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程 茂 兰 传
2009-08-26| 【 【打印】【关闭】

 

 

程茂兰字畹九,1905918生于河北博野。19781231卒于北京。父程三连务农间作木工。母宋氏操持家务。1924年毕业于河北省保定第六中学。1925年秋毕业于北京北安河留法预备班,旋即赴法勤工俭学。1932年获法国雷蒙大学学士学位。1934年获里昂大学数理硕士学位。1939年获法国国家博士学位。1942年任里昂和上普罗旺斯天文台副研究员(Chargeur de Recherche)。1945年任研究员(Maitre de Recherche)194910月成为法国国家研究中心的一级研究员(Grade Premier de Maitre de Recherche)1956年获得法国教育部骑士勋章。19577月绕道瑞士回国。19582月被任命为北京天文台筹备处主任。后改任北京天文台第一任台长。1962年任中国科学院数理学部天文委员会副主任委员。19628月至1978年任中国天文学会第二和第三届副理事长。全国人民代表大会第二和第三届代表。

程茂兰毕生从事实测天体物理研究,主要从事天体的光谱分析研究,发表论文百余篇,其中重要学术论文68篇。回国后主持了北京天文台光学观测基地的选址和兴隆观测站的建设,促成了2.16望远镜的研制工作。   

异国勤工,科学救国 

程茂兰字畹九,1905918生于河北博野。19781231卒于北京。出身于农民家庭。1924年毕业于河北省保定市第六中学。1925年秋毕业于北京市北安河留法预备班。20世纪初,中国的积弱积贫使得青年学生们多希望留学西方,科学救国。1911年辛亥革命推翻了封建帝制,但是军阀掌权,国家的情况并没有获得质的改善。人民仍然生活在三座大山的压迫下,文盲成群,贫困愚昧。李石曾与蔡元培等人于19156月在巴黎发起成立了“勤工俭学会”,其宗旨为“勤于做工、俭以求学,以增进劳动者之智识”。这便是“勤工俭学”的由来。巴黎豆腐工厂“以工兼学”的工人,实际上成了中国最早的一批留法勤工俭学者。他们多从上海乘船出发,途经香港、海防、西贡、新加坡、科伦坡、吉布提,取道红海,经赛得港,穿苏伊士运河,过地中海,到达法国南部港口马赛,再乘火车到巴黎等地;或是绕道英国伦敦再到法国。途中要走40多天。很多穷学生为了省钱坐的是无等舱,条件极差,有的甚至和牛睡在一起,途中异常艰苦。大批留法学生不远万里来到法国,抱着实业救国、科学救国、教育救国的良好愿望,在异国的土地上发奋求学,辛勤劳动,从而开阔了眼界,增长了知识,获得了技能。相当多的人成为了某学科、某领域的专家学者。不少人学成之后,放弃了国外的优厚待遇、优越的生活条件、显赫的学术地位,陆续回国,将西方的先进科学技术带进国内,为祖国的建设事业做出了卓越的贡献。

程茂兰就是抱着科学救国的理念,于1925年秋末告别父母,离别妻子和刚出生的女儿,毅然踏上了留法勤工俭学的道路。1926年春他经过长途的旅行后到达法国巴黎。白天在工厂砸碎玻璃和擦铁锈打工维持生活,晚上到驻地附近的查尔中学夜校补习班补习法语和数理基础。这种生活比之现在那些到西方打工求学的学子要辛苦得多。原因在于80年前,生产力远比今天落后,工作又脏又累,工资还非常低。每天超时劳动,方可勉强维持生计。夜晚还要熬夜读书,而住宿条件也非常拥挤简陋。

1927年他转入拉尔斯综合工科学校,继续过着异常艰苦的半工半读生活。由于学习成绩优异,1929年秋天他获得位于里昂的中法大学的资助而进入雷蒙大学数理系学习,生活条件也略有改善。1932年秋天获得学士学位,旋即获得法国国家科学研究中心的奖学金而进入里昂大学数理系读研究生。1934年获得硕士学位,然后就跟随法国著名的实测天体物理学家杜菲(JDufay)攻读博士学位。1939年,通过两篇优秀的论文的答辩,程茂兰获得法国国家数学科学博士学位。 

