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天文學的定義范文第1篇

關鍵詞：光譜分析軟件天文學研究應用探索

21世紀以來，隨著科學技術的不斷發展，人們對于科學信息及宇宙探索的渴望，使得天文學以驚人的速度快速發展。天文觀測進一步從可見光、射電波段擴展到包括紅外、紫外、X射線和γ射線在內的電磁波各個階段，形成了全波段天文光譜學，并為探索各類天體和天文現象的物理本質提供了強有力的觀測手段。

一、光譜分析數據的形成

對于天體光譜分析數據的有效研究表明，光譜分析數據是按照波長的有序排列來表示的天體電磁輻射，是一系列有連續性的數據，在每一處的波長中所對應的的有效流量是不同的。天文學家利用光譜信息軟件，可以對宇宙中物質的分布特征進行相關研究及數據收集，同時可以對天體的形成及隨時間的演化等重大科學問題進行初步的探索，并為進一步的探索打下堅實的基礎。

二、光譜分析數據的特征提取方法

特征提取是光譜分析軟件應用中的一個重要環節，也是對光譜數據進行挖掘的重要一步。對于海量天體光譜數據處理的效率及準確性有著重要的影響，這一環節中包括轉換和選擇兩個步驟，首先著重提取與目標有關的信息并進行數據成分分析，剔除與當前任務無關的信息，隨后將提取的信息轉化為適合分析研究的表達方式，以供研究，在這里主要介紹三種特征的表達方式：統計約簡法、特征譜法、譜線法。

2.1統計約簡法

這是在目前的實際探索中，應用最廣泛的一種提取方式，它的優點是便于操作及使用。使用過程是對天體輻射能量進行分解、重組和取舍，盡可能的去除冗余和噪聲，并及時的將信號進行轉化。

2.2特征譜法

特征譜法可以看作是人工"光譜"，主要包括兩種構造方法：一種是強調頻譜特征的準確表征，相關研究者基于觀測光譜流量的中值法和幾何均值法研究了類星體特征普的構造；第二種是強調對觀測光譜近似表達能力，這一方面的相關研究者根據PCA方法研究了恒星特定譜的構造。

2.3譜線法

譜線法的優點是物理意義強，易于解釋，但也有其相關的局限性：儀器、波長和流量標定情況對于譜線的描述影響較大等。

三、軟件簡介

目前應用較為廣泛且使用性能好的光譜分析軟件有以下7種：

3.1VOSpec軟件

VOSpec軟件在使用過程中，利用了光譜訪問協議，對數據的組織功能強大，用戶在使用時可以通過天體名稱或坐標在光譜庫中進行有效的相關z索。VOSpec軟件標準功能主要有光譜分析和擬合光譜能量分布兩種，能夠為用戶提供可靠的光譜處理功能，在有效時間內整合來自不同的數據提供者、波段和元數據光譜。

3.2VOSED軟件

通過簡單的光譜訪問協議，VOSED軟件可以進行在線查詢光譜信息，并及時合成光譜能量分布。目前，VOSED軟件有兩種工作模式：單目標模式和多目標模式。單目標模式是指用戶在輸入目標名稱后，VOSED通過數據庫現實該目標的的相關信息；多目標模式是指，用戶在工作中可以實時的監控查詢狀態，查詢結束后可以創建相關的壓縮文件。VOSED的查詢界面和顯示界面如下圖：

3.3Spec View軟件

Spec View軟件不僅能夠讀取哈勃空間望遠鏡的數據格式，還可以讀取其他科學設備的光譜，并通過虛擬天文臺查詢并讀取數據。它的功能主要包括：光譜單位轉換、數據質量控制、繪圖注釋、可視化參數自定義、平鋪繪圖等。

3.4Iris軟件

Iris軟件主要有NED數據導入、數據可視化和自定義、光譜模型擬合光譜能量分布和非常規數據格式轉換工具四個特點。Iris可以讀取多個單獨的數據源或光譜能量分布，用戶可以通過Iris的紅移法、插值法、集成法三種方法來創建光譜能量分布。

3.5SPLAT軟件

SPLAT軟件在工作過程中能夠同時讀取多個光譜，并進行單個或多個顯示。它的功能主要體現在兩個方面：查詢和下載光譜的簡單光譜訪問協議；在桌面上使用的簡單應用程序傳遞消息。

3.6CASSIS軟件

CASSIS軟件主要有譜線認證、構造任何望遠鏡的理論光譜、比較望遠鏡數據和和各種模型光譜數據及估計光譜物理參量四個特點，可以通過簡單應用程序消息傳遞協議使數據在不同的天文軟件間傳遞和交互操作。

3.7ASERA軟件

ASERA軟件的特點：譜線能夠隨鼠標而動，同時紅移值自動給出；自定義可視化；批處理程序，可以同時處理多個光譜；光譜平滑等。用戶借助ASERA軟件可以輕松識別光譜和估測紅移，尤其對低質量光譜的識別。

結束語：

在未來的天文學發展中光譜軟件的應用會越來越廣泛，相信隨著天文學家和研究者的互動，光譜分析軟件會朝著方便快捷、強大有效的方向繼續發展。

參考文獻：

天文學的定義范文第2篇

關鍵詞：《天體力學》；課程建設；教學方法

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）05-0058-02

一、引言

天體力學是應用力學規律研究天體的運動和形狀的一門學科，是天文學的一個分支，同時又與數學和物理學的關系密切。天體力學誕生于1687年，但作為學科名稱是拉普拉斯于1798年首次提出的[1]。天體力學的基本理論雖然源于對自然天體的研究，但同樣適用于人造天體。隨著衛星技術的廣泛應用，現代天體力學與航天科學、大地測量學和地球物理學等學科相互交叉，形成了一些共同的研究領域。因此，天體力學不僅是天文學專業必修的專業基礎課，也是其他相關專業的重要選修課。天體力學涉及的內容廣泛，理論性強，公式復雜，對于非天文專業的學生而言，天體力學是一門難度較大的課程。由于教學對象和教學目標不同，非天文專業開設的《天體力學》課程不可能照搬天文學專業的課程體系，而必須結合自身專業特點和需求進行課程體系建設。本文以武漢大學測繪學院天體力學課程為例，從教學目標、教學內容與教材、教學方法和考核等方面對非天文專業天體力學課程建設進行探討，以供同行參考。

