把天文學講得妙趣橫生

疏延祥

很多人以為天文學是沒什么趣味的，其實不然，我讀王爽的《宇宙奧德賽·漫步太陽系》就讀得興味盎然，愛不釋手，二十六萬多字的書籍，僅用一天一夜就讀完了。

我覺得，該書之所以吸引我，一是有趣的知識。比如月球起源“撞擊說”得以成為定論的一波三折。

現在科學界普遍認為，大概在四十五億年前，有一個火星大小、稱為“忒伊亞”（希臘神話中的一名泰坦，也是月球女神的母親）的天體撞上了被稱為“蓋亞”（希臘神話中的大地女神，也是眾神之母）的原來的地球。這次劇烈的撞擊讓“忒伊亞”和“蓋亞”融合在了一起，從而形成了今天的地球。與此同時，這次撞擊也把“蓋亞”表面大量的物質撞到了太空中，形成了一個繞地球旋轉的圓環;隨著時間的推移，這個圓環中的物質重新聚合在一起，從而形成了今天的月球。

這一結論是怎么來的？還得從德國氣象學家魏格納說起。1910年的一天，此公由于一場大病住進了醫院。那個年代可沒有電視、計算機和互聯網，窮極無聊的魏格納只好看他病房墻上的一張世界地圖來打發時間。在仔細研究了這張世界地圖以后，魏格納發現一件非常詭異的事：非洲西部的海岸線與南美洲東部的海岸線非常吻合，換言之，非洲和南美洲就像是一塊大陸被硬生生地從中間撕開。隨后，他注意到更多的大陸也能像拼圖般拼合在一起。

出院以后，魏格納又得知一件怪事：在非洲和南美洲，都發現了一種古代爬行動物的化石，也就是所謂的中龍。據科學家推斷，中龍只能在淡水中生活，而不能生活在海水中。那么，它為什么能橫渡數千千米的大西洋呢？為了解釋這些詭異的現象，1912年，魏格納提出了一個堪稱石破天驚的理論，那就是著名的大陸漂移說。大陸漂移說認為，地球上所有大陸原本是一塊完整大陸，被稱為泛大陸;后來泛大陸分裂成了好幾塊，然后在地球自轉的作用下移到了現在的位置。這樣一來，非洲和南美洲的海岸線重合，以及這兩個地方都發現中龍化石的問題就迎刃而解了。

王爽指出，在科學史上，這是一個非常罕見的情況。一個氣象學家提出了一個地質理論，來解釋一個古生物學的問題。從某種意義上講，這有點像是一個沒有醫師執照的人在非法行醫。所以在長達四十年的時間里，魏格納一直被當成是民間科學家，受到地質學界和古生物學界的群嘲。

比如說，耶魯大學古生物教授查理·舒克特就宣稱：“一個門外漢把他掌握的事實從一個學科移植到另一個學科，顯然不會獲得正確的結果。”而法國地質勘探局局長特邁也斷言：“魏格納的理論僅僅是一個漂亮的夢，當人們擁抱它時，得到的只是一堆泡沫和一縷青煙。”

當然，在長達四十年的鋪天蓋地的攻擊和嘲笑聲中，也有人支持魏格納的理論，其中就包括哈佛大學地質學教授雷金納德·戴利。戴利是地質學界的大拿，他于1912年成為哈佛大學地理系的第一任系主任，并于1932年當選為美國地質學會的會長。雖然戴利也曾在公開場合管魏格納叫“門外漢”，他還是覺得“門外漢”提出的大陸漂移說很有道理。

不止如此，戴利還嘗試解決大陸漂移說最受人詬病的一個問題：為什么泛大陸會突然分裂成好幾塊？為此，在二十世紀四十年代，戴利提出了一個更驚世俗的理論：泛大陸是被一顆巨大的小行星給撞碎的。

戴利認為，在很久以前，一顆巨大的小行星撞上了地球，把泛大陸撞成了好幾塊。此外，這次劇烈的碰撞也把地球表面（即地殼）的大量物質撞到了太空;這些物質后來重新聚合在一起，就形成了我們今天看到的月球。這就是月球起源的“撞擊說”。

