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清華天文社五十年憶事——創社指導老師的話

作者 / 丘宏義(創社指導老師)

編輯 / 傅喻

我在 1971 年來台灣清華大學任訪問教授,講我的專長:「天文物理的星球演化」有好幾位同學來向我說這些是比較理論的東西,能否可以有一些比較實際的計劃可以做。

當時台灣所有的大學(台大、師範、清華、交通、台南工學院等等)中沒有一所有天文系的,只有一個勉強可稱為可以和天文學術有關的機構,就是當時在中山堂上的一個示範用的小型天文台(後來遷到圓山,稍具規模)由蔡章獻先生一人慘淡經營。

對我說來,這是一個極大的諷刺。五千年前,黃帝建國後,就設有觀測天象的官:羲和,而很早就把日、月及星辰的動態記錄下來。當時也設定了以月球的盈虧週期為準的曆法,即太陰曆(又稱農曆) 可是中國人早已知道:地球的季節不是按月球的盈虧而定的,因此不能用陰曆來執行農業的作業。不知名的早期中國天文學家用地球繞日的軌道的位置,定出二十四節氣,按這節氣定出農業的作業的時間,如播種等。太陰曆和以日為準的日曆有近乎十九年的週期,可是要差一點。歷代都有聰明的數學及天文學家一直觀測天文,觀測到這二者之差,不時向皇帝上書,把太陰曆增減一日,保持和以日曆為準的二十四節氣的準確性⋯⋯ 要再說下去,就要寫不完了,因此就說到此為止。

我在台灣的時間僅有一學期,因此要想出一個可以在這學期中完成的計劃,徵求各位同學的意見後,決定自製一個 40.6 公分(16 英吋)的小望遠鏡。各位同學非常興奮,因為望遠鏡的鏡片的曲面要和理論的曲面(拋物線面)之差要小於四分之一的光波的波長(天文台的規格是小於 60 分之一) 聽起來非常不容易,特別是在當時台灣的環境:工業正在發展中,可是仍舊相當低階,而要在當時困難的環境中能自製出來,當然是很興奮的事。

我在康乃爾大學研究院修博士時曾用破銅爛鐵自製 15 公分的天文望遠鏡,因此把我的經驗及方法寫出。同學們看了,覺得並沒有那麼困難,也沒有那麼玄,因此很快就湊足了願意工作的同學。

自製望遠鏡需要一個鏡面及機械的裝置。台灣當時機械工業的水準已經相當高了,在機械方面大約沒有問題,鏡面要一片圓形的玻璃,當時台灣的玻璃廠試了幾次都不成功。我覺得不能等了,決定捐出鏡片,找到一家美國的公司,16 吋的鏡片的價格約為 150 美金(當時美國仍舊用金本位,因此可以稱為美金。可是自 70 年代起,美國國家經濟年年的赤字以天文數字式增加,入超的赤字也年年增加,因此在那時代美國把金本位去除,可以幾乎無限制地印鈔票來彌補,現在赤字愈來愈大,每年亂印的鈔票以兆計,只能稱為美鈔了)空運費為 200 多美金,當時這筆錢也不能算小數目,我雖不富有,可是捐出這筆錢也不會讓我破產,因此我決定去購買送給清華。一星期多就到了,可是台灣當時進口甚麼都要批准及付相當高的關稅,當時清華校長是美國普度 Purdue 大學的名教授徐賢修,因此我請徐校長幫忙疏通,徐校長一聽,就立刻找有關人士疏通成功,徐校長並覺得應當還我這筆錢,因此設法找個名義,籌到錢後還給我了。

因為鏡面相當大,不能用人力去磨望遠鏡片,因此決定要用磨鏡機。這是比較特殊的機器,因此一定要自己去做,長話短說,到了迪化街破銅爛鐵店,找到了舊的馬達等,廉價買來。同學們非常靈活,沒有幾天,就把機器做好了。

當時我也在台大兼課,同學們一聽清華的同學在自製望遠鏡,也想自做。問我有甚麼材料可用,台灣當時是拆船的工業大國,甚麼船都送來拆,我說船上防浪的窗上的圓玻璃也可以用,因此也來了一個製鏡熱。

望遠鏡需要一個觀測台,當時清華的王企祥教授,到會計室東找西找,找到了一筆要送還國庫的錢,截下來,在舊的物理館上造好。

不久我就回到美國繼續在太空署任職,同學們繼續努力完成了這個計劃。

現在舊物理館己被拆重建,這望遠鏡已不知去向,所有的科學儀器都有一定的壽命。在美國加州 Pasadena 附近的威爾孫山上的 100 吋望遠鏡,一度是全球最大的。當時(1914 年)是用驢車拖上山的,哈伯 Edwin Hubble 用了它做了許多天文中的大發現,特別是宇宙學裡,很重要的宇宙膨脹。可是,現在有了更先進的望遠鏡了,在太空中更有專門觀測的強力望遠鏡,因此這一度是「最大的」望遠鏡,在天文方面的建功非常具歷史性,也被廢棄,現在由一些業餘天文愛好者去負責。

十年前在加州有一個小的慶祝聚會,由許多當時參加製鏡的清華同學們發起,他們大都在美國矽谷工作,都很成功,有的創相當大的業,人數很多,無法一一列出。可是,有一樣要提的事,台大一位參加製鏡的同學:梁次震,在台灣電腦業中創出非常出色的工業,約十年前慷慨捐出約兩千五百萬美鈔的錢,在台大設立梁次震宇宙學粒子物理學院,而另一位同學陳丕燊則為院長。當時自製望遠鏡的目的是引導訓練出一批極為高端的人才,因此,這目的已經達到了。而且我最以為傲的事是,這學院以天文裡的宇宙學為主要的研究對象之一。

另有一件我自豪的事,我在普林斯頓 Princeton 高等研究院 Institute for Advanced Study 進修博士後時,有一天我遇見佛里曼・戴孫(Freeman Dyson),他桌上放了一個小望遠鏡,說是當日水星凌日,他要看,我一想,我的 6 吋望遠鏡正好放在學院中,立即邀請他及幾位學者,包括 Robert Christy,用我的小望遠鏡,投影在紙上看水星凌日。在二戰時,Christy 發明了如何用炸藥內炸法製成引炸鐠 plutonium 的原子彈的裝置,現在稱為 Christy package,戴孫在量子電動力學上的貢獻很大,在 1940 到 1950 年代,有三位物理學家同時發現量子電動力學 quantum electrodynamics,美國的費曼(Richard Feynman)、朱利安・施溫格(Julian Schwinger)日本的朝永振一郎,看上去,三位的理論都不同,可是一樣的正確。戴孫當時還在康乃爾大學物理研究院攻讀博士,用數學嚴格證明三位的理論都是同樣的,只是表現的方法不同,康乃爾大學立即把他從研究生提升為正教授(因此戴孫始終沒有拿到博士學位)因為諾獎只能給三人,他就沒份了。戴孫對我的望遠鏡非常欽佩,把水星凌日從頭看到底。在數年前,在高等研究院開慶祝八十週年慶祝會時,他在台上演講,特別提到,他也做過天文觀測,就是在我用破銅爛鐵組裝的小 6 吋望遠鏡上看到的水星凌日。