测天经地,战乱救友 

程茂兰拿到博士学位后本打算回国与父母妻女团聚。可是当时正是抗日战争年代,他的故乡博野属于日占区。而逃到重庆的国民党政府,根本没有接纳、安排天文学专家的条件。程茂兰在老师和朋友们的劝阻下滞留法国里昂天文台和上普罗旺斯天文台,进行实测天体物理研究工作。他早期工作中使用的仪器非常杂乱,常常需要从旧货摊上搜寻一些光学元件来自己拼装勉强可以使用的系统。望远镜也仅有口径0.81.2这样的中小型品种可以使用。这却锻炼了他的动手能力和选题能力。他尽量选择一些可能获得创新结果的研究题目,夜以继日地工作于夜天光谱、共生星、彗星和气体星云等领域,发表了一批很有特色的论文。

然而当时的欧洲已经战火连天。193991,德国突然进攻波兰,93英法对德宣战,第二次世界大战爆发。到了19405月,德国攻打法国,法国很快被德国占领。在这种情况下,程茂兰住在远离城市的山野乡村地界的上普罗旺斯天文台中,在极为艰苦的条件下,继续着天文观测工作。1942年任里昂和上普罗旺斯天文台副研究员。当时的法国物资极为匮乏,一切生活必需品均按人头凭票证供应。夏天奇热,冬天奇冷。而燃料奇缺,连火车也必须燃烧劈柴,才能缓慢爬行。好在他来自中国农村,在国外长期勤工俭学,不仅吃得苦,还能够开荒种地,种植土豆、玉米和应时蔬菜,自力更生,补充不足。他还热心帮助台里的同事们解决一些问题。比如法国国家科学研究中心的著名理论天体物理学家、院士、犹太人沙茨曼(E. Schatzmann),为了躲避德国纳粹的抓捕,从巴黎逃到人迹难至的上普罗旺斯天文台躲藏,就得到了身为外侨的程茂兰的大力帮助,两人成为挚友。程茂兰利用外侨身份,还大力帮助法国的抗德游击队,为他们提供零时庇护所、情报和应急食物等。19448月法国光复后,他受到了当时法国共产党书记多列士(M. Thorez)的接见。

法国光复后,程茂兰于1945年升任研究员。本可以大展鸿图,进行天文研究工作。可是由于营养太差和日夜工作,他积劳成疾,1945年得了肺结核,必须开刀切除大部分肺叶。在老师杜菲的帮助照顾下,程茂兰成功地接受了肺部手术并到瑞士山区的疗养院疗养了半年多。 

多方联系,回国创业 

1946年,健康基本恢复,程茂兰就四处联系回国。可是很快蒋介石发动内战,中国又陷入战乱。他只好继续滞留在法国上普罗旺斯天文台。194910月成为法国国家科学研究中心的一级研究员。不久中华人民共和国成立,使他看到了中华民族复兴的希望,他就再次积极地与国内有关方面进行联系,并且把他与女友玛丽布洛什(M. Bloch)合作的研究论文寄回国内发表。紫金山天文台台长张钰哲和研究员李珩等不断与他通信。中国科学院吴有训副院长亲自委托李竟和沈良照多次与他联系,请教科学问题,还多次去函邀请他回国。1956由于科学研究成绩卓著,程茂兰获得法国教育部颁发的骑士勋章。但是他仍然在19577月克服了重重阻力,绕道瑞士回到了阔别32年的祖国。

饱经忧患的程茂兰以实际的爱国行动赢得了党和政府的信任。19582月他被委任为北京天文台筹备处主任,一级研究员。他积极发挥自己的学识,瞄准国际动向,勾画出了一个以天体物理研究为主的综合性天文台的蓝图。这对于发展我国的天文学事业的启迪和推动作用是十分重要的。他亲自安排和指导进行了以下三方面的工作:

