探寻纸币上的天文学(余建刚).doc

探寻纸币上的天文学余建刚 （佛山市南海区石门中学，广东 佛山 528248）摘要:本文收集和整理了与天文学有关的各国纸币，将之分类为纸币上的天文学家、天文仪器、天文事件等，并对纸币正反两面的图案、纸币所属国家、发行年份、币值以及纸币的相关背景知识进行简要的描述和分析。关键词: 纸币 天文学 天文仪器 货币纸币作为国家强制发行、使用的货币符号，有着其无容置疑的威望性、精致绝伦的图案设计和印刷质量。纸币不仅仅代表着一个国家当时高超的印刷技术，还映射着社会的变迁、时代的发展、历史人物、风土民情等丰富的内容，将科学家的肖像或以科学为主题的图案印在流通货币上，体现了一个国家和民族对科学的极大尊重。我们在日常生活中几乎每天都要接触到钱币，会在不经意间留意到纸币上的图案，从而对钱币上的相应图案甚至其背后的故事产生浓厚的兴趣，在无形中受到科学的熏陶。从这个层面上讲说，以科学为设计主题的纸币除了具有一般货币的流通功能、支付功能、贮藏功能外，还具有重要的教育、科学启蒙功能，对引导青少年从小认识科学家和热爱科学探索有积极作用，乃至对提升全民科学素养也有重大的意义。天文学作为最古老、最有魅力的学科之一，使得世界各国多偏爱以天文学作为科学主题印刷在纸币。纸币毋庸置疑的权威性、精美绝伦的印刷质量，与天文学的神秘与唯美交相辉映，大放异彩！让我们一起来欣赏这一张张设计精美、主题鲜明，实用性、艺术性、科学性完美融合纸币吧！一、 纸币上的天文学家纸币上的天文学主要有这样几种表现形式1: 天文学家（及其科学成就）、天文仪器、天文建筑和天文事件等等。能够荣登纸币画面的人物大都是取得卓越成就或对国家有着非凡贡献的科学巨匠，因此，纸币上的天文学家均是一个国家的骄傲和象征，如哥白尼于波兰、牛顿于英国、伽利略于意大利等等。1、波兰币哥白尼 国家：波兰 币值：1000兹罗提 发行年份：1965年 纸币描述：纸币正面中央头像是波兰天文学家哥白尼，现代天文学创始人，日心说的创立者。背面左侧是哥白尼在日心说描绘的太阳系运行与黄道十二宫示意图。（见图1）图1（1000波兰兹罗提纸币上的哥白尼） 背景知识：尼古拉哥白尼（1473年1543年）是文艺复兴时期波兰数学家、天文学家。现代天文学开创人，日心说的创立者，其经典论著天体运行论成为现代天文学的起点。1496年，23岁的哥白尼来到文艺复兴的策源地意大利，在博洛尼亚大学和帕多瓦大学攻读法律、医学和神学，博洛尼亚大学的天文学家徳诺瓦拉对哥白尼影响极大，在那里哥白尼学到了天文观测技术以及希腊的天文学理论。40岁时他提出了“日心说”。在意大利期间，哥白尼确信地球和其他行星都围绕太阳运转这个日心说是正确的。经过长年的观察和计算终于完成了他的伟大著作天体运行论。他在天球运行论中观测计算所得数值的精确度是惊人的。例如，他得到恒星年的时间为365天6小时9分40秒，比现在的精确值约多30秒，误差只有百万分之一；他得到的月亮到地球的平均距离是地球半径的60.30倍，和现在的60.27倍相比，误差只有万分之五。哥白尼的“日心说”沉重地打击了教会的宇宙观，这是唯物主义和唯心主义斗争的伟大胜利。因此使天文学从宗教神学的束缚下解放出来，自然科学从此获得了新生，这在近代科学的发展上具有划时代的意义。2、意大利币伽利略 国家：意大利 币值：2000里拉 发行年份：1973年纸币描述：纸币正面中央为伽利略头像、右侧为比萨大教堂和比萨斜塔，代表伽利略的主要实验和科学成就。