二、教學目標

武漢大學測繪學院開設天體力學課程主要針對測繪工程和地球物理兩個本科專業。目前，全球衛星導航技術、遙感技術和衛星重力等現代衛星技術廣泛用于測繪、地球物理領域的生產實踐和科學研究，掌握基本的天體力學理論對于理解和掌握后續的專業課程具有重要作用。因此，天體力學是一門重要的專業基礎課，一般在二年級下學期開設。通過本課程的教學，應達到以下目標：（1）使學生了解天體運動的基本規律，掌握天體運動的基本理論，為GPS原理及應用、衛星大地測量學、衛星重力學等后續專業課的學習奠定基礎；（2）使學生了解天體力學的研究方法，通過一些理論公式的推導和天體運動規律的分析，增強學生科學理性的邏輯思維能力；（3）指導學生將天體力學基本理論應用于實際天體，利用案例介紹天體力學在本專業中的應用，培養學生獨立分析與解決問題的能力。

三、教學內容與教材

人造天體的出現與電子計算機的廣泛應用，極大擴展了天體力學的內容和應用范圍，但是非天文專業天體力學課程不可能也沒必要涉及天體力學的所有內容。結合專業特點和需求，選擇的教學內容以經典天體力學的核心內容為主，即二體問題和攝動理論。考慮到非天文專業大學生的實際，教學內容側重于基本概念和基礎理論，并輔以所需的數學和物理學基礎知識。表1列出了具體教學內容和課時安排。第1章緒論對課程進行概述，簡要介紹天體力學的研究內容和發展歷史。第2～3章是針對非天文專業學生缺乏相應基礎而安排的數學、物理和天文學方面的基礎知識。第4～6章是經典天體力學的主要內容，也是課程學習的重點。第7章是多體問題，重點介紹三體問題。第8章主要以地球為例介紹天體的形狀與自轉理論。教學內容由淺到深、由易到難逐漸遞進，便于學生理解吸收。

國內天體力學的教材較少，而且由于出版時間較早現已經沒有再版，如《天體力學引論》[2]、《天體力學基礎》[3]。近年來，也鮮有天體力學方面的書籍出版。時間最近的天體力學書籍是2008年出版的《現代天體力學導論》[4]，但是該書專業性較強，主要介紹現代天體力學的內容和代表性研究成果，不適合作為非天文學專業本科生的教材。為了滿足課程教學的需要，課程組在2006年就結合國內外資料編寫了《天體力學》講義，內容覆蓋了所需的基礎知識和天體力學基本理論，并添加在本專業的一些實際應用案例。經過多年的不斷更新和完善，講義基本具備了出版教材的條件。

四、教學方法與手段

1.合理利用計算機技術輔助教學。信息技術的發展及在教育教學領域的應用，導致了教學方法和手段的深刻變革，目前多媒體教學已成為課堂教學的主流方式。天體力學涉及不少抽象的天文學概念和復雜的空間關系，同時也有較多的公式，因此采用板書和多媒體相結合的方式更利于學生對課程內容的理解。對于一些重要公式的推導采用板書形式，這樣容易引導學生的思路，增加與學生的互動。對于抽象的概念和理論，采用圖片、動畫和視頻等多媒體資料進行講解，不僅可以激發學生的學習興趣，也有利于他們更好地理解和掌握。例如，第二章中的天球坐標系就涉及到天球上的許多點、線、面的概念，以及地平坐標系、赤道坐標系和黃道坐標系等多種天球坐標系的定義，采用傳統方法講授這些知識需要較多課時。而使用多媒體教學方式，只需幾幅圖片和一個動畫就可以將這些坐標系的定義及相互關系形象直觀地展現出來，極大提高了教學效率。另外，還可以編寫一些程序或運用專業仿真軟件（如STK衛星工具箱[5]）對某些教學內容進行演示，增進學生的感性認識，如天體的運行軌道模擬、攝動力對軌道的影響等內容。

2.理論聯系實際，注重培養知識運用能力。天體力學課程是一門公式多、理論性強、邏輯嚴密的理論課。但是如果過多地講授理論和公式推導，學生聽課會覺得枯燥無味，學習興趣下降，導致教學效果不佳。授課過程中應注重理論知識與實際應用的聯系，特別是增加與本專業相關的一些應用或者是當前的熱點問題。例如，講授衛星軌道的相關知識時可以介紹嫦娥探月衛星軌道設計等實際問題，講授軌道攝動問題時可以介紹衛星軌道攝動在確定地球重力場方面的應用。還可以采用案例教學法對一些公式較多的知識點進行教學，例如天體星歷的計算，給定某實際天體運行軌道的軌道根數，讓學生編程計算該天體在任意時刻的位置。通過介紹應用案例或者讓學生自己動手解決實際問題，能激發學生的學習興趣，增強對知識的理解。

3.利用靈活多樣的考核方式保障課程教學質量和學生的學習效果。課程考核是實現教學目標和檢驗學生學習效果的一種手段，是課程教學的一個重要環節。為了避免傳統期末考試“一考定成績”的諸多弊端，本課程采用多元的考核方式，課程成績由平時成績和期末考試成績兩部分組成，分別占總成績的45%和55%。平時考核可采取考勤、作業、課堂演講與討論、編程實驗等多種形式，對于全面了解學生的學習狀況和教師的授課效果非常有效，同時也可減小學生對考試的畏懼心理，避免考前突擊行為。期末考試可采用開卷、半開卷和閉卷三種形式。開卷考試以應用題為主，題目覆蓋課程的主要知識點，但又不能在學生攜帶的參考資料中找到完整的考題答案，以考察學生運用所學知識分析問題、解決問題的能力。半開卷形式則允許學生考試時將自己覺得重要的公式和理論抄寫在一張紙上帶進考場，這種方式有利于使學生理解知識點之間的聯系，全面系統地復習、歸納和總結知識體系。閉卷形式雖然要求學生不準攜帶任何資料進入考場，但是為了避免學生對理論和公式死記硬背，試卷中會給出可能用到的重要公式，從而引導學生在學習過程中著重對知識點的理解、分析和運用。

五、結語

《天體力學》課程專業性較強，開設該課程的多為天文學專業。非天文專業開設《天體力學》，無論是教學內容還是教學方法，都沒有經驗可以借鑒。我院開設該課程已近十年，在課程建設方面進行了一系列教改實踐，并取得了良好效果。學生學習該課程后掌握了本專業所需的基本知識，有的學生因此喜歡上天文專業并考取了該專業的研究生。本文在多年的教學實踐基礎上，在教學內容、教學方法和教學手段、考核方式等方面總結了教學經驗，為非天文類的其他相關專業開設《天體力學》課程提供了參考。

參考文獻：

[1]易照華.天文動力學和天體力學[J].云南天文臺臺刊，2002，（3）：1-8.

