开普勒的《梦》与惠更斯的《天上世界》

2020-06-29 03:38 关键词:开普勒的《梦》与惠更斯的《天上世界》 分类:猜谜语 阅读:25

1593年开普勒还是一名学生,就已经对天空颇感兴趣。他提出了一个激动人心的思想实验:想象一下,如果在月球上观察,天空会是什么样。他写下一篇题为《月球的天文学》的小论文,但因为专注其他事情,而把它一直放在自己的抽屉里。1596年他发表了《宇宙的奥秘》,提出一种关于太阳系结构的先验几何推导。1609年又发表了《新天文学》,向世界宣告了自己的发现——开普勒第一、第二定律。直到1611年,作为一名功成名就的天文学家,他才翻出年轻时的那篇论文,将其编入《梦》。这本小说被博尔赫斯定义为现代科幻小说的开山之作。手稿于开普勒辞世后的1634年面世,上面遍布着作者在1621年到1630年间添加的注释。但这本书在写成后,很快就开始私下传播,并很可能是开普勒母亲被指控从事巫术活动的原因,或至少是一部分原因。这一指控于1615年使科学家之母面临6年刑期,开普勒亲自为母亲辩护并成功为其脱罪。另外,小说明显带有作者个人痕迹。比如,他让主角在天堡(Uraniborg)与第谷·布拉赫共同工作了几年,这正是开普勒自己的经历。因此,我们可以猜测有关其母亲举行巫术仪式,召唤那些通过月食的阴影锥从地球滑向月球,再通过日食的阴影锥回归的灵魂或魔鬼的描绘也在他的生活中有迹可寻。开普勒向其中一个恶魔委以解释月球天文学的任务。他希望月球天文学可以成为“一种论据,用以支持地球运动论,并驳斥由普遍处于不幸中的人所提出的异议”。天文学可以用以下方式来归纳。因为月球自转的周期与其绕地球旋转的周期相同,约等于地球上的4周,所以它总是用同一面对着我们。那么,从月球的不可见面望出去,永远无法看到地球。而在可见面则一直可以见到地球的壮观景象。在那里看到的地球当然是彩色的。由于地球半径几乎是月球的4倍,所以它的体积和明亮度是月球的16倍。月球的可见面是固定的,所以地球永远静止在苍穹之中。但根据地球不停歇的自转以及与从地球观测到的月相的变化,从月球上看地球的外观是不断变化的。地球的自转为月球人提供了区分日夜更替的自然尺度,更替周期约为25个地球小时。同样,地球在月球天空中的高度可作为月球纬度的自然尺度。而可见面与不可见面的分割线则提供了经度的自然参照线。在我们的卫星上,太阳在月球日间升起又落下,持续约2个地球周,与月球夜的长度完全相同。月球的旋转轴几乎垂直于黄道面,所以那里没有如地球般的季节区分,且常年处于昼夜平分状态。此外,与地球上观测到的情况相比,由于月球的附加运动,太阳的运动更加不规则。它的大小也会变化,在新地球阶段,也就是我们观测到月亮呈现满月且离太阳最远的时间段,太阳的大小最小,而在满地球或新月阶段,太阳则最大。最后,当地球发生月食时,月球会发生日食。同样地,地球上发生日食时月球上则会发生地食。地球的体积比月球更大,因而月球上的日食将频繁而漫长;地全食永远不会发生,而地偏食与地环食则是由月亮的小小阴影经过所造成。至于月球上所见的恒星,因为月球没有大气层,所以日夜都可以看见它们。它们似乎是围绕月球的自转轴旋转,这个自转轴几乎指向黄道两极,并以大约19年为周期围绕两极旋转。而造成岁差的地球自转轴的变化周期则约为26000年。论原创性,开普勒的故事在历史上并不是独一无二的。前人的成果包括开普勒引用过的公元2世纪普鲁塔克的《论月面》和琉善的《真实的故事》。开普勒将前者印在《梦》的附录中,以表达“在普鲁塔克的书中找到几乎完全相同的表述的巨大欣喜”。在同时代,伽利略在《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》第一章中也提出了从月球看地球的视角。但他没有大胆地假设“那里有运动及生命,更不用说植物、动物和类似人类的东西了”。后来者的队伍里,首先提到《梦》的有西哈诺·德·贝杰拉克的《月世界旅行记》,以及克里斯蒂安·惠更斯的《被发现的天上世界》,分别出版于1657年和1698年,是各自作者的遗作。同样是伟大科学家的幻想文学作品,且同以科普为目的,惠更斯这本书完全可以看成是开普勒故事的续作。但这一次要说明的不仅仅是月球视角的宇宙,而是太阳系各个行星及它们的卫星视角下的宇宙。这其中最重要的显然是土星。1655年,惠更斯发现了土卫六和土星环的存在,书中他自豪地回忆了这些发现。而在1671年至1684年间,“勤劳的”乔凡尼·卡西尼又发现了另外4颗卫星,为了向路易十四致敬而将它们命名为“路易之星”,就像伽利略将木星的卫星命名为美第奇星一样。卡西尼还发现土星环不止一个,它们是处于同一平面的同心环,围绕土星旋转。惠更斯认为,从土星上看到的恒星基本与地球上看到的一样,因为它们与太阳系的距离非常遥远。不过与地球上看到的相比,太阳却缩小到十几分之一,光亮度和热量更是缩减到不及百分之一,但也不至于太过微弱,否则我们在夜晚看到的土星就不会这么明亮。土星在绕太阳运行的轨道内侧,唯一可见的行星是木星,大小与我们所见的金星大致相当。夜空依然点缀着各种卫星。与土星相比,它们的轨道平面比月球的轨道平面更偏向于黄道。这意味着每隔约15个地球年,土星上的人们才能看到真正的“满月”,那时正是昼夜平分日,太阳光直射土星的赤道平面,与卫星的轨道平面重合。将土星最外侧光环与土星表面连接起来的切线造成两个极冠,大小约达50度,从那里无法看到土星环。在极冠之外能看到土星环的时间是半个星球年,也就是大约15个地球年。土星的轴线向黄道面倾斜,其倾斜程度大于地球自转轴的倾斜度。被太阳照亮的那个极点所在的半球,夜间可以观测到土星环的光弧,中间区域有行星自身投下的阴影。而另一个半球无法直接看到土星环,但能通过它们投射的阴影区感知其存在。白天被日光照亮的区域,在繁星点点的夜空中则会出现类似日食和星蚀的现象。在昼夜平分日,太阳位于土星环的同一平面,这些景象就会暂时消失在视线中,然后上述现象很快会在两个半球间交换出现。对土星卫星的陈述可以参照开普勒对月球的描写。例如,因为土卫八只有在位于特定位置时才可见,惠更斯正确地推断出它一定具有一个暗面和一个明面,对土星的朝向始终不变。准确来说,暗面在轨道运动的前侧,亮面在后侧,如此行星面对的永远是不变的两个半面。对于太阳系的其他行星,则可以参照惠更斯对土星的描述。木星因自转轴几乎垂直于它的轨道面,所以没有土星和地球上的季节区分,并处于永恒的昼夜平分状态。无论是开普勒的《梦》还是惠更斯的《被发现的天上世界》,都揭开了行星和卫星宇宙的众多秘密。但与其探讨细节问题,它们的兴趣点更偏重于向人们展示白日梦可以抵达的远方有多远。显然,做梦的人是清醒的。

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