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伽利略和《星空报告》

 陈农 2016-11-18

 果壳 / 学术八卦小组 / 稷下狂生 / 2016-11-09 ——

伽利略和《星空报告》 

 

对于人类而言,夜晚无疑是充满着恐惧和不安的。而亘古以来,给漫长的黑夜带来光明与希望的,则是你我头顶上广袤而深邃的浩瀚星空。我们无从得知是谁、在什么时候、带着怎么的心情,第一个让漫天繁星倒映在欣赏和观察的瞳仁里。不过,1609年伽利略?伽利莱第一次把望远镜指向夜空时,他到底是怀着怎样的心情、有怎样的感悟、看到了怎样的景象,我们仍有幸可以从他的报告中略窥一二。今天就来八一八伽利略和他的天体观测记录。

提起伽利略的著作,最重要的当属《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》以及《论两种新科学及其数学演化》这两部晚期的对话集。然而论名气,恐怕还数早年写就的《星空报告》要略胜一筹。
很多科学史的著作都将伽利略视为第一个将望远镜指向星空的人——或则退一步讲,也是第一个留下用望远镜观测星空的记录的人——,然而这些科学史的作者,显然低估了人类对星空的无尽好奇。在清贫的伽利略亲手为自己磨制望远镜镜片的时候,多金的神秘英国绅士托马斯?哈利奥特(Thomas Harriot)就已经透过这个荷兰人发明的新奇玩物[欣赏过夜空,并绘制出了非常精致的月球观测图。不过2009年的时候,为了纪念伽利略用望远镜观星400周年,这一年还是被定为了国际天文年。

2009年google的纪念logo

11区2009年发售的复刻版伽利略望远镜,价格喜人,仍然被抢购一空

手稿中对望远镜原理及制作方法的描述
无论是否能享有“第一次”的荣冠,伽利略《星空报告》的重要意义与价值都毋庸置疑。在个人层面上,《星空报告》连同伽利略亲手制作的望远镜,不但给他带来了巨大的声望,让他获得了加薪,还帮助他在翌年(1610年)被美第奇家族的第四代托斯卡纳大公——科西莫二世——任命为首席数学家兼哲学家,从此傍上了人生中最粗的一条大腿。
在学术影响上,这本初版足足发行了550本的“超级畅销书”(在17世纪,这着实是个了不起的数字)早早被抢购一空,不但推动了天文观测的发展,也引发了当时哲学界的大辩论。其一,是详细记载了望远镜的制作方法,并解释了望远镜的光学原理——因此,伽利略使用的这种直筒式的望远镜除了被称为“荷兰式”,也会被称为“伽利略式”。其二,是为银河、星团、星云实际形态的争论提供了强有力的证据。其三,是揭示了月球表面的真实样貌,使得更多人开始质疑月球是否为“第五元素”以太所构成的。而最为卓越的,无疑是第一次发现了行星也有卫星,为哥白尼的日心说提供了强有力的支持。

这本书的初版的封面是这样的:

           字号最大的三个名词分别是“星空报告”(SIDEREVS NVNCIVS)“伽利略 伽利莱”
和“美第奇星”(MEDICEA SIDERA)。于是简单翻译一下就是:
  • 重要的,向您揭示令人叹为观止之景色,让所有人耳目一新,诉说真相的星空报告
  • 帕多瓦公立数学院哲学家兼天文学家,佛罗伦萨贵族伽利略伽利莱
  • 书中记录了作者通过其最近设计的望远镜观察的,月球表面、无数的恒星、银河、星云,以及特别是具有不同间隔与周期,以惊人速度围绕木星旋转的四颗行星,即迄今为止无人知晓,由作者首先发现并命名的美第奇星

这种高调作风,完全跟今天书店里摆的畅销书一样拉眼球。不过,今天书店中陈列的书籍花哨的封面是为了吸引一般读者的注意,而当时在封面上对作品大肆宣传的作家们,恐怕主要想吸引的,还是“恩主”的注意。

“美第奇星”

如果要问《星空报告》里面,最重要的发现是什么,那毫无疑问就是木星的四颗卫星。伽利略在书中详尽记录了两个月间四颗卫星与木星相对位置的变化(因为木星的遮挡,很多日子只能看见3颗甚至2颗),推导出这几颗星星并非恒星,而是四颗环绕木星运转的卫星,并大张旗鼓地将其命名为“美第奇星”。

