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及時章 史前的天空

天文史學家主要依靠遺存下來的文獻(古代文獻在數量上比較零散，占壓倒性多數的文獻出自近代)以及儀器和天文臺之類的人造物進行研究。但是，在文字發明之前就生活于歐洲和中東的人的"宇宙觀"中，我們能夠發現天空所起的某些作用嗎？是否曾經甚至有過一種史前的天文科學，使得當時的某個杰出人物得以預告交食現象？

為回答這些問題，我們主要依仗遺存下來的石碑——它們的排列、它們和地形的關系以及我們在某些石碑上發現的雕刻(通常是意義不明的)。當某一塊石碑很獨特時，根本的判斷方法問題就最容易受到爭議。例如，巨石陣在一個方向朝向夏至日的日升，而在另一個方向則朝向冬至日的日落。我們怎么能認定，這樣一種在我們看來具有天文學意義的排列，正是巨石陣的建筑師因為該理由而選擇的呢？它會不會是出于某種非常不同的動機或甚至是純屬偶然呢？另舉一個例子，一座建于公元前3000年左右的石碑朝向東方，可能是因為金牛座中的亮星團即昴星團在東方升起，可能是因為它朝向夏至和冬至日升方向的中點，可能是因為在那個方向有一座神圣的山，或者選擇這個方向只不過是為了利用地面的坡度。我們如何能判定，建造者懷有的是其中的哪一個想法(如果有的話)？

當論及散布于廣闊地域中的大量石碑時，我們就不會那么盲目了。西歐的考古學家研究了石器時代晚期(新石器時代)的公墓，那個時候狩獵者的游牧生活已經被農夫的定居生活所取代。這樣的墳墓為氏族的需要服務了許多年，因而它們都有一個入口，當有需要時，其他的尸體可由此放入。我們能夠確定，墳墓的朝向正是里面的尸體通過入口向外"眺望"時的視線方向。

在葡萄牙中心區有很多這樣的墳墓，它們具有獨特的而且是瞬間即可辨認的形狀和構造，由習俗相同的人們所建造。它們散布在東西長約二百公里，南北寬度也近二百公里的一個無山地區，但是作者曾經測量過的177座墳墓全都面朝東方，在太陽升起的范圍以內。

不僅如此，秋冬季節太陽升起的方向也是被優先考慮的。現在我們從書面記載得知，在許多國家基督教堂的傳統朝向為日升方向(一年中兩次)，這是因為冉冉升起的太陽是基督的象征；建造者通常在建設開始之日使教堂面向日升方向來保障這一點。假定新石器時代的這些墳墓建造者遵循相似的習俗，假設他們也將升起的太陽視為一個生命來臨的象征，那么既然他們無疑在收獲之后的秋冬季節才有空閑從事諸如此類的工作，于是我們就有望發現我們實際所發現的朝向模式；難以想象任何其他解釋可以說明這種引人注目的朝向。所以，推斷新石器時代的建造者將他們的墳墓朝向定為日升方向，應該是合理的。

如果事實確是如此，則我們有證據認為，天空在新石器時代宇宙觀中所起的作用，就同它在教堂建造者的宇宙觀中曾起過(和正起著)的作用一樣，但是，這同"科學"無關。主張史前歐洲的確存在一種真正的天文學的是幾十年以前的一位退休工程師亞歷山大?湯姆，他查勘了英國境內的幾百個石圈。湯姆認為，史前的建造者在設置石圈的位置時確保從這些位置看出去，太陽(或月亮)會在某個重要的日子——例如，就太陽而言，為冬至日——在一座遠山的背后升起(或落下)。在至日前后幾天以內，太陽差不多在地平線的同一位置升起(或落下)，只有用很精密的儀器，才可以確定至日的正確日期。依據湯姆的說法，史前的杰出精英們利用石圈和遠山構成了范圍達方圓好多英里的儀器；他們利用太陽周和太陰周的知識，能夠預報交食現象并由此確立了他們在人群中的優勢地位。

湯姆的工作激起了人們巨大的興趣，當然也引發了爭議。但是，人們重新調查他的研究處所后能得出這樣的結論：他知道他挑出的那些遠山會符合其觀念，而這樣的排列可能純屬偶然并且和史前建造者沒有任何關系。現在幾乎沒有人相信湯姆的猜想了，雖然任何一個試圖理解史前宇宙觀的人都應該因為他將注意力引向這樣的問題而感激他。

