科学天文学孙正凡个人资料

科普作家孙正凡为武汉读者讲《天文八十八星座漫谈》。本版图片由本报记者傅坚摄
  长江商报消息不爱实验室“冷板凳”,天体物理学博士孙正凡宁当“半路”作家
  孙正凡,人称老孙,曾因骨瘦如柴被同学称为“猴子”,现居于上海,已是“胖松鼠”。大学就读于中国科技大学天体物理中心,硕博连读,标准理科男,毕业后却“弃理从文”,现在上海某出版社做科学栏目编辑,科学松鼠会资深会员。
  前日下午,这位“胖松鼠”出现在武汉市图书馆2楼的多功能报告厅里,给武汉观众讲述天上的88个星座,3垣4象28星宿的历史传说与科学认识。打文化标签,卖科普知识,同时为自己参与编写的第六版《十万个为什么》宣传造势。
  ■本报记者钱烨
  启蒙
  “你可以相信狐仙,但没有理由放弃科学”
  孙正凡身上的标签很多:标准理科男、北漂、山东神仙、科技闷骚男,明明是天体物理学博士,却“言必称希腊”,声称“科学也是一种文化”。
  在讲座的问答环节中,一位四年级的小学生问他“‘言必称希腊’是什么意思?”孙正凡说,希腊人有一种理性精神,正是这种不断追问的精神,让古希腊在现代的各个学科内,谈及文化、理解,都要提到“古希腊人会怎么想?”而中国人却欠缺这种“打破砂锅问到底”的精神。
  中国自古就有“天圆地方”的概念,上古神话中,盘古开天地,清者上升为天,浊者下降为地,“天圆地方”是古人用直觉对世界的丈量,而不是出于理性的解释。而屈原早在《天问》中就质疑“东南西北,其修孰多?南北顺堕,其衍几何?”
  “直到利玛窦进入中国,中国人才知道我们脚下踩着的叫‘地球’,西方在苏格拉底时代就已经提出了‘地球’这一概念。”
  提出这一概念的是几乎与孔子同时代的古希腊数学家毕达哥拉斯,他发现我们生活的大地并不是一马平川,而是弧形的。例如,越往北方,悬在头上的北极星就会变高;而往南,它会变低。古希腊人在航船出行时,首先消失的是船身,最后才是桅杆。所以毕达哥拉斯认为我们脚下的土地是圆的,至少是个不规则的圆球。而后来,一位生活在埃及亚历山大城的古希腊人甚至测量出了地球的大小。
  孙正凡说,其实古代中国人完全可以认识到地球是圆的。古代天文学家张衡甚至提出了月球是反射太阳的光泽,并且记录了1464恒星在天空中的位置与变化,但地球这一概念,却像一张纸一样,没有捅破。
  孙正凡说,中国人的科学意识从晚清之后才出现启蒙,而西方早在古希腊时代就开始崇尚科学与理性。所以科普的推广在当下中国仍然需要大力去做。
  “你可以相信狐仙,但没有理由放弃科学,”孙博士在讲座结尾幽默地说。
  发现
  天体物理学,与生活紧密相关
  作为天体物理学博士,孙正凡认为,天体物理学虽然看起来与常人不沾边,却无时无刻不与人们的生活紧密相联。
  首先是时间。在现在的钟表没有出现以前,古代人是怎么记录时间的?很显然,中国人是看太阳的影子,“立竿见影”。北京故宫中的日晷,就是依靠太阳的投影显示一天的时辰,而为了更进一步确定准确的时间,现代人依靠科技观测地球的自转与公转,准确地将时间确定在每分每秒。
  孙正凡说,影响古人掌握时间的另一个重要天体是月亮。“我们现在还在用的农历,一个月就是按照月亮的盈亏来计算的。”而为了更精确地确定一年中农事的顺序,古人把太阳引进来,确定了24节气,并加入了闰月的概念。
  所以在中国古代人的眼里,太阳月亮都是为人服务的,什么时间月亮转到什么位置,什么时候播种、收割,太阳自然会提醒生活在大地上的农民。“天人合一”的思想就很自然地产生了,孙正凡说,而且,这种源于内陆农耕文明的思想一直延续了几千年之久。
  反观西方,却不是如此。因为靠近海洋,两位荷兰天文学家在大航海时代,乘坐往东方运载香料的船只,绕过非洲最南端的好望角时,看到了与他们生活的北半球完全不一样的星象。他们兴奋地用在非洲大陆发现的天堂鸟等鸟类来命名这些从未在北半球看到的星辰。随后的地理大发现时代,不断有西方人乘船靠近南极去记录星辰,并发明瞭望远镜观察天上的星星。