其中一个是摆的等时性原理，另一个是著名的自由落体实验。背面为17世纪古典星图和天文台，以纪念伽利略在天文上的巨大成就。（见图2）图2（2000意大利里拉纸币上的伽利略）背景知识： 伽利略伽利莱（1564年1642年）是意大利物理学家、数学家、天文学家、哲学家、近代实验科学的先驱者。历史上他首先在科学实验的基础上融会贯通了数学、物理学和天文学三门知识，扩大、加深并改变了人类对物质运动和宇宙的认识。伽利略从实验中总结出自由落体定律、惯性定律和伽利略相对性原理等。从而推翻了亚里士多德物理学的许多臆断，奠定了经典力学的基础，反驳了托勒密的地心体系，有力地支持了哥白尼的日心学说 。他以系统的实验和观察推翻了纯属思辨传统的自然观，开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学。因此被誉为“近代力学之父”、“现代科学之父”。其工作为牛顿的理论体系的建立奠定了基础。伽利略的成就还包括改进望远镜和其所带来的天文观测，1609年8月21日，伽利略展示了人类历史上第一架按照科学原理制造出来的望远镜。伽利略因此也被誉为“现代观测天文学之父”。3、英国币牛顿 国家：英国 币值：1英镑 发行年份：1970年纸币描述：纸币正面是英国女王伊丽莎白二世，背面是大名鼎鼎的物理学家艾萨克牛顿。牛顿身后是一根开花的苹果树枝，身边的桌上是1668年他手制的第一架反射式望远镜。背面左半部分的主要图案，是各种各样的椭圆万有引力支配下天体的运行轨道，以纪念牛顿在力学、天文学、光学等领域上的卓越贡献。（见图3）图3（1英镑纸币上的牛顿）背景知识：艾萨克牛顿（1643年1727年）爵士，英国皇家学会会长，英国著名的物理学家，百科全书式的“全才”，著有自然哲学的数学原理、光学。他在1687年发表的论文自然定律里，对万有引力和三大运动定律进行了描述。这些描述奠定了此后三个世纪里物理世界的科学观点，并成为了现代工程学的基础。他通过论证开普勒行星运动定律与他的引力理论间的一致性，展示了地面物体与天体的运动都遵循着相同的自然定律；为太阳中心说提供了强有力的理论支持，并推动了科学革命。 在力学上，牛顿阐明了动量和角动量守恒的原理，提出牛顿运动定律。在光学上，他发明了反射望远镜，并基于对三棱镜将白光发散成可见光谱的观察，发展出了颜色理论。他还系统地表述了冷却定律，并研究了音速。 在数学上，牛顿与莱布尼茨分享了发展出微积分学的荣誉。他也证明了广义二项式定理，提出了“牛顿法”以趋近函数的零点，并为幂级数的研究做出了贡献。在2005年，英国皇家学会进行了一场“谁是科学史上最有影响力的人”的民意调查，牛顿被认为比阿尔伯特爱因斯坦更具影响力。4、荷兰币惠更斯国家：荷兰 币值：25盾 发行年份：1955年纸币描述：纸币正面印有惠更斯的肖像，肖像左侧是艺术化的太阳（各式花纹构成色球层、日冕、太阳光芒等），背景中出现三颗球状星体，左侧两颗分别为土星及其卫星土卫六，土卫六带有“光环”，该光环正是惠更斯用自制望远镜发现土星光环，右侧一颗为火星极冠。正面设计突出表现了惠更斯在天文学领域的成就。而纸币背面是各种各样的曲线，则旨在表现他在数学上的成就，一个个包络面也象征着惠更斯所创立的光的波动说。