空间简史：探索地球空间的辉煌与天空探索的寥寥，你了解多少？

摘要： 空间简史：探索地球空间的辉煌与天空探索的寥寥，你了解多少？一直以来，我们普遍认为，中世纪晚期人类在旅行和对地球的探索方面取得了辉煌的成绩，而在对天空的探索上，收获却寥寥无几。毫无疑...

《太空简史》，托马斯·马卡卡罗、克劳迪奥·M·达达里著，尹松元译，江苏凤凰科技出版社2023年12月出版

人们如何在新旧地图之间找到平衡？

一直以来，人们普遍认为，中世纪晚期，人类在地球的旅行和探索上取得了辉煌的成就，而在天空的探索上却收获甚微。事实上，无论是马可·波罗在东方的传奇经历，还是阿拉伯人在印度洋​​的航海活动，还是葡萄牙国王向非洲和大西洋的航行活动（在航行到大西洋的过程中，葡萄牙人发现了亚速尔群岛），都刷新了人们对地球空间的原有认识。这些探索所带来的震撼，是当时少数思想家对天空的“猜想”所无法企及的。

毫无疑问，中世纪晚期的人们普遍认识到，我们生活的地球比托勒密所描述的更加广阔。显然，这种认识的更新并不是源于科学的推测，也与数学的发展带来的地理计算精度的提高无关。真正发挥作用的是商业企业的扩张。商人不断扩大活动范围，无形中探索太空。

除了当时有利的气候条件外，商人们还掌握了一种简单、安全且毫无神秘感的重要工具：指南针，正是它让他们的长途旅行成为可能。科学家兼旅行家皮埃尔·马里格在1270年左右描述了指南针。皮埃尔·马里格的描述并不局限于指南针的使用，他研究了磁极理论，并在地球绕地轴旋转的前提下分析了指南针的工作原理。他还改变了中世纪两极的名称，首次引入了“南极”和“北极”的概念（在皮埃尔·马里格之前，两极以风命名，北极被称为Borea，南极被称为）。

电影《索拉里斯星》（1972 年）剧照。

但当时，皮埃尔·德·马里格尔的思想并未引起伊本·白图泰等威尼斯商队和航海家的重视，他们仍然倾向于通过地理参照来确定旅行路线，以一天或一个阴历月等时间单位来计算行进距离。

直到14世纪，才有制图师开始用图表来显示旅行信息。这时，一些传统的地理符号、计量单位、方向指示器、经纬度网格等被重新考虑。几个世纪前的地图正逐渐被否定。人们如何在新旧地图之间找到平衡？新数据如何不与旧数据相矛盾，以捍卫所谓的“权威观点”？

意大利召开了一次使东西方教会达成共识的全体会议后不久，一些希腊人带来的不为人知的地图开始在佛罗伦萨流传。数学家保罗·托斯卡内利在朋友尼古拉·库萨诺的帮助下研究了这些地图。库萨诺当时是一位红衣主教，也是这次会议的主要人物之一。尽管有库萨诺这样一位非常开明的朋友的帮助，托斯卡内利仍然无法完全突破观念上的限制。埃拉托色尼的许多作品已经遗失，托斯卡内利自然无法获得他对地球的计算。托斯卡内利计算出从热那亚海岸向西不远的地方就可以到达东印度群岛，他的评估结果被哥伦布知道了。正如我们常说的，这是一个“幸运的错误”，如果哥伦布没有低估地球的大小，他可能就不会起航今期澳门开奖结果查询，新大陆也可能不会被发现。

第谷为人类留下了大量的天文观测数据

相较于之前缩小的空间概念，中世纪晚期人们对于空间的认识确实有了很大进步，虽然正式的测量与测绘工作还未全面开展，但人类已本能地意识到，我们生存的地球比所谓“权威观点”所描述的更加广阔。

