国际地球物理年的组织和国际科学合作 [复制链接]

第7版()
专栏：

国际地球物理年的组织和国际科学合作
国际地球物理年中国委员会主席　竺可桢
国际地球物理年将于今年7月1日开始，为期十八个月。它不但是发展地球物理学上的一个巨大运动，也将为国际科学合作开辟出一个新的途径。以规模的宏大而言，它虽远不及原子能和平利用，但它牵涉范围之广、地域之大，在国际科学合作事业中过去实罕有其匹。到去年年底止，参加国际地球物理年活动的国家已有五十五个。在亚洲的国家中，已有中国、苏联、日本、印度、巴基斯坦、印度尼西亚、锡兰、伊朗、以色列、菲律宾等国家参加。
这次地球物理年的举办，是在1951年经国际大地测量和地球物理学协会的提议，得到国际科学协会理事会的赞同而发起的。国际科学组织参加这次地球物理年的，除以上两个团体以外，还有天文学协会、理论与应用物理学协会、地理学协会、生物学协会、世界气象组织、无线电科学协会和无线电咨询委员会等共九个团体，每个团体都选派了代表若干人，组成二十四个人的国际地球物理年专门委员会，负责主持一切组织工作，如准备地球物理年观测项目，决定观测的标准，出版观测的结果等等。会长为英国前牛津大学卡普曼教授，秘书长为比利时尼古莱教授。除国际性的专门委员会而外，参加各国都设有国际地球物理年的国家委员会，负责决定这个国家参加的项目和台站。观测项目计有气象学、地磁学、极光和气辉、游离层、太阳活动、宇宙线、经度和纬度的测定、冰川学和气候学、海洋学、火箭和人造卫星、地震学、重力测定、大气中放射物性质以及两极地区的探勘等十四个项目。
各类科学的发展，总要靠国际的合作，地球物理学在这方面的需要尤为殷切，无论气象学、地磁学、地震学、海洋学、冰川学统需有一个全球的台站网以取得足够可靠的数据。一个地段若为空白，全盘的整体理论就难成立。世界上水、旱、风、霜的灾害，每年都有，要预防这种灾害，必须有足够的高空和地面的气象资料，才能作出正确的预告。在国际地球物理年中，最重要的措施之一是建立全球的高空气象观测站网，使我们能够知道全球大气环流的概况，而掌握天气流行的规律。同样，要了解世界上洋流的循环，必须探索北冰洋和南极附近洋流的奥秘。二十世纪以来，北温带和北寒带的气候趋向温和。西伯利亚的冻土带在个别地区向北移动到四十公里之多。北冰洋中司比次保根岛附近航行季节，二十世纪初为三个月，到1940年延长到七个月。空中的候鸟、海洋中的鱼群，其活动地带在北寒带中近三十年来都向北移。欧洲斯堪的纳维亚半岛、阿尔卑斯山、冰洲，以及北美洲的冰川普遍缩小，雪线向上移动。格林兰岛上的冰川近二十年来向上减缩的速度为每年十公尺。我国新疆天山上的雪线，据新疆农业厅根据老年人估计，近四、五十年来上升了约二百尺。北寒带与北温带中雪线的上升引起气候学家和冰川学家的注意；但在热带的高山上和南冰洲上的冰川是否同样退缩，目前尚乏实测材料，希望在国际地球物理年能建立充分的台站以取得所需要的数据。
为了争取获得北冰洋地区的气候、地磁和极光等材料，各国科学家曾两次组织了国际极年观测，第一次极年举行于1882年到1883年，五十年后举行了第二次极年；举行第一次国际极年时，在北冰洋设立了二十七个气象和地磁站，到第二次国际极年，就设有九十四个站。第二次极年后，从1937年到1955年，苏联科学家先后组织了四个北极漂流站，每个站观测时间从九个月到一年多。从这种坚苦卓绝的探测队所得到的材料，我们对于北冰洋地区的天气变迁、辐射平衡、冰块漂流和风的关系，海底地形、海洋中生物和北极区地磁现象等已有了初步了解；但对于南冰洲的情况则迄今仍然茫无所知。所以，南极地区的探测，遂成为第三次国际极年，也就是国际地球物理年，各国以和平竞赛方式来观测的对象。
