[编者按] 刘林老师是南京大学天文系的副教授。他自1959年大学毕业以来，二十多年一直从事天体力学中有关摄动理论的研究，成绩显著。1974年他编写了“人造卫星运动理论”一书，并发表了有关论文20多篇，受到国内天文界的瞩目，其中一些研究成果已为国内一些部门所采用。为此本刊特地采访了他。现报道如下：

记者：刘林老师，在天文学中你是研究天体力学方面的，请你谈谈这方面的情况。

刘林：天体力学是研究天体运动和形状的一门学科，这是天文学中一个比较老的分支。开始主要研究太阳系内的天体，包括大行星、月亮以及小行星、彗星等，后来逐渐推向太阳系以外的星团、星系等，总起来说是研究它们运动和形状的。

十七世纪末，牛顿万有引力定律出现以后，天体力学就正式诞生了，它的基础是牛顿万有引力定律。尽管近代相对论和其他引力理论有很大的发展，但在整个天体力学研究范畴里的影响不是那么明显，仍然没有能动摇牛顿万有引力定律的基础地位，所以直到现在，天体力学还是以万有引力定律作为它的基础。

整个天体力学的发展基本上分三个时期：1. 奠基时期，从1687年到十九世纪中期，这个时候主要是刚刚形成、逐步完善阶段。它是真正作为动力学用数学方法来解决力学问题，并在牛顿万有引力定律和三大运动定律基础上正式奠定了这门学科。这个时期主要以研究太阳系的大行星和月球为主。建立了天体力学的分析方法。2. 发展时期，从十九世纪中期到二十世纪五十年代，这一时期大量的数学理论应用到天体力学中来，推动了天体力学的发展。在这一时期，除对分析方法继续改进外，又出现了定性方法和数值方法。特别是定性方法，法国数学家庞加莱建立了天体力学的定性理论。天体力学涉及到一些运动方程，求解比较困难，以前主要用一些近似的分析方法去解方程，它的任务是运用运动理论来确定大体的位置，也就是确定天体运动随时间的变化规律。由于解方程很困难，所以自庞加莱以来，引进了一些新的方法，它不去解方程而是从方程本身研究天体在长时期的运动状态和运动的全局性质，这就称为定性理论。它主要研究天体问题，如俘获和逃逸问题，碰撞问题，稳定性问题等，这对研究太阳系的演化也是有意义的。虽然在这个时期，定性方法只是作为分析方法的补充，但它还是推动了天体力学的发展，使得天体力学开拓了新领域。3. 新时期，从五十年代以后一直到现在，主要是大型高速电子计算机和各种人造天体的发射这二项科学技术成就使天体力学进入了一个新时期。同时，由于数学的发展，近二十年来也促使天体力学定性理论有了较快的发展。人造卫星上天以后，接着出现了各种各样的人造天体，主要是人造卫星，另外还有人造行星、星际探索器等，这就扩大了天体力学的研究内容和研究对象。而计算机的出现又为天体力学的研究工作提供了新的计算手段。在电子计算机出现以前，由于计算工作量巨大，很多工作无法开展。而有了电子计算机之后，就有可能进行。计算机的出现不仅仅可作为数值运算，还可以作一些逻辑推理（即公式推导），这样不仅使得数值方法有了迅速的发展，同时也使得天体力学的分析方法有了新的进展。关于人造天体运动的研究，又形成了一个新的分支，称为天文动力学，它已经超出了传统的天体力学范畴。以上说的就是天体力学发展的三个时期。

记者：那么，天体力学有哪些重大课题呢？

刘：1. 摄动理论。这是经典天体力学的主要内容，它用分析方法研究各类天体的受摄运动，求出运动天体的足够精确的空间坐标或轨道要素。上面我讲的三个时期，前二个时期研究的主要是摄动理论。随着观测技术和生产的发展对分析方法的要求也愈来愈高。如近代雷达、多普勒、激光的出现，其中激光测天体距离精度相当高，用激光测卫星和测月球的距离，精度可达几厘米，因此尽管观测技术、精度提高，如果理论方法跟不上的话，得到的观测资料是没有用的，甚至使得很多问题得不出结论。因此这些新技术的发展，也要求和促进了分析方法的发展。

2. 天体力学的定性理论。它不是研究天体在某个时刻具体位置的定量方法，而主要包括二个方面：

① 研究运动方程中奇点附近的运动特征，如两个天体很接近时可能发生碰撞，那么就要去研究它们碰撞前后的动态；或者当天体接近时，产生一些轨道的激烈变化，这就可能出现俘获问题（即系统外的一个天体被该系统俘获，变成它的一个成员。），或者交换问题（即在一个天体被俘获的同时，该系统亦有一个天体逃离出去。）。这些和太阳系的动力演化有密切关系。② 研究一个系统（三体或多体）长时间（或时间趋于无穷）的运动形态，如太阳系到底稳定不稳定；当时间足够长时，太阳系是否会瓦解？有的把这个称为系统的稳定性。另外，还研究系统内各天体的运动区域等问题。③ 研究一些特殊轨道的存在性、可稳定性，如周期轨道等。上述研究并不需要定出某个时刻天体的具体位置，这种研究内容和方法称之为定性理论。从地球发射一个月球探测器到月球附近，可能原来相对月球来讲它是双曲线轨道，到了月球附近后，由于月球引力很大，会不会使轨道变成椭圆绕着月球运动呢？如果是这样的话就可以说被月球俘获了。所以定性理论的研究也是有其现实意义的。