然而在14、15世纪，由于光学仪器严重短缺，人们对天空的观察似乎陷入了停滞。包括历史学家伊曼纽尔·波尔在内的很多人甚至认为，当时的人们几乎没有进行过任何天文观测。其实，当时无论西方还是东方，浑天仪、星盘、日晷等新旧观测工具的使用已经相当普及。透照器的使用也已被考古学家证实。它由几根带有小孔的平行棍子组成。天体发出的光穿过小孔，变成一束易于观察的光束。观察者只需站在固定的位置，通过观察光的运动来观察光源（也就是天体）的运动。 象限仪的使用也越来越精妙：在14世纪佛罗伦萨建造的乔托钟楼中，托斯卡内利曾手持改良的象限仪观察天空。他的做法启发了第谷·布拉赫，后者设计了一系列与象限仪十分相似的工具，并在1598年出版的著作《新天文仪器》中对其进行了详细描述。

第谷为人类留下了大量的天文观测数据，他反复验证了数据的准确性。他是历史上最伟大的用肉眼观察天空的天文学家之一。他设想并制作了一系列可以提高天文观测精度的工具，并在乌兰尼堡天文台和星堡天文台投入使用。有了这些工具，人们就能更好地推断天体的位置和轨迹。第谷的观测数据，无论从数量还是准确性来看，都为后人修改托勒密宇宙观埋下了思想的种子。

电影《索拉里斯星》（1972 年）剧照。

14世纪发明的最重要的测量工具是列维·本·吉尔森发明的，人们通常用他的希腊化名字来称呼他。1342年，这位多才多艺、独具匠心的思想家将他的天文学著作翻译成拉丁文，受到当时在阿维尼翁的教皇克莱门特六世的赞赏空间简史：探索地球空间的辉煌与天空探索的寥寥，你了解多少？，并在教皇的帮助下出版。他在书中提到了一种叫做“雅各杖”的工具，其实是一种通过几何思维构思出来的简单仪器，用来测量天体之间的角距离。它并不具备先前的夜视镜和后来的天文望远镜那样的光学特性。这种“量角器”可以在地面的某一点测量任意两颗恒星发出的射线之间的夹角。由于地面位置的差异不会影响测量结果，因此可以避免因地面参照物和观察者位置的变化而产生的误差。 此外，为了提高刻度读数的​​准确性，吉尔索尼德斯还在这种量角器上标刻了许多连续的斜线和横线，这被视为游标的前身。在他去世200多年后，第谷·布拉赫推广了这些线条的使用，并称之为渐变线。皮埃尔·威尔尼埃从中得到启发，发明了一种可以测量单位距离的仪器——游标卡尺。

此外，吉尔索尼德斯在数学计算以及计算结果的归纳方面也有着杰出的贡献。他认为恒星的排列并不像托勒密所描述的那样全都在同一个运动球面上，恒星之间的距离比人们此前想象的要远数十亿甚至数百亿倍。如果用现代的距离单位来描述，这个数值大约是100光年。他和伽利略一样，下意识地用数学计算来支持自己的观测，但当时人们只能用肉眼观察，因此能看到的很少。吉尔索尼德斯还注意到了火星亮度的变化。在托勒密体系中，这一现象可以用本轮理论来解释，但他发现托勒密的理论与现实存在一些矛盾，于是试图对本轮理论进行改进。 当然，这项工作最终是徒劳的，但值得称赞的是，吉尔索尼德斯没有将当时盛行的宇宙学体系视为不可改变的教条，而是一套需要通过实验来验证的理论，他的理论在14世纪中叶得以发表，没有受到教会的任何阻挠。

为什么吉尔索尼德斯的新方法、新思想进展得如此顺利，却没有给人类对浩瀚宇宙的认知带来应有的推动力呢？可能的原因是当时的政治局势不稳定，科学家的成就无法得到客观公正的评价。吉尔索尼德斯去世后不久，天主教会分裂为阿维尼翁党和罗马党两大阵营，他们把自己掌握的学者人数都纳入双方的竞争之中，吉尔索尼德斯的观点得到了阿维尼翁党的大力支持。当时支持罗马教皇的学者主要是多明我会派，他们信奉阿奎那的经院哲学，这种哲学是在亚里士多德的影响下形成的，以托勒密体系为基础。那不是一个专门答疑解惑的时代，人们还是需要一些具有普遍性和令人放心的观点。吉尔索尼德斯的观点遭到了阿奎那支持者的强烈批评，被认为是犹太教的胡言乱语。