[2]易照華.天體力學引論[M].北京：科學出版社，1978.

[3]易照華.天體力學基礎[M].南京：南京大學出版社，1993.

[4]孫義燧，周濟林.現代天體力學導論[M].北京：高等教育出版社，2008.

[5]張文昭，高健.STK衛星仿真軟件在天體力學教學中的應用[J].實驗技術與管理，2013，30（2）：118-121.

天文學的定義范文第3篇

50年前，天文學再次迎來了一次里程碑式的進展。33歲的加州理工學院教授施密特（Maarten Schmidt）使用當時世界上最大的望遠鏡——帕洛瑪天文臺的著名的200英寸（約合5米）海爾望遠鏡，測量了一個類似恒星的奇異天體的光譜，結果發現這顆“恒星”并非看起來那樣簡單。三年后，施密特的發現使他登上了著名的《時代周刊》的封面，盡管當時學術界對他和其他人的有關觀測結果依然百思不得其解。在那時，雖然人們尚未完全接受施密特的這一發現，但它將會為探索宇宙最遙遠的地帶開啟一扇大門。

尋找光學對應體

射電天文學的出現為類星體的發現鋪平了道路。第二次世界大戰中雷達的迅猛發展，導致星空中的自然射電源被偶然發現。在接下來的數十年間，射電天文望遠鏡觀測了很大一部分天空。但是要深入了解一個單顆射電源，通常首先需要找到其光學對應體，這是一項似易實難的任務。

直到上世紀70年代末，射電望遠鏡的觀測結果還相對地比較粗糙。在高精度相干觀測法出現以前，射電天文學家們只能粗略地測出一個射電源的位置。要想在一片看似普通的恒星和星系中識別出射電源的光學對應體是極為困難的，除非有一個明顯的異常光源正好和射電源的模糊位置相對應。

天文學家Cyril Hazard發明了一種巧妙的射電源定位方法——月掩星法。當月面從一個射電源前方經過時，它的信號就會被立即遮掩，這時其位置就在月面邊緣所處的一段弧線上。當該射電源在月面另一側重新出現，或者月面以稍有不同的路徑再次將其遮掩時，就能確定第二段弧線。這兩段弧線交點就是該射電源的準確位置。

Hazard及其同事使用位于澳大利亞的著名的帕克斯射電望遠鏡，觀測了射電源3C 273的的三次月掩星，3C 273代表《劍橋第三射電源表》上的第273個源，編號是以天置的赤經排序的。他們對這個射電源的定位精度達到了亞角秒量級（如需了解更多關于Hazard工作的信息，可登錄skypub. com/3c273）。后來的觀測顯示，它與兩個可見光源對應：3C 273 A看起來像是出自3C 273 B的一道纖細噴流，而后者則是一個相當明亮的13等天體，看上去像是一顆恒星。3C 373 B不同于其它照片中恒星的點狀外觀，看起來似乎被包裹在一團暗淡的模糊光斑中。

在帕洛瑪天文臺，施密特開始著手研究這些光學對應體的性質。獲取了射電源的準確位置后，他應用了天文學中最強大的分析工具——光譜。不過他拍攝的可見光光譜反而讓問題更復雜了。3C 273 B的光譜特征是完全陌生的，在人們預想的譜線位置上，居然是空白一片，什么也沒有。

不過幾周后，施密特發現，其實3C 273 B的光譜中有一組非常熟悉的譜線：氫原子光譜的巴耳末線系。不過它在光譜中紅移了16%。

一個學生最近提出一個問題，為什么3C 273的紅移沒有被立即發現？畢竟，這種形式的發射譜線與恒星形成區和行星狀星云的譜線相似。類似的譜線在賽弗特星系中也能看到，賽弗特星系是擁有明亮星系核的近距離旋渦星系，后來證明這種星系是類星體的“失敗”近親，在一定意義上說就是較暗弱的類星體。

要理解為什么說施密特的發現是一項偉大的成就，可以先看一下后文中的原始資料。Schmidt必須首先拍攝光譜，而在1963年，對光譜的解釋工作更像是一門技巧，而不是科學。將200英寸海爾望遠鏡獲取的光譜，與現代使用94英寸（約合2.4米）的Hiltner望遠鏡上的CCD探測器記錄的光譜相比較，微弱的低對比度特征在CCD光譜中立即可以被認出是發射線，而同樣的特征在攝影光譜中幾乎無法看出，即便高對比度的譜線也顯得十分彌散。

遙遠而明亮的天體

為什么這16%的紅移令人吃驚？

天文學家早已知道宇宙膨脹可以導致遙遠天體的光譜線發生紅移，結果就是越遙遠的天體看起來其退行速度就越快。甚至在上世紀60年代初期，天文學家們就已經發現了紅移高達20%的遙遠星系團，它們的紅移比3C 273更大。

不過這些星系團并沒有3C 373的超高亮度。越遙遠的天體看起來越暗弱，所以如果3C 373真的距離地球20億光年，那么它的亮度將至少是當時已知的最明亮星系的40倍。

此外，施密特在他的原始論文中認為，如果該類星體的噴流（3C 273 A）源于3C 273 B，那么它必須至少延伸16萬光年。即使它以光速運動，這一噴流要想達到當前的長度也至少要16萬年的時間；由于它的速度一定遠不及光速，因而所需時間甚至肯定更長。如果3C 273 B總是保持同一亮度，那么在這段時間內，它輻射出的總能量將會比1億顆超新星的能量更大。盡管如此，施密特依然堅持“最直接而至少可接受”的解釋，是3C 273的紅移是宇宙膨脹造成的。

但是，很多天文學家依然對它能夠在這樣長的時間內產生如此巨大的能量感到懷疑。尤其當觀察到個別類星體在數天內，而不是在數月或數年內就發生了亮度變化時，問題就變得更加復雜了。觀測結果顯示，某些天體居然在幾光天的空間范圍（差不多等于太陽系的大小）內，產生了和一個星系相當的光度。是什么在如此小的空間內制造了如此大的能量？