南冰洲称为世界上第五个大洲。它的面积是一千四百一十万方公里，次于南美洲而大于欧洲和澳洲。它的特点是为冰雪所复盖；既然是终年冰天雪地，所以也无人居住。第二个特点是大陆的平均高度约计为二千公尺，比亚洲平均尚高一千公尺。在十八世纪末英国柯克、十九世纪初俄国倍令耗善曾先后环绕了南冰洲的沿岸而航行。到1911年，挪威阿孟特升和英国斯各特虽先后到达了南极，但直到现在还不知道复盖在南冰洲上的冰雪究竟有多厚，更无从知道其它。所以，南冰洲便成为国际地球物理年探测的重要目标。
组织考察队到南冰洲的国家，已有苏联、美、英、法、比、澳大利亚、新西兰、挪威、阿根廷、智利和日本等十一国。由这些国家即将建立的三十六个至四十个站，成为地球物理探测网。其中以美国和苏联的考察队规模最为宏大。苏联有两只万吨以上的破冰轮“鄂毕”和“连那”号在南冰洲和苏联间轮流行驶。他们于一年前就开始建立台站，并已经建立了茂内站和少年先锋队站。据他们的初步探测，已知道在地质第四纪时代南冰洲的冰川比目前还广泛，沿海岸伸入海中比现在远达三十二公里；在南维多利亚等地，冰的厚度比现在要高出六百公尺。美国南冰洲设站计划最为广泛，他们已决定在南极的地点设站，并组织南冰洲天气观测中心。他们准备在国际地球物理年期间，以无线电搜集各方天气报告制成地面和高空天气图，并预报未来天气。在国际地球物理年期间，在南冰洲设站各国将广泛应用飞机作为探测工具，并已决定由各国合作绘制地图。
但国际地球物理年观测范围不仅限于地面的海、陆和低空，也将包括了高空和地球内部。从地面起到八公里（两极地方）或十六公里（赤道地方）处的大气层称为对流层，对流层以上到八十公里处称平流层，更上为游离层。游离层E的高度约为一百二十公里，游离层F的高度约为二百公里。人类和动植物的活动以及风云雨雪等现象一般只限于对流层中，所以对平流层和游离层普通人们并不加以注意。在高空因大气稀薄几与真空相似，在三十公里高度时大气气压只相当于地面上百分之一；到二百一十公里高度则只相当于地面上一千亿分之一而已。稀薄空气对于太阳所发出的辐射的反应和低空完全不相同。太阳除发射短波的辐射以外，也发射无线电波。而此项无线电波的强弱是有周期性的，每逢日中黑子众多时或日球面上的日辉特别强盛时，则太阳所发射的无线电波也特别强，强度最多可增到一千倍。此时地球上无线电收音器就要发生干扰，并在地磁仪上发生磁暴，航空和航海的指南针也发生波动。在国际地球物理年，全球将有一百以上的地磁台和游离层观测站来测定磁暴和游离层的变动，并将由特约的天文台观测太阳色球层以预告磁暴的到来。国际地球物理年正值太阳黑子众多的年头，此时为极光最盛最多的时期。普通极光只在高纬度地区才能看到，到太阳黑子大年时，则在纬度三、四十度，晚间偶然也可看到。极光的高度从一百公里到二三百公里不等，由太阳所发射的质子击撞稀薄的空气而形成。晚间肉眼也可看到其光闪烁隐约，日中则其存在只能由无线电回声来测定。
在国际地球物理年中，地球自转的速度，经纬度的精测，地球内部的结构，表面的形态以及地球的重力都将由各国所指定的天文台作详密的测定。其中地球自转的速度将用马加佛次方法由各台站摄月亮的照片互相比较而得出结果。用此方法也可精密地定出地面上一定地点的经度和纬度。因为大洋中缺乏三角站网，所以在最精密的地图上岛屿的位置经常可以差误到一、二公里。如有二十个天文台同时用马加佛次方法摄制月影，则各大陆以及岛屿间距离的差误可以缩小到三十公尺。若把现在的经度和纬度的精密测定和过去与将来位置的比较，还可以解决若干地球物理学上的疑问，如两极的定向移动以及韦格纳大陆漂流学说的是否正确等。这些问题也可借此而得到解决。
