伽利略和望遠鏡

本期封面是17世紀佛蘭德畫家薩斯特曼斯（Justus Sustermans，1597—1681）為伽利略（Galileo Galilei，1564—1642）繪制的肖像，完成于1636年，當時伽利略已72歲，三年前被羅馬宗教裁判所判處有罪和終身監禁，兩年后雙目失明。薩斯特曼斯是托斯卡納大公費迪南多二世（Ferdinando Ⅱ deMedici，1610—1670）的宮廷畫師，伽利略則更早獲得這個家族的青睞，他與費迪南多二世的父親科西莫二世（cosimo Ⅱ deMedici，1590—1621）有著非常密切的關系。托斯卡納大公國是意大利北方最富庶的地區，從1434年起就由佛羅倫薩的美第奇家族統治。

薩斯特曼斯為伽利略作過多幅肖像，而以現今保存在英國格林尼治國家海事博物館的這一幅最為珍貴。畫中的伽利略神情嚴峻、目光堅毅、氣度不凡，扶在椅把上的左手無名指上戴著一枚鉆戒，似乎在彰顯主人的高貴身份和氣質，更重要的是右手握著的器物，那是經他改造后用來進行天文觀測的望遠鏡。

望遠鏡原名察諜鏡（spyglass），發明者是17世紀初荷蘭的眼鏡匠，詹森（Zacharias Jansen，1580—c.1638）、梅提烏斯（Jacob Metius，c.1571—c.1631）和利佩希（Hans Lippershey，1570—1619）都被認為是可能的候選人。可以想象，他們或其他某位磨鏡匠偶然將一枚凸透鏡放在眼前的一枚凹透鏡前方，相隔一定的距離就獲得了遠處景物的放大圖像。1608年秋天，利佩希向荷蘭共和國的實際統治者奧倫治親王毛里斯（Maurice of Orange，1567—1625）贈送了一架察諜鏡并申請專利，后者責令海牙議會審議他的申請，議會組成的專門委員會決定給予利佩希一筆獎金，但是沒有授予其專賣權，因為當時還有其他一些人都聲稱自己能夠制造察諜鏡。

封二之圖1是荷蘭畫家大勃魯蓋爾（Jan Brueghel the Elder，1568—1625）的作品《瑪麗蒙特城堡周邊的風景》，大約完成于1611年，與伽利略的《星際使者》（Sidereus Nuncius，1610）幾乎同時。畫面的左下角有一個手持察諜鏡向遠方眺望的人物（圖2）。瑪麗蒙特城堡是羅馬神圣帝國在尼德蘭南部的領地和狩獵場，當時的主人是哈布斯堡家族的阿爾伯特七世和他的妻子伊薩貝拉，大勃魯蓋爾則是他們的宮廷畫師。除了這幅《瑪麗蒙特城堡周邊的風景》之外，他還留下了多幅與此城堡和察諜鏡有關的作品，

例如下面這幅與魯本斯合作的畫像，就把瑪麗蒙特城堡作為其女領主伊莎貝拉的背景。

1609年前后，歐洲許多地方都獲悉荷蘭人發明察諜鏡的消息，還有人進行了仿制，例如倫敦的哈略特（Thomas Harriot，1560—1621）、以及瑪麗蒙特城堡的主人所雇傭的工匠，據載阿爾伯特七世曾將仿制的樣品送給神圣羅馬帝國皇帝魯道夫二世（Rudolf Ⅱ，1552—1612）和西班牙國王。在伽利略出場前，察諜鏡多被當作一件新奇玩具，或者有人意識到可以用于軍事目的，這從它的名字就可以推想出來。唯一的例外是哈略特，他曾用自制的察諜鏡觀測月亮，并據此畫出世界上第一幅月面圖，時間是1609年7月26日；不過他的月面圖相當粗糙，這與其制作的察諜鏡放大率不高有關。