由于需要這么多的能量，有一些天文學家認為，類星體的紅移也許并不是宇宙膨脹造成的。他們提出，類星體的距離可能并沒有那么遙遠，也許它們就在本星系群附近。

當時有三種可選擇的理論允許假定類星于鄰近宇宙之中：

一、類星體可能是以接近光速運動的鄰近天體。

二、類星體的光可能發生了引力紅移，由于黑洞的巨大引力，它在逃離過程中損失了能量。

三、類星體的紅移現象可能是由于某種未知的“新物理學”造成的。

不過這三種可能答案都存在疑點。如果類星體以接近光速運動，那么按照相對論，藍移的類星體將比紅移的類星體更容易被探測到，不過至今沒有發現這種情況。這大大降低了類星體是鄰近天體的可能性。同時類星體的光被引力紅移的觀點會導致各種矛盾：發出這種發射線所需的大量低密度氣體必須存在于一個強引力場中，而這么強的引力場會將物質壓縮至無法形成發射線的極高密度。第三種解釋則純粹是一種猜想，沒有任何證據支持。

在施密特的發現以后，關于類星體紅移的論戰持續了15年，直到決定性證據出現，證實了類星體的確是非常遙遠的天體。1978年，Alan Stockton（夏威夷大學）證實，類星體處在具有相同紅移的普通星系之中，有時候其紅移量甚至比預期的更大。

更多的證據進一步證實了類星體的極遠距離：Dennis Walsh（焦德雷班克天文臺）領導的團隊證認出了第一個因前景星系而發生引力透鏡作用的類星體，這種現象只能在宇宙學距離的前提下才能解釋。而在1982年，Todd Boroson和John Beverly Oke（帕洛瑪天文臺）研究了另一個著名類星體3C 48周圍的模糊光斑，證實那是來自其宿主星系的星光。

類星體的能源

如果說類星體紅移是宇宙學性質的，那么就存在一個能量來源的問題。無論其能源是什么，它都必須能夠在一個太陽系大小的很小體積內釋放出巨大的能量。

幾位天體物理學家——蘇聯的Yakov Zel’dovich和Igor Novikov，康奈爾大學的Edwin Salpeter在1964年，英國劍橋大學的Donald Lynden-Bell在 1968年，分別獨立提出，唯一可行的解釋是氣體被吸積到數百萬倍太陽質量的巨大黑洞之中。盡管根據定義黑洞不能發光，不過當它吞食氣體時卻會變成強大的光源。當氣體盤旋落入巨大黑洞中時，會釋放出重力勢能，形成覆蓋整個電磁波譜的輻射。

到了1984年，劍橋大學的著名天文學家馬丁 ·里斯令人信服地指出，星系核的任何活動都不可避免地導致形成一個特大質量黑洞。盡管直接的觀測證據依然并不充分，但天文學家們開始傾向于接受特大質量黑洞的吸積活動是類星體能源的觀點，因為這種解釋是當時僅剩的最后一種可能。

有意思的是，證實特大質量黑洞存在的第一個有力證據并非來自類星體，而是它們看上去并不活躍的“同胞”。圍繞星系中心運轉的氣體和恒星證明，幾乎所有大型星系的中央都寄宿著特大質量黑洞。類星體與普通星系的唯一區別在于，它們的中心黑洞吞食物質的多少。

類星體的結構

多年來，天文學家逐漸梳理出了類星體的完整故事：這些奇異的天體如何演化，以及它們的真實面貌究竟如何。不過在回答這些問題之前，首先要找到更多的類星體。

最初，天文學家們用射電波區分類星體與普通恒星。類星體的射電波來自其明亮的噴流，這種噴流是從星系中心爆射而出，進入星系際空間中的。不過天文學家很快意識到，類星體的其它性質，例如其特殊的光譜、多變性以及X射線發射等，都可以將它們從附近的恒星中區別出來。在這個過程中，他們發現，相對容易被找到的“射電強”（現在活動星系核被分為“射電強”與“射電弱”兩類——編者注）的類星體其實只占全部數量的5%到10%。

到上世紀80年代初，各種觀測項目已經發現了數十萬個類星體，目標的距離也越來越遠。斯隆數字化巡天是一個覆蓋全天四分之一的自動觀測項目，它在過去8年間發現了超過12萬顆類星體。隨著類星體的統計數據越來越完備，完整的演化過程也最終被勾畫了出來。

目前的理論認為，在星系的形成時期，類星體就在星系核中開始成長，那時候宇宙的年齡只有數億年。30億年后，類星體的數量達到峰值。不過之后的數十億年里，由于特大質量黑洞逐漸耗盡了氣體供給，導致其晚年變得越來越平靜。

事實上，類星體可能是被自己破壞的：極高的自身光度將正在被吸積的氣體加熱到極高的溫度，甚至將其完全吹走。結果就是黑洞的物質供給不足，而在黑洞年輕時，卻因為這些燃料而有極高的亮度。曾在100億年前統治宇宙的類星體的全部遺骸，就是目前平靜地蟄伏于鄰近的大型星系中心的特大黑洞。

盡管目前沒有望遠鏡可以在如此遠的距離上直接拍攝到類星體的精細結構，不過50年來的研究已經找到了許多探索其真實面貌的間接方法。所有理論的基礎都一樣：那里有一個氣體吸積盤向特大質量黑洞提供物質。但是具體細節依然很難探究。

觀測顯示，一些類星體被一圈塵埃所包圍，特別是那些光度較低的類星體。塵埃環可能是吸積盤本身的延伸，也可能與吸積盤吹出的風有關。無論哪種情況，這些塵埃若要存在，就必須遠離吸積盤內部的強光和高熱。從赤道方向透過這層阻礙觀察類星體，與從垂直方向看到的不同——許多經常幫助我們識別類星體的重要特征，比如較寬的發射線，在垂直方向上都是看不到的。塵埃層可以幫助解釋類星體的種類變化。