從1969年7月至1972年12月，美國的阿波羅計劃共把十二名宇航員送上月球。這些宇航員從月球上帶回大量的月球巖石樣本。通過分析這些月球巖石樣本，科學家們發現這些巖石樣本化學成分與地球地殼的物質完全相同。這樣一來，在被嘲笑了三十年之后，戴利的“撞擊說”終于笑到了最后。

我們的地球屬于太陽系，讀《漫步太陽系》之前，我只知道地球的第一高峰是珠穆朗瑪峰，并不知道火星上的奧林匹斯山為二萬一千九百米，遠遠高于珠穆朗瑪峰，可是這一紀錄在2011年又被改寫。這一年，黎明號宇宙飛船造訪灶神星時，又發現有一座更高的山，高達二萬二千米，這就是雷亞西爾維亞中央峰。而且這座太陽系第一高峰和我們的地球淵源頗深。在幾億年前的一次撞擊中，它的一些碎塊經過漫長的旅程到達了地球，變成了HED隕石。

天文學不僅屬于天文學、物理學，也屬于地質學，甚至是文學的范圍。比如我從《漫步太陽系》一書得知尤金·舒梅克本是學地質的，二十歲就獲得加州理工大學的碩士，從加州理工大學畢業后，他加入美國地質調查局。在地質調查的過程中，他在美國亞利桑那州北部發現了一個大坑，這個坑與人類核爆引起的大坑極為相似，于是他推測，亞利桑那的那個大坑是隕石撞擊的結果。這個發現導致天文地質學這門全新學科的誕生。他的一些推斷，如月球上密密麻麻的環形山是隕石撞擊的，圍繞木星旋轉的二十一個碎片將與木星相撞等，都證實了隕石撞擊理論，地質學就這樣深扎天文學，并碩果累累。

天文學是一個迷人的學科，會引起從事理工甚至從事人文學科的人士的跨界行為，上文的尤金·舒梅克是學地質的，而威廉·赫歇爾原本是一個非常純粹的音樂家，因為當逃兵才從德國逃難到英國。但他很善于跨界，在英國自學了一門磨制望遠鏡鏡片的獨特手藝，并且很快成了那個時代最厲害的制造望遠鏡的大師。在自制望遠鏡時，他和妹妹經常忙到夜里十一二點，每天工作十六個小時，為了節省時間，他有時讓妹妹喂飯給他吃。從1773年開始，他白天在教堂里演奏管風琴，晚上在自家后院用自制的望遠鏡仰望星空，利用業余時間研究天文學。1781年3月13日，他在金牛座的區域發現了一顆新的“彗星”。不久之后，克塞爾通過計算這個天體的運動軌道，證明了它其實是一顆位于土星之外的新行星，此發現立刻轟動全世界。它讓人類認識到，原來在土星之外還有一個更為遼闊的世界。而這顆新行星后來就被命名為天王星。

這個威廉·赫歇爾因發現了天王星永垂青史。他的墓志銘是“他突破了天空的障礙”。生前，由于其天文學的輝煌成就，國王給予他很多物質獎勵，但是他卻把這些金錢用于維護、保養望遠鏡以及支付工人工資，他自己則始終過著一種拮據的簡單生活。寫這篇文章時，我又搜集了關于他的一些資料，才發現威廉·赫歇爾家族堪稱是天文世家。他的父親伊薩克·赫歇爾就是個天文愛好者，威廉·赫歇爾的妹妹卡洛琳·赫歇爾曾經回憶：“爸爸總是帶著我們，在一個晴朗的寒夜走到街上，讓我認識了幾個最美麗的星座，我們一直盯著星星們閃耀。”威廉·赫歇爾的兒子約翰·赫歇爾后來也成為天文學家，1834—1837年，他在南非好望角附近進行了三年天文觀測，在大麥哲云里識別了九百一十九個不同天體，在小麥哲云里識別出二百四十四個不同天體，并且斷定大麥哲云和小麥哲云是“南半球特有的一種恒星系統”。

