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第4章 天行有常(上)

宇宙是过去、现在、将来所存在的一切总和。只要稍稍念及宇宙,我们就会激动得浑身颤栗,声音哽塞,产生一种模模糊糊的、仿佛在梦中从高处掉下来的畏惧之感。

无论从空间还是从时间上来说,宇宙之大都是我们普通人所无法想象的,我们所居住的行星——地球,在无限的空间和永恒的时间中,只不过是沧海一粟。现在,我们破天荒第一次掌握了决定地球和我们自己命运的权力,这是一个充满巨大危险的时代。但是我们人类是年轻好奇和勇敢的,看起来前途光明。

一两千年来,关于宇宙和我们在宇宙中的地位,已经有了一些最为意想不到的惊人发现。我们的未来完全取决于我们能把宇宙认识到什么程度,要不然我们就会像早上天空中的灰尘那样盲目地在宇宙中飘浮。

中国科技馆馆长王瑜生:“晴朗的夜空我们仰望苍穹,点点繁星把广袤无垠的宇宙展现在我们的眼前。我们人类经过了成千上万年的千辛万苦,去观察它,去探索它,去研究它,终于形成了叫天文学这样一门科学。现在,我和我的搭档、著名天文学家李竞先生和大家一起回顾天文学发展的艰苦而辉煌的历程。”

“天行有常”是什么意思?

中科院国家天文台研究员李竞:“两千多年前春秋战国时期大哲学家荀子总结了前人对于天象的观察,精辟地概括成四个字‘天行有常’。天,就是仰望的苍穹,看见这个宇宙。行,是运动,运行,就是看见天象跟天体的运行。有常呢,是永恒的,有规律的。所以他总结出来就是说,天体的运行是永恒的,是有规律的。”

王瑜生:“我们人类自从脱离了茹毛饮血的野蛮时代进入文明,我们就常常要仰观天文,俯察地理,对我们周围的世界进行观测,特别是要对时间、季节的观测。所谓斗转星移,寒来暑往,刚好我们国家处于地球的北半球,容易观察到北极星的变化。因此我记得就常常用北斗七星的运行变化来定四时。”

王瑜生:“比如说斗柄向东?”

李竞:“那么,天下皆春。”

王瑜生:“好,斗柄向南呢?”

李竞:“天下皆夏。”

王瑜生:“斗柄向西?”

李竞:“天下皆秋。”

王瑜生:“那么斗柄向北?”

李竞:“天下皆冬。”

王瑜生:“是的。我们平常都爱讲宇宙万物,那么什么叫宇宙呢?”

李竞:“‘宇宙’二字早在两千多年前的《淮南子》,就对它做了精辟的定义。‘宇’,是指上下四方,‘宙’呢,是古往今来。所以,这既有了时间又有了空间。”

王瑜生:“看来时间是无始无终,宇宙是无边无际,万事万物都在不停地运动、发展、无穷无尽。”

李竞:“对。这就是朴实的中国人的宇宙观。而这样的宇宙观一直延续了两千多年。”

王瑜生:“对。我记得我们中国有好多著名的天文学家,最早的是四川有一个叫落下闳。”

李竞:“是的。”

王瑜生:“后来东汉的时候又有张衡,南北朝时期又有一个祖冲之,一直到唐代的一行,元代的郭守敬集大成。这一段中国古代辉煌的天文学历史,李竞先生能不能给我们稍微地介绍一下。”

李竞:“咱们桌上摆着两件仪器模型,这个就是刚才您说的张衡首创的浑仪。又过了几百年,到了元代大科学家郭守敬又把它改进了一下,就称之为简仪。”

王瑜生:“对,这个看起来比它简单多了。所谓简仪,是不是简化的意思?”