3. 数值方法。前面介绍的摄动理论，是以分析形式来给出运动解的。但实际使用中往往会遇到一些困难，如摄动解的项数很多，使用起来很不方便。因此，另一类定量研究天体运动解的数值方法就显出它的重要性了，特别是近年来，电子计算技术的迅速发展，为数值方法开辟了更广阔的前景。并且还可以在机器上进行公式推导，使得数值方法和分析方法可以结合起来，应用更广。数值方法不仅能够具体算出天体的位置，而且还可以作为定性方法的工具，用数值方法可算出一些具体结果，为定性方法提供一些信息，甚至是一些很重要的信息。

4. 还有一些已延伸到其他学科的课题，如五十年代以后形成的人造卫星运动理论，天文动力学（或称星际航行动力学）。其研究对象是人造天体。人造天体和自然天体在很多方面并不一样，如太阳系的大行星，它们的运行轨道有一个特征，即轨道倾角都很小，基本上与太阳在一个平面内，这给天体力学研究带来很多方便；而人造天体却不一样，因为它是根据人的要求来发射的，倾角多种多样，有接近地球赤道面的通讯卫星，其倾角约为0°；有气象卫星、导航卫星，基本上绕地球两极转动，倾角在90°附近。所以人造天体参数各种各样，给研究带来了很多麻烦。另外，人造卫星与自然天体所处的环境也不一样。大行星主要受万有引力的作用，而人造卫星在地球附近运动，涉及到的力学因素比自然天体要复杂，除了引力外，还有耗散力、间断力等。而且人造卫星运动之快，轨道变化之迅速，也是在自然天体中未遇到的。这就使得对它的研究必须采用一些新方法。同时人造卫星运动理论的研究与国防、经济建设等有直接的关系。人造卫星的发射本身就是为国防和国民经济服务的，如资源、导航、通讯、气象卫星都是直接与生产有关的，所以也使得天体力学和国民经济关系愈来愈密切了。因此，人造卫星运动理论已成为当代天体力学研究的一大课题。

6. 与天体物理和邻近天文学科相结合，如越出太阳系，研究双星、星团的运动和星系演化等。目前这一领域也在发展。过去天体力学主要研究太阳系的大行星、月球、小行星和彗星的运动，背景较简单。而现在背景在扩大。过去主要是质点模型，而现在要涉及到非质点，甚至要考虑两个天体之间的物质交换，而且还有物理过程。这使得天体力学与天体物理两大学科之间出现交叉和渗透的现象。目前把这一领域的研究称为动力天文学。近来，从事天体力学和天体物理的人们正在共同探讨这样一些问题。我们也在和国内外的有关专家协作，探索这一方向。两者的结合就会提出一些新的课题，它有可能推动天体力学的发展。

除此以外，还有一些研究课题，如历书天文学，就是利用天体力学理论和方法，具体编算天文历表（如天文年历）。它是我国天体力学中的一项重要工作，航海、航空和我国时间系统各个部门离不开它，目前世界上能够完全独立地开展这项工作的国家并不多。以上所讲的就是近代天体力学的一些主要研究课题。

记者：那么谈谈我国的情况。

刘：我国过去搞天体力学的人较少，解放前主要是紫金山天文台的张珏哲教授。天体力学研究工作解放后才正式开展起来。目前我国天体力学研究主要在两个大的方面：1. 人造卫星运动理论及其应用研究。这在科学院甚至高等学校的有关系科占了较大比重，还有部队，他们主要搞军用卫星，为国防服务。而科学院及高校以搞理论课题及其应用为主。目前人造卫星运动理论的研究已发展到逐渐利用来研究天文地球动力学，就是用卫星的轨道变化反过来研究地球结构。这是目前在天文学中开展的一项重要工作。2. 天体力学的理论研究主要对象是自然天体。这方面我国有以下几个特点：① 小行星和历算工作开展较早，时间较长，目前我国自己能独立编制天文年历。还发现了新的小行星。② 摄动理论研究，我国开展较好，有相当好的基础。目前正在形成我国自己的体系。③ 定性理论的研究，以高等学校为主，近年来有较快的发展。我国目前的研究状况简单来说就是这些。

由于我国真正专门从事天体力学研究的人并不多，因此一些国外开展的课题我们还没有很好地开展起来。近年来，正在逐步开展一些过去没有开展而又比较重要的课题。我相信，随着天文科学研究的不断深入，我国在天体力学方面的研究也会取得新的成绩。

（本刊记者：蒋平）