国际地球物理年中另一项目，即火箭和人造卫星，也是在国际科学研究中各国和平竞赛的重要对象。参加火箭试验工作的有美国、英国、法国、澳大利亚、日本和苏联等六国。火箭可随带仪器测量高空中的太阳辐射、大气压力、温度、风速、游离层的密度、日辉、小流星和宇宙线等。火箭可从地面或飞机上射出。在苏联有一次射出火箭曾达到四百五十公里的高度。火箭虽可测知高空中当时的现象，但因其留在空中时间短促，不能有连续的记录。美国从1945年以来已经做了二百数十次的火箭试验，但所带仪器在空中的时间总共只十小时，要比较精确地解决一些问题，必须有较长期的测验。所以，这次国际地球物理年才有制造人造卫星或人造月亮的惊人创举。
我国在两千年以前西汉的刘安所著“淮南子”一书中已有嫦娥奔月之说。东汉时代希腊哲学家鲁兴“真实的历史”一书中，曾叙述欧特赛所乘的船如何被风浪吹到月球。宇宙旅行在古代只是哲学家和文学家的幻想，到现代才看到有实现的可能。人造卫星的成功，决非一朝一夕之事，经过许多国家的脑力劳动者和体力劳动者的创造，才有今天的成就；而在这个发现中，我们中国人却占有其光辉的一页。在公元十一世纪初，北宋的唐福和石普制造了火箭，宋真宗把他们召到便殿和宰辅一同观其试验。以火药燃烧为原动力，可推动火箭把它飞抛到空中。这是走向人造月亮的第一步。这一发明，不久便传到欧洲。九百年以后，到十九世纪末叶，俄国的一位中学数学教师乔奥尔柯斯基研究了星际旅行的种种问题，并指出流质燃烧的优点。他于1903年发表了一篇论文，探讨关于喷射推进机关。乔奥尔柯斯基于1935年去世，苏联科学院在1954年曾为纪念他建立一个星际旅行的金质奖章。1923年罗马尼亚数学家奥薄斯在德国孟兴地方出版了“利用火箭到星际空间去”的小书，他并预告星际旅行在数十年内可成为事实。德国从希特勒上台后，蓄意发动第二次世界大战，于1936年在潘尼孟特地方建立火箭基地制造火箭，作为杀人工具之用。第二次世界大战起后，这个火箭基地用了四亿马克大加扩充，雇用科学工作人员达四千人之多。有名的V2火箭于1942年10月制造成功。这V2火箭共重十二吨，能载一吨重的炸弹，可上升到一百九十公里的高空。降落时的速度每小时三千二百公里，每个价值一万六千英镑。但V2火箭虽被利用来杀害伦敦的市民，但并没有拯救希特勒免于复灭。德国投降后剩下一百多个V2火箭和许多科学技术人员，连V2的设计人芳白朗在内统被遣至美国。芳白朗后被派为美国定向导弹的技术指导，他曾为文发表制造七千吨重的人造卫星计划，估计需十年的时间和四十亿美元的研究经费，制成后要把它作为高悬空中的一个军事基地。从人造卫星发展的过程看来，这是长期的人类创造性活动积累所得的成果。希特勒的殷鉴不远，人造卫星不应作为一国耀武扬威的武器，而应成为全世界人类开辟知识和生活的一个工具。我们希望国际地球物理年的国际合作将是这方面的一个开端。
