赞比亚日全食观测十五周年：回顾和思考

汤克云

中国科学院地质与地球物理研究所

前言

   时月荏苒，光箭无情；仿佛昨日的赞比亚日全食观测已过去整整十五年。

   我一共组织实施过六次日食科学观测，包括1997年的漠河日全食观测，2001年的赞比亚日全食观测，2002年的澳大利亚日全食观测，2008年的嘉峪关日全食观测，2009年的上海-杭州-湖州日全食观测和2010年的大理日环食观测。

   1997年的漠河日全食观测和2009年的上海-杭州-湖州日全食观测，已分别出版了文集；在六次观测中，起到承上启下作用的‘赞比亚观测’和‘澳大利亚观测’，尚无具体的文字记述。籍研究所出版回忆录之机，先完成对‘赞比亚观测’的回忆和思考，另觅机会再完成对‘澳大利亚日全食观测’的回忆和思考。

1. 漠河日全食观测的影响

   2001年赞比亚日全食观测，实际上是1997年漠河日全食观测的继续。漠河日全食观测的成功，为赞比亚日全食观测打下了良好的基础。1996年8月，在国家科委和国家基金委的支持下，中国科学院牵头成立了《1997年3月9日漠河日全食科学观测协调组》，成员包括中国科学院基础局王宜处长、国家基金委数理学部汲培文主任、中国科学院大气所王英鉴研究员、中国科学院北京天文台沈海璋研究员和汪璟绣研究员，由北京天文台台长艾国祥院士任组长，张洪起研究员和汤克云研究员任副组长。观测协调组得到了黑龙江省领导的支持；会同中国科学院有关研究所，各高校，组织了大规模的日全食期间的综合科学观测。

   依托中国科学院地球物理所漠河地磁台,汤克云组织实施了天文、地球物理和空间物理综合观测，包括北京天文台和紫金山天文台的太阳光谱观测，地球物理所的地磁观测、地磁脉动观测、舒曼共振波观测、甚低频波观测、气辉观测，来自日本九州大学的地磁脉动共轭观测，和来自台湾中坜中央大学的日全食光学观测；王谦身研究员建议的重力固体潮观测参加了这一综合观测。华昌才、武传真、刘洪臣和汤克云在漠河地磁台组织和实施了这一观测。在重力固体潮观测记录中出现了5-7微伽的重力异常谷，引起了国际引力物理和日地物理界的关注。英国科学期刊“NATURE”的科学评论员Mark Haw撰文对1997年漠河日全食期间重力场的观测结果作了专门评论，认为中国科学家的发现是关系到引力场本质的重要问题。国际最著名的实验和理论引力物理学家之一、美国著名物理学期刊“Report of Progress in physics”的副主编Gillies教授给我来信认为，“在排除了日食期间电磁干扰、气温和气压变化的影响之后，你们的发现可能要对重力场的矢量叠加原理、重力场的反平方定律和相对论中的弱等价原理的绝对正确性提出疑问，甚至可能是提供了发现一种新的非引力长程弱力的证据”。

   当时， Gillies教授和王大珩、王綬琯、刘振兴、滕吉文院士和我们都认为，抓住下一个日全食的机会，用更严密的方案和更好的仪器配置，再作引力-重力场观测是十分必要的，有重要的科学意义。

   2001年春，我上网调研，了解到：2001年6月21日，日全食带将先后穿过非洲的安哥拉-赞比亚-津巴布韦地区，食甚时间为当地时间13时至15时左右，食甚时间长达4分50秒，太阳高度为50⁰至31⁰。总体看来，见食条件远好于1997年漠河日全食。尤其是在内陆地区有如此高的太阳高度和如此长的全食时间，是作日全食期间重力观测的绝佳机会！我将调研的情况向王谦身研究员和华昌才研究员等作了通报，我们都希望有机会组队去非洲观测。

（图片1，2001.6.21的非洲日全食路径图。图中画了由一系列圆圈组成的条带为此次日食的全食带；卢萨卡是这次日食的全食带内唯一的大城市。整个卢萨卡和我们的第二观测站—中垦农场都位于图中自右往左的第三个圆圈内）