重新审视日心说

15世纪，西方涌现出各种先进的思想。在这一时期，以图形方式描绘地球空间的制图学取得了长足的发展。提到这一点，就不能不谈数学知识在具象艺术和建筑领域的应用。来自托斯卡纳的卢卡·帕乔利是当时对艺术家影响最为深远的数学家，他在算术、立体几何，以及黄金比例（他称之为“神圣比例”）的研究上都取得了巨大的成就，他的许多观点后来都成为了绘画理论的基础。在他们的指导下，诞生了许多看似难以想象的杰作。多纳托·布拉曼特为圣玛利亚教堂创作的天花板画就是一个很好的例子：整个教堂呈T字形，给走在其中的人一种强烈的纵深感，犹如拉丁十字架。在装饰画中，透视手法的运用已经变得非常多样，无论是在桌面还是在墙面上，都可以找到透视的影子。 透视效果的应用，导致了新兴现代戏剧中舞台布景艺术的出现新奥六开彩资料2024，也就是我们现在常说的“特效”。

当时的艺术家们试图在作品中把握透视和消失点的作用。经过几个世纪的努力，人们终于掌握了精妙的透视技巧，在着色和阴影时严格遵循算术和几何定律，以产生视觉错觉。这些透视反射原本只是幻术师设置的幻象，却在无意中启发了数学思维和天文观测。17世纪的科学家胡安·卡拉缪尔是一位全能天才，他通过研究梅迪奇卫星设计出大理石椭圆刻度仪器，进而提出“斜视建筑”的概念。换言之，如果想准确地“感知”（即人脑的解码过程）一个三维物体，就必须将其放入所谓的“斜视空间”。

电影《索拉里斯星》（1972 年）剧照。

直到20世纪，雕塑家兼绘图员莫里兹·埃舍尔（ ）绘制出了不可能建造的建筑模型，人们才意识到卡拉缪尔的感知方式是不可行的。

15世纪活跃着一批杰出的学者，他们重新审视了日心说这一革命性、颠覆性、有些让人难以接受的观点（其中很多观点使人们在地心说和日心说之间摇摆不定，因此日心说并非完全不可接受），承认宇宙并非如托勒密所描述的那样是一个完美而有规律的存在。由于宇宙是不完美和无规律的，人们只能以近似的方式去理解它，研究范围也仅限于距离我们较近的恒星。

而当时重新提出日心说的人，是德国学者库斯（1401年生于德国特里尔，1464年卒于意大利托迪），也就是我们前面提到的库萨诺。说到他的思想，不能不提他一生中的多重身份，因为这些身份对他的思想有着重要的影响。在罗马，他是高级神父（红衣主教），是外交官，负责军队和教会的战略指挥，在宗教会议中扮演重要角色，也扮演迫害异教徒的角色；他是激进的数学家，天文学家，宗教哲学家，职业政治家，人文主义者。库萨诺的宇宙观在一定程度上是这些身份的综合体现。身份的局限性也决定了他对托勒密体系和阿威罗伊主义的驳斥不够彻底。

电影《星际漫游》（2004 年）剧照。

总体来说，库萨诺认为地球在自转的同时还围绕太阳公转，太阳只是宇宙中千万颗恒星中的一个。他的理论再一次告诉人们，人类并不是宇宙的中心。虽然类似的想法自古以来就存在，但人们始终无法相信这一点，因为这与我们的直觉感觉相矛盾。日心说是对距离我们比较近的空间的理论概括，但库萨诺把目光投向了更深的层次。他指出，太阳系概念的提出只是为了方便理解宇宙，一个很可能是无限的、不受中心、距离、度量单位、形状等几何概念束缚的宇宙。这种观点和但丁很相似，只不过但丁把自己置于神学的思考中，用诗意的语言表达了他奇思妙想。当时光学观测仪器的水平还很落后，库萨诺就试图用数学计算来验证自己的理论。他意识到数学计算只适用于距离我们比较近的恒星。 如果你想了解遥远的星星，你只能靠猜测。