天文學的定義范文第4篇

01火星甲烷

1976年7月20日，美國“海盜”號火星探測器登陸火星，它上面裝有美國科學家吉爾伯特·萊文設計的探測設備。科學 家一致認為，如果探測設備在火星土壤中探測到含有碳14的甲烷輻射，那么火星上就一定存在生命?！昂１I”號的探測結果讓人振奮：它從火星表面鏟出了一些混有碳14養分的土壤，這表明有某種火星生物攝取了土壤養分，消化后排出了含有碳14的甲烷氣體。但是，“海盜”號火星探測器上還裝著另一個探測有機分子的設備，該設備卻顯示火星上沒有任何生命信息。

美國航空航天局的科學家起初對萊文的探測儀器表示懷疑，認為它產生的數據也許是錯的。但美國航空航天局最新的探測結果顯示，在過去，火星表面幾乎是濕潤的，因此適合生命的存在。萊文說：“每次火星探測行動所得到的證據都在支持我的結論。沒有一項證據與我的結論相違背。”

美國南加利福尼亞大學的細胞生物學家喬·米勒對“海盜”號探測器獲得的數據進行重新分析后認為，排放物顯示出了某種生理節奏，這表明火星上極有可能存在生命。

02四中子

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2003年，法國的一個粒子加速器中檢測到了6個不應該存在的粒子，它們被稱為“四中子”：即4個中子以不符合物理學法則的方式結合在一起。利用法國卡昂的粒子加速器工作的弗朗西斯科·米蓋爾·馬庫斯和他的同事目前正在努力重復這一過程。如果成功，這徹底改寫物理學定律。

研究人員用鈹原子核撞擊碳原子，然后對射入粒子監測器中的殘核進行分析。他們原以為會看到4個獨立的中子撞到監測器上，結果只在一個方向上看到了一次閃光。這次閃光的能量表明，4個中子同時抵達了監測器。當然，他們的發現可能是一次偶然事件：4個中子恰好同時抵達同一個地點，但出現這種情況的可能性極低。

也許會有人說，這種可能性總比四中子的可能性要大，因為在粒子物理學的標準模型中，四中子不可能存在。如果允許4個中子結合在一起，會出現各種各樣的混亂局面。這就意味著大爆炸后的物質形態與我們今天所看到的物質形態是不一樣的。更糟糕的是，這種形態的物體很快就會變得過重，宇宙將難以承受。

但在這一推理中存在一個明顯的漏洞：目前的理論實際上是允許四中子存在的，不過只能在極為短暫的時間內存在。而且有其他證據，比如中子星支持多中子物質的存在。中子星是由大量中子聚合在一起形成的，這表明的確有一種無法解釋的力量在使中子們聚集到一起。

03“先驅者”號離奇失蹤

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美國“先驅者10”號太空探測器于1972年發射，“先驅者11”號太空探測器于1973年發射。如今兩個太空探測器都已永遠消失在浩渺的外太空。在它們與人類失去聯系前的最后時刻，科學家發現兩個太空探測器的運行軌道都背離了原先按萬有引力算出的軌道，可能有某種“神秘的力量”在推動或拉扯著這兩個探測器，從而導致它們加速飛行。盡管這一加速度非常小，卻足以使“先驅者10”號偏離原先的軌道40萬千米，“先驅者11”號也在1995年與地面失去聯系。沒人知道這是什么原因，一些可能的解釋，例如軟件錯誤、太陽風影響、燃料泄漏等都已被排除。

要弄清這個問題，有效的方法就是再向外太陽系發射一艘太空船，以探測那兒是否存在不同尋常的重力影響，不過費用高達3億至5億美元。

04柯伊伯峭壁

如果我們遨游到太陽系的最邊緣，到達冥王星外面的寒冷空間，將看到一種奇怪的現象：在穿越充滿了冰巖的柯伊伯帶后，太空中突然空無一物。

現在，天文學家已經發現了大約1000顆海王外天體。這些天體中，只有大約20顆的近日距在46天文單位（1天文單位=05冷聚變科學界關于冷聚變的定義是，如果將鈀電極浸入重水，就能釋放出大量能量。給電極加上電壓，將促使氘核移向鈀分子，使它們克服自然的斥力聚合到一起，并在瞬間釋放出巨大的能量。為了驗證核聚變能否在常溫下進行，美國專家在1989年至1999年的10年中進行了200多次實驗。2004年12月，在對各種證149597870700米）以上，但沒有一顆的近日距超過47天文單位。這種情況表明，存在一個邊界明顯的外邊緣。天文學家將這一分界線稱為柯伊伯峭壁。

是什么力量造成了這種現象？唯一的解釋似乎是存在第九顆行星。它應該是一顆和地球或火星同樣大小的星球，它的引力把這個地區的所有碎片一掃而光。但目前我們還沒有發現這樣的星球。

還有很多問題，比如，柯伊伯帶是扁平的，還是像一個巨大的面包圈？它是連續地分布在一個環狀區域，還是不連續地分布在兩個環中？這些問題都有待天文學家解答。

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05冷聚變

天文學的定義范文第5篇

    關鍵詞:公理化;幾何原本;西學中源;邏輯;傳播

    Abstract: In the late of Ming dynast and in the early of Qing dynast, much western scientific knowledge were introduced into China by missionaries, so the axiomatic method came to our country together. The axiomatic method really was useful to the development of modern science and technology, but then Chinese did not attach the importance on it. According the fact of then, we think there were three chief reasons. The first one is that the Chinese edition of Elements was very difficult to read, and the second one is the idea that all western knowledge originated from China belittle the axiomatic method, the third one is that no logic knowledge came with it then. These three reasons let the spread of axiomatic method stagnate for a long time.

