书城科普仰望深邃
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第3章 引子:写在星空的扉页上(2)

哥白尼不能不小心谨慎。这不仅是因为中人的影响及他的《天文学大全》也已深入人心。我们无论怎么看托勒密,他都是并非一般意义上的伟大者,这一点也不妨碍后人纠正他的理论上的缺陷或错误。正如克莱因所言:“托勒密理论提供了第一个相当完整的证据,说明自然是一致的而且具有不变的规律,它也是希腊人对柏拉图提出的合理解释表现天体运动这一问题的最后解答。在整个希腊时期没有任何一部著作能像《天文学大全》那样对宇宙的看法有如此深远的影响,并且除了欧几里德的《原本》之外,没有任何别的著作能获得这样毋庸置疑的威信。”因而波兰人哥白尼只能小心翼翼地在托勒密的宇宙体系中把地球挪开,将太阳放在所有行星轨道的中心,使之光芒四射。1543年,他说太阳肯定居于一切事物的中心……从那里它为各行星带来光明。”同时哥白尼又表示这些轨道还是圆的,在许多情况下沿用的还是托勒密的“本轮”说之后,哥白尼仍然受到攻击。1543年,哥白尼在临终的床上看到了他自世纪教会的势力和影响是如此巨大,托勒密个己的著作《天体运行论》。终于,地球绕着太阳旋转了……

哥白尼长眠在星空下之后,意大利人布鲁诺不顾教会的禁令,研读《天体运行论》,并认为:太阳也不是宇宙的中心,它只是无数恒星中的一颗,宇宙中有无数的“太阳”……

布鲁诺比哥白尼走得还要远。

1600年2月17日,罗马教庭执行对布鲁诺的火刑。罗马百花广场上,熊熊的火焰吞噬了一个追寻光的秘密的伟大探求者的生命。布鲁诺在最后的遗言中说:

火并不能把我征服,未来的世界会了解我,会知遒我的价值的。

100年后,罗马百花广场上建起了一座布鲁诺的铜像。

布鲁诺被火刑处死后9年,即1609年,伽利略在地球上举起了人类用来观测星空、追问光线的第一台望远镜这架放大32倍的望远镜由伽利略亲手制作成功,并且也使伽利略成为人类历史上第一个把望远镜指向空中的人。欣喜若狂的伽利略在望远镜里看到的是这样一些图像:月亮表面并非洁白光滑,而是坎坷不平、坑坑洼洼,环形山比比皆是。特别使伽利略厲惊的是,金星像月球一样有盈亏的位相变化;木星拥有自己的4颗卫星;苍茫银河系原来是由那些看似针尖般大小的星星及其光构成的哥白尼的设想,布鲁诺为之被活活烧死的那一个完全不同于托勒密“地心说”体系的宇宙体系,被伽利略及他的望远镜证实了。

科学其实就是望远。

伽利略为哥白尼、布鲁诺的学说激动,并且因此而常常仰望迷人的星空。当柔和的星光布满心田时,伽利略深信,在那星星闪光处,在那蓝宝石一般的天幕的深处,人类不知道的秘密太多了。

用眼睛直接观察太空的历史由伽利略结束了。伽利略还用望远镜观测太阳,并最早发现了“太阳黑子”。亏得有云雾遮挡而且他的望远镜放大率也不大,但即便如此,直接以望远镜观测太阳的结果也使伽利略的眼睛受到了极大损害。他常年患眼疾,到年老时双目失明。伽利略把自己的观察结果写成了《星际使者》一书。

1616年,伽利略被罗马天主教教会法庭传讯,庭长命令他忏悔并放弃“有关地球、太阳及其他恒星的异端邪说”,同时宣布《星际使者》为禁书。伽利略还之以沉默。

伽利略一定想到了夜的沉默、星空的沉默。

那沉默是如此巨大,因为它是自身的显现。

1633年6月22日,罗马宗教法庭拘押伽利略并判处他终身监禁。当这位已经年迈的老人被带离法庭时,他喃喃自语道:

可是,地球仍然在转动着呀!1642年,伽利略在监禁中病逝。

哥白尼之后的另一个观测者是第谷。

丹麦人第谷及他的学生德国人开普勒,在16世纪临近后期的日子里,与伽利略一样,都是光的追问者。伽利略为“日心说”的确立提供了强有力的证据,开普勒则从第谷精密观测的基础上发现了行星运动三大定律,即:行星围绕太阳运行的轨道是椭圆形的,太阳位于椭圆的一个焦点上;行星在循椭圆形轨道运行中,离太阳近时比离太阳远时速度要快一些;行星围绕太阳运动的公转周期的平方,与轨道半长径的立方成正比。