由于库萨诺的思想很少得到验证，因此他将推测引入了调查研究的过程。在当时，要验证宇宙学说，必须使用推测和推理的方法，这构成了他思想的优势。他这种颠覆性的日心说观点，并不像吉尔索尼德斯的观点那样，遭到当时人们的强烈反对和驳斥。15世纪的教会是由一群人文主义者和世俗神职人员组成的，当时不同学派在神学问题上的争论也主要集中在教会内部。与16世纪相比，15世纪的学术思想更加开放，宗教教条主义的影响较小。库萨诺在不同学派的争论中采取了更为圆滑的策略，他的思想只对少数人开放，也就是说，当时只有少数哲学家和科学家有机会了解他的思想精髓。 在这些人中，也有反对库萨诺的人，比如马尔西利奥·费奇诺和皮科·德拉·米兰多拉。从这些描述中，不难发现人们在调和古人的思想与现代天文学的创新假设方面做出了巨大的努力，这也是与前人思想权威的一种精神对抗。库萨诺把我们生活的地球置于浩瀚宇宙中一个不起眼的角落。当人们面对这样一个新概念时，难免会感到无助和困惑。

提出重塑世界的全新地理视角

宇宙的概念越来越大，与此同时，人们所能感知的地球空间也在逐渐扩大，而且是直观、可测量、可描述的。15世纪末至16世纪初的20年间，制图学有了长足的发展，在航海业中得到广泛应用，使航海家突破了13、14世纪马可·波罗和方济各会修士东行时的固有路线，探索更为广阔的空间。数学和几何学的发展，加上强大的新印刷工具，促成了德国制图师马丁·瓦尔德泽米勒的伟大成就。他吸收了前几个世纪的地理大发现，提出了重塑世界的新地理观，并于1507年印刷出版了数千份自己的全球地图。地图上首次用“”一词来指代美洲。该地图与其他成果一起被收录到《宇宙学史》一书中。 该书仅存的一本可以在线浏览，不难发现，自16世纪初以来，地图已不仅仅是制图的作品，更是人们面对日益广阔的空间时的一种开放的精神宣言。

库萨诺的观点后来被医生继承，他们根据医学实验的规律，意识到了推测与结论之间的差距。吉罗拉莫·弗拉卡斯托罗医生试图解释他对宇宙的新看法，但当时的哲学家对此非常不屑，开玩笑地称他为“没有逻辑的江湖郎中”。弗拉卡斯托罗是帕多瓦皮埃特罗·蓬波纳奇的学生，但他在天文观测方面与老师意见相左，认为以前的研究缺乏仪器指导。1538年，他发表了望远镜的设计图2024年新奥门免费资料，直到大约70年后，同样在帕多瓦，伽利略才最终独立制造出望远镜，并成为第一个使用望远镜进行天文观测的人。

电影《索拉里斯星》（1972 年）剧照。

在帕多瓦，弗拉卡斯特罗结识了比他年长的波兰牧师尼古拉·哥白尼。当时，哥白尼刚从费拉拉留学归来，经多梅尼科·诺瓦拉介绍，他开始学习天文学。哥白尼不仅用猜想和实际观察的方法进行天文研究，而且还具备弗拉卡斯特罗所没有的一些特点。他深谙毕达哥拉斯学派的理论，认为天体运动既然有其数学规律，就应该用数学语言来解释。