（见图4）图4（25荷兰盾纸币上的惠更斯）背景知识：克里斯蒂安惠更斯(1629年1695年)荷兰物理学家、天文学家、数学家，他是介于伽利略与牛顿之间一位重要的物理学先驱，他对力学的发展和光学的研究都有杰出的贡献，在数学和天文学方面也有卓越的成就，是近代自然科学的一位重要开拓者。他建立向心力定律，提出动量守恒原理，并改进了计时器。 1678年，他在法国科学院的一次演讲中公开反对了牛顿的光的微粒说。他说，如果光是微粒性的，那么光在交叉时就会因发生碰撞而改变方向。可当时人们并没有发现这现象，而且利用微粒说解释折射现象，将得到与实际相矛盾的结果。因此，惠更斯在1690年出版的光论一书中正式提出了光的波动说，建立了著名的惠更斯原理。惠更斯提出的光的波动说，长期与牛顿的微粒说分庭抗礼。惠更斯把大量的精力放在了研制和改进光学仪器上。成功改良了开普勒的望远镜。惠更斯利用自己研制的望远镜进行了大量的天文观测。因此，他还解开了一个由来已久的天文学之谜。伽利略曾通过望远镜观察过土星，他发现了“土星有耳朵”，后来又发现了土星的“耳朵”消失了。伽利略以后的科学家对此问题也进行过研究，但都未得要领。“土星怪现象”成为了天文学上的一个谜。当惠更斯将自己改良的望远镜对准这颗行星时，他发现了在土星的旁边有一个薄而平的圆环，而且它很倾向地球公转的轨道平面。伽利略发现的“土星耳朵”消失，是由于土星的环有时候看上去呈现线状。纸币上的带有“光环”土卫六图案便是对惠更斯这一天文成就的纪念。二、 纸币上天文仪器天文仪器出现在纸币上，往往是将其作为一种科学领域的研究设备或重要事件中的重要工具，伴随着天文学家或重大事件同步出现，如牛顿和他发明的牛顿式反射望远镜，哥伦布和航海旅行中使用的星盘等，也有单独作为主画面出现的，如中国纸币上的日晷、德国纸币上的六分仪等，这往往预示着这些天文仪器对该国具有某种特定的象征意义。1、中国币日晷国家：中国币值： 1元、5元、10元、50元、100元等发行年份：1921-1932（民国十年创立初年）描述：纸币正面是北京故宫太和殿前陈列的明代日晷。（见图5）图5（1元民国纸币上的日晷）背景知识：日晷，本义是指太阳的影子。现代的“日晷”指的是人类古代利用日影测得时刻的一种计时仪器，又称“日规”。其原理就是利用太阳的投影方向来测定并划分时刻，通常由晷针和晷面组成。利用日晷计时的方法是人类在天文计时领域的重大发明，这项发明被人类沿用达几千年之久，人类使用日晷的历史非常遥远，古巴比伦在远古时期的6000年前就开始使用了，中国是在3000多年前的周朝。日晷作为我国古代利用日影测量时刻的一种计时仪器，日晷毫无疑问是中国古代天文的精髓之一。2、韩国币浑天仪国家： 韩国币值：10000元发行年份：2007年描述：正面：世宗大王(1397-1450)，系李氏朝鲜第4代国王，以精通儒学而著称。背面：朝鲜制浑天仪、普贤山天文台1.8米光学望远镜和著名古籍天象列次分野之图。（见图6）图6（1万韩元纸币上的浑天仪） 背景知识：浑天仪是浑仪和浑象的总称。浑仪是测量天体球面坐标的一种仪器，浑象是用来演示天象的仪表，可用来直观形象地了解日月星辰的相互位置和运动规律。它们均为我国东汉天文学家张衡所制。这是一张引起中韩两国争议的纸币，缘起浑天仪是中国古代发明，而将浑天仪印在货币上，可能使人误解为浑天仪是能代表韩国的科学成果。韩国银行发表声明称：纸币图案中所用的浑天仪是浑天表的一部分，浑天仪虽由中国最先制造，但有多种形态，认为纸币上的浑天仪是中国制造的浑天仪是没有道理的。