天文学家和天体物理学家已获悉，太阳系行星的气候和气象型式都受到创造地球环境的那许多相同物理过程的驾驭；恒星由气体云形成，并且最终在寂静的孤独中或在壮观的爆炸中死去；大部分普通化学元素都是在恒星爆炸中创造的；恒星在分离的星系中集聚成团；星系和星系群在最大的望远镜所能看到的范围内细丝般地成片铺开；宇宙自身在大约15 ×10⁹年前一次猛烈的爆炸中诞生。最令人惊奇的是，我们已获悉，关于地球的自然定律应用于所能观测到的宇宙的最远区域。

然而每一新发现都导致新难题：其他恒星周围形成什么类型的行星？什么起动装置使得我们银河系和其他星系形成恒星？在某些星系中看到的巨大能量爆发是什么力量发动的？星系是如何在原始宇宙中产生的？什么地方能找到黑洞，它们的性质又是什么？什么是宇宙的最终结局？有些问题抓住了天文学家和一般公众的想象，并且刺激年轻人学习数学、科学和工程学。

1980年代期间，地下、地面、空中和轨道的望远镜观测产生了重要发现，这些发现推进和巩固了我们许多天文学领域的知识。下面选取一些更重要的发现：

▲化学元素起源于大爆炸的理论，得到了恒星天文观测和粒子物理敏化实验这两方面的支持。

▲1989年发射的一验卫星已开始观测来自宇宙极早期的残余辐射a初步结果表明，需要修改现有的星系和星系群形成的理论。

▲聚集起来的证据显示，宇宙90%之多的物质是其物理特性未知的暗物质。

▲类星体已在极大距离处找到，并且应当在宇宙小于它现在年龄的10%时形成。

▲爱因斯坦关于引力可使光线弯曲的预言，已在如下的发现中找到应用，即星系能像透镜那样折射更遥远的类星体的光。

▲大量星系的巡天观测显示，宇宙在几十个百万秒差距的尺度上是有条理的，它比许多宇宙学理论所预言的尺度更大。

▲光学的和X射线的图像都提出了巨大黑洞在某些星系和类星体中心的可能性。

▲一颗轨道卫星巡天观测天空时在红外波段发现了固态物质圆盘，可能是行星形成的残迹，正环绕附近的恒星运行。还找到了极亮星系，它们发射100倍像可见波段上那样大的红外波段的能量、

▲超新星1987 A闯进我们最邻近的星系大麦哲伦云的突出部，大约20个来自超新星的反中微子被地下水Cerenkov探测器探测到，进一步证实了关于总能量释放、平均中微子能量和坍缩时间的理论估计。

▲以最高恒星自转速度旋转的中子星也已探测到，接近每秒1，000转，这是根据它们射电辐射的规则脉冲发现的。来自这些天体的信号可以构造宇宙中最稳定的钟，它比人所做的任何钟更准确，并且可用以寻找引力波，探索恒星群的动力。

▲对一颗恒星——我们自己太阳——内部的一次深入探查，通过一种类似地球上地震学技术，测定太阳表面压力波而完成了。这些测量确立了太阳对流带的宽度和自转速度的深度效应。

▲太阳中微子实验一开始就暗示了违背电弱物理的标准模型，提出中微子可能有一个非零质量，并且提出轻子数并不守恒。

▲冥王星的质量和半径距离已根据观察其卫星Charon（凯伦）而被确定下来。对冥王星的其他研究展现了令人惊奇的事实，即这个又小又冷的行星有一个大气层。

▲在火星大气层中发现了氘，并且用于测定过去火星失去的水。

发现的十年

1990年代有希望是发现的十年。第一个10米望远镜，夏威夷的Keck望远镜，将在这十年的初期投入运转。这个望远镜将是40多年前帕洛马（Palomar）山上的划时代设备Hale五米望远镜以来，本世纪建造的几个很大的光学和红外望远镜巾的第一个。