  首先制造出望远镜的天文学家伽利略甚至用自己粗糙的望远镜,看到了月球的环形山脉与木星的几颗卫星。而那时的中国人坚持认为,月亮上的阴影是一棵桂花树,吴刚正拿着他那枚硕大的斧头,不停地试图砍倒这棵神树。
  在随后的文艺复兴时期,西方天文学家开始用显微镜、罗盘、时钟这些代表着科学进步的工具来命名天空中新发现的星座,而中国人还在禁止民间对星辰的观察与臆测。普通人万不可妄谈天事。
  普及
  一群“科学闷骚男”,让科学有意思
  孙正凡此行的另一个目的是为自己参与编写的《十万个为什么》造势,此书已经发行了6个版本,可以说一直以来都是中国少年儿童接触科学的第一本启蒙书。孙正凡在此套图书中,担任天文与天体物理学方面的编写工作。
  孙正凡说,研究古代中西方天文学的发展历史,中国为世界天文学做出的贡献在有些方面是超过西方的。
  例如,中国人在天空上标明的3垣4象28星宿,共记录了北方天空上1464颗恒星,而西方一直以来的记述中只有1200多颗。而且自商周时代,中国人就注意到了哈雷彗星在一定时间出现在天空中的异象,并且在历代天文家的记述中,都能找到详细的记录。
  “现代科学家要研究一些彗星,都会到中国的古籍中寻找数据,”孙正凡说,“中国也不缺少观测星辰的人。”“夸父追日”神话的原型夸父,很可能就是一位观测太阳的天文学家,因为久立于太阳之下,被后人解读为他在“追日”。但是缺乏理性认识的中国人,并没有在做仔细的记录之后对这种天象进行深入的思考、研究。
  所以,当下对青少年儿童的科普教育又显得多么重要。
  孙正凡坦言,目前国内的科普环境并不太好。好的科普著作都需要从国外引进,在北京成立的科学松鼠会正是致力于推动中国的科普教育。
  “让科学有意思”,是科学松鼠会、果壳网的标签,这群被称为“科技闷骚男”的理科作家,就是要让科学像文艺、电影、音乐那样流行。
  2007年,拿到天体物理学博士学位的孙正凡,因为不喜欢在实验室里坐“冷板凳”,而加入科学松鼠会。不过,这群“半路”作家,似乎并不受到那些坐在研究室里或在硕大天文望远镜前的科学界同行的认同。孙正凡说,很多同行称他们为科学界的“苍蝇”。
  孙正凡
  天体物理学博士,科学松鼠会资深会员,科普知识传播者。参与编写第六版《十万个为什么》天文与天体物理学部分。

伽利略在天文学上的成就

意大利物理学家、天文学家和哲学家,近代实验科学的先驱者。其成就包括改进望远镜和其所带来的天文观测,以及支持哥白尼的日心说。当时,人们争相传颂:“哥伦布发现了新大陆,伽利略发现了新宇宙”。今天,史蒂芬·霍金说,“自然科学的诞生要归功于伽利略,他这方面的功劳大概无人能及。”
1609年,伽利略创制了天文望远镜(后被称为伽利略望远镜),并用来观测天体。他发现了月球表面的凹凸不平,并亲手绘制了第一幅月面图。1610年1月7日,伽利略发现了木星的四颗卫星,为哥白尼学说找到了确凿的证据,标志着哥白尼学说开始走向胜利。借助于望远镜,伽利略还先后发现了土星光环、太阳黑子、太阳的自转、金星和水星的盈亏现象、月球的周日和周月天平动,以及银河是由无数恒星组成等等。这些发现开辟了天文学的新时代。   伽利略著有《星际使者》《关于太阳黑子的书信》《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》《关于两门新科学的谈话和数学证明》和《试验者》。
伽利略与地球自转漫画(19张)  为了纪念伽利略的功绩,人们把木卫一、木卫二、木卫三和木卫四命名为伽利略卫星。  伽利略又把望远镜对准横贯天穹的银河,以前人们一直认为银河是地球上的水蒸汽凝成的白雾,亚里士多德就是这样认为的。伽利略决定用望远镜检验这一说法是否正确。他用望远镜对准夜空中雾蒙蒙的光带,不禁大吃一惊,原来那根本不是云雾,而是千千万万颗星星聚集一起。伽利略还观察了天空中的斑斑云彩——即通常所说的星团,发现星团也是很多星体聚集一起,像猎户座   星团、金牛座的昂星团、蜂巢星团都是如此。