    Key Words: Axiomatic method; Elements; the idea of all western knowledge originate from China; logic; spread

    一 引言

    明末清初,隨著大批西方傳教士航海東來,大量的西方科技文獻也傳入到了中國,特別是數學和天文,傳入的尤其多。由此,在西方社會盛行了多年,被當時的科學界奉為圭臬的專門用來系統地整理知識和研究知識的公理化方法也來到了中國。這種方法中國古代沒有,其簡便性、實用性和邏輯性為國人前所未聞,其在應用的過程中體現出來的條理性和嚴謹性等特點也很好的彌補了我國古代科學研究方法的不足。所以,這種方法傳入之后,本應受到極大的歡迎,并很快應用到我們的科學研究中去才對,但是,事實并非如此。公理化方法自從傳入之后,大約二百年的時間里,人們對其研究和應用很少,就是知道的也并不多,以至于其默默無聞了很久。為什么呢?關于這個問題的研究,顯然有助于我們理解當時西方科學技術在我國的傳播,對于弄清楚當時中西文化交流的很多問題具有重要的作用。另外,關于此問題,就目力所及尚無人深入研究,故本文擬就這個問題作一探討,以求教于各位專家。

    二 公理化方法東來

    1583年,以意大利人利瑪竇為首的西方傳教士首次進入中國大陸,開始在我國傳教。起初,他們的傳教工作并不順利,國人不信任他們。由此,他們開始轉變策略,給國人展示一些其從西方帶來的新奇物品,如地圖、日晷、星盤等,企圖以其高深的科技來吸引國人,喚起國人的對其教義的信任。實踐證明,此招果然奏效。其在當時不僅吸引了不少平民百姓,而且也吸引了不少高級知識分子,如王泮、瞿太素等人。瞿太素甚至還拜利瑪竇為師,成了利瑪竇的學生。瞿太素是明末禮部尚書瞿景淳的二公子,從小聰敏伶俐,但他卻忤逆孔孟,偏愛煉金等奇技巧[1]。他拜在利瑪竇門下,主要是為了學習西方科技。然而,當時的西方科技都是建立在西方流傳了近兩千年的歐氏幾何基礎上的。由此,學習之初,利瑪竇先給瞿太素講授了歐幾里德的《幾何原本》。在講授的過程中,瞿太素勤于筆記,細心整理,不久就寫出了一個《幾何原本》第一卷的漢文本[2]。這是歷史上《幾何原本》在我國的第一次漢譯。據研究,在這個漢文本里面有定義、有概念、有公理、也有命題和證明,基本上就是后來徐光啟翻譯的《幾何原本》第一卷的樣子[3]。由此,那個時候歐洲的公理化方法就開始傳入我國了。

    1599年利瑪竇到了南京,由于其前段時間不斷的宣揚西方科技,也由于他的學生瞿太素的游說和吹捧,其開始名聲大噪。這樣,來向利瑪竇求學的人多了起來。這其中有一個叫張養默的,他原本是當時著名的學者和醫生王肯堂的學生。王肯堂當時不住在南京,拜會利瑪竇不方便,于是其便派遣了他的一個弟子來向利瑪竇學習。張養默聰敏努力,利瑪竇非常喜歡他,給他講授了不少西方科技知識,當然也包括歐氏幾何知識[4]。據載,張養默自己曾印刷了《幾何原本》第一卷。由此我們看出,在南京西方公理化方法又一次得到了傳播。

    1601年,利瑪竇到了北京,結識了李之藻等一批官員和知識分子,隨與他們經常探討西方天文、地理和數學等。據載,當時利瑪竇經常參考的書籍是其在羅馬學院時期的老師克拉維烏斯神父的新書《論星盤》[5]。這是一本介紹天文儀器的書,主要講述了如何制作星盤。但其在闡述的時候,完全采納了公理化方法,是按照《幾何原本》的形式寫成的[6]。并且沒過多久,利瑪竇還在多種西方文獻的基礎上寫成了《天主實義》一書,宣傳了天主教的旨義,用西方邏輯清晰地論證了上帝的存在[7]。所以,利瑪竇甫到北京即把公理化方法也傳播到了那里。

    1604年,徐光啟來到北京,不久即結識了利瑪竇。隨后他們共同探討各種學問。那個時候徐光啟已經入教,所以,其深知利瑪竇來京的實義。1606年徐光啟建議利瑪竇還是通過翻譯一些西方科技文獻來實現傳教目的更為有利。于是他們開始翻譯《幾何原本》。之所以翻譯《幾何原本》,利瑪竇曾說:“中國人最喜歡的莫過于關于歐幾里德的《幾何原本》一書。原因或許是沒有人比中國人更重視數學了,雖然他們的教學方法與我們的不同;他們提出了各種各樣的命題,卻都沒有證明。這樣一種體系的結果是任何人都可以在數學上隨意馳騁自己最狂誕的想象力而不必提供確切的證明。歐幾里德則與之相反,其中承認某種不同的東西,亦即:命題是依序提出的,而且如此確切地加以證明,即使是最固執的人也無法否認它們。”[8]由此,一開始,利氏就有傳入公理化方法的心意。

    到了1607年5月間,他們順利的翻譯成功了《幾何原本》前六卷。這六卷本的《幾何原本》是我國首次對西方數學較為系統的探討和介紹。其全面包含了歐幾里德《幾何原本》中為建立公理化方法而給出的概念、定義、公理、公設等。對于正文中給出的命題,完全采用西方邏輯給出了嚴格論證,完全使用了原來的排列順序。前六卷雖然只是平面幾何知識,但在公理化的組織下,近180個命題已經成為了一個緊密和嚴謹的網絡。所以,《幾何原本》前六卷的翻譯成功,標志著公理化方法正式在中國著陸了。

    徐光啟對于《幾何原本》中使用的這種特殊的方法,以及這種方法在使用過程中表現出來的優越性應該說是很有感觸的。他在幾何原本雜議中說:“此書有四不必:不必疑,不必揣,不必試,不必改。有四不可得:欲脫之不可得,欲駁之不可得,欲減之不可得,欲前后更置之不可得。”[9]由此看見徐光啟對公理化方法的推崇之意。

    在徐光啟和利瑪竇的推崇下,公理化方法在當時也還是很有影響的。比如,在此后李之藻刻印的《渾蓋通憲圖說》、《圓容較義》、《同文算指》中和徐光啟編著的《測量異同》、《勾股義》、《簡平儀說》中,以及孫元化寫成的《泰西算要》、《幾何體論》、《幾何用法》等書中經常看到公理化方法使用的影子的。當時的學者——有的甚至不是天主教徒,如著名學者葉向高,也很喜愛《幾何原本》?？墒?自此以后,誰也沒料到,公理化方法就逐漸地沒落起來。從徐光啟以后的二百多年里,遍覽當時國人撰寫的科學和數學著作,除了數學證明被保留了下來,其它的一些公理化的做法幾乎都遺失殆盡。盡管后來又有《崇禎歷書》的編寫和《西洋新法歷書》的實施等活動再次傳入公理化方法——給公理化方法的傳播注入強心劑,但這些都似乎于事無補。這樣的局面一直延續到清朝的中后期。

