程茂兰

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程茂兰-技术成就

发布时间：2010-12-30 16:16:27      发布人： 天堂墓匠
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。

1.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。

2.对共生（Symbiotic）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”。

3.恒星的近红外光谱和帕邢跃变

　　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。

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