伽利略用察諜鏡觀測月亮比哈略特晚了四個月，不過只有在他手中，這一發明才真正變成一種全面觀測星空、證實哥白尼學說、從而為近代科學革命奠定基礎的科學儀器。伽利略最早仍然使用“察諜鏡”這個詞，“望遠鏡”（telescope）是1611年4月在羅馬誕生的——在歡迎伽利略加入靈采科學院的宴會上，有人提議用帶有希臘詞根“遙遠”（tele）和“觀察”（scope）的組合來命名這種儀器。

1609年5月，伽利略從自己在巴黎的學生那里獲知望遠鏡的信息，立即意識到這一發明的意義。在接下來的幾個月里，他投身于儀器的制作與改良，到了8月中旬已經制成一架放大率達八、九倍的望遠鏡。8月23日伽利略攜帶自己的儀器覲見威尼斯總督，當著總督和眾多議員的面，在議會高塔上用望遠鏡觀望遠方駛近港灣的海船。兩天后他將自制的儀器贈送給威尼斯共和國，在附信中說明了望遠鏡的軍事意義。他得到的回報是在帕多瓦大學的教授聘約改為終身，薪酬則由每年400金幣增至1000金幣。實際上伽利略對這一獎勵并不十分在意，因為不久他就找到了更好的位置和更強大的贊助人。就在這一年的2月，科西莫二世成為托斯卡納大公，后者若干年前曾向他學習數學，所以不久伽利略就搬到佛羅倫薩去了。封三之圖9是一幅表現伽利略向威尼斯總督演示望遠鏡功能的壁畫，現在仍然在瓦雷澤市的彭蒂宮里。

1609年11月，伽利略把望遠鏡的放大率提高到20倍，這時他才真正將鏡頭轉向星空，觀測的第一個對象是離地球最近的天體月球。從11月30日到12月18日，伽利略用望遠鏡持續觀測月球表面和月相的變化，并親手繪制了至少八幅月面圖，他在一年后出版的《星際使者》中引用了其中的五幅圖。

居住在羅馬的畫家兼建筑師卡爾迪（Lodovico Cardi，1559—1613）是伽利略的好友，經常給他寫信通報羅馬政界和學界的近況。晚年的卡爾迪還曾借助伽利略設計的望遠鏡觀察太陽黑子，他與伽利略的通信以及本人繪制的太陽黑子圖也被保存下來，伽利略則努力說服靈采學院的庇護人切西（Federico Angelo Cesi，1585—1630）發表卡爾迪的研究成果。更為有趣的是，1610年10月卡爾迪接到教皇保羅五世（Paul V，1550—1621）的訂單，要求他為正在建設中的圣瑪利亞大教堂保羅廳的穹頂繪制壁畫，經過整整兩年的艱苦勞作，壁畫于1612年10月完工，畫面的中心部分是表現“圣靈感孕”（The Immaculate Conception）這一題材的圣母瑪利亞（封三之圖10），而她的腳下則是一彎新月（圖5）。仔細辨認可以發現，卡爾迪是按照伽利略在《星際使者》中的圖像繪制月亮的（圖6）。

這一驚世駭俗的舉止沒有引起教廷的注意和干涉真是藝術的幸運，在傳統的西方人士眼中，月亮是晶瑩皎潔的天體，亞里士多德認為月上世界是完美無缺的，希臘一羅馬神話中的月神阿爾忒彌斯或黛安娜在藝術家的作品中也都是圣潔無暇的形象，而在這份以圣母為主題的教皇訂貨中，卡爾迪竟敢偷偷塞進伽利略通過望遠鏡獲得的最新科學發現。