第一,  北京天文台的光学实测天体物理观测基地的勘选。

程茂兰是第一个把近代国际天文选址概念和方法引进中国的天文学家。他把带回国的一些法文和英文选址文献交给李竞和李启斌等年轻人,并带领他们在北京周围,按照国际标准进行选址工作。

在北京地区建设天文台的规划始于1956年制定的“19561967年的十二年科学技术发展规划”。当时国内的天文学家把台址想象在香山附近。程茂兰回国后提出香山离北京市中心太近,更要命的是离首都钢铁厂和门头沟矿区太近,将受到严重的光尘污染。他建议必须从北京市中心向外划出若干同心圆:半径50千米70千米100千米。天文台最好建在离开百万人口大城市中心100千米之外的高山上。考虑到北京的具体情况,为了节省投资,可以把标准降低到80千米左右,但绝不应小于50千米。而台址的海拔至少应当在1000左右。经过1957195810月之间的踏勘,选定了海拔1300多米、离北京市中心80千米的门头沟斋堂的杜家庄南坨和海拔1600多米的黄草梁仙人洞作为台址候选地。在候选地上要进行全面的气象和天文大气宁静度的观测。限于交通不便和缺电等实际情况,只能使用衍射环评分法和目视双星间距定分辨率法。经过大约一年的对比观测,综合分析交通和投资等因素,选定了海拔较低、交通较为方便的杜家庄作为北京天文台光学实测基地的台址。后来被有关方面以特殊原因否定。于是他又带领年轻人转向西南方向的河北省保定地区和东北方向的河北省承德地区寻找。1962年任中国科学院数理学部天文委员会副主任委员,同年8月任中国天文学会第二届副理事长。就更加积极地带领年轻人进行台址勘选。196410月,最后选定河北省兴隆县的连营寨,建设了北京天文台的光学观测基地。

   第二,2.16米望远镜的建设。

要发展实测天体物理,必须有口径足够大的光学望远镜。程茂兰回国后就建议向英国的一家工厂订购口径1.8米的光学望远镜。可是谈判没有成功。在1958年的大跃进气氛下,紫金山天文台的初毓华等提出自力更生研制2米级的光学望远镜。19593月到7月科学院领导先后在南京和长春召开会议,决定成立216联合工作组,设在南京,由紫金山天文台领导,长春的机械研究所、光学精密机械与物理研究所各抽调若干工程技术人员作为骨干力量,再向各有关大学要一些有关专业的毕业生。为了积累经验,会议采纳王大珩的意见,先研制一台口径60厘米的望远镜。程茂兰积极支持自力更生的做法,并在第二届全国人民代表大会上以代表的身份提议建设研制大口径玻璃镜坯基地。还亲自考察了北京九龙山玻璃厂和成都玻璃厂,后来又在第三届全国人民代表大会上提出在上海新沪玻璃厂研制大口径微晶玻璃镜坯。196860厘米望远镜建成后,文化大革命延误了2.16望远镜的研制。程茂兰被造反派强加上“反动学术权威”和“里通外国”两顶帽子,受到了一些不公正的对待。但他并未灰心,不仅默默地适应着身边的一切,还尽力帮助同样受到冲击的年轻人度过难关。1972年底望远镜的研制重新提上日程,程茂兰对这一工作又尽力给予支持。在“文化大革命”后期,重新担起了领导北京天文台的重任,参与制定各种规划和接待法国与美国的天文学访问团。可惜他的身体日渐衰弱,197810月,程茂兰因旧病复发而住院治疗。在病中他最关心的是2.16望远镜的研制。遗憾的是他在当年的1231与世长辞,没有能够亲眼目睹望远镜的落成。

   第三,人才培养。

程茂兰十分重视人才培养。除了积极向南京大学天文系争取毕业生外,他又在北京支持北京师范大学设立天文系,同时寻求在北京大学地球物理系设立天体物理专业;还设法在北京天文台筹备处以中国科技大学二部的名义开办天体物理训练班,招收武汉测绘学院三年级肄业生32名和北京天文台在职学生8人,学期二年。李竞、黄磷等参与授课。这些措施对于中国天文学的发展是非常必要的。

