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载《新发现》杂志2009年第3期
科学外史(33)


使超新星革命,让大彗星造反
——关于第谷的往事之三

江晓原

 

  当时绘画中的1577年大彗星,横亘天际,震惊世人。

 

  许多人认为第谷对天文学史影响最大的事件发生在他的晚年,这个看法不太站得住脚。第谷在中年时期作出的最大勋业——观测1572年超新星和1577年大彗星——才是那个时代在天文学上最具革命意义的行动。
  在当时的欧洲,虽然哥白尼已经提出了他的日心宇宙模型,但是传统的“水晶球”宇宙体系仍然占有教会官方学说的地位。这个宇宙体系,是亚里士多德在古希腊天文学家欧多克斯(Eudoxus)和卡利普斯(Callippus)两人工作的基础上作了一些改进而建立起来的,其中有如下要义:
  一、以地球为中心的诸天体(包括月球、太阳、五大行星和众恒星)附着在各自所属的球层上,被携带着运转;
  二、这些球层皆属实体,并由不生不灭、完全透明、坚不可入的物质构成——水晶球之名即由此而来;
  三、整个宇宙是有限而封闭的;
  四、月球轨道以上的部分,是万古不变的神圣世界,只有“月下世界”才是变动不居、“会腐朽的”尘世。
  这就意味着:新星爆发、彗星、流星等天象,都只能是大气层中的现象。
  第谷并不主张日心地动之说,他建构的宇宙体系是对地心的托勒密体系和日心的哥白尼体系的一种折衷。他也无意在哲学上成为亚里士多德的敌人。但是他却在实际上给了水晶球体系以致命打击。

  1572年11月,仙后座出现一颗新星,亮得连大白天都可以看到。本来这样的奇异天体出现在天空,世人有目共睹,那个时代的天文学家、星占学家,或者用更广泛的说法,任何“自然哲学家”,都可以观测到。然而这颗新星却在天文学史上被称为“第谷超新星”,这是因为第谷对它作了极其细致的观测和方位测量。
  第谷用各种方法反复观测这颗新星,发现它既没有视差(这表明离开地球的距离非常遥远),也不移动位置。所以他最后的结论是:这颗新星位于恒星天球层。
  对于现代恒星演化理论来说,新星和超新星爆发都是正常现象,是一颗恒星在它生老病死的一生中的一段晚年阶段。对于古代中国人来说,大千世界无奇不有,新星——古代中国通常称它们为“客星”——的出现也不会和任何教义或意识形态发生冲突。但是在那时的欧洲知识界,第谷的这个结论不啻一颗思想炸弹!因为这个结论直接挑战了作为教会官方理论的亚里士多德水晶球体系——按照水晶球体系的理论,恒星天球属于万古不变的区域,新星这种现象只可能出现在“月下世界”。
  不过,在翌年发表他的观测成果时,第谷本人尚未与水晶球体系彻底决裂。尽管他已经在客观上让这颗超新星打开了对亚里士多德教条的叛逆之门。

  然而,1577年的大彗星又出现了。
  在当时一张印刷于布拉格的绘画中,这颗明亮的大彗星的尾巴被描成从土星一直延伸到月亮。这时第谷已经成为汶岛的主人,岛上的种种新建天文仪器和一众学生助手,当然要被动员起来全力观测和测量这个震惊全世界的新天象——汶岛的观测使得这颗彗星又在天文学史上被命名为“第谷彗星”。
  第谷从1577年11月13日开始观测这颗大彗星,一直持续到1578年1月26日,此时彗星远去,肉眼几乎已经无法辨识了。在观测中,第谷使用了半圆仪、纪限仪和带有地平圈的象限仪。他还逐日观测并计算彗星的位置,以此来推算彗星运行的速度。
  亚里士多德关于彗星的教义,此前从未受到过严峻挑战。这种教义认为,彗星的元素是火。在《气象学》中,亚里士多德认为,火元素的全体,和大多数在它下面的气元素,都被旋转的天体带动着,有时候因为某个特定的恒星或行星的运动,“在此运行过程中,无论处在何种连接部位,它经常被点燃”,这就形成各种各样的流星和彗星之类的天体。
  这样一来,彗星当然就不是天体了,彗星被认为是由“地球物质”构成的,因而对它们的研究不属于天文学,而是属于“形而上学”。由于对亚里士多德的教条深信不疑,欧洲的天文学家在观测彗星时很少测量它的高度,因为答案是预设好的——在月球下面。但是第谷的观测证明了这种天象是发生在月球天层之上的。 
  第谷的观测无可怀疑地表明:这颗彗星在行星际空间运行,而且穿行于诸行星轨道之间。也就是说,这颗彗星正在毫不费力地穿越那些先前被认为携带着各行星的“完全透明、坚不可入”的天球!这使第谷明白了:原来这些天球其实根本不存在。这些事实与水晶球体系的冲突更为严重,更为直接,终于促使第谷断然抛弃了水晶球体系。1588年他发表了《论新天象》(De mundieatherei recentioribus phaenomenis)一书,在观测基础上构建了新的宇宙体系,他明确指出:
  天空中确实没有任何球体。……当然,几乎所有古代和许多当今的哲学家都确切无疑地认为,天由坚不可入之物造成,分为许多球层,而天体则附着其上,随这些球运转。但这种观点与事实不符。

  第谷对超新星和大彗星的观测,是那个时代对水晶球教条最有力的打击。对于其他反对理由,水晶球体系捍卫者皆可找到遁词,但对于第谷提供的观测事实,则很难回避——除非否认他的观测事实本身。
  亚里士多德学说的卫道士们很快认识到了这一点,而且确实有人做过这样的尝试。例如教皇指定的伽利略著作审查官之一齐亚拉蒙第(S. Chiaramonti),几十年后还为此专门写过两部著作,试图釜底抽薪,直接否认第谷的观测结果。1621年他发表《反第谷论》(Antitycho),断言第谷彗星仍是在“月下世界”,而第谷超新星则根本不是天体;1628年他又发表《三新星论》(De tribus novis stellis),说第谷超新星也在“月下世界”。伽利略曾在《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》一书中力驳齐氏的上述谬说。此时开普勒的行星运动三定律已发表多年,伽利略的望远镜观测结果也公布一二十年了,对亚里士多德学说的反叛已经如火如荼,奇氏的书根本救不了这场大火了。

(未完待续)

 

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