程茂兰

个人简历

1905年9月18日 出生于河北省博野县。

1924年 毕业于河北省立保定第六中学。

1925年秋 毕业于河北北安河留法预备学校。

1926年 在查尔中学补习班学习，半工半读。1927～1929年 在拉尔斯综合工科学校学习，半工半读。

1929～1932年 获中法大学资助进入雷蒙大学数理系学习。

1932年 获得学士学位后，在法国国立科学研究中心奖学金资助下进入里昂大学数理系攻读硕士学位。

1934年 获得硕士学位后跟随迪费（Jean Dufay）攻读天体物理学。

1939年 获得法国国家数学科学博士学位。

1939～1957年 在法国里昂和上普罗旺斯天文台工作，任副研究员、研究员和研究生导师等职务。

1957年7月 回国任北京天文台筹备处主任，一级研究员。

1965年 兼任北京天文台恒星物理研究室主任。

1977年 任北京天文台台长。

1978年12月31日 病逝于北京。

程茂兰回国后没有发表过专业学术论文。他把全部精力放在了建设北京天文台和发展中国的实测天体物理学研究上。

北京天文台建设

北京天文台的观测基地的勘选

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启斌和李竞等年轻人，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“1956～1967年十二年科学技术发展规划”。当时国内的天文学家把台址想像在香山附近。程茂兰回国后提出香山离开北京市中心太近，更要命的是离开石景山钢铁厂的距离太近，将招受严重的光尘污染。他建议必须在北京市中心向外划出若干同心圆：50km、70km、100km。按照国际标准，天文台最好建在离开百万人口大城市中心100km之外的高山上。考虑到北京的灯火不如西方发达的大城市，为了节省投资，可以把这个标准适当降低到50～70km之外。但是绝对不应小于50km。而台址的高度应当在海拔2000m以上，至少也应当在1000m左右。经过1957～1958年10月之间的踏勘，选定了海拔1300多米的离开北京市中心大约80km的门头沟区斋堂公社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观测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，只能使用落后的不够客观的衍射环评分法和目视双星视分辨率法。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。可是有关方面不同意把必须国际公开的天文台建在具有军事设施的北京西郊山区。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台址。直到1964年10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。目前它仍然是中国最主要的光学实测天体物理观测基地。

2.16m望远镜的建设

要发展实测天体物理，就必须有聚光本领足够强大的光学望远镜。程茂兰回国后就建议向英国的一家工厂订购口径1.8m左右的光学望远镜。可是谈判不够成功。在1958年的“大跃进”气氛下，南京紫金山天文台的初毓华等提出自力更生研制2m级的光学望远镜。1959年3月，全部设计图纸已由当时的南京工业学院（现东南大学）农机系的师生们完成。于是在南京鸡鸣寺中国科学院江苏分院内由中国科学院领导主持召开了一次会议。程茂兰和肖光甲为领队的小组（洪斯溢、李竞、蒋世仰、韩念国和李焕荣等）参加了该会。会上决定把图纸送长春和昆明的有关光学和精密机械研究和制造单位进行审查。同时借龚祖同去前苏联访问的机会，带一套图纸去前苏联征求意见。由于设计过分粗糙，审查的结论是不能用。同年7月科学院领导又在长春召开了一次会议，决定成立216联合工作组，设在南京，由紫金山天文台领导，长春的机械研究所和光机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，采纳王大珩的意见，先研制一台口径60cm的望远镜，作为中间试验。程茂兰积极支持自力更生的做法。并在人民代表大会上提议建设研制大口径玻璃镜坯基地。他亲自考察了北京九龙山玻璃厂和成都玻璃厂，后来又积极支持在上海新沪玻璃厂研制大口径微晶玻璃镜坯。1968年60cm望远镜建成后，“文化大革命”形势下的极左思潮延误了2.16m望远镜的研制。直到1972年底才又重新提上日程。在任何情况下，程茂兰都尽力给予支持。可惜他的身体日见衰弱，1978年就过早地离开了为之奋斗了多年的天文学事业，没有能够看到2.16m望远镜的落成和投入使用。