伽利略的主要贡献可分下列五个方面:   ①力学   伽利略是第一个把实验引进力学的科学家,他利用实验和数学相结合的方法确定了一些重要的力学定律。1582年前后,他经过长久的实验观察和数学推算,得到了摆的等时性定律。接着在1585年因家庭经济困难辍学。离开比萨大学期间,他深入研究古希腊学者欧几里得、阿基米德等人的著作。他根据杠杆原理和浮力原理写出了第一篇题为《天平》的论文。不久又写了论文《论重力》,第一次揭示了重力和重心的实质并给出准确的数学表达式,因此声名大振。与此同时,他对亚里士多德的许多观点提出质疑。   在1589~1591年间,伽利略对落体运动作了细致的观察。从实验和理论上否定了统治千余年的亚里士多德关于“落体运动法则”确立了正确的“自由落体定律”,即在忽略空气阻力条件下,重量不同的球在下落时同时落地,下落的速度与重量无关。根据伽利略晚年的学生V.维维亚尼的记载,落体实验是在比萨斜塔上公开进行的:1589年某一天,伽利略将一个重10磅,一个重1磅的铁球同时抛下,几乎同时落地,在场的竞争者个个目瞪口呆,在大笑中耸耸肩走了。但在伽利略的著作中并未明确说明实验是在比萨斜塔上进行的。因此近年来对此存在争议。   伽利略对运动基本概念,包括重心、速度、加速度等都作了详尽研究并给出了严格的数学表达式。尤其是加速度概念的提出,在力学史上是一个里程碑。有了加速度的概念,力学中的动力学部分才能建立在科学基础之上,而在伽利略之前,只有静力学部分有定量的描述。   伽利略曾非正式地提出过惯性定律(见牛顿运动定律)和外力作用下物体的运动规律,这为牛顿正式提出运动第一、第二定律奠定了基础。在经典力学的创立上,伽利略可说是牛顿的先驱。   伽利略还提出过合力定律,抛射体运动规律,并确立了伽利略相对性原理. 伽利略在力学方面的贡献是多方面的。这在他晚年写出的力学著作《关于两门新科学的谈话和数学证明》中有详细的描述。在这本不朽著作中,除动力学外,还有不少关于材料力学的内容。例如,他阐述了关于梁的弯曲试验和理论分析,正确地断定梁的抗弯能力和几何尺寸的力学相似关系。他指出,对长度相似的圆柱形梁,抗弯力矩和半径立方成比例。他还分析过受集中载荷的简支梁,正确指出最大弯矩在载荷下,且与它到两支点的距离之积成比例。伽利略还对梁弯曲理论用于实践所应注意的问题进行了分析,指出工程结构的尺寸不能过大,因为它们会在自身重量作用下发生破坏。他根据实验得出,动物形体尺寸减小时,躯体的强度并不按比例减小。他说:“一只小狗也许可以在它背上驮两三只同样大小的狗,但我相信一匹马也许连一匹和它同样大小的马也驮不起。”   ②天文学   他是利用望远镜观测天体取得大量成果的第一位科学家。这些成果包括:发现月球表面凹凸不平,木星有四个卫星(现称伽利略卫星),太阳黑子和太阳的自转,金星、木星的盈亏现象以及银河由无数恒星组成等。他用实验证实了哥白尼的“地动说”,彻底否定了统治千余年的亚里士多德和托勒密的“天动说”。   ③哲学   他一生坚持与唯心论和教会的经院哲学作斗争,主张用具体的实验来认识自然规律,认为实验是理论知识的源泉。他不承认世界上有绝对真理和掌握真理的绝对权威,反对盲目迷信。他承认物质的客观性、多样性和宇宙的无限性,这些观点对发展唯物主义的哲学具有重要的意义。但由于历史的局限性,他强调只有可归纳为数量特征的物质属性才是客观存在的。   伽利略因为支持日心说入狱后,“放弃”了日心说,他说,"考虑到种种阻碍,两点之间最短的不一定是直线",正是因为他有这样的思想,暂时的放弃换得永远的支持,没有像布鲁诺那样去为科学的真理而牺牲,但却可以为科学继续贡献自己的力量。   ④热学   最早的温度计是在1593年由意大利科学家伽利略(1564~1642)发明的。