當伽利略把望遠鏡指向另一個明亮的天體木星時，更驚人的發現到來了。1610年1月7日，他通過30倍放大率的望遠鏡觀察木星，發現它旁邊有兩顆小星，之后又發現了兩顆，它們都有規律地出現在木星的兩側或隱沒不見，將近兩個月的連續觀測使他確信看到的是木星的衛星。3月12日，伽利略出版了報告其用望遠鏡觀測月亮、木星以及其他天體的《星際使者》，第一版500冊一經推出即告售罄，伽利略也名聲大噪。在此之前的2月13日，伽利略還曾致書科西莫二世，透露自己的新發現并詢問可否以“科西莫”或“美第奇”來命名木星的衛星。因為科西莫二世這一代正好有四位兄弟，最后決定把四顆星統稱為“美第奇星”（Medieian Stars）。圖8是《星際使者》第一版的封面，用“新拉丁文”即當時流行的意大利文寫成，右面的翻譯參考了徐光臺的中文譯本。

也就是在這一年的春天，伽利略辭去帕多瓦大學教職，接受科西莫二世的邀請，擔任托斯卡納大公國的宮廷首席數學家和哲學家，這是一份酬金不菲而相對清閑的差事，從此他可以把更多的時間和精力用在純科學研究上了。在此之后，伽利略還利用望遠鏡觀察金星、水星、土星和其他星體，為哥白尼學提供了更多的證據。1610年12月11日，他在給托斯卡納大公國駐布拉格大使的信中留下了一個字謎，希望自己的競爭對手開普勒（Johannes Kepler，1571—1630）能夠看到它。這是當時歐洲學術界為確保優先權而又能贏得時間進一步核實自己成果的普遍做法。兩個星期之后，伽利略公布了謎底——“愛情之母模仿月亮的形狀”（Cynthiae figures aemulatur mater amorum）；“愛情之母”指金星，因為其拉丁名稱就是羅馬神話中的愛神維納斯，整句的意思是說金星如同月亮一樣具有位相變化。他在給自己的學生卡斯泰利（Benedetto Castelli，1578—1643）的信中，詳細介紹了這一支持哥白尼學說的有力證據（按照托勒玫的地心說也可解釋內行星的位相，但是不符合伽利略的觀測結果）。

1632年，伽利略在《關于兩大世界體系的對話》中，系統地陳述了他贊許日心說的觀點，這一立場是基于他對天體進行長期觀察所得到的結論之上的。概言之，通過望遠鏡伽利略發現：

（1）月球表面并不平滑，“月上世界”的成說是無稽之談；

（2）相比于整個宇宙，人們了解的行星和太陽系微不足道，恒星距地球無限遙遠；

（5）銀河與整個星空的星體不可勝數；

（4）木星有四顆衛星，如同月球環繞地球一樣，圍繞著木星作周期運動，由此可見地球并不是一個特殊的天體，宇宙中不存在唯一的繞轉中心；

（5）金星、水星都呈現月亮一樣的位相變化；

（6）太陽表面有黑子，雖然不曉其機理，卻足以說明古希臘人關于“完美天界”的思想是值得懷疑的；

（7）彗星、新星的發現同樣質疑“天體不朽”的陳腐觀念；

（8）土星周圍有奇怪的附屬物（后來惠更斯利用更高倍的望遠鏡發現了土星環與眾多衛星）。

所有這一切，都為哥白尼的日心說提供了直觀而有說服力的證據。

封三之圖11是波蘭歷史題材畫家馬泰伊科（Jan Matejko，1838—1893）的《天文學家哥白尼與上帝對話》，畫面中的哥白尼正在教堂屋頂上從事天文觀測，弗洛恩堡的夜空星漢燦爛，地上的一盞提燈照亮了哥白尼的臉龐和身邊的物件：紙張、書籍、圓規、比例規和一幅顯示日心說的圖板，他身前是一架類似六分儀的測量儀器。哥白尼大概不會想到，再過70年左右，他的偉大學說將由伽利略通過實際觀測得到證明和發揚光大，而后者手中的利器就是由荷蘭眼鏡匠們發明的望遠鏡。

（撰文 夢隱）