    公理化方法是近代西方科學技術發展過程中的一種非常重要的方法,它的理解和應用與否將直接影響到由其組織起來的科學知識。所以,弄清楚公理化方法在中國開始受零落的原因,可以更好地理解那個時代國人是如何學習和理解西方科技知識的,從而對那段歷史有一個更深刻的把握,下面我們就對這個問題進行分析。

    三 影響公理化方法在我國傳播的原因

    明末清初是一個政權交接、朝代更替的時期,此時即有政黨之間的斗爭,也有學術派別之間的論辯,還有不同民族不同宗教不同文化之間的各種碰撞和紛爭等。所以,仔細分析起來,影響公理化方法在我國傳播的因素應當是很多的。不過,從當時科學研究的環境和狀況出發,這其中對公理化方法的傳播有直接影響的和重大影響的,我們認為主要還是以下幾個:

    1.漢譯《幾何原本》的生澀難讀阻礙了公理化方法的早期傳播

    在公理化方法傳入的過程中,我們看到,雖然也有其它的書籍帶入了公理化方法,但是,在早期關于公理化方法的描述、介紹以及應用最好的、最深入的還是徐光啟與利瑪竇共同翻譯的《幾何原本》。當時,對公理化方法比較了解的人,如徐光啟、李之藻、孫元化等人,都是通過學習和研究《幾何原本》來達到目的的。利瑪竇在介紹天文學和其它知識的時候也間或有公理化方法的輸入,但由于都沒有《幾何原本》講解的清楚和深入,也都未有引起人們的廣泛重視。

    但是,利瑪竇和徐光啟翻譯的《幾何原本》是一本什么樣的書呢?雖然,關于《幾何原本》翻譯,利瑪竇曾高度贊揚過徐光啟,說他學習不久就能用清晰優美的中文來寫他學到的一切了[10]。后來,梁啟超也曾說他們二人翻譯的《幾何原本》是:“字字精金美玉,為千古不朽之作?！盵11]但是,考慮到利瑪竇是外國人,并不熟悉中文,梁啟超作為文學家未必通讀過《幾何原本》,他們的這些溢美之詞,未必可信。真實的情況是怎樣的呢?

    在幾何原本雜議中,徐光啟說:“(此書)有三至三能:似至晦實至明,故能以其明明他物之至晦;似至繁實至簡,故能以其簡簡他物之至繁;似至難實至易,故能以其易易他物之至難?！谐跤[此書者,疑奧深難通,仍謂余當顯其文句。余對之:度數之理,本無隱奧,至于文句,則爾日推敲再四,顯明極矣。尚未及留意,望之似奧深焉,譬行重山中,四望無路,及行到彼,蹊經歷然?！盵12]

    清朝初年,康熙皇帝請法國傳教士張誠、白晉講授西方數學,他們二人翻譯了另外一套《幾何原本》。在這一套的序言中他們說:“《幾何原本》(利瑪竇著,因文法不明,后生難解,故另譯)乃度數萬物之根本……”[13]當時的大數學家梅文鼎也曾說:“(幾何原本)行文古奧而峭險,學者多畏之。”[14]

    由此看出,利瑪竇和徐光啟翻譯的《幾何原本》實際上并非是一部容易讀的著作。這一點徐光啟本人也清楚。其不僅內容深奧,而且語言和行文都存在著不少問題。再加上,他們二人在翻譯的時候創造了不少新名詞,如幾何、三邊形、對角線、鈍角、圜(圓)、半圜、斜方形(菱形)、比制(比)、同理之比例(比例)等等。所以,其生澀難讀、難于理解應當是在當時給人們的較為普遍的印象。

    其生澀難度,自然就給人們對它的學習和研究設置了一道艱難的障礙。人們既然連其內容都不能很好的理解,那何談能了解隱藏在其后的公理化方法呢?顯然是不能的。所以,我們認為明末漢譯本《幾何原本》的難于讓人們理解和學習是影響公理化方法早期傳播的直接原因和主要原因。

    2.“西學中源”說限制了公理化方法在清初時期的傳播

    1634年,在徐光啟的領導下,總冊數為一百三十七卷的煌煌巨著《崇禎歷書》編纂完成。當時盡管由于多種原因,其沒有施行,但其一部分還是刊印了出來,并流傳到社會上,引起了很多反響。到了十年后,明朝滅亡清朝建立,湯若望精簡部分內容,改《崇禎歷書》為《西洋新法歷書》,并得到多爾滾的支持得以實施,此書的影響就更大了。此書是西方傳教士參考了西方多種書籍,按照西方科學的組織方法編寫而成的,大量采用了公理化的方法。而此時,也出現了一些比較有成就的數學家和天文學家,如黃宗羲、黃百家、薛鳳祚、王錫闡、李子金、方中通、梅文鼎、梅玨成等。他們幾乎都研究過《幾何原本》,有的還寫出了相關的著作,如李子金曾著有《幾何易簡集》,梅文鼎曾著有《幾何補編》、《幾何通解》等。同時,此時的康熙皇帝也非常喜愛西方數學,曾命法國傳教士張誠和白晉重新翻譯《幾何原本》等。由此,此時本也是公理化方法在我國廣泛傳播的大好時機,可是也未能如愿以嘗。原因是此時興起了“西學中源”說,并很長一段時間在學界占據著上風。

    “西學中源”之說,發端于明朝末年的學者黃宗羲和方以智,后來,清初的天文學家、數學家王錫闡、梅文鼎和阮元也加入進來,支持這種學說。還有當時的康熙皇帝也欣賞這種學說,提倡這種做法。這樣,在當時學界就逐漸形成了一股強烈的貶低西方科學的先進性,極力推崇祖國傳統技術優越性的潮流。這股潮流如此之強烈,竟使當時的湯若望、南懷仁等傳教士面對著自己寫的作品都不敢承認這是從西方來的。這股潮流興起之初,還有“西方科技發源東方,東西先人共同研究”的意思,及至后來全然就是“西方科技盜取東方”的說法了。這樣,就極大的影響了當時的人們對西方科學技術的認識。人們開始逐漸地對于西方科學技術中的先進的東西充耳不聞,對于他們的書籍中有的而我們的文獻中沒有的東西不屑一顧,開始認為什么都是我們老祖宗的好。比如,對于科學研究中的論證說理這種做法,我們明顯地缺乏,這是公論,本來是應當向西方好好學習的,可是王錫闡竟也認為無所謂,他說:“好學深思者,自能力索而得知也?！盵15]