2. 组队

   2001年4月，我找中国科学院北京天文台张洪起研究员商量，能否共同组建一支日全食科学观测队，以重力观测项目为主，配合其他观测手段，赴赞比亚地区实施科学观测，力争取得比漠河日全食更好的观测资料，两人一拍即合。2001.4.23，我和张洪起起草了给北京天文台领导的报告，希望由地球所和北京天文台联合组队去赞比亚作日全食观测，以重力场为主，配合其他观测手段。张洪起研究员几次带我一起向艾国祥台长和王宜副台长请示，向台领导提交了联合组队申请，得到了两位领导的明确和坚决支持。王宜副台长对我们报告的批复是：“艾主任：同意组团，应抓紧办理出国手续和仪器设备的研制。经费问题按现有渠道安排，并积极争取院里的渠道支持，已告知汤克云同志，建议国家天文台安排一定的经费支持，待议。 2001.4.27”；艾国祥台长批示：“同意”；并果断决定：先由北京天文台拿出部分经费，立即启动组队和仪器研制，办理手续；同时，具体指导我们向国家基金委申请经费。

   2001.5月, 我们向基金委数理学部汲培文、董国轩，地学部陆慰则、于晟和国际合作局张永涛正式提交了《2001年赞比亚日全食重力观测》申请报告。经多次磋商，基金委决定由三学部（局）共同出资，以委主任基金的方式部分资助。

   2001.5月初，我们找到中国科学院国际合作局，邱华盛处长和庄岩同志积极支持我们的科学观测，主动帮助我们与外交部亚非司和中国驻赞比亚大使馆取得了联系，由大使馆出面邀请我们赴赞比亚作科学观测。随后，我与中国驻赞比亚大使馆取得了直接联系，通过email商讨有关具体事务。我所翟明国副所长、国连杰处长帮助我们办理了出国手续。

   我们通过中国科学院合作局商请国家地震局华昌才、李民两位重力观测专家参加这次观测；我们找到王月华、陈章立同志，由于他们的帮助，国家地震局地球物理研究所和国家地震局综合观测中心（现应急授救中心）接受了我们的商请，同意派华昌才、李民参加中国科学院赴非观测队，参加这次观测。经华昌才研究员联系，池顺良研究员为我们研制了数据采集和记录系统。游庆瑜博士为我们提供了气温记录器。在仪器研制和办理手续的过程中，徐元芳副研究员作了许多协调工作，给组队以很大帮助。

   6.4（周一），去中国科学院派遣中心取到护照，并立即由李民开车去赞比亚大使馆，持中国科学院照会和中国驻赞比亚大使馆邀请函申请签证，应允周三左右可取。

   2001.6.8下午，在中国科学院北京天文台召开了《赞比亚日全食期间的重力观测研讨会》，王宜副台长主持了会议。院基础局李和娣，地球局周少平，国家基金委数理学部董国轩、地学部于晟、国际合作局张永涛，艾国祥院士、滕吉文院士、姚振兴院士、童庆熹院士、陈运泰院士参加了研讨会，汤克云、张洪起汇报了有关科学准备和组队情况，得到与会专家和领导的热烈支持。陈运泰院士认为，‘这可能是一个物理发现的前夜’。

3. 出征

   6.11日上午，张洪起约中央电视台项飞等三人来中国科学院天地科学园，拍摄了《中国科学家将赴非洲作日全食期间的重力场观测》的节目，我介绍了此次组队赴非洲观测的科学意义和有关准备情况，包括仪器研制和由中国大使馆接待的概况。

   6.14日，久旱的北京下了暴雨。下午1:00，中国科学院2001年非洲日全食观测队一行六人--张洪起、胡柯良、华昌才、李民、李宝代、汤克云离开北京天文台，在大雨中开赴首都机场。2:00许，到达首都机场，《北京青年报》记者曾伟来拍摄了观测队人员和仪器的照片，彭丰林送来了‘中国科学院赞比亚日全食观测队’队旗。观测队携带了3套LaCoste重力仪、2套核旋磁力仪、4套数字采集和记录仪，以及电源、电缆等配件，总重量达百余公斤。这些重力仪、核旋磁力仪、数字采集和记录仪都是精密仪器，怕撞怕振。特别是LaCoste高精度重力仪, 不但怕撞怕振，而且绝对不能倾倒。观测队的六名成员除将个人衣物及电源、电缆等配件交付托运外，9套观测仪器全部手提着上上飞机。当时，《北京青年报》等媒体已经报道了‘中国科学院日全食观测队将赴非洲作重力观测’的消息，北京海关对我们特别照顾，所有科学仪器顺利通过安检，登上了新加坡航空公司SQ801航班。中午的雷雨，使北京首都机场跑道的航班密度增加，原定下午4点起飞的SQ801延迟了将近一个小时才得以起飞。幸好该航班的座位比较空，在漂亮的新加坡空姐的帮助下，我们的手提仪器，都被安置在适当的位置。