《漫步太陽系》中敘述的威廉·赫歇爾從音樂到天文的跨界行為如此迷人，羅琳·斯爾曼等人從文學到天文學的跨界行為也令人津津樂道。羅琳·斯爾曼是一名英國文學碩士，作為一個典型的文科生，她小時就特別討厭理科，經常在上這類課程的時候睡覺。但認識了尤金·舒梅克并和他結婚以后，一個經常在理科課堂上打瞌睡的女生，竟然對枯燥的地質學和天文學產生了濃厚的興趣。

五十一歲的時候，她的三個孩子都離家上大學去了，她成了自己丈夫的助手。卡羅琳·舒梅克有一個好友，叫大衛·利維;他也是一個擁有英國文學碩士學位的作家，并且從小就對天文學感興趣。所以卡羅琳·舒梅克就向他發出邀請，利用閑暇時間來天文臺搜尋彗星和小行星。詭異的是，這兩個半路出家的英國文學碩士，卻成了那個年代最好的小行星獵手。卡羅琳·舒梅克一生中發現了三十多顆彗星和八百多顆小行星，而大衛·利維也發現了二十多顆彗星和上百顆小行星。1993年3月24日，尤金·舒梅克、卡羅琳·舒梅克、大衛·利維團隊終于迎來了他們一生中最光輝的時刻。那天晚上，他們在木星周圍發現了二十一塊奇怪的碎片，在接下來的六天中，他們通過天文望遠鏡目睹了這二十一個碎片接二連三地撞上木星。

其實在中國，天文學和文學相結合，這是一個古已有之的傳統。屈原《離騷》“朝發軔于天津兮，夕余至乎西極”中的“天津”，蘇軾的膾炙人口的詩句“西北望，射天狼”的“天狼”，它們都是星宿，都進入了詩人的審美視野。

從王爽的《漫步太陽系》中我們還了解到，科學家往往是有個性的人。比如蘇聯有一個諾貝爾物理學獎得主名叫朗道。此人也是天才少年出身，為人極度狂傲，誰都不放在眼里。有人甚至畫過這樣一幅漫畫：朗道在臺上授課，頭上繞著光環;而學生在下面聽課，個個都長著驢耳朵。言下之意是，在朗道面前，所有人都是驢。但就連朗道這樣的狂人，遇到物理學家泡利也會變成小綿羊。有一年，朗道去泡利任教的蘇黎世大學做學術報告。報告結束后，出于對泡利的敬畏，朗道竟然破天荒地謙稱自己講的東西有可能是錯的。沒想到泡利在臺下冷冷地說道：“你講的東西根本就是亂七八糟，我搞不清哪些是對的，哪些是錯的。”

天文學家作為科學家，他們的人生奮斗歷程都是一部勵志的傳奇，《漫步太陽系》中介紹的威廉·赫歇爾是如此，該書中湯博的人生故事更是如此。

1906年，湯博出生在美國的伊利諾伊州。在他很小的時候，他爸爸在堪薩斯州買了一塊農場，所以他們全家就到了那里。但是天有不測風云。在湯博十六歲那年，一場巨大的冰雹砸壞了他家農場里所有的莊稼。這場災難讓這個家庭陷入貧窮的泥潭，也斷送了湯博上大學的希望。上不成大學的湯博只好留在家里的農場工作。按照正常情況，他這輩子就要靠修理地球為生了。但上帝在關上一扇門的時候，往往還會再開另一扇窗，而屬于湯博的這扇窗就是天文學。為了便于了解夜空，湯博自己動手制造了望遠鏡。但是僅有望遠鏡還遠遠不夠，因為湯博還遇到了一個很大的麻煩，那就是堪薩斯的晚上經常刮大風。