我們可以肯定，在史前時期，天空至少為兩類人(航海者和農夫)的實際需要服務。今天，在太平洋和別的地方，航海者利用太陽和恒星探尋他們的航程。史前地中海的水手無疑也是如此，但是在這方面幾乎沒有什么資料留存下來。關于農歷——農夫始終需要知道何時播種及何時收獲——我們倒有些線索。即使在今天，在歐洲有些地方，農夫還在利用希臘詩人赫西奧德(約公元前8世紀)在《工作與時日》中為我們描述的天體信號類型。每年太陽在恒星之間完成一次巡回，所以某顆恒星(例如天狼星)會因為太靠近太陽而有幾個星期在白晝不可見。但是，隨著太陽的繼續運動，天狼星在拂曉的天空中閃現的日子就會來臨，這一刻即為"偕日升"。赫西奧德描述了偕日升序列，他那時的農夫把這一序列用于他們的歷法中，而這就定然將前幾個世紀里匯集起來的知識和經驗濃縮納入其中。令人驚訝的是，似乎有早得多的這樣一個序列被銘刻在馬耳他姆那德拉寺院的柱子上，這個寺院可追溯到公元前3000年左右。我和我的同事找到了一連串似為計數單位的雕刻的小洞，在分析了數目之后，我們發現它們很好地表述著一次重要的偕日升和下一次之間所隔的日數。正如我們將要看到的，天狼星的偕日升很快就在附近埃及的歷書中起到了關鍵的作用。

第二章 古代天文學

現代天文學的開端最初在公元前第三個和第二個千年的史前迷霧中浮現，起始于在埃及和巴比倫發展起來的日趨復雜的文化。在埃及，一個遼闊王國的有效管理依賴于一部得到認可的歷法，而宗教儀式要求有在夜間獲知時刻以及按基本方向定出紀念物(金字塔)方位的能力。在巴比倫，王位和國家的安全依賴于正確解讀征兆，包括那些在天空中被見到的征兆。

因為在太陰月或太陽年中沒有的日數，同樣在一年中也沒有的月數，所以歷法歷來是，現在也依然是難以制定的。我們自己月長度的異常雜亂正說明這是自然界向歷法制定者提出的一大難題。在埃及，生活為一年一度的尼羅河泛濫所主宰。當人們注意到這種泛濫總是發生在天狼星偕日升前后，也就是當這顆恒星在經歷幾周的隱匿后再度出現于破曉的天空中時，他們就找到了歷法問題的一種解決方案。因此，這顆恒星的升起可以被用來制定歷法。

每年由12個朔望月和大約11天構成，埃及人從而制定出一種歷法，其中天狼星永遠在第12個月中升起。倘若在任一年中，天狼星在第12個月中升起得早，來年就還會在第12個月中升起；但若在第12個月中升起得晚，則除非采取措施，否則來年天狼星將在第12個月過完之后才升起。為了避免這樣的事發生，人們就宣布本年有一個額外的或"插入的"月。

這樣一種歷法對于宗教節慶而言是適宜的，但對于一個復雜的和高度組織化的社會的管理而言則不然。所以，為了民用目的，人們制定了第二種歷法。它非常簡單，每年都是的12個月，每個月由3個10天的"星期"組成。在每年的末尾，人們加上額外的5天，使得一年的總日數為365天。因為這種季節年實際上稍長數小時(這就是為什么我們有閏年)，所以該行政歷法按照季節緩慢地周而復始，但是為了管理上的方便而采用這樣一種不變的模式還是值得的。

因為有36個10天構成的"星期"，所以人們在天空中選用36個星群或"旬星"使得每10天左右有一顆新的"旬星"偕日升起。當黃昏在任一夜晚降臨時，許多旬星將在頭頂顯現；到了夜晚，地平線上將每隔一段時間出現一顆新的旬星，標志著時間的流逝。

天空在埃及的宗教中起著重要的作用，因為在其中神祇以星座的形式出現，埃及人在地球上花費了巨大的人力，以保障統治著他們的法老有朝一日會位列其中。公元前第三個千年，法老的殯葬金字塔幾乎地按南北方向排列成行，我們從中看到了一些端倪，至于這一排列是如何實現的，已有諸多爭論。一個線索來自排列的微小誤差，因為這些誤差隨建造日期而有規律地變化。最近有人提出，埃及人有可能是參照一條虛擬的線，這條線連接兩顆特殊的恒星。在所有時間里，這兩顆恒星都可以在地平線上見到(拱極星)，當該線垂直時，就取朝向這條線的方向為正北。如其如此，由于地軸擺動(稱為進動)所致的天北極的緩慢運動就可以解釋這種有規律的誤差。

埃及人為他們幾何學和算術上的原始狀態所制約，對恒星和行星的更難以捉摸的運動不甚了了，尤其是他們的算術幾乎是無一例外地用分子為1 的分式來運算。

相比之下，在公元前兩千年，巴比倫人發展了一套算術符號，這一項了不起的技術成為他們在天文學上獲得顯著成就的基礎。巴比倫的抄寫員取用一種手掌大小的軟泥版，在上面用鐵筆刃口向外側刻印表示1，平直地刻印表示10，按需要多次刻印，他就可以寫出代表從1到59 的數字，但是到60時，他就要再次使用1的符號，就像我們表示10這個數字那樣，類似地可以表示6060，606060，等等。在這個60進制的計數系統中，可以書寫的數字的性和用途是沒有限定的，甚至在今天我們仍然在繼續使用60進制來書寫角度以及用時、分和秒來計算時間。