当时，思辨方法作为几个世纪的传统，已被广泛接受。哥白尼用这种方法谨慎地表达了自己的观点，他的观点为人们提供了新的视角。16世纪初，他回到西里西亚专心研究，完成了《天体运行论》初稿。这本书介绍了行星如何围绕太阳旋转，带来了人类世界观的革命，因此在历史上享有极高的地位。我们之前也提到过，长期以来，日心说其实与地心说并存，地球围绕太阳旋转并不是一个新论点。哥白尼从数学的角度论证了地心说的错误和日心说的无可辩驳的正确性，无疑是一个巨大的进步。他回顾了公元前4世纪哲学家赫拉克利德斯的观点，建立了行星的速度和它与太阳的距离之间的关系。

正如历史学家阿方索·因赫尼奥所说：“由于无法观测到恒星的视差，哥白尼推断它们距离土星（人类发现的最后一颗可以用肉眼看到的行星）非常遥远，这实际上对以前认为的和谐、规则的宇宙产生了质疑。哥白尼由此认识到宇宙的浩瀚。他认为最外层的天球是如此巨大，以至于当时没有任何函数可以解释其规律。”

哥白尼将自己的著作呈交给教皇保罗三世，他的学说并没有过多地扰乱教会的正统观念。但托勒密的宇宙观体系在当时仍占主导地位，一些极端的再洗礼派甚至将哥白尼的著作视为一本邪书。不过，伽利略的反对者、风度翩翩的红衣主教贝拉米诺仔细研究了哥白尼的著作，并没有发现任何异端观点。《天体运行论》于1543年（哥白尼去世后不久）正式出版。当时特伦托会议尚未召开，教会尚未将僵化的新亚里士多德主义视为唯一真理，科学研究仍享有一定的自由。《天体运行论》第二次出版于1566年在巴塞尔，重印过程中许多内容被篡改。 随后的教会分裂、宗教战争，让欧洲社会陷入混乱，天主教会忙于反对宗教改革运动，科学研究的自由成为奢侈，第三本出版被一再搁置。

当时教会统治的政治形势对哥白尼宇宙观的传播已经十分不利，因为他所展现的庞大宇宙和日心说似乎“违背了上帝的意志”。这种情况随着布鲁诺、康帕内拉等富有想象力和反叛精神的人的出现而一再恶化。他们虽然支持日心说，但实际上更多的是反叛教会。他们把哥白尼的观点置于与教会的对立中，逐渐走向了与科学的对立。1609年，《天体运行论》被列为禁书（但丁的《神曲》也同时被列为禁书）。与其说是出于科学界的意见分歧，不如说是出于政治上的保守和谨慎。

前面我们说过，第谷的观测数据为托勒密模型的替代埋下了祸根，而这些数据幸运地被第谷的同事兼继承人开普勒所继承。这两位科学家都致力于传播新的学术理念，都遭到了天主教会的全力反对和攻击。开普勒对第谷和自己的观测数据进行了分析和整理，从数学的角度证明了太阳一定是行星系统的中心，并发现行星的轨道不是圆形的，而是椭圆形的（开普勒第一定律，1608年）。一年后，也就是1609年，也就是伽利略用天文望远镜观察天空的同一年，开普勒提出了行星运动第二定律，揭示了行星围绕太阳运转的角速度并不是恒定的，而且距离太阳越近，角速度越大。 太阳仿佛散发着一种神奇的力量，行星距离它越近，感受到的力量就越强大。

值得一提的是，第谷和开普勒都目睹过超新星爆炸，持续时间长达数月，可以用肉眼观测到。到目前为止，银河系中还没有发生过明亮到可以用肉眼观测到的超新星爆炸。

上面提到的第一颗超新星是著名的第谷超新星，又称 ，是第谷在1572年发现的（同年开普勒还不满1岁）。第二颗超新星被命名为开普勒超新星，又称 ，是开普勒在1604年发现的（此时第谷已去世近3年）。虽然政治动荡，但理性在不断发展成熟，以前完美不变的宇宙模型正在逐渐被人们抛弃。那些头脑聪明的学者带领大家走出了禁锢我们的“家”，开始看向外面的世界。人类对世界的探索永远不会停止。

本文摘自《太空简史》。文中小标题为编辑所加，并非原文内容。本出版物已获得出版商授权发表。

原作者/ M.

摘录/何野