從木星衛星到“太陽黑子”，伽利略用望遠鏡重塑人類的宇宙觀

1609年，伽利略認識到剛剛發明的“窺鏡”（后被命名為“望遠鏡”）在天文觀測上具有重要價值，并很快將自制望遠鏡對準了星空，從而徹底改變了人類對宇宙的認識。他用望遠鏡觀察了月球表面、木星衛星、金星相位和太陽黑子，有力地支持了在當時已經沉寂多年的哥白尼日心說，由此在科學和宗教兩個領域里掀起巨大的爭論。

我們此前已經推薦過美國著名科普作家和科學史家達娃·索貝爾的多部作品（《玻璃底片上的宇宙》《經度》和《一星一世界》），而在今天推薦的《我的父親伽利略：一個女兒眼里的近代科學之父》一書中，索貝爾以伽利略長女寫給父親的大量書信這一珍貴史料為基礎，還原了伽利略的個人生活、宗教信仰和科學探索。在下面的文字中，我們將能看到從哥白尼到伽利略，地球如何從宇宙的中心被移開，以及在此過程中天文學先驅們所遭受的責難。

如今，從我們的視角來看，實在很難將地球視為宇宙的中心——我們身處一顆普通恒星的小行星之上，而這顆恒星又位于數十億星系之一的螺旋臂中，在無垠宇宙中顯得如此微不足道。但在伽利略所處的時代，人們普遍認為地球是宇宙的中心。

16、17世紀的宇宙學建立在公元前4世紀亞里士多德的學說之上，又經公元2世紀希臘天文學家克勞狄烏斯·托勒密完善，將地球視為靜止不動的中心。太陽、月亮、五大行星及所有恒星都圍繞地球永恒地旋轉，它們由相互嵌套的水晶般透明的天球帶動，沿著完美的圓形軌道運行。這套天體機制就像大鐘的齒輪裝置，讓白天變為黑夜，又把黑夜變回白天。

1543年，波蘭神職人員尼古拉·哥白尼在其《天球運行論》一書中，將地球從宇宙中心位置移至圍繞太陽的軌道上。通過設想地球每天自轉一周、每年繞太陽公轉一周，哥白尼讓天體運行變得合理。他讓巨大的太陽免去了每日從早到晚圍繞較小地球運行的麻煩。同樣，遙遠遼闊的恒星域也可保持靜止，無須每天以比太陽更快的速度在人們頭頂盤旋。哥白尼還重新排定了各大行星的運行秩序，使這些天體無須再協調如下兩種運動：一是較長周期里相對緩慢的向東運動（比如木星需12年才能穿過黃道十二宮，土星則需要30年）；二是每日圍繞地球快速向西的運行。例如，哥白尼甚至能解釋火星為何偶爾會逆轉運行方向，相對恒星背景向后（向西）連續漂移數月的現象。按日心說，這是合乎邏輯的結果：地球在行星軌道中處于內側——距離太陽第三近，而火星處于第四位，因此地球每隔2年就能超過速度較慢、距離更遠的火星。

哥白尼曾在克拉科夫大學學習天文學和數學，還在帕多瓦大學進修過一段時間醫學，之后又在博洛尼亞大學和費拉拉大學學習教會法。得益于家族裙帶關系，他一生大部分時間都致力于宇宙學研究。30歲時，他結束了在意大利的學業回到波蘭，擔任主教的舅舅幫他在弗龍堡大教堂謀得一份終身教士的職位。哥白尼在那個“地球上最偏遠的角落”任職40年，工作輕松，薪金豐厚，這讓他得以在此期間構建出一個全新的宇宙學說。

“長期以來，我一直在思考傳統天文學在推導宇宙天球運行軌跡時存在的諸多混亂之處，”哥白尼在弗龍堡寫道，“令我深感苦惱的是，哲學家們竟未能探尋出一套確切的體系，來解釋這個由最杰出、最具條理的造物主為我們創造的宇宙之運行機制。于是，我開始思索地球的運動。盡管這個想法看似荒謬，但我深知，在我之前已有學者被賦予自由想象的權利，他們可以設想任何形式的圓周運動，用以解釋天體現象。”