1955年7月29日，美国有关方面发表消息说：美国科学院和国家科学基金会决定将在国际地球物理年中举行人造卫星这一项目。到去年9月，西班牙巴塞罗那开国际地球物理年第四次专门委员会时，苏联科学院副院长巴尔金院士正式宣布苏联也将参加。苏联和美国并已商定用同样方法来观测。观测项目与火箭所观测者大致相同，为空气密度和温度，地球形状，流星，紫外光和宇宙线等。所测得结果，由无线电传达地面。据美国国家委员会主任卡柏兰的公开报告，在地球物理年美国将施放六枚到十枚的人造卫星。第一枚人造卫星是球形的，它的直径预计为七十五厘米，即三十英寸，重量约为十公斤，其中半数为所带的仪器的重量。这个人造卫星将在美国南部佛罗里达州柏成列克空军基地（北纬二十度二十八分，西经八十度三十分）射出。它将由一个三节火箭带至高空，到达四百八十公里高空以后，火箭即把卫星纳入轨道，此时的速度是每小时约二万九千公里。卫星轨道将成为椭圆形，在近地点时，距地面三百二十公里，到远地点时距地面一千二百八十公里。卫星轨道和地球赤道成四十度角度，所以，这卫星徘徊于南北四十度纬度之间。卫星每九十分钟即从西到东绕地球一次，即每日可绕地球十六次；但因二十四小时内地球也从西到东自转一次，所以二十四小时后卫星的地位将后退经度约二十二度三十分。因其轨道为椭圆形，所以实际尚不止此数。此卫星在晨光熹微或黄昏天气良好时，在我国关内各省以及新疆、西藏等地用小倍双筒望远镜可以见到。若用无线电观察时，在二、三千公里距离内日夜均可发现。这枚卫星能够逗留在空中多久，卡柏兰报告中没有提到。一般地说，近地点愈小，空气阻力愈大，卫星的寿命也愈短，最后会落入地面。第一枚卫星近地点在游离层中。这里空气虽稀薄，胜于人造的真空，但影响仍然不小。据计算近地点距离为三百二十公里的卫星其寿命不过四十天，若距离加至四百八十公里时，寿命即可增加到三年。苏联关于发射卫星的计划尚未发表，但苏联科学院已成立一个星际旅行专门委员会，以司坦民柯维巨教授为主任委员。据1955年10月间在莫斯科新闻上司坦民柯维巨教授所发表的文章说，苏联所制造的人造卫星将大于上述美国的人造卫星。
这次国际地球物理年，我国正式参加的将限于气象学、地磁学、游离层、太阳活动、宇宙线、经纬度测定和地震学七个项目，其余项目或则限于人力物力，如火箭卫星，或则由于帝国主义封锁我国沿海关系，如海洋学，均未参加。我国参加气象观测的将有九十个台站，其中有两个在西藏，四个在青海，六个在新疆维吾尔自治区，八个在内蒙古自治区；分布比较均匀。九十个站中有六个站设在海拔三千公尺以上的高度。此外，参加观测地磁的有四站，游离层的六站，太阳活动的四站，宇宙线两站，经纬度测定的四站，地震七站。其中如天津附近的纬度测定站，西藏拉萨的地震站和地磁站，都是专为国际地球物理年而建立的。这些台站大量仪器都需要自制或购置，单为购置仪器用的外汇数目已超出解放前全国每年科学研究费用的两倍。在未正式参加的项目中，也将尽量展开活动，如海洋学将在我国近海做若干勘察工作，已由交通部、海军司令部拨给一千吨的轮船一艘改建为海洋调查船以作此用；并派海洋工作人员赴苏联“勇士”号轮上参加深海探测工作。极光观测工作已由中央气象局组织二十三个站的观测网，以肉眼观测极光，随时与国际联系。我国天山、昆仑、祁连山山顶都有积雪变成冰川，这是我国西北干旱地区的宝藏，新疆、河西的粮食、棉花全由雪水滋润得以成长。但我们对于西北冰川的厚薄大小一无所知；而冰川的观测是这次国际地球物理年一个项目，也是我们计划中要调查的一项工作。
总之，国际地球物理年是世界各国向地球物理学及其有关领域的大进军。一方面象征着世界科学合作；同时也明显地表现着各国科学水平的高下。无容讳言，我国科学水平以世界标准来衡量是很为落后的。我们希望在第二个地球物理年时期（目前尚未定期，据过去经验在二十五年以后），我国科学水平能有大踏步的前进，而足与科学先进国家并驾齐驱。