   经过6个小时的飞行，飞机于晚11:30左右抵达新加坡樟宜机场。在入关处，出了一点小小的麻烦。我们重力仪的高度超过新加坡海关的 X光检验机窗口的高度，机场安检人员要求我们将仪器平放，再通过X光检验；我们几经交涉，借用报纸上登载的有关这次赞比亚日全食观测的新闻，告诉他们：这就是去赞比亚作日全食观测的精密仪器，不能放倒。最后，我们打开所有的重力仪箱让他们一一检查，总算过了关。

   住京华饭店（Royal Hotel），休整一个白天。 6.15日晚10时许，返回樟宜机场；6月16日凌晨1时许，登上新加坡另一航班SQ406。这是一架波音747，十分拥挤，仪器的安置又成了问题。空姐帮忙，3件重力仪被分别安置在空姐的行李柜和前舱末排座椅的背后。经过10个小时的飞行，于当地时间6.16日清晨5：45抵达南非约翰内斯堡机场。

   上午10：25，换乘英航BA6455飞卢萨卡。这是一家737-200小飞机，乘客多，行李多。英国乘务长要将我们的仪器送至货舱运输，这给我们造成了不小麻烦。我们几番解释和要求，重申仪器的重要性和不能作为货物运输的理由，乘务长仍坚持要我们将仪器送至货舱运输，但答应将仪器放在特别的箱子内运输。好在只有2个小时的飞行，飞行中和降落时都算平稳，12:30就到达卢萨卡机场。考虑到我们的行李太多，又涉及许多仪器，本已作好大费口舌的思想准备。但刚到机场，就看到大使馆办公室孙来泉主任、秘书王君等同志开车进入机场内来接我们。原来，在接到中国科学院的照会函之后，大使馆即向赞比亚外交部提交了照会，告诉赞比亚方面，中国科学院科学观测队要携科学仪器来卢萨卡作日全食观测，希望赞方给予方便。这样，我们一行6人随孙主任等从外交通道出了卢萨卡机场。谢天谢地，我们的仪器终于顺利到达了卢萨卡。经检验，仪器全部正常。

   （照片2，2001.6.16，大使馆孙来泉主任等去卡翁达国际机场接到观测队，回到大使馆合影。自左往右：黑人司机同志，王君秘书，汤克云，孙来泉主任，韩秘书，李民，华昌才，张洪起，李宝代，大使馆某工作人员）

4. 设点和观测

   16日下午，大使馆临时代办林松添参赞（现任外交部非洲司司长）和孙来泉主任又帮我们安排了工作间，并将使馆的地下室腾出来作为我们的第一个观测点。卢萨卡虽是首都，但人口、车辆比北京要少得多，高楼大厦很少；位于海尔-塞拉西大道的中国大使馆附近比较安静，地下室离马路有50-60米，经试验，重力仪的记录满足设计要求。

（照片3，2001.6.16晚，华昌才，李宝代，李民等在大使馆地下室调试仪器）

   6月17日下午，大使馆彭克玉大使（现中国外交学会副会长）由香港回到卢萨卡，主持了一场日全食科普报告会。会上，中国科学院科学观测队向大使馆赠送了“外交科学共强华夏”的锦旗。汤克云教授和张洪起教授作了日全食科学观测和太阳及太阳活动的报告，大使馆全体成员和来自于空军总医院的军医队的全体成员参加了报告会，并提出了许多有关日全食的问题。

（照片4，2001.6.17下午，彭克玉大使主持日全食科普报告会并合影。前排自左往右：胡柯良，林松添，某领导，华昌才，汤克云，彭克玉大使，张洪起，李宝代，某领导，李民）

   在卢萨卡的中国同胞听说中国科学院的科学家从北京来作日全食观测，都非常兴奋，都愿意提供方便。沈阳来的王琪量先生来此办农场8年，现已成为几家饭店和商店的主人。他热情邀请我们去他的庄园考察，愿意为我们提供观测场地。

原北京农垦干部王驰夫妇来卢萨卡已12个年头，建起了有几十平方公里的中垦农场。养鸡、养牛、种地，承担了卢萨卡相当一部分活鸡、鸡蛋的供应。中垦农场位于卢萨卡北50公里处；我们发现，该农场正好处于6月21日日全食全食带的中心线附近。王驰场长热情邀请我们去他的农庄作日全食科学实验。