    論證說理是公理化方法的重要組成部分,在公理化方法的應用中,論證說理給人們的感受最為深刻,也常被認為是最實用的。我國當時的學者連這個都屏蔽掉了,何談對其相關全部知識的了解和研究?論證說理需要推理和概念,而推理和概念的建立需要形式邏輯等。由此,對論證說理感興趣,對其深入研究才能導致對公理化方法的全面學習和研究,對于公理化方法全面研究了才能知道其特點和優越性,才能推廣和應用。

    所以,我們在那時的科學家的著作中看不到公理化方法采用的影子。就是在對《幾何原本》曾有過深入研究的大數學家梅文鼎的科學著作中也沒有采用定義、公理、公論等來組織其討論過的全部知識的現象。在其著作中,雖然有的有命題和論證,但是多數沒有用概念、定義、公理等,更沒有使用這些組織起來的系統。有的甚至連概念、定義和公理都沒有,直接就是命題和解。這顯然還是中國古代傳統的組織知識和研究知識的方法。由此,我們認為,明末清初的“西學中源”說在公理化方法早期不被人理解的基礎上,又給其潑了一頭涼水。其對公理化方法的忽視和貶低,直接打消了公理化方法傳播的希望,由此致使其在那個時期傳播和應用的停滯與沒落。

    3.公理化方法傳入的不完整是導致其影響不大的根本原因

    從前面公理化傳播的過程我們看出,當時傳入公理化方法的途徑不僅只是有數學,而且還有天文學、水利學等,載體很多。但是,這其中有一點是相同的,即是當時公理化方法的傳播并非是作為一種被人們特別關注的知識傳進來的,而是作為傳入歐氏幾何和天文學等知識的幫手順便捎帶進來的。這樣就造成公理化方法在當時的一個明顯的特點是——即是不完整,缺乏必要理論基礎。

    公理化方法產生在古希臘時期,它的成功不是短時間內爆發的,而是也經歷了一段相當長時間,包含了許多先賢們的心血。首先是愛奧尼亞學派的泰勒斯把邏輯引進數學創造了證明,然后是偉大的數學家畢得哥拉斯在數學中廣泛地驗證了這種證明的合理性,再然后是偉大的哲學家亞里士多德就邏輯推理建立了相應的規則,最后才是歐幾里德將其合理綜合、概括和應用,使之成熟并彰顯于世。[16]由此我們看出,公理化方法有著深厚的歷史,也有著廣泛的理論基礎。它最根本的基礎就是形式邏輯。另外,根據現在方法論專家的研究,公理化方法在使用的時候,還必須堅持定義和定理選擇的基礎性、最少性、相容性和封閉性等,還必須堅持在各命題推理的過程中有嚴謹性和邏輯性等。[17]其實,其規則是很多的。

    可是,回顧當時公理化方法的傳入,當時的傳教士和有志賢士只是傳入了進來公理化方法的使用,但對于其基礎是什么?在使用的時候堅持哪些原則?具體使用的步驟和過程又是怎樣的?等等,一系列問題一概不管,未作任何的說明和解釋。比如,在傳入公理化方法最全面也最深入的《幾何原本》中。其雖然給出了概念、定義、公理和證明等,但是,至于什么是概念?什么是定義?公理又是什么意思?證明需要遵循哪些原則和要求等等,這些都未給出解釋。[18]《幾何原本》在當時有兩個版本,一個是利瑪竇和徐光啟翻譯的歐幾里德版本,一個是張誠和白晉翻譯的巴蒂版本。后一個版本是一個足本,但同樣也沒有解釋。不僅數學著作沒有,就是在天文學和其它科學著作中也不曾有過關于上述內容的說明。這樣在當時就難免使國人不理解公理化方法真正的含義了。不理解其真正的含義,自然也就無法重視它,無法學習研究它,也就無法將其推廣開來和應用到自己的科學研究中去了。所以,當時關于公理化方法知識傳入的不完整和不系統性是造成公理化方法影響較小的一個重要原因。并且這個原因不是外來的,是公理化方法自身帶來的,所以是內因,是導致其影響不大的根本原因。

    至于到了1627年,李之藻和付汛際寫成了《明理探》,將亞里士多德的邏輯學傳了進來。[19]1683年,南懷仁又集合其它傳教士的邏輯與科學工作寫成《窮理學》,并獻給康熙,說“窮理學為百學之門”,極力傳播西方邏輯學。[20]可惜那個時候的人們更多的是關注西方來的科學知識,還有那時“西學中源”說已經大行其道,所以,當時沒有人注意到這里的邏輯學和幾何原本中表現出來的公理化方法之間的密切關系,沒有人對此進行過深入的探討,因而,其也就沒有對公理化的傳播產生什么影響。

    四 結語

    明朝清初,西方傳教士傳入了大量的西方科技,同時也帶來了在西方的流行了近兩千年的公理化方法。這種方法是我國沒有的也是對于現代科技的發展有著重要作用的,本應受到我國學者的歡迎和廣泛使用,但事實并非如此。在利瑪竇和徐光啟等人傳入公理化方法之后,不僅沒有多少人使用,研究的也很少,致使公理化方法在當時影響很小。這其中的原因固然有很多,但我們認為有三個原因是主要的。一、利瑪竇和徐光啟翻譯的《幾何原本》生澀難讀影響了其早期的傳播;二、后來《西洋新法歷書》的實施,本來是公理化方法崛起的好機會,卻又趕上“西學中源”說的盛行,阻礙了其在清朝初期的傳播;三、回顧公理化方法傳播的歷程,其實公理化方法從一開始輸入我國,就是不完備的,缺少很多相關的內容,特別是邏輯基礎,這是造成公理化方法本身不強大不突出,從而也沒有比較大的影響的根本原因。由此,我們認為,公理化方法在當時被動的處境主要是有內因和外因兩個方面引起的,特別是內因。其自己不完備,別人就無從了解、研究和使用了。這給我們現在學習西方經驗的啟示是:我們引入一種技術和方法,應盡力將相應的知識基礎也帶進來,使我們的學習者對其有一個全面的了解,這樣才能更好的使用它們,其也才能發揮最大的作用。

    參考文獻

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