盡管哥白尼對行星位置進行了大量肉眼觀測，但他孤獨的研究大多數時候只涉及閱讀、思考和數學計算，并未提供任何形式的支持證據。更遺憾的是，他也沒有在任何地方記錄下引導他得出這一革命性假說的思路。

一位無名氏在為哥白尼這本書撰寫引言時，僅將他的整個奇思妙想視為一種對計算有幫助的手段，而未予以重視。確定包括太陽、月亮在內的各行星的軌道周期，是一件很復雜的事，但這對于確定一年時長與復活節日期至關重要。哥白尼本人用拉丁語和數學語言寫作，面向的是學術界讀者，他從未試圖讓普通大眾相信宇宙實際上是以太陽為中心構建的。而且，就算他這樣做了，又有誰會相信他呢？地球靜止不動是一個不言而喻的真理，任何有感知能力的人都能明白這一點。如果地球既自轉又公轉，那么向上拋起的球就不會正好落回拋球人手中，而是會落到幾百英尺開外的地方；飛行中的鳥兒可能會迷失回巢的路；人類更會因地球這個巨大的“旋轉木馬”，以每小時1000英里的速度不停旋轉而感到頭暈目眩。

哥白尼在《天球運行論》中寫道：“我不得不擔心會受到譏諷，因為我的觀點新穎且荒謬，這幾乎使我放棄已經著手的工作。”持續的計算和核對讓他的手稿推遲了數十年，直到他實實在在躺在臨終病榻上，這本書才出版。1543年，也就是哥白尼的著作首次印刷后不久，70歲高齡的哥白尼與世長辭，得以避開了任何可能遭遇的嘲弄。

1592年，當伽利略在帕多瓦大學登上木制講臺講授行星天文學時，他教的仍是自古以來流傳的地心說。伽利略知道哥白尼對亞里士多德和托勒密的挑戰，所以他可能在不經意間向學生提起過這種另類觀點。然而，日心說從未在他的正式課程中占有一席之地，他的課程重點是教醫學生如何進行星座預測。盡管如此，伽利略逐漸信服哥白尼體系不僅表述更簡潔，而且很可能在事實上也是正確的。1597年，伽利略在寫給比薩大學前同事的信中，評估哥白尼的體系“比亞里士多德和托勒密的觀點更合適的可能性要大得多”。同年晚些時候，他在寫給開普勒的信中也表達了同樣的觀點，還遺憾地表示：“我們的老師哥白尼，雖然在一些人看來將永垂不朽，卻遭到了無數人嘲笑和排斥（因為愚昧者是如此眾多）。”由于哥白尼去世后的50年里，日心說在公眾輿論依舊顯得荒謬，伽利略長期以來在公共場合都對這一話題諱莫如深。

▲伽利略

1604年，也就是伽利略發明望遠鏡的5年前，人們在天空中發現了一顆前所未見的星星。這顆星被稱為“新星”，因為它是新近出現的。10月，它在人馬座附近突然綻放耀眼的光芒。到了11月，它依然十分顯眼，這讓伽利略有時間在它變暗淡前，做了3次關于這顆新星的公開演講。這顆新星挑戰了“天界不變”的法則——這是亞里士多德世界觀中備受珍視的信條。根據古希臘哲學，地球上的物質由土、水、氣、火四種基本元素構成，它們始終處于變化中。而天界，正如亞里士多德所描述的那樣，完全由第五種元素——“以太”構成，這種元素是不朽的，因此絕不可能突然出現一顆新星。亞里士多德學派認為，這顆新星必定位于地球和月亮之間的月下界——只有這個區域允許發生變化。但伽利略通過將自己每晚的觀測結果，與其他遙遠地區觀星者的觀測結果對比后發現，這顆新星位于很遠的地方，超出月亮，超出行星，處于古老的恒星域之中。