李竞:“对。一般的公众都要问这一圈一圈的都是干什么的,他们要想干什么,像望远镜吧,是拿它看天。难道这样一圈一圈的也能看天?这个倒是问着了,它真是看天的。它们是干什么用处的,您是数学家,您知道定一个您所在的位置叫定坐标。”

王瑜生:“对。”

李竞:“所以要定一个天体位置,也要有坐标。要量这个坐标,就要量两个量,一个是X量,一个是Y量。”

王瑜生:“对。”

李竞:“所谓经纬度,数学是X、Y,在地球,在地理跟天文就是经度跟纬度。”

王瑜生:“对。”

李竞:“这样的仪器就是量经度跟纬度的。你看当年这样的仪器,还不是光学仪器,它主要量什么呢?它这些圈子都是用不同的坐标,坐标有两个量,一个是X量,一个是Y量,如果我把其中一个量指着天顶,另外一个量指着地平,这就叫地平坐标。如果我把一个轴指向天极,另外一个量指向天赤道,那就叫赤道坐标。这个仪器是把地平坐标,这是一个地平圈。然后黄道坐标、赤道坐标都混在一起了。它量什么呢?量你要想量的两个天体之间的角度。这样的仪器就是量角度,量角度之后呢,还看它们之间的变化,就是一个行星在天上运行,今天在这儿,明天在那儿,我找出一个定点来,看移动的天体的角度变化,根据这些角度变化就掌握了天体运行规律。”

王瑜生:“噢,明白了。”

李竞:“这样就能精确地定出四时、季节、历法。”

王瑜生:“好,挺有意思的。那中国的天文学真是从落下闳到郭守敬那是经历了一两千年的历史。”

李竞:“对。”

王瑜生:“同样的中国古代天文学里面有一个精华是历法,这个历法也由粗到精,好像到了郭守敬的授时历时几乎达到了极致。”

李竞:“对。”

人类播种的第一颗种子是在春季,因为人们找到季节的交替和耕耘收获的规律。据史书记载,远在夏朝以前,人们就已经发现了星辰变化和季节之间存在的某些联系,后来人们根据不同季节里太阳投影的变化,制定了一年的长度;根据月亮的圆缺的变化,制定一月的周期。在日月星辰周而复始的运动中,人们学会了编制历法。

李竞:“由于这个历法中是有一个非常大的困难,这个大的困难是什么呢?我们只能用日作为一个单位,然后上面有月,再有一个是年。这个年如果是以日作单位,它是365.2422等等。”

王瑜生:“我学数学的,我知道年月日的周期,它没有一个公倍数。”

李竞:“对的。而且这个数字随着小数点的后头还可以再取下去是一个无理数。”

王瑜生:“无限不循环小数。”

李竞:“对。而郭守敬他定的所谓一年叫回归年,他定到什么呢?是365.2425,跟我们今天所用的2422,是小数后第4位只差3位。这个精确度是在当时的世界上不仅领先,而且比西欧要先进了几百年。”

王瑜生:“这是回归年的长度。我们朔望月的长度呢。”

李竞:“朔望月咱们是独有的。这个朔望月在历法中就更是一个,年月日,这三者谁跟谁都不能等除。咱们月呢,对于中华民族又是非常重要的,从新月到满月再到新月,这样是一个朔。从朔到朔,从望到望,定这个周期。这跟中国老百姓的关系是太大了,而它恰恰又是跟日,跟年,都没有办法找出一个确切的一个整数来,因此就出现了要有一个十九年七闰。这个有三千年了。来调节月和年之间的关系。所以这些应该是咱们中华民族对世界文明的一个重大贡献。”

王瑜生:“对。我们中国古代的天文学,我记得除了有历法以外,还有天象观测,另外我们还有一些宇宙论,什么浑天、盖天。从先秦到宋元,从落下闳一直到郭守敬,我们中国几千年来天文观测方面、历法制定方面、宇宙理论方面都做出了辉煌的成就,应该是对我们世界文明做出了重要的贡献。”

