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章

天空中的地球

本書是為喜歡了解周圍的事物，且對于宇宙的情況想沒有太多的付出就可以得到一些基本的、明確的概念的讀者而編寫的。我們是在什么東西上行走？地球在無限空間里占有什么地位？維持地球上的生命的太陽光是什么？我們頭頂上的天空是什么？黑夜里發(fā)光的星星是什么？要想得到解答這些疑問的知識(shí)，并不是無益的。如果沒有關(guān)于宇宙的基本知識(shí)，我們便只能永遠(yuǎn)受著自然界的影響而不明白其原因。這樣的基本知識(shí)，我們不但可以不太費(fèi)神地獲得，而且還可以從學(xué)習(xí)中得到無窮的趣味。天文學(xué)絕不是孤僻的、高不可攀的科學(xué)，它是和我們接近的一門學(xué)問，在我們的一切知識(shí)里它是需要的，同時(shí)它能使我們?nèi)朊?，給我們無比的快樂。我們不能漠視天文學(xué)，因?yàn)橹挥兴攀刮覀兠靼?，我們在哪里，我們是什么，而且它并不像有些學(xué)者所說的那樣，使你認(rèn)為它充滿了數(shù)字。數(shù)學(xué)的公式不過是像建造華麗宮殿的架子，當(dāng)架子一經(jīng)拆掉，這神圣的殿宇便在天穹上放出光輝，在驚奇的眼睛里，顯現(xiàn)出它的偉大和輝煌。

這并不是說閱讀這本《大眾天文學(xué)》一書的人就不需要專心致志。這樣的書雖然比一本小說更真實(shí)、更親切，可是唯有你細(xì)心地去讀，書中的基本概念才能成為你經(jīng)久不忘的科學(xué)知識(shí)。讀一本小說，有時(shí)候到后一頁，讀者還是和開始一樣，沒有得到什么知識(shí)；可是任何人讀了一本科學(xué)書，都會(huì)擴(kuò)大他的認(rèn)識(shí)范圍，提高他的判斷能力。我們簡直可以說，在我們的時(shí)代里，如果一個(gè)人對近代天文學(xué)的偉大成就一無所知，那么他就不能叫做一個(gè)受過教育的人。

但是只需要稍微改變一下情況便不會(huì)有天文學(xué)了：如果我們的大氣中水汽的成分稍微多一些，使地球披上濃云的外衣，或裹上一層不透光的被蓋，把天穹和它上面發(fā)光的星星掩蔽起來，于是我們就生活在永恒的濃霧里，對于天上奇妙的現(xiàn)象全無所知了。這樣一來，我們?nèi)祟惖纳?、意識(shí)和哲學(xué)一定會(huì)和今天大不相同。

研究星辰的科學(xué)已經(jīng)不是少數(shù)專家們的秘密，天文學(xué)啟發(fā)了一切人的智慧，并且揭示了自然界。這說明如果沒有它，人們便不知道自己在萬物中所占的地位。即使是粗淺的一點(diǎn)天文學(xué)知識(shí)，也是人們所需要的，因?yàn)榻裉烀恳粋€(gè)人都有必要了解宇宙的真相。

天文學(xué)給我們揭示的一切真相里，對于我們來說，重要而且也是使我們感興趣的，首先就是它說明了我們所居住的地球是一顆行星，并且說明了這顆行星的形狀、大小、質(zhì)量、位置和運(yùn)動(dòng)。要研究天，先懂得地，因?yàn)榈厍蚴呛臀覀兘咏?。古代天文學(xué)的發(fā)展，就是從研究我們地球的位置和運(yùn)動(dòng)出發(fā)的，但是必須依靠近代天文學(xué)，我們對于這顆行星才有確切的認(rèn)識(shí)。根據(jù)觀測表明：地球絕不是宇宙的中心，它在時(shí)間的洪流里，奔向一個(gè)我們不了解的目標(biāo)，它迅速地旋轉(zhuǎn)著，載著它表面上生死不已的人類在太空運(yùn)行。