▲伽利略的望遠鏡

伽利略以戲謔又稍帶挑釁的方式，通過兩個說帕多瓦方言農民之間的對話，將新星爭議呈現在公眾面前，還以筆名阿林貝托·毛里發表了這段對話。他筆下的鄉巴佬主人公總結道：“把這顆新星稱作‘第五元素’也好，稱作‘玉米粥’也罷！只要細心觀察，照樣能測出它到地球的距離。”

在如此這般抨擊了“天體不變性”的觀點后，伽利略在1609年對處于守勢的亞里士多德派哲學家發起進一步攻擊——他將望遠鏡轉向了他們的“天界領地”。通過望遠鏡獲得的發現，他將哥白尼問題的性質從一場學術探討轉變為可依據證據判定的辯論。例如，月球表面的高低不平表明，地球上的一些地形地貌也存在于天體之上。美第奇星的運動證明，衛星能圍繞地球以外的天體運行。金星的相位變化則表明，至少有一顆行星肯定繞太陽轉動。而在太陽上發現的黑子，又再次破壞了“天球完美”的說法。“人們發現，在天空中那本應最純凈、最寧靜的區域——我指的是太陽表面，”伽利略如此報告，“無數密集、昏暗且模糊的物質，會在短時間內不斷產生又消失。”

▲伽利略觀察到的太陽黑子

那些罔顧望遠鏡帶來的新視角而仍頑固堅持亞里士多德觀點的哲學家，讓伽利略感到悲哀。他斷言，要是亞里士多德本人復活，自己把如今能看到的景象展示給他，這位偉大的哲學家定會很快改變觀點——因為亞里士多德向來尊重親眼看到的證據。伽利略還責備亞里士多德的追隨者過于謹小慎微，不敢背離祖師爺的教條：“他們希望永遠不必把目光從那些書頁上挪開——就好像宇宙這本大書是專門寫給亞里士多德一個人讀的，而他的雙眼也注定要代替所有子孫后代去觀看。”

伽利略的幾位亞里士多德學派對手氣急敗壞地辯解，太陽黑子肯定是一群新的“星星”，它們圍繞太陽旋轉，就像美第奇星圍繞木星旋轉那樣。就連那些曾激烈反對木星衛星存在的教授——他們一度斥責這些衛星是伽利略望遠鏡中歪曲真相的鏡片所催生的惡魔幻象——如今也轉而欣然接納了這些衛星，并將其視作維系太陽恒定莊嚴的最后希望。

（本文節選自《我的父親伽利略》第5章“就在太陽的表面上”，標題和配圖為編者所加）

書名：我的父親伽利略：一個女兒眼里的近代科學之父

?♂? 作者：[美]達娃·索貝爾

翻譯：肖明波

內容簡介

在17世紀文藝復興與宗教沖突交織的動蕩年代，伽利略不僅是挑戰地心說、顛覆人類宇宙認知的科學巨匠，也是一個渴望認同、在信仰與真理間艱難求索的普通人。本書在他波瀾壯闊的科學探索與宗教掙扎，與女兒隔絕塵世的修道院生活之間交錯展開，以珍貴的書信串聯起深沉動人的父女深情。

作者以伽利略長女、修女切萊斯特的親筆書信為核心史料，跳出“科學殉道者”的宏大敘事，從女兒的視角立體展現了這位“科學巨人”真實可感、有血有肉的凡人本色。通過天才與女兒、科學與神權、信仰與犧牲的交織，再現了美第奇治下佛羅倫薩的時代圖景，將一位偉大科學家的“復活”與一個時代的認知顛覆，譜寫為一部兼具科學精神與人文溫情的動人史詩。

其中還聚焦了切萊斯特修女以溫柔堅韌的陪伴，成為伽利略最堅實的精神依靠，彰顯歷史深處不為人知的女性力量。