   6月18日上午，大使馆经贸处孙领事（女）陪同汤克云、华昌才、李民、李宝代驱车去中垦农场作实地考察。由大使馆去中垦农场，先要沿独立大道往西穿过市中心，沿不怎么大的大北路（Great North Road）往北开30公里，到达奇桑巴（Chisamba）,再往东北还有20公里。这二十公里就不能叫路了，完全是荒土野径，两侧是没腰的杂草，鸟兽多，人罕至；开了二十公里，除了我们这一辆越野车，几乎没有遇见一个人。后来据王驰场长说，路上经常发生持枪抢劫事件，多是由南非进入赞比亚的惯犯所为；当地人比较淳朴，除了不太爱干活，一般不干这种犯法的事。进入农场，则是一片新天地，宽大的房舍和工作间，大片绿油油的庄稼。经考察，发现这是作重力场和地磁场观测的理想场所。我们决定，把中垦农场作为这次日全食观测的第二个观测点，并当即安装重力和地磁观测设备，李民和李宝代二位留在中垦农场观测。

  照片5，2001.6.18，在中垦农场；自左往右：汤克云，华昌才，农场周技术员，大使馆孙领事，李民，李宝代

   在大使馆地下室和中肯农场分别从16日晚和18日晚作试观测，自19日晚12时开始，两站作正式观测至22日24:00,各获得了完整的72小时数据。

   6.21日中午（北京时间下午约5、6点），中央电视台主播杨晨打越洋电话到卢萨卡，通过大使馆电话采访我。我报告了有关设点情况和仪器的工作状态。

5. 赞比亚日食节

   由于卢萨卡是位于日全食带内唯一的大城市，许多外国人专程来卢萨卡观测或欣赏日全食。赞比亚国家议会通过特别决议，将2001.6.21日设为赞比亚日食节，放假一天并在赞比亚大学举办庆祝活动。

（照片6，2001.6.21，为赞比亚日食节，在赞比亚大学举办庆祝活动）

（照片7，2001.6.21，在赞比亚大学庆祝日食节。英国伦敦皇家学院的Allen教授（左1）和他的助手（左3）由伦敦专程来卢萨卡作太阳光学观测。右1：胡柯良，右2：汤克云，左2：华昌才）

6. 关于赞比亚日全食观测的思考

   在这六次观测中，有过准备不足的教训，有过考虑不周的遗憾，更有过思考方向的失误。但正是由于经历了这些教训、遗憾和失误，对引力的观测和引力场的本质逐渐有了感觉，悟到了引力传播的真谛。不但从固体潮数据中意外地发现了牛顿引力以光速传播的第一个观测证据，而且进一步发现和修正了300多年来的一个误解：在开普勒行星定律和牛顿引力定律中的星体位置，皆不应是真位置而都应是视位置；在研究引力传播的过程中，又考虑了相对速度和相对加速度对引力场的贡献，发展出一套推迟引力理论。按照这样的认识和修正，可以消除牛顿引力存在‘超距作用’，‘不协变’和‘无法解释水星进动’的缺陷。

   最深切的体会之一是：科学研究不是付款购货，不是你有一份货我出一份钱。绝大多数情况是完全看不到货；严格说，科学思想也不是货。她是人类智慧的升华，是一种奇妙无比的东西；只有在心态完全放松，而智力高度集中的情况下才可能产生。在科学研究中，犯错是难以避免的，甚至是必须的。也许可以这样说，犯错多的科学家，犯错早的科学家，最有可能及早与问题的本质碰撞，发现大自然的灵魂。这对于从事基础研究的科学家和从事科学管理的领导者，都可能是值得深思的问题。

（2015.11，原稿投于中国科学院地质与地球物理研究所离退办之《岁月留痕》，未公开出版，2016.6.21修改）

附：

赞比亚日全食观测

广寒宫中本无烛¹，

嫦娥书鸿赖金乌²。

上轨下道定圆缺³，

大潮小潮看亲疏⁴。

月盘蔽日地昏黄⁵，

大气骤寒惊鸟鸦⁶。

重力异常万里求⁷，

越洋窥日赞比亚⁸。

2001.12 汤克云撰

注：

1.喻月亮本身不会发光；

2.喻月亮之光来自于太阳—金乌；

3.月亮之圆缺取决于日、月、地的轨道；

4.固体潮的强弱取决于日、月、地之间的方位和距离；

5.日全食时，大地昏暗；

6.气温骤降十几度，鸟雀惊恐；

7.这次不远万里，是想求解重力的本质；

8.跨越印度洋，来到赞比亚，希望对太阳引力有所了解。