伽利略在书籍的序言里就慷慨激昂地向他曾经的学生,美第奇家族的托斯卡纳大公表示:卓越的人要用最般配其德行的方式向后世彰显自己的存在。最普通的方式,是金属铸就的铜像,或是金字塔这样大理石搭成的建筑。高一档的,是将自己的伟绩寄托于众口相传诗歌。而最卓越的人,则应该超越人类的英智,凌驾于自然与岁月的消蚀,将自己的名字镌刻在天空。如同朱庇特(木星)玛尔斯(火星)或是海格力斯(希腊神话中是赫拉克勒斯,猎户座)一样永明夜空,跻身奥古斯都和凯撒的行列。而发现了木星四颗卫星的伽利略,则“非常荣幸”地将这四颗星星,命名为“美第奇星”。正如前面提及的,此书出版的翌年,伽利略就在托斯卡纳大公手下谋得了一份好差事。至于任命的原因,是因为大公怀念起当年接受伽利略教导的时光,心醉伽利略盖世的才华,还是感激“美第奇星”的命名,我就不得而知了。

然而,诸位想必大都没听说过“美第奇星”:因为天文学界一直对这个命名不怎么感冒,没有予以承认。通常,我们出于方便起见,仍然会将四颗星按照轨道顺序,简单地称为木卫一木卫二木卫三木卫四(Jupiter Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ)。而同时代人西门马里乌斯提议的命名系统,则在沉寂了300年后得到承认。众所周知,木星朱庇特是罗马神话中最至高无上的神,相当于希腊神话中的宙斯。于是,马里乌斯用了四个与宙斯有过暧昧关系的神话人物,来命名这四颗围绕众神之王旋转的卫星。除了木卫三以外,三位都是女性,分别是伊娥(Io)欧罗巴(Europa)和卡利斯托(Callisto),而木卫三则是众神之王喜爱的男孩子,盖尼米德(Ganymede,伽倪墨得斯)。

月球观察

伽利略对银河星团星云的观察,并没有什么值得大书特书的地方。毕竟,只要使用了高倍率的望远镜,自然就可以观察到,银河并不是“雾”云云,而是无数的恒星。然而,伽利略对月球的观察,则向读者展示了他惊人的洞察力和严谨的逻辑推理能力。

其一,是月球阴暗部分的微弱亮光,是源于地球反射的太阳光这一论证。伽利略通过严谨的推理,驳斥了“月球发光说”,“月球透光说”,“金星光源说”等等当时流行的解释,尖锐地指出,除了源于地球反射的太阳光,并无其他合理的解释。

其二,则是通过几何学的计算和分析,指出月球上的山峰不但相对尺度上非常之高,在绝对尺度上,月球表面上的高峰比起地球上的高峰也有过之而无不及。伽利略首先指出,在观测月球的时候黑暗的半球有时也会出现一些亮点,而这些亮点应该是月球上山峰的山顶反射的太阳光。然后,根据亮点与月面晨昏线之间的距离,伽利略估算出他观察到的一座山峰,高度应该超过月球半径的千分之四(伽利略书中使用的是古意大利单位,地球直径7000,月球直径1000,于是山峰高度至少为4)。然后指出,在地球上,并没有这样高的山峰。

题外话:关于Sidereus Nuncius这本书的书名

这本书手稿时期的书名,与书籍正文部分的标题一样,是“天文学报告(astronomius Nuncius)”。因为大部分英译本(例如Sidereal Messenger / Starry Messenger)及法译本(例如Le messager c?leste)都翻译为了“信使”,所以以英文翻译为底本译出的中文版也将此书翻译为《星际信使》。而意大利语译本则更加忠诚于拉丁文原本,译作“星空报告(Avisso sidereo)”。日本早期也将此书称为“星界の使者”,然而以拉丁文为底本出版的正式翻译中,译者将此书改称为“星界の報告”并沿用至今。日译本译者薮内清在译本中详细解释了更变译名的原因,本文也依据日译本译者的考证,将此书称为《星空报告》。另外有资料记载,本书出版后仅仅5年,就被传教士翻译成了中文,然而我并没有查到当时中译本的名字,如果有发现我会补充进来。


[注] 其实早在16世纪甚至更早以前,就有不少文献记录暗示了将透镜组合后可以拉近成像,因此追溯望远镜的真正发案者实非易事。不过1608年荷兰米尔德堡的汉斯?利普西(Hans Lippershey)和阿尔克马尔的雅各布?美提乌斯(Jacob Metius)先后分别向荷兰当局申请了望远镜的专利,可以视为望远镜普及的标志性事件。也正是在这一时期,望远镜因为其在军事上的重大潜力得到各国的重视。1609年5月,在威尼斯教授数学的伽利略听闻了望远镜的存在,并开始着手制作。

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