第谷是在17世纪开始时离开人间的。

如果说第谷是16世纪末叶最后的也是最伟大的观星者当不为过10年后伽利略的望远镜就问世了人类用眼睛直接观测星空的年代结束了。

但,世人仍可为第谷的发现而惊讶。

1572年11月11日,日落之后,第谷看见了仙后星座中出现的一颗他过去从未见过的明亮的星,他记录道:

11月11日晚间太阳落山之后,按照习慣,我正在观察天上的繁星。忽然间,我注意到这一颗从未见过的、异常的星,它比任何星都亮,正在我的头顶闪耀着。

我觉得很奇怪,以为我的视觉发生了毛病。但我把那顆星的方向指给别人看时,他们也都看到了那里确实有一颗星,我便不再怀疑,这真是一个奇迹呀!第谷还详细记录了这一颗星的颜色和亮度的变化:该星起初呈明亮的白色,亮度与金星最亮时相当;后来渐渐变成黄色,再变而红色,最后是铅灰色;到1574年2月间,它的亮度已弱到眼睛刚能看见的六等星;然后就再也看不见了。

先是辉煌突起,然后迅即暗淡,乃至消失,迷人的星光啊!后来的天文学家根据第谷的详细记载断定:这是一颗老年恒星的爆发现象,即超新星爆发。颜色和亮度的变化是这一颗老年恒星坍缩,成为星坟黑洞之前的回光返照。如果它的残骸还在,或许还能找到第谷多情而执着的目光。

1577年11月13日,第谷又发现了一颗人称“扫帚星”的大彗星。持续观测三个半月之后,经逐日测量计算其位置,得出彗星运行的速度,并证明彗尾之光是由太阳对彗星的影响造成的。

第谷撒手人间时,开普勒已经雄心勃勃地站到了他的位置上。在第谷观测的纷繁而又详尽的星光闪烁的轨道上,开普勒终于发现火星运动并非是匀速的,据此可知行星绕太阳运行的轨道也并非是“完美”、“完满”的圆形,开普勒的行星运动三定律就是这样诞生的。

伽利略辞世之年即1642年,牛顿在英国南部林肯郡的一个小村落里出生。传说的苹果落地的故事发生在1666年,牛顿在家乡的果园里读书时。

苹果为什么落向大地?

月亮为什么不从天上落下来?

总之,现在该由牛顿来追问开普勒的行星运动三定律了:行星为什么会如此这般地绕太阳运动,而不是别的模式呢?是什么样的力量驱使着行星似乎是永不疲倦地绕着太阳万古奔波并且还将奔波下去呢?

亲爱的读者,请想一想“万有引力定律”!我们完全可以说牛顿征服了人的世界。我们绝对不能说牛顿征服了光的宇宙。人类因为牛顿而知道,天空的那些球体在绝对的、静态的外太空的框架之内自转公转。根据牛顿的理论计算,两颗只凭肉眼看不见的行星即海王星、冥王星,也终于被发现。关于光和其他电磁波、原子物理学的各种定律也都陆续问世了,太阳在宇宙中的位置也全无中心可言,而是带着它的行星疾速地莫名其妙地朝向天鹅星座奔驰。它的轨道的中心竟然是一个巨大的被称为银河系的星系,在这本来就令人难以想像的星系之外,还发现了数以亿万计的河外星系,这些星系距离我们实在太为遥远了,还有人类未曾发现的呢。

牛顿之后,世界天文学界在将近两个世纪的时间里,如同发现天王星的威廉,赫歇尔所希望的那样,他们将“测量全部天空”,并且“査明其全面结构的蓝图”。此种豪情与乐观一直占据着主导地位,使人觉得揭开宇宙全部秘密仿佛就是明天早晨的事情了。事实远非如此简单,一个主要的原因是观星者往往把光看得太简单了。

宇宙的秘密绝大部分是由光谱写的或者是与光密切相关的,观星者在千白年来不断发明更新更好的接收器以录取太空之中光的秘密的信息。他们把望远镜从伽利略当年最先使用的粗糙的透镜改进到如今的帕洛玛大型望远镜,再加上一个有力的伙伴射电望远镜,乃至把天文台送到大气层外和直指宇宙深处的哈勃太空望远镜,这一切组成了人类关于光的追寻、追问之路,气象万千而又艰难困苦。

