望远镜:天文学的创举与变革

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点击量: 259999 来源: 科学时报

 
编者的话
 
2009年,是伽利略将望远镜指向星空400周年,因此,2009年被定为国际天文学年。“望远镜的使用,无疑是一场天文学的**,天文学的意义因此而改变。”
 
而这一年的7月22日,一次壮观的大日食光临中国。恰好在390年前的7月,望远镜**在中国登陆,极大地影响了明代天文学的发展。
 
由于日食观测对天文学而言意义非同寻常,对普通天文爱好者而言更是****的机遇,于是,这两个重大事件在2009年紧密地关联在一起。
 
400年前望远镜的使用,导致欧洲人宇宙观的变化。在伽利略使用望远镜后,距今390年前,望远镜传入中国,这种影响也波及到中国。
 
本报记者在采访中了解到,中国早期天文学研究与伽利略观测目标颇有不同,中国天文学家将望远镜主要用于日食观测,并留下了明确的文字记录。在望远镜的协助下,明代天文学发展到了一个新高度。
 
而今,中国的天文学家已经能够采用*先进的技术手段来观测日食等天文现象,天体物理研究水平进步巨大。国外的科学家也已经意识到,中国科学家的工作是不能忽略的。
 
在这个有着特殊意义的时刻,本报推出专题,聚焦望远镜与日全食。详见本报A3版。
 
400年前的**,伽利略**次用自制的天文望远镜指向了天空。这个小小的动作成就了天文学历史上的一个重大创举。从此,人们的宇宙观发生了巨大的变化。
 
改变了天文学的意义
 
“天文学是一种观测科学。”中国科学院自然科学史研究所研究员、天文学史学家孙小淳说,“因此观测手段对天文学发展来说至关重要,望远镜是这样一种重要的观测手段,通过望远镜可以观测到肉眼观察不到的天象,因而导致了欧洲人宇宙观的变化。”
 
将望远镜指向天空,是天文学的一个创举,在此之前,亚里士多德的理论月界之外是**的,是恒定不变的。望远镜观测到月亮的形态,却是表面凸凹不平的。人们曾经以为太阳表面也是纯净无瑕的,而望远镜观测到的太阳黑子,却表明太阳和月亮一样都有“缺陷”。伽利略还用望远镜发现了银河是由星星组成的,发现木星有四颗卫星,这表明不是所有的星体都以地球为中心。他还发现了一些行星也有相位的变化,和月亮一样有着阴晴圆缺……
 
所有这些发现迅速在欧洲引起轰动,1543年哥白尼提出的“日心说”理论是一种数学描述,而伽利略的观测结果,“尽管还不足以完全证实‘日心说’。”孙小淳说,“但却为‘日心说’提供了有力的旁证,使人们的眼界迅速扩展到太阳系以外。在从‘地心说’向‘日心说’逐渐转变的过程中,起到了关键性作用。”
 
“望远镜的使用,无疑是一场天文学的**,天文学的意义因此而改变。”在总结天文学400年成就时,天文学家、中科院院士苏定强首先列举的就是人类记录下的星和星系的数量。人类用肉眼可以观测的星体只有6000多颗。在望远镜使用前,人们普遍认为,星星的总数量与人类观测到的数量大体相同。望远镜的使用彻底颠覆了这种观点,目前记录下的星和星系总共约有1010个。
 
望远镜的传入与使用
 
望远镜的使用导致欧洲人的宇宙观发生了变化。随着望远镜传入中国,这种影响也波及到了中国。
 
关于望远镜的传入,学界长期以来认为,*早的传入者是德国耶稣会士汤若望,而中国科学院自然科学史研究所研究员、科学史学家张柏春新近发现的证据表明,*早将望远镜带入中国的是另一位德国耶稣会士——邓玉函,那时离伽利略**次使用望远镜进行天文观测只有10年的时间。
 
汤若望是明末清初在中国影响*大的耶稣会士之一,而邓玉函却无疑是当时来到中国的科学素养*高的西方人。弗莱堡大学保存的档案证明,邓玉函是一位科学家、博物学家和医师,熟悉医学、数学、力学、天文学和植物学。
 
1611年伽利略在罗马公开展示了他用望远镜得到的新发现。同年5月3日,邓玉函晚于伽利略8天,两人都成为猞猁学院的成员。
 
1618年4月,邓玉函带着一架伽利略式望远镜,与金尼阁、汤若望等传教士一起离开里斯本,向亚洲航行。在距今整整390年前,也就是1619年7月,邓玉函一行抵达澳门,至此,望远镜正式登陆中国。
 