浑天表中的浑天仪中间有一个地球仪，这种设计是韩国独创的。该说法虽有点牵强，但纸币上的浑天仪确系韩国国宝第230号浑天表的一个附件，虽吸取了中国因素但也吸取了当时新兴的西方科学因素，形成了韩国独有的特色。3、德国币六分仪国家：德国币值： 10马克发行年份：1993描述：正面：德国数学家高斯及哥廷根大学城建筑物。 背面：航海常用的六分仪，该仪器由高斯研制而成。（见图7）图6（10马克德国纸币上的六分仪）背景知识：纸钞背面主图是航海常用的六分仪，六分仪一种用来测量远方两个目标之间夹角的光学仪器。利用六分仪可以测量某一时刻太阳或其他天体与海平线或地平线的夹角，以便迅速得知海船或飞机所在位置的经纬度。六分仪的原理由牛顿首先提出，由德国数学王子高斯对其理论加以完善，并制造出仪器。六分仪具有扇状外形其组成部分包括一架小望远镜，一个半透明半反射的固定平面镜即地平镜一个与指标相联的活动反射镜即指标镜。六分仪的刻度弧为圆周的1/6。使用时观测者手持六分仪转动指标镜使在视场里同时出现的天体与海平线重合。根据指标镜的转角可以读出天体的高度角其误差约为0.21。在航空六分仪的视场里有代替地平线的水准器。这种六分仪一般还有读数平均机构。六分仪的特点是轻便可以在摆动著的物体如船舶上观测。缺点是阴雨天不能使用。二十世纪四十年代以后虽然出现了各种无线电定位法，但六分仪仍在广泛应用。三、纸币上的航天事件国家：美国币值：10美元纪念币年份：2003年描述：正面：哥伦比亚号飞机发射情景图，正中央大写字体英文 “COLUMBIA”意为哥伦比亚，左右两侧“STS-107-2003”纪念2003年2月1日哥伦比亚号在执行代号“STS-107”的第28次任务时，于返回途中不幸失事这一事件。背面：哥伦比亚号机上7名太空人升空前的集体照，以此纪念这次事件种不幸罹难的七位航天英雄。图7（10美元纸币上的哥伦比亚号） 背景知识：哥伦比亚号航天飞机（STS Columbia），是美国国家航空航天局所属的航天飞机之一，是美国的航天飞机机队中第一架正式服役的飞机，1981年4月12日首次执行代号STS-1的任务，正式开启了NASA的太空运输系统计划之序章。美国当地时间2003年2月1日，载有七名宇航员的美国哥伦比亚号航天飞机在结束了为期16天的太空任务(执行代号为“STS-107”)之后，在返回地球途中，在着陆前16分钟，该机突然从雷达中消失。电视图像显示，解体的哥伦比亚号在德州的上空划出了数条白色的轨迹。航天飞机解体坠毁。当时机上七名宇航员全部罹难。哥伦比亚号是美国现有的四架航天飞机中服役时间最长的，事件调查委员会指出，有关方面正在研究美国航空航天局是否在“机体老化”问题上重视不够，以致最终酿成本次悲剧。为了纪念本次事件中牺牲的七位宇航员，2004年2月，勇气号火星探测器着陆点东侧的七座山峰用失事航天员的名字命名。 请我们一起记住这七名为人类探索太空奥秘而牺牲的宇航英雄，他们分别是：里克赫兹本德、威廉麦克库尔、麦克尔安德森、大卫布朗、凯尔帕娜乔拉、劳里尔克拉克以及以色列首位宇航员伊兰拉蒙。四、结束语：纸币的魅力在于其无容置疑的威望性、精致绝伦的印刷质量和丰富多彩的主题内容，当纸币与自然科学最为悠久的学科天文学相结合时，不仅体现了一个国家对科学的重视和尊敬，传递着这个民族对科学的态度和