红外波段探测器的技术革命将通过几千个系数来提高望远镜灵敏度，Frederick Gillett和James Houck的论文已作了讨论。Kenneth Kellermann和David Heeschen论文中所讨论的新的射电望远镜。

将展现以前看不到的毫米波段和亚毫米波段上的细节，提供可望像0.07弧秒那样好的分辨能力。Charles Beichman和Stephen Ridgway论文讨论的干涉仪，将用于联结来自不同望远镜的光学的或红外的光，这些隔开几百米的望远镜组成的图像比单独一个望远镜能达到的更鲜明几百倍。一个新的天文学分支，粒子天体物理，把现代物理的技术应用于回答天文系统和整个宇宙的基础问题。James Cronin和Bernard Sadoulet的论文讨论了粒子天体物理_国家航空与空间管理局（NASA）的四个空间天文台，每一个都将跨越各种红外的、可见的、X射线的、紫外的和伽马射线的一部分电磁谱线来观看宇宙。在造成畸变的地球大气层上面作轨道飞行的这些仪器，将回答关键性问题并能展现尚未想象到的天体。空间物理在Claude Canizares和Blair Savage的论文中作了讨论。

国家科研商议会（NRC）委托天文学与天体物理巡天观测委员会，一个由15名天文学家和天体物理学家组成的小组，普查他们的领域，并主动为即将到来的十年推荐最重要的新的地面和空间基地。巡天观测委员会获得300多位天文学家咨询研究，他们参加15个专门小组中的一个或一个以上，所建立的这些专门小组代表各种波段的学科，也代表太阳物理、行星物理、理论物理和实验室天体物理。其他许多天文学家提供书面建议或参加有组织的讨论。15%以上的美国天文学家在这项研究的某些方面中扮演了积极的角色。委员会还与杰出的外国科学家磋商天文学的未来方向。1989年5月开始的工作，委员会在1990年10月向国家科学院（NAS）提交了报告。报告已于1991年3月由NAS出版社发表。

除了构想一份以基本的科学进展机会的估计为基础的新仪器重点清单外，委员会还评价了现有的基础结构；考虑了这领域的人事方面，包括教育和国际合作；探讨了天文学的计算机革命的后果；调研了月亮天文台所提供的天文学机会；准备了一份关于天文学科学进展的通俗概要；并提出了发展新观测技术最有指望的领域。委员会还考察了天文学研究对社会作贡献的种种途径。

对于90年代的10年，委员会把地面基地研究的最高优先放在增加对天文学基础结构的支持上；关于空间基地的研究，其最高优先被放在建立一个纲领上，这一纲领对较经常的小￥划、中计划与罕见的大计划之间采取一种恰当的平衡。新装备的重点清单一开始就首先反映委员会对不同计划的有关科学潜力的估价。委员会还说明了有效花费、技术准备状态、教育影响和每种计划对美国和其他国家既有的或建议创始的关系。

天文学与社会

回答那些挑战天文学家的宇宙问题时，就迷住了全国广大听众并鼓舞年轻人追求工程学、数学和科学方面的职业。

“委员会建议通过增进全国天文台的教育作用，通过扩展暑期科学教学纲领以及通过设立全国天文学联谊纲领以挑选有前途的高中学生在主要天文台进行暑期实习等等来提高天文学在大学学前科学教育中作用的吸引力。”

天文研究直接间接地帮助国家达到社会目标。例如，研究太阳、行星和恒星就导致了调研地球环境的实验技术，也导致了一种更广阔的视角，据此而考虑地球上的环境问题，诸如臭氧衰减和温室效应等。

天文学研究获得支持是由于我们的比如人对自己生活于其中的宇宙的好奇心，由于它提供年轻人学习科学的刺激力，由于它协助其他科学以及由于偶而产生意想不到的实际应用。

[Physics Today，Vol，44（1991），No. 4 ]

____________________

* John Bahcall是美国天文学和天体物理学巡天观测委员会主席，普林斯顿先进学科研究所自然科学教授。