巴比倫宮廷官員對所有種類的征兆都保持著警惕——尤為關注的是綿羊的內臟——他們保留著任何一個不受歡迎但接著發生的事件的記錄，以便從中吸取經驗：當征兆在未來再次發生時，他們就會知道即將到來的災難的性質(該征兆是一種警示)，于是就可以舉行適當的宗教儀式。這就促使人們匯編了一部包含7000個征兆的巨著，它成形于公元前900年。此后不久，為了使他們的預測更為，抄寫員開始系統地記錄天文(及流星)現象。這樣的記錄延續了7個世紀，太陽、月球和行星運動的周期開始逐漸地從記錄中顯露。借助于60進制計數法，抄寫員設計出運算方法，利用這些周期來預報天體的未來位置。例如，太陽相對于背景星的運動在半年中加速，在半年中減速。為了模擬這種運動，巴比倫人設計了兩個方案：或者假定半年采用一個均勻速度，半年采用另一個均勻速度；或者假定半年采取勻加速運動，半年采取勻減速運動。兩者都僅僅是對真實情況的人為模擬而已，但他們完成了這項工作。

對于公元前4世紀以前的希臘天文學，我們的知識非常零碎，因為很少有那個時期的記載留傳下來，而我們所擁有的，很多是即將被亞里士多德(公元前384—前322)抨擊的主張中的引證。但有兩個方面引起了我們的注意：首先，人們開始按自然的條件來理解自然，而沒有求助于超自然；第二，人們認出了地球是個球狀體。亞里士多德正確地指出，月食時地球投射在月面上的影子總是圓的，只有當地球是一個球體時，才會如此。

希臘人不僅知道地球的形狀，而且埃拉托斯特尼(約公元前276—約前195)還對地球的實際大小做出了相當的估計。從那以后，受過少量教育的人都知道地球是球形的。

看起來，天空也是如此。而且，我們始終看見的正好是天球的一半，因此地球必定是位于天球的中央。于是經典的希臘宇宙模型形成了：一個球形地球位于一個球形宇宙的中心。

在艾薩克?牛頓時代仍被用于劍橋大學教學的亞里士多德多卷著作中，亞里士多德比較了位于宇宙中心的地球區——幾乎延伸到遠至月球處——和位于其外的天區。在地球區，變化、生死、存滅都在發生。地球在最中心；環繞著地球的是水層，然后是大氣層，是火層。物體由這些要素按不同比例構成。在沒有外力的情況下，物體會按直線運動，或者向著地心或者背離地心，從而使得離地心的距離合乎其元素構成。于是，本質似泥土的石頭向著地心墜落，而火焰則向著火球升騰。

緊接著，火球之外就是天區的開始。在天區里，運動是周期性的(從不是直線運動)，所以不存在真正的改變。天空較高處是轉動著的球層，由不可計數的"固定"恒星構成，之所以說"固定"，是因為恒星的相對位置從不改變。不固定星體的數目正好是7個：月球(明顯是所有星體中最近的)、太陽、水星、金星、火星、木星和土星。這些星體相對于固定恒星運動著，并且因為它們的運動是永遠變化的(的確，5個較小的星體實際不時地反向運動)，所以它們被通稱為"流浪之星"或"行星"。亞里士多德的老師柏拉圖(公元前427—前348/前347)天生是個數學家，曾視行星為對他的信念(我們生活在一個受規律支配的和諧宇宙中)的一種可能的反駁。但是，這是否也可能表明，行星的運動實際上像恒星的運動一樣具有規律，的差別是支配行星運動的規律更為復雜而不是一目了然？

應對挑戰的是幾何學家歐多克斯(約公元前400—約前347)，他為每顆行星設定了一個由三四個同心球構成的疊套系統，用于以數學方法演示行星的運動畢竟是似有規律的。他想象每顆行星位于最內球體的赤道上，該球作勻速轉動并攜帶著行星運動，它的極被認為嵌入邊上的球中并被其帶動著也作勻速轉動。第三個和(就較小行星而言)第四個球的情況也是如此。每個球的轉動軸的角度都經過仔細地選擇，其轉動的速度也是如此。每種情形下，最外層的球產生該行星繞地球的周日軌跡，例如，月球諸球分別按24小時、18.6年和27.2日的周期作勻速轉動，所以月球的合成運動反映著所有這三個周期。