大约一千年前,在北美洲西南部的阿那萨奇,人们用石头修建了一座殿堂,这是一座天文观测台。它用来测定一年中最长的白昼,像当年到了这一天,每天清晨,人们都举行仪式,感谢太阳慷慨仁慈。他们造了这座纪念性的大日历,这样阳光就能在某一天,并且仅仅这一天,穿过某一个缺口,照到某一个特定的缺口上。实现这样的精确度这是人类智慧的胜利,它存在的比它的建造者更为久远,如今这里是一片荒境,阿那萨奇人已经不复存在,他们学会季节的变化,却没能预言气候的改变和干旱的降临。如今,只有他们的殿堂,仍在这里接纳每年夏至的第一束阳光。

阿那萨奇人会在每年的6月21日头戴羽毛,身佩绿松石,来到这里举行仪式,赞颂太阳的威力。殿堂上层有28个口,可能代表着月亮再次位于同一星座所需要的间隔天数。花费许多工夫去注意太阳、月亮和星星的,真是大有人在。因此,别处也有类似的建筑物,如柬埔寨的吴哥窟,英格兰的巨石阵,埃及的阿布欣拜尔,还有墨西哥和北美大平原上的契察尼察。那么,为什么不管哪里的人们都要费这么大的气力研究天文学呢?

能不能预言季节的来到,在当时是生死攸关的大事。人们打羚羊,猎野牛,而这些动物的迁徙是随季节而改变的,各种果实也只有在一定时候才能采到。自从人们有了农业以后,又得注意在适当的时候下种,到适当的时候收获。长途跋涉的游牧部落,也得预先安排好每一年度的聚会时间。于是,大家便各凭机缘地搞出了种种用于制定历法的设施。例如这两个窗子和缺口,和其他许多建筑有相同的功能,但在结构上,却相差十万八千里。

今天只有这空荡的阿那萨奇古墟,经受住了时间的考验,依然矗立在这里。离开这里不远,在一块可以称得上是天险的地方,有另一座判断夏至来临的设置,它这个功能是无法怀疑的,经过精心安排的三块大石板,只能允许一缕阳光,在一年之中白昼最长的那天中午,射到一条雕凿出来的螺旋线的中心。

风从峡谷中呼啸而过,但除了我们又有谁在倾听呢?这不禁使我们想到历史上千万千万开动脑筋的先辈,今天的社会就是他们奠定的,而我们对他们几乎一无所知。

当我们的史前老祖先在太阳落山后,研究天空时,他们会发现,有些星星的运动步调并不跟形状固定不变的各个星座完全一致。这五颗星星,它们先是在天上缓慢地向前移动,然后又有几个月向后运动,接着,又朝前走,我们给它们起名为行星。在希腊语里,这个词的意思是游荡者。行星的这种行为曾是一个难解之谜。对于这种行为,人们最早的解释是认为它们都有生命,否则又该怎么理解它们能兜圈子的古怪行为呢。后来人们将它们奉为神明,让它们在占星术中,占了重要位置。然后对于这个超级神秘现象的真正解释是,这些行星都有同地球类似的世界,它们都遵从精密的数学定理,环绕太阳运行。这一发现,直接带来了人类的现代文明。观测加上想象,便产生了太阳系的正确概念,只有走到这一步,我们才能回答现代科学中一个根本问题:究竟什么使它们这样一直运动下去呢?在两千年前,这个问题连问也不会有人问。古希腊有一位天文学家叫托勒密,他也是一位著名的占星术士,他的一套观点,统治了世界。

托勒密相信地球位于宇宙中心,太阳、月亮以及各个行星都绕着地球转动。提出这种看法真是再自然不过了。地球给人的感觉是稳定的、坚实的、一动不动的,而各个天体却明摆着在每天升起又落下。不过,对于行星在天上兜圈子的现象,又该怎样解释呢?从小小的模型可以看出托勒密的设想,他认为行星是随着完美的水晶天球一起绕地球转动的。不过,它们并不直接嵌在水晶球层上,而是沿着某种偏心轮间接地绕着地球运行。这些偏心轮的圆心,并不位于地球的中心,水晶球转动时,小轮子也滚动。这样,从地球上看来,火星就兜着圈子前进了。根据这种模型,可以相当准确地预言行星的位置,误差上下,差不到一天,对于托勒密之后许多代人来说,这样的精确度已经足够了。