程茂兰先生还把自己在天体光谱研究方面的经验传授给年轻一代,推动培养了一批天体光谱研究方面的后起之秀。 

视野广阔,成绩卓著 

程茂兰先生从事的天文研究工作中最重要的方面是对恒星的光谱进行细致的研究。由于恒星通常非常遥远而暗弱,而光谱研究又必须将望远镜聚集的能量按波长分开,所以光谱研究在上世纪50年代之前,局限于照相底片的低灵敏度,只能研究不多的亮恒星。程茂兰把自己的对象集中于一些特殊变星。根据阶段和内容的不同,他的研究可以分成以下三组:

第一,恒星分光研究。

程茂兰最有代表性的论文是他向里昂大学自然科学学院提交的博士论文。该论文分两部分,第一部分是关于仙后座γ星的光谱研究,第二部分是关于大陵五(英仙座β星)的分光光度测量和“契可夫-诺尔德曼效应”的研究。仙后座γ是北天的一个2B型发射线恒星。1866年,塞齐( Secchi )就观测到了它的发射线。1916年有人开始对它进行系统的观测,迄今它仍然是很多研究者感兴趣的对象。通常它是一颗3等星,可是在最亮时可以达到1.5等。自193710月至19398月,程茂兰对仙后座γ星测量了348条发射线的波长,工作波段界于375587.8纳米间,新发现一大批发射线或发射线的存在迹象。此外他还对该星自1932年以来的光谱变化进行了研究,指出该星的电离势能在19371938年间达到30.5电子伏特的最高值。他还对一些光谱片进行了分光光度测量。在测量中还进行了大气的分光吸收改正。最后还与胡斐耳HufferCM.)的光变曲线进行了比较,得出当恒星的总光度变亮时,色温度降低,因此发射线强度变弱的结论。而恒星的总光度变暗时,色温度增加,因此发射线强度增加。在19382月到3月间,光度到达一个极小值,发射线强度到达一个极大值。这一发现既支持了斯特鲁维( O. Struve )提出、经劳赫林( D.B.Mc Laughlin)和巴尔迪文( R.B. Baldwin )等改进了的脉动模型,又表明该模型尚存在必须进一步完善的地方,有助于对这类变星物理特性的深入研究。在19408月到10月间,程茂兰又对仙后座γ进行了分光研究。在389531.7纳米间证认出342条吸收线,并由此证认出多种原子、离子。

大陵五是周期2.867天、光度变化幅度约为1.2等的北天亮食变星。它由平时的2.1等变暗到3.4等只需要4.9小时,因此很早就有人发现它很奇怪,且早在 1669年就被蒙塔纳利( Montanari)发现为变光星。1784年古德里克认为它可能是交食双星。后来它作为完全不相接食双星的典型代表而为人们所熟知。程茂兰研究它的目的是为了验证光波在空间传播时是否会发生色散现象。这个问题是1691牛顿第一次提出的。1908契可夫(C.A. Tikhov)诺尔德曼(Ch. Nordmann)同时宣称,许多食变星的不同颜色的光的光度极小时刻,会随波长变短而推迟。这与爱因斯坦相对论的光速不变原理相矛盾,从而引起了争论。1935年,程茂兰用照相分光光度测量法来确定大陵五不同波长上光度最暗(极小)的发生时刻。如果对不同波长的光实测得到的发生时刻,同处于一定测量误差范围内,可以认为是相同的,则表明空间对光波无色散,反之则有。程茂兰获得了十分可信的结果,表明不存在“契可夫-诺尔德曼效应”,从而结束了这一论战,证明爱因斯坦是正确的。