幾千年來，人類關(guān)于地球的性質(zhì)和它在宇宙中的位置以及宇宙的一般構(gòu)造的認(rèn)識(shí)是錯(cuò)誤的。假使沒有天文學(xué)，人類的有關(guān)認(rèn)識(shí)到今天還會(huì)照樣錯(cuò)下去；即使在今天，也還有許多人由于缺乏天文學(xué)的基本知識(shí)，對于我們居住的世界存在著荒謬的看法。

現(xiàn)在，上小學(xué)的孩子們很容易說出"地球是圓的"這個(gè)真理來?？墒撬麄儏s沒想到，人們經(jīng)過多大的努力，借著幾何學(xué)和天文學(xué)的幫助，才發(fā)現(xiàn)了這個(gè)真理。

我們放眼望去，大地是一個(gè)廣闊的平原，雖然它表面有各種各樣起伏的地形：青翠的山嶺、美麗的峽谷、高聳的山脈、蜿蜒的河流、明媚的湖泊、遼闊的海洋以及千變?nèi)f化的原野。大地又好像是固定地穩(wěn)立在永恒不變的基礎(chǔ)之上，上面是陰晴變化的天，它又好像是宇宙的不可動(dòng)搖的基石，日、月、星辰都似乎在圍繞著大地轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)這一切表面的現(xiàn)象，人們很容易相信地球是宇宙的中心，它是為了人類的居住而被創(chuàng)造出來的。這種浮夸的看法，只要沒有人提出異議，就很可能長久地被人類保留下去。

原始人愚昧的生活經(jīng)歷了漫長的歲月，他們以整個(gè)精力忙于尋求食物。后來，他們的智力逐漸發(fā)展起來，想方設(shè)法地防備自然的災(zāi)害和抵御仇敵的襲擊，以及增加他們物質(zhì)上的財(cái)富。智慧是慢慢發(fā)展的，直到有24小時(shí)，在東方寬闊的原野上，有人開始觀測星辰的運(yùn)轉(zhuǎn)，于是就誕生了天文學(xué)(引起天文學(xué)發(fā)展的主要原因，是我們想了解天文現(xiàn)象對于勞動(dòng)生產(chǎn)的關(guān)系，而不是少數(shù)人因好奇而觀測星辰的結(jié)果?！g者注)。起初，只是一些牧羊人在黃昏日落、黎明日出時(shí)注意一些簡單的天象。例如，月亮的盈缺，月亮比太陽和星辰晚一些升起，布滿繁星的天空在我們的頭上緩緩地變化，行星在星座里的運(yùn)動(dòng)，流星好像從天空中飛了出來，神秘而可怕的日食和月食，奇怪披發(fā)的彗星，這一切便是幾千年前古代人觀測研究的對象。天文學(xué)是古老的科學(xué)，遠(yuǎn)在有文字以前，人類已經(jīng)研究天象，還創(chuàng)造了一種原始的歷法。原始的觀測記錄因戰(zhàn)爭而遺失，現(xiàn)今所保存的年代悠遠(yuǎn)的觀測，首推中國歷史的記載。例如，公元前2679年的新星，公元前2316年的彗星等。中國人還記下了公元11世紀(jì)冬至日太陽是在寶瓶座β星附近，而現(xiàn)在它卻在人馬座γ星附近，相距有40多度之差。古埃及人在公元前4200年間已經(jīng)有相當(dāng)完備的歷法，他們把慣用了幾千年以360日為一年的歷法改為以365日為一年的歷法。7天為一個(gè)星期的周法，也有了它在天文學(xué)上的根據(jù)。雖然它在公元3世紀(jì)才傳至歐洲，雖然一周7天的名字和每月的名字一樣，字源同樣出于拉丁語，然而事實(shí)上，遠(yuǎn)在公元前許多年前，星期的制度已經(jīng)創(chuàng)始于猶太或巴比倫了。這七天的命名，是根據(jù)古人所知的運(yùn)動(dòng)的星辰：日、月、火、水、木、金、土七星。假使那時(shí)候人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)我們在1781、1846和1930年陸續(xù)發(fā)現(xiàn)的天王、海王和冥王(2006年8月24日國際天文學(xué)民間聯(lián)合會(huì)大會(huì)的決議通過：冥王星被視為太陽系的矮行星，不再被視為大行星?！幷咦?三星，也許今天的一個(gè)星期是10天，而不是7天。時(shí)日的劃分若有了差異，對于社會(huì)的組織就不能沒有影響。