他的第一只温度计是一根一端敞口的玻璃管,另一端带有核桃大的玻璃泡。使用时先给玻璃泡加热,然后把玻璃管插入水中。随着温度的变化,玻璃管中的水面就会上下移动,根据移动的多少就可以判定温度的变化和温度的高低。温度计有热胀冷缩的作用所以这种温度计,受外界大气压强等环境因素的影响较大,所以测量误差较大。 后来伽利略的学生和其他科学家,在这个基础上反复改进,如把玻璃管倒过来,把液体放在管内,把玻璃管封闭等。   ⑤相对性原理   在发现惯性定律的基础上,伽利略提出了相对性原理:力学规律在所有惯性坐标系中是等价的。力学过程对于静止的惯性系和运动的惯性系是完全相同的。换句话说,在一系统内部所作任何力学的实验都不能够决定一惯性系统是在静止状态还是在作等速直线运动。伽利略在《对话》中写道:当你在密闭的运动着的船舱里观察力学过程时,“只要运动是匀速的,决不忽左忽右摆动,你将发现,所有上述现象丝毫没有变化,你也无法从其中任何一个现象来确定,船是在运动还是停着不动。即使船运动得相当快,在跳跃时,你将和以前一样,在船底板上跳过相同的距离,你跳向船尾也不会比跳向船头来得远,虽然你跳到空中时,脚下的船底板向着你跳的相反方向移动。你把不论什么东西扔给你的同伴时,不论他是在船头还是在船尾,只要你自己站在对面,你也并不需要用更多的力。水滴将象先前一样,垂直滴进下面的罐子,一滴也不会滴向船尾,虽然水滴在空中时,船已行使了许多拃。鱼在水中游向水碗前部所用的力,不比游向水碗后部来得大;它们一样悠闲地游向放在水碗边缘任何地方的食饵。最后,蝴蝶和苍蝇将继续随便地到处飞行,它们也决不会向船尾集中,并不因为它们可能长时间留在空中,脱离了船的运动,为赶上船的运动显出累的样子。如果点香冒烟,则将看到烟象一朵云一样向上升起,不向任何一边移动。所有这些一致的现象,其原因在于船的运动是船上一切事物所共有的,也是空气所共有的。”相对性原理是伽利略为了答复地心说对哥白尼体系的责难而提出的。这个原理的意义远不止此,它第一次提出惯性参照系的概念,这一原理被爱因斯坦称为伽利略相对性原理,是狭义相对论的先导。

天文台主要是进行天文观测和研究的机构,世界各国天文台大多设在山上。
  我国的天文台也大多设在山上。如紫金山天文台,它就设立在南京城外东北的紫金山上,海拔267米。北京天文台设有5个观测站,其中兴隆观测站海拔约940米,密云观测站海拔约150米。上海天文台在佘山的工作站,海拔也有98米。云南天文台在昆明市的东郊,海拔为2020米。
  天文台的主要工作是用天文望远镜观测星星。天文台设在山上,是因为山上离星星近一点吗?
  不是的。
  星星离开我们都非常遥远。一般恒星离我们都在几十万亿千米以外,离我们最近的天体--月亮,距离地球也有38万千米。地球上的高山一般只有几千米,缩短这么一小短距离,显然是微不足道的。
  地球被一层大气包围着,星光要通过大气才能到达天文望远镜。淀粉气中的烟雾、尘埃以及水蒸气的波动等,对天文观测都是有影响。尤其在大城市附近,夜晚城市灯光照亮了空气中的这些微粒,使天空带有亮光,妨碍天文学家观测较暗的星星。在远离城市的地方,尘埃和烟雾较少,情况要好些,但是还不能避免这些影响。
  越高的地方,空气越稀薄,烟雾、尘埃和水蒸气越少,影响就越少,所以天文台大多设在山上。
  现在,世界上公认的三个最佳天文台台址都是设在高山之巅,这就是夏威夷莫纳凯亚山山顶,海拔4206米;智利安第斯山,海拔2500米山地;以及大西洋加那利群岛,2426米高的山顶。


科学天文学孙正凡个人资料
孙正凡,人称老孙,曾因骨瘦如柴被同学称为“猴子”,现居于上海,已是“胖松鼠”。大学就读于中国科技大学天体物理中心,硕博连读,标准理科男,毕业后却“弃理从文”,现在上海某出版社做科学栏目编辑,科学松鼠会资深会员。前日下午,这位“胖松鼠”出现在武汉市图书馆2楼的多功能报告厅里,给武汉...