当时正是明代末年,采用的历法是元代郭守敬修编的《大统历》的翻版,已经延用了200多年。上海交通大学教授、天文史学家江晓原说:“到了明末,这一历法已经存在相当大的累计误差。因此,一个关键性的机遇摆在了中国天文学面前。”
 
1629年,崇祯朝成立历局,开始以西法修历,望远镜在修订历法的过程中发挥了重要作用。孙小淳说,古代历法的优劣关键在于日食的观测,而用肉眼观测日食有一个很大的困难,由于日光太强,难以分清天体的边际,因而食初与食末不好判断。
 
在徐光启的建议下,从1631年起,望远镜在我国开始被用来观测日食。从1631年到1641年,崇祯朝共发生过5次可见日食,历史文献详细地记录了望远镜在观测日食中所起的作用。
 
望远镜与东西方天文学思想
 
望远镜的传入,令当时的中国天文学家有耳目一新的感觉。孙小淳说,使他们看到或了解到一些特殊的天象,如太阳黑子、月面阴影、天汉等,改变了他们对日月星辰,甚至是整个宇宙的认识。然而,中国天文学学却并没有接受当时西方*先进的日心说。
 
以前有一种说法,认为由于宗教方面的原因,传教士们隐瞒了哥白尼的“日心说”,江晓原认为,这并不是事实的全部。他说,《崇祯历书》中的天文学,在当时是相当前沿的,甚至包含了开普勒的工作,体现了同时代西方天文学*前沿的成就和思想。而“日心说”在当时却并不完善和**,因而,中国天文学家接受了改进了的“地心说”——第谷学说。
 
在十六、十七世纪,西方共有四种主要的宇宙理论:亚里士多德的水晶天球理论,托勒密的本轮、均轮说,哥白尼的日心地动说,以及第谷的地心—日心说。简单地说,第谷的地心—日心说就是认为行星绕太阳旋转,而太阳率众星绕地球旋转。孙小淳说,当时望远镜在天文学上的使用和观测结果,可以帮助拒斥前两种古代地心说,而在第谷学说和哥白尼学说中却难以取舍。
 
随着望远镜的传入,保守和进步宇宙观,也同时传入中国,和许多西方天文学家一样,中国天文学家用望远镜进行观测,并经历了宇宙观的争论,*终较为先进的第谷体系受到包括徐光启等天文学家的支持,成为官方认可的天文学理论。在其中,望远镜起到了相当大的作用。
 
望远镜的非主流时代
 
然而,此后不久,随着新历的修订完成,随着明王朝的瓦解,望远镜没能继续在中国天文学发展中起到应有的作用。在很长的一段时间内,它并没有成为中国天文学的“主流”仪器。
 
1669年,清王朝初年,南怀仁奉命为钦天监制造6件天文学仪器,其中,并没有望远镜。究其原因,已故的科学史大师、中科院院士席泽宗曾在《南怀仁为什么没有制造望远镜》一文中说,在球面像差和色差问题没有解决以前,在天体位置测量方面,望远镜尚不是先进的工具。也就是说,“当时的望远镜,还没有和其他天文学仪器结合起来,特别是测量天体位置的仪器”。此外,张柏春说:“从1659年南怀仁离开欧洲后,欧洲的天文学和天文仪器都有了很大的进步,而他以后的论著中,却很少提到1657年后的欧洲技术,也没有提到望远镜准仪、测微仪、摆钟等。”
 
除了这些技术原因外,江晓原认为,文化因素也对望远镜在中国的发展,起到了一定的阻碍作用。他说,和西方科学一样,西方天文学的本质是探索自然、认识自然,这种本质从古希腊时代开始,**艺复兴到现在一脉相承。而中国古代天文学的本质则是一种政治巫术,它的目的是彰显皇权的合法性——尽管其在实际运作中会使用天文学知识和仪器。但历法的进步只是实施巫术的工具“升级”,这种升级与用纸牌算命“进步”到用电脑算命一样,并没有本质的改变。因而,历法“升级”完成后,没有人认为有必要继续用它来放大星空,缩短宇宙的空间距离。
 
因此,望远镜虽然在明末就已传入中国,但清代所制的众多天文仪器,却无一装备望远镜。与此同时,望远镜在欧洲的天文学中,却起到了越来越重要的作用。1667年到1669年间,欧洲的天文学家将望远镜装载到天文仪器上,实现了望远镜从观察工具向观测工具的转变。孙小淳说,这种转变是天文学观测上的一次**性飞跃。此后随着色差问题的不断解决,到了18世纪,望远镜技术的发展为对光行差、月球章动等问题的研究提供了可能。而这些问题的解决,恰好是天文学进一步发展的必要条件。
 
四个里程碑
 
在总结望远镜400年的发展历史时,苏定强将其划分为四个里程碑:望远镜