公元前800年間，大約在荷馬時(shí)代，人們以為地球的周圍環(huán)繞著名叫俄刻阿諾斯(Okéanos)的海洋。海水充滿下面的半球，只有上面的半球才對著天。太陽(赫利俄斯，Hélios)每晚落在這海里就熄滅了它的火，在海洋深處洗了一個(gè)澡以后，第二天早上重新點(diǎn)燃了它的火。

古人根據(jù)表面的觀察，以為夜晚星辰閃爍的天空和晝間陽光普照的天空是兩樣的。如果那時(shí)有人敢說，白晝的天空也充滿了星星，正和夜里一般，只是因?yàn)樘柕膹?qiáng)烈光輝將星光掩蔽，我們才看不見星星，那么這個(gè)人一定是一位有才、有膽的理論家。

不久，人們便注意到太陽、月亮、行星、恒星都有東升和西落的現(xiàn)象，而且在落下去和升起來的時(shí)間間隔里，這些星辰都應(yīng)該從地下面經(jīng)過。地下面！這三個(gè)字具有多么大的革命性的意義啊!一直到了那個(gè)時(shí)候，人們總以為我們腳下的地是無限的深厚，它一定是建立在堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)上面，否則他們便不能設(shè)想為什么地是這樣的穩(wěn)定?？墒?，星辰在我們頭上所走的彎曲的路徑，既然在它落下地以后仍然繼續(xù)進(jìn)行，到第二天再從地下升起，那么我們便應(yīng)該設(shè)想地下有廣大的走廊，使天上的這些火炬通過。有些人以為地像一張圓桌，立在12根支柱上面；又有人以為地像一個(gè)圓頂，載于4個(gè)銅像的背上。但是世界需要支撐的這個(gè)看法，不管支撐的東西是柱、是銅像或是山，總不能消除掉疑問，因?yàn)檫@些支撐的東西也應(yīng)該有它們的基礎(chǔ)。天穹好像圍繞著我們在旋轉(zhuǎn)，于是使地球穩(wěn)定的這個(gè)支柱便無處安放，而不得不打消有支柱的這個(gè)見解，因此，我們便不能不承認(rèn)地是懸空無靠的。

如果我們相信迪歐根尼(Diogène de La?rt)的話，這便是阿那克西曼德(Anaximandre)在公元前500年間所得出的結(jié)論。我們有理由把認(rèn)為地球是懸空的這個(gè)看法當(dāng)做是天文學(xué)上的一個(gè)大發(fā)現(xiàn)。與荷馬同時(shí)代的赫西奧德(Hésiode)以為地是一個(gè)圓盤，處于天穹和地獄之間，其間的距離曾經(jīng)被伏爾甘(火神，Vulcan)所測定，他的砧從天穹落到地面需要九日九夜，再從地面落到地獄也需要同樣長的時(shí)間。關(guān)于宇宙構(gòu)造的這種見解，在許多年代里一直支配著人們的思想。但進(jìn)步的火炬已經(jīng)點(diǎn)燃，便不會(huì)熄滅。地理學(xué)的發(fā)展與對月食的觀測(圖4)證明我們所居住的世界實(shí)在是一個(gè)球。于是人們便想象這個(gè)偉大的球處在宇宙的中心，別的天體——月亮、太陽、行星和恒星，從現(xiàn)象上看來，都圍繞著地球，依照大小不同的圓周轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖4月食時(shí)(1921年10月16日)地球的黑影在月亮上的情形(地影的輪廓是圓的