第二,共生星的光谱研究。

  共生星是光谱中同时出现低温分子吸收线和高温等离子体发射线的恒星。一般认为共生星是由一个热矮星子星和一个冷巨星子星组成的“光谱双星”。但是,这类双星的轨道周期很长,轨道速度很小,在那个较早的年代,局限于能够使用的光谱仪的色散较低,无法获得精确的视线速度,因此,很难证明它们就是双星。也有人提出这类恒星是具有高温包层的红巨星。程茂兰和他的合作者对北冕座T、仙女座Z、飞马座AG、英仙座AX、天鹅座BF和盾牌座FB等著名的共生星进行了长达11年的光谱观测研究,在仙女座Z星光谱中发现了发射线561.9纳米,并确定了其成因;在天鹅座BF的光谱中发现某些禁线有定期消失的现象,并认为该星的星周包层相应的定期消散。他们还发现光谱变化与色温度、电子温度及总光度的变化相关,这些恒星的确具有复杂的包层,同时也是“光谱双星”。

第三,恒星的近红外光谱和帕邢跃变。

   程茂兰和玛丽布洛什利用红外照相底片对各类光谱型恒星进行了分光光度研究,主要测定了恒星的帕邢跃变和650 纳米820 纳米的相对梯度;第一次在天文界给出了不同光谱型恒星的帕邢跃变值和帕邢跃变与巴尔末跃变间的关系。

此外,程茂兰先生还与导师杜菲合作研究了夜天光光谱和大气臭氧层厚度、气体星云和彗星的光谱等。他们测定臭氧层厚度的方法,至今仍被使用;他们发现铁在气体星云中和在恒星大气中一样,是一种常见元素,这一结论具有重要的科学理论意义。

以上只是程茂兰先生从事天文研究工作的一个简单总结。大约从1935年左右,他开始涉及天文研究。在获得博士学位后,才开始正式从事天文研究,到1957回国,总共只进行20的实际观测研究,其间还经历了将近4年的二次世界大战,却发表了68篇重要的学术论文,平均每年3.5篇。他在当时的世界上,是一个少有的经验丰富的天体光谱研究工作者。 

 

主要论著

 

1.        Tcheng Mao-Lin, Le Spectre de gamma Gassiopeiae, Publ. De l’Observatoire de Lyon, 2(1941), pp.1-74.

2.        Tcheng Mao-Lin, Etude Spectrophotometrique des minima d’Algol, Annales d’Astrophysique, 4(1941), pp.97-117.

3.        Tcheng Mao-Lin et Jean Dufay, Les raies interdites du fer doublement et simplement ionize dans le spectre de la nebuleuse d’Orion, Comptes rendus des Seances de l’Academie des Sciences, 220(1945), pp.583-585.

4.        Tcheng Mao-Lin, Mesures de la Quantite d’Ozone Contenue dans l’Atmosphere par Spectrophotometre photographique du Ciel Bleu au zenith, Annales de Geophysique, 7(1951), pp.45-58.

5.        M.Bloch et Tcheng Mao-Lin, Mesures de Spectrophotometries Stellaire dans le Rouge et le Proche Infrarouge, Publ. de l’Observatoire de Lyon, 3(1953), 24, pp.75-80.

6.        程茂兰,特殊变星的光谱研究,天文学报,3(1955),1, pp.59-67.

7.        程茂兰,玛丽·布洛什,1952年和1955年天鹅BF共生星的光谱,天文学报,4(1956), 2, pp273-285.

8.        M. Bloch et Tcheng Mao-Lin, Observations Recentes de Quelques Etoiles Symbiotiques, Memoires Soc. R.Sc. Liege, quatrieme serie, 20(1957), 1, pp.458-473.

9.        Tcheng Mao-Lin et M. Bloch, Etude Spectrophotometrique de AX Persei, Annales d’Astrophysique, 20(1957), 2, pp.86-101.

10.    程茂兰,玛丽·布洛什,盾牌座FR星的光谱观测,天文学报,6(1958),1, pp.43-48.

 

参考文献

 

1.蒋世仰等,我国近代天体物理学奠基者―程茂兰, 自然杂志,10(1987), 453-459

2.蒋世仰,程茂兰,《中国现代科学家传记》第一集,科学出版社,(1991), 271-279

3. 蒋世仰,中国近代实测天体物理学的领路人程茂兰,中国国家天文, (2008),11, 36-45


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