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，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名和北台在职学生李焕荣、郭子和、韩念国、杜柏田、兰松竹、徐登里、冯淑玲和张桂燕8人，学期二年。李竞、黄磷等参与授课。毕业后有张焕志、王顺德、高为是、孙益礼、郭子和及杜柏田等分配在天体物理组，并且把数学成绩优异的韩念国介绍给熊庆来，后又让他转到北京大学数学系读研究生。这些措施对于中国天文学的发展是非常必要的。大约在1935年，程茂兰开始涉及天文研究。在获得博士学位后，开始正式从事天文研究。到1957年回国，总共进行了20 年的实际观测研究，其中还有将近4年的第二次世界大战，发表了68篇重要的学术论文，平均每年3.5篇。在那个年代，对于使用资料处理相对麻烦而困难的天体光谱观测研究者来说，已经是相当勤奋而高产的了。由于当时法国的天文仪器也并不十分先进，他能够使用的最大望远镜是口径1.2m的，比美国天文学家能够使用的2.5m望远镜小了许多，因此他能够做出这种成绩实不容易。正因为这样，他在当时是一个少有的经验丰富的光谱研究工作者。

技术成就

程茂兰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。由于恒星非常遥远而暗弱，而光谱研究又必须将望远镜聚集的能量沿波长展开，所以光谱研究在20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。程茂兰把自己的研究对象集中于一些特殊变星。根据研究阶段和内容的不同，可以分成以下三组。

早期的分光研究

程茂兰最有代表性的论文是他在1941年发表在法国巴黎出版的“Revue D’Optique Theorique et Instrumentale（光学理论和仪器述评）”第152期上的他向里昂大学自然科学学院（La Faculte des Sciences de L’Universite de Lyon）提交的博士论文。为的是获得法国国家数学科学博士学位（POUR OBTENIR LE GRADE DE DOCTEUR ES SCIENCESMATHEMATIQUES）。该论文分两部分，第一部分是关于γCas星的光谱研究，第二部分是关于大陵五（βPer）星的分光光度测量和“契诃夫·诺尔德曼效应”的研究。该论文是1939年通过答辩的。其中的照相光谱观测资料是在1936～1939年之间取得的。使用的光谱仪器十分简单，但在当时已很不容易了。仙后座γ是北天的一个2等B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了系统的观测，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。程茂兰自1937年10月15日至1939年8月16日，对γCas星共使用了四台光谱仪，工作波段界于375～587.8nm间，最高色散在Hβ处为7.82nm/mm。在上述波段内共测量了348条发射线的波长，新发现3条氦线、13条FeⅡ线、4条TiⅢ线、6条SⅡ线、4条Cr Ⅱ线、1条CⅡ线和1条NⅡ线。同时发现可能存在SrⅡ、Ba Ⅱ、YⅡ、AⅡ、[FeⅡ]和[FeⅢ]的发射线。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1937～1938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，这种测量在当时是不多见的。在测量中还进行了大气的分光吸收改正。最后还与Huffer，C.M.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。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1938年2月至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O.斯特鲁维（O.Struve）提出、经麦克劳林（D.B. Mc Laughlin）和鲍德温（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。因此，有助于对这类变星物理特性的深入研究。

在1940年8月至10月间，程茂兰又对仙后座γ进行了分光研究。在389和531.7nm间认证出342条吸收线，并认证出：

H I，HeⅡ，HeⅡ，OⅡ，FeⅢ，CⅡ，NⅡ，FeⅡ，Mg Ⅱ，CaⅡ，等原子和离子。

还看到了下列原子和离子的迹象：

TiⅡ，AlⅡ，OⅢ，TiⅢ，MnI，NiⅡ，AⅡ。因此，这个恒星在1937～1938年间有大量的发射线，而在1940年却只是H。、Hβ和HeⅠ587.6nm等少数谱线是发射线。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4.9h，因此很早就有人发现它很奇怪，且早在1669年就被蒙塔纳里（Montanari）发现为变光星。1784年古德里克（Goodricke）认为它可能是交食双星。后来它作为完全不相接密近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。这个问题是牛顿第一次提出的（1691）。1908年季霍夫（C.A.Tikhov）和诺德曼（Ch.Nordmann）同时宣称，许多食变星的光度极小时刻随波长变短而推迟，从而引起争论。1935年，程茂兰用照相分光光度测量法来确定该星不同波长上光度最暗（极小）的发生时刻。如果实测得到的发生时刻在测量误差范围内对不同波长而言是相同的，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“契诃夫·诺尔德曼效应”，从而结束了这一与爱因斯坦相对论的光速不变原理有关系的论战，证明爱因斯坦是正确的。

对共生星的光谱研究

共生星（Symbiotic）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。一般认为它们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561.9nm，并认证为六次电离钙的3P2→1P2跃迁引起的。在天鹅座BF的光谱中发现[FeⅢ]和[OⅢ]的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。还发现光谱变化与色温度和电子温度及总光度的变化相关。的确这些恒星具有复杂的包层，同时也是“光谱双星”。

恒星的帕邢跃变

程茂兰和玛丽布洛什（M.Bloch）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650～820nm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。D帕邢=0.32D巴尔末。