牛顿已经遇到了的光给望远镜制造者带来的困扰之一,便是光在透过棱镜或别的剖面为楔形的玻璃片时,会散开形成多色彩虹造成色差。于是科学家便把最初的折射望远镜制成反射望远镜。总之,这些孜孜不倦的观星者们总是面对着光、追问着光、离不开光却又因为无法记录光而好比是在黑暗中摸索。不过,这样的摸索除了伽利略、第谷之外还有成就惊人者:17世纪时,波兰但泽的约翰尼斯赫维里厄斯用笨拙的透镜望远镜测绘月球面貌,把1564颗星列成星表,观测太阳黑子,并发现了4颗彗星。为了使各色光的聚焦更加鲜明,长焦距望远镜便成了惟一的解决办法。

最壮观也最能说明捕捉光之艰难的是一种架空望远镜,连镜筒都不用,在安置好高高的透镜之后,观星者就坐在透镜下面,在几十米外的距离处往上搜索。使约翰尼斯赫维里厄斯成为月面地形学之父的架空望远镜高达46米,相当于现代12层楼高。而发明摆钟、首先看出土星光环确为光环并非是朦胧月影的克里斯蒂安惠更斯的望远镜更是高达64米!由伽利略开始,望远镜伸向太空之后的一个世纪中,太阳系各行星的卫星总数已达到10颗,除了月球以及4颗“伽利略星”之外,又发现了土星的5颗卫星,但行星却还是只有6颗,即水星、金星、地球、火星、木星与土星。

星空是层出不穷的。

问题是谁发现了它,或者说谁也别想彻底地发现它。

1738年11月15日,又一个与星光极有关系的人物出生于德国汉诺威城,他就是威廉,赫歇尔,后来随同父亲及妹妹移居英国。对观测星空的兴趣使他决心自己制作望远镜,他和妹妹一起炼制出了一种反射率高达60的白青铜合金作为主镜。

1781年3月13日晚,将近半夜时,赫歇尔和他的妹妹用一架自己磨制的、口径15厘米、放大倍率227倍的望远镜观测双子星座中的恒星时,突然发现附近有一颗陌生的星。

所有的观星者都希望面对陌生。

赫歇尔改用放大倍率400多倍和900多倍的目镜再作仔细观察之后,断定这不是恒星,或许是一颗彗星。可是赫歇尔在持续一个月的观测中,这个新天体的边缘一直很清晰,并无长出彗尾的迹象,而且它的轨迹似乎又接近圆形。最终,这颗陌生的星被认定为太阳系中的一颗新行星天王星它与太阳之间的距离比当时知道的最远的土星的距离大对光的追问是无穷无尽的,即便在太空技术的一切方面都突飞猛进之后,依然如此。

早在1666年,牛顿就发现一束白色的阳光透过一枚三角形玻璃棱镜之后以扇形展开,成为各种颜色的彩虹。这使牛顿惊讶,却没有来得及深究,颜色中的秘密以后又隐伏了200年。原来,任何光谱的性质都是由光源的密度和化学成分来决定的。从此星星不再是难以理解的针尖般的小光点,而是各具个性的天体。

原子理论的进步能使光与暗的神秘图形,成为透露与太阳、星星物理性质及化学组成有关联的讯息,日益精密的分光仪器出现之后,光谱学已是天文学不可缺少的组成部分,宇宙的所有现代理论都建立在光谱学的基础上。

天文学的基本工具已经从肉眼变成一个组合的精密系统望远镜、照相底片和摄谱仪解释星光的惟一仪器。

尽管天文学家早已知道星云发射的是有色光,但因为星云的颜色实在太模糊而使肉眼无法看清。直到高速感光的彩色底片问世之后,人们才能用相片取得光辉的天体图像。而把一个透镜形的棱镜安置于望远铳的物镜前面,每一颗恒星便都会显示出一个彩色光谱,天文学家喜欢称之为恒星各有个性的“指纹”。用物端棱镜拍照一次能照下几百颗星的光谱,这些光谱很小,但足以显示重要的特点,这类光谱并非是五彩缤纷的虹影,而是巧中有拙的黑白图形。

一颗星朝向或离开地球移动的速度,可以从它光谱线的位移看出来。如果这颗星接近地球,位移就朝向光谱的蓝色一端;如果是离开地球而去的,位移就朝向红色一端。

哈勃红移告诉我们:离开地球越远的星系,正以越快的速度离开地球而去。

它们去向何方?

人类又将如何追问它们?