近年來，我們對于地是球形的這個(gè)論斷已經(jīng)得到直接的證據(jù)，這便是從很高的一點(diǎn)拍攝地平線的照片。1935年有人用上升到平流層的氣球，在高出地面22千米處拍照，近更有人用火箭載著照相機(jī)射到100千米高處去拍照(本篇封面圖，即圖1)。地平線的曲率在張照片上已經(jīng)可以看得出，在第二張照片上，更是非常的明顯(本篇第七章)(1961年以來，載人宇宙飛船已經(jīng)從更高處拍攝了許多地面照片?！Ｕ咦?。

天文學(xué)家細(xì)心觀測天體的視運(yùn)動(dòng)已有2 000年的歷史。在研究的過程中曾出現(xiàn)過很多奇特的不能解釋的復(fù)雜問題，這些問題一直到他們明白自己對于地球位置的認(rèn)識(shí)是錯(cuò)誤(和過去他們認(rèn)為地球是穩(wěn)定的一樣)時(shí)，才獲得了解決。不朽的哥白尼反復(fù)地討論了在他 2 000 年以前的古希臘人，如伊塞塔斯(Hicetas)、埃斯方特(Ecphante)、斐洛勞斯(Philolaüs)、柏拉圖(Platon)、赫拉克利德(Héraclide)和阿利斯塔克(Aristarque)等提出的地球運(yùn)動(dòng)的學(xué)說，這一學(xué)說曾于1440年被尼科拉?德?曲薩(Nicolas de Cusa)主教重新提出，但總是不被人們接受。這位博學(xué)的波蘭僧正(即哥白尼)在1543年與世長辭時(shí)，給科學(xué)留下了一本巨著(指《天體運(yùn)行論》(De revolutionibus orbium coelestium)，舊譯《天旋論》)，明確地揭露了人類對宇宙長期的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。

地球在24小時(shí)內(nèi)繞著自己的軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周，由這一運(yùn)動(dòng)所形成的現(xiàn)象，便是天穹圍繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)一周，這是哥白尼所說明的個(gè)真相，而且從此就被肯定下來。這也是我們首先要考查的事實(shí)。上面已經(jīng)說過，我們對于天文學(xué)的學(xué)習(xí)，將從研究地球在空間的位置和它的各種運(yùn)動(dòng)開始。

地球繞著自己的軸旋轉(zhuǎn)，不過是它的一種運(yùn)動(dòng)。它被太陽的引力控制在一個(gè)軌道上繞著太陽運(yùn)行，日地平均距離是1.49億千米，在一年內(nèi)繞了一個(gè)約有9.4億千米長的大圓周。

我們的地球要在36514日里繞這樣大一個(gè)圓周，它在空中運(yùn)行時(shí)，24小時(shí)要走257萬千米，一小時(shí)要走10.7萬千米，一秒鐘要走30千米，這是很容易計(jì)算出來的。

我們在空中運(yùn)行的速度比快的火車還要快 1 000 倍，而火車比烏龜要快 1 000 倍。如果我們開出一列火車去追趕地球，那正像一個(gè)烏龜去追趕火車!我們的地球在天空中運(yùn)行的速度比炮彈的速度還要快30倍。

假想有人在空中距離地球軌道不遠(yuǎn)的地方，看見一個(gè)漸漸增大的星球滾滾飛奔而來，蓋住了整個(gè)天空，然后又向空間深處飛馳而去，他該是怎樣的驚詫！

我們住在這樣一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的球上，差不多就像附在射擊到空中的炮彈上的灰塵一樣?？諝?、水和我們周圍的一切都參加地球的各種運(yùn)動(dòng)，所以除了去觀測那些不參加這些運(yùn)動(dòng)的星辰以外，我們是不能夠證明有這些運(yùn)動(dòng)的。這顆載著我們的行星的運(yùn)動(dòng)，既不受摩擦，也不會(huì)碰撞，沉寂地在永恒的天空中運(yùn)行著，這是多么奇妙的結(jié)構(gòu)??！地球在它理想的軌道上莊嚴(yán)地運(yùn)動(dòng)著，比在澄靜的湖面上劃行的小船還要輕盈。