震驚中外。
消息傳到皇帝崇禎那兒，鑒于此時國家形勢不妙，需要處理的事情很多，已不允許在這件事上這樣久拖不決，需要快點拿出成果。崇禎帝便提出可以“廣集眾長，虛心采聽，西洋方法不妨兼收，各家不同看法務求綜合”的思想，希望大家不要再爭。然而，在各家都互不服氣的情況下，他的這一提議是無法實現的，激烈爭吵仍沒有平息。
事涉國家制度，崇禎帝又提出了另外一個辦法，既不看理論，不看設計，也不論“課題組學術帶頭人”的身份，只用實踐檢驗。指示尋找一個特殊天文現象，四家平等預測，誰家測準了，誰就正確，國家就采納誰的方案。
崇禎所希望的可以進行實踐檢驗的機會很快來了：據預測，崇禎五年（1632年）九月十五日，將有月食，至于幾時幾刻還不知道。崇禎帝提出，讓大統、回回、魏文魁、徐光啟四派分別提前提出各自預測結果，精確到時和分，然后等到那一天進行實際檢驗，看各家預測的準確性。
四家受命，遂摩拳擦掌，高速運轉，精心準備，志在必得。然而各家預測的結果大相徑庭，有的竟然相差達一、二個時辰。到底誰的正確呢？只等那一天見分曉。然而非常不巧，好不容易等到十五日夜間，結果那天天空陰云四合，使整個檢驗計劃在大家的焦慮心情中落空了。
到崇禎六年（1633年）冬十月，徐光啟因為積勞成疾，已經無法再主持修歷工作而辭去歷務。但是龐大的《崇禎歷書》還沒有徹底完成，四家的爭論仍在膠著狀態，為了完成自己未竟的事業，他提議讓既懂天文、又不封閉保守、能夠接受西方科技的山東參政李天經接替他的職務。工作交接后只一個月徐光啟就病逝了，魏文魁失去了一個強有力的老對手。
崇禎七年（1634年），魏文魁再次上書，直言徐光啟派歷官所推所有交時節氣全然不對，應該否掉，并采納他的方案。其他幾家也不示弱，天天爭吵不休。崇禎皇帝還是主張采取老辦法——實地檢驗，用事實說話。而且他此時變得更加開明，干脆由政府出資成立了四個天文局，分別為：大統局、回回局、西局和東局。這西局就是徐光啟這一派，而東局則是專為魏文魁所設。可見崇禎皇帝沒有因為魏文魁是一介布衣百姓而對他鄙夷不屑，相反也為他設一個局，作為封建皇帝這是難能可貴的。
四局成立之后，因為都受到了皇帝的平等對待，現在大家不分高下，爭論更加激烈了。那些天，“言人人殊，紛若聚訟”，欽天監里，觀象臺上，天天吵吵嚷嚷，互相辯論訐難，爭鬧不休。
崇禎聞之，迅速決定，再次用實踐檢驗，讓各家在觀象臺上定高低。恰好這年李天經按西洋方法預測，從閏八月開始將有“五星凌犯”天象出現。崇禎皇帝很快下旨，讓各家預測金、木、水、火、土五星凌犯準確時間，到時進行驗證，然后定奪存廢。
各家接旨，迅速行動，都動用了各自當時最具科技含量的高精尖設備。觀象臺上，日晷、星晷、壺漏、開隙暗室、測高儀、窺筒、圖板、望遠鏡、水盆、圭表，遍地都是。試驗場地，更是人來人往，忙忙碌碌，緊張異常。很顯然，四家都極度緊張焦慮，因為大家都知道，這是各自理論和方案能否被政府采用的最后一次搏擊。
這次檢驗從八月中旬開始，至九月中旬結束，歷時一個月。皇帝所派官員，對照各家的預測，逐星進行檢驗。在這些時日里，四家科研工作者廢寢忘食，夜以繼日，經過了無盡的煎熬和焦慮，最終檢驗的結果是：西局的推算全部正確，其他各家均不準。至此崇禎無情宣布：大統、回回、魏文魁的方法廢絀。