為了消除夜晚大風的負面影響，湯博想了個招：他挖了一個二十四英尺長、七英尺寬、八英尺高的大坑，然后跑到坑底去觀測。湯博仔細觀察了火星和木星的運動軌跡，然后把它們畫下來并寄給羅威爾天文臺。如果沒有后來的成功，他此時的行為可能被人嘲笑為井底之蛙。但他這些畫作讓羅威爾天文臺斯里弗大為驚嘆，所以就破格給他一個在羅威爾天文臺工作的機會。

1929年，湯博加盟羅威爾天文臺，立刻加入重新啟動的搜尋“X行星”的計劃。他的任務是時不時地在一些可能發現“X行星”的天區拍照片，然后比較同一天區不同時間的兩張照片上是否存在位置發生改變的天體。這聽起來好像挺簡單的，其實極為困難。打個比方，想象一張一平方米的餐桌，上面鋪著一塊黑色的桌布，并且還隨機地撒了一把白色的鹽。現在有幾千張像這樣鋪著黑布、撒著白鹽的餐桌首尾相連，形成了一條好幾千米長的直線。湯博的工作就是沿著這條數千米長的直線巡視，然后找出其中某張桌上位置發生了改變的一粒“鹽”。1930年2月18日，湯博終于取得了歷史性的突破。通過比較當年1月23日和1月29日的兩張照片，他終于找到了那粒位置發生了變化的“鹽”。

湯博立刻把同一天區不同時間的照片全都調了出來。經過反復對比，他最終確認了那的的確確是一顆從未發現的新行星。消息一經公布，立刻轟動了世界。這就是曾被視為太陽系第九大行星的冥王星。

《漫步太陽系》中的湯博挖坑并待在坑里觀星，令我想到古希臘哲學家泰勒斯因觀星而跌入坑里的故事。科學家往往難以被世人理解，甚至成為笑話。據說那是一個秋日的夜晚，泰勒斯在草地上觀察星星。他專注星空，不料前面有一個深坑，一腳踩空，掉了下去。水雖然僅沒及胸部，離地面卻有二三米，上不去，只好高呼救命。一個路人將他救出。他對那人說：“明天會下雨！”那人笑著搖頭走了，并將泰勒斯的遭遇當作笑話講給別人聽。

第二天，果真下了雨，人們對他在氣象方面的知識的豐富驚嘆不已，而且他還利用自己的天象知識，提前購置一批制造榨橄欖油的機器，輕巧賺了一大筆錢。

兩千年后，德國大哲學家黑格爾聽到這個故事，說了一句名言：“只有那些永遠躺在坑里從不仰望高處的人，才不會掉進坑里。”

其實，泰勒斯也是一位天文學家，他首先確定了北極星對航海的意義，根據投影測量了金字塔的高度。他最早發現了小熊星，成功預言過一次日蝕，第一個測定了太陽從冬至到夏至的運行，并提出月亮的體積只有太陽的一百二十分之一。他發現了冬至、夏至和春分、秋分的聯系，初步確定了太陽從起點到終點的行程。他還發現了一年的四季，提出四季說，并把一年分為三百六十五天。《漫步太陽系》一書講了世界上第一個論證大地必然是球形的亞里士多德，其實泰勒斯在天文學史上也是一個值得關注的人。

讀一讀王爽的《漫步太陽系》吧，正如他自己所說：“本書為你呈現的并不是一些關于太陽系的碎片化知識，而是一個關于太陽系的完整知識體系。”在全面實現了小康的二十一世紀中國，有趣味地向民眾科普太陽系知識，我以為很有必要。我們的嫦娥五號已經完成從月球上采樣，并返回地球，我們的“天問”一號火星探測器已于2020年7月23日發射成功，可是國人對我們的太陽系了解并不多。筆者去年10月在晚上上課時特意帶學生在校園看火星、木星、土星、偃月，并寫下詩歌《夜觀熒惑》（火星在古代中國叫“熒惑”）：“熒惑升空在校園，幾人舉首望東天？屈原詩賦今猶在，天問中華賴大賢。”今日寫作此文，也算薦書給我的學生和國人，讓我們和王爽一起漫步太陽系。

（王爽著：《宇宙奧德賽·漫步太陽系》，清華大學出版社2018年10月第1版）