中世纪的欧洲处于教会统治下的黑暗年代,教会支持托勒密的宇宙模型,使他遏止天文学的发展达一千五百年之久。到了1543年,终于有人对行星的运动提出了大相径庭的新解释,他就是波兰人哥白尼。解释中最大胆的一点,就是认为位于宇宙中心的不是地球而是太阳,地球被贬谪为一颗微不足道的行星。火星等行星的逆行,是由于地球追上了这些行星的缘故。站在地球的位置上,大家可以看到现在火星开始落到后面了。现在,它又沿着原来的方向前进了。哥白尼的这种模型至少不比托勒密的水晶球模型差。可是这个模型惹恼了许多人,天主教会把哥白尼的著作列为禁书,宗教改革的领袖马丁·路德也反对哥白尼学说,他这样说过:“一个没有根底的占星术士,到处招摇撞骗,这个蠢才,打算把整个天文学翻个底朝天。”

地心说和日心说,这两种观点一直对峙着。当这种对峙发展到顶点时,又一位像托勒密那样,既是天文学家又是占星术士的人登上了舞台。这个人生活在人类精神横遭禁锢,思想披枷带锁的时代,生活在人们相信天上有天使,有魔鬼,还有水晶球的时代。当时有关自然界固有的物理学规律,根本还没有纳入科学研究的日程,不过这个人勇敢地孤军奋战,他就是开普勒。

一个美好的夏日,学生们正盼望着快点下课,这时开普勒突然悟出一条原理。当时人们只知道有六颗行星:水星、金星、地球、火星、木星和土星。开普勒一直想不通,为什么是六颗行星,而不是12颗,或者是100颗呢?为什么各行星轨道之间的距离恰好是这样大呢?在他之前,从来没有任何人提出过这样的问题。在一堂占星术的课上,开普勒在一个黄道大圈内,做了一个等边三角形。他纯属灵机一动地注意到,在这个三角形内所做的内切圆和第一圆的大小比例,正好与木星轨道和土星轨道间的比例相等,其他行星轨道之间,是不是也存在类似的关系呢?开普勒回想起来了毕达哥拉斯提出来的完美形体,在所有的三维形体中每个面都是正多边形的多面体只有五种,它们就是:正四面体,正六面体,正八面体,正十二面体和二十面体。他相信,只有6个行星的原因,是因为只有5种正多面体,这个数之间是有关系的。他把这些完美形体,一个套一个结合起来,并认为六个行星所在的水晶球层,就是由这五个看不见正多面体支撑着。当时全世界只有一个人可以进行更精确的观测,这个人就是丹麦天文学家第谷。

在天文望远镜发明之前的所有天文观测之中,第谷的数据要远比其他人观测的结果精确得多。开普勒以痴迷的热情,对第谷的观测资料进行了艰苦分析。地球和火星究竟围绕太阳做的是什么样的运动,才会使人们在地球上观测到第谷的精确数据所表达出的表观运动呢?开普勒为什么选中了火星呢?因为第谷曾经对他说过,火星的表观运动数据,最不符合圆形轨道的设想。经过若干年的计算,他确信自己找到火星轨道的精确数据。这个轨道,是圆形的,同第谷的十组观测数据,相差都不超过两个角分,一度角含有60个角分,从地平线到天顶是90度角,所以几个角分真是小得很,不用望远镜真是很难测出来。然而,狂喜的开普勒很快迎头挨了一盆冷水,第谷还有两组观察数据和开普勒的轨道值,相差达8个角分。关于这个问题,开普勒写道:“要是可以不理睬这八个角分,我对这个假设,就能作出进一步的发挥。但是事实是,我不能不管它。”因此这8个角分便指出了天文学全面改革的道路。火星的真实轨道和圆形的这一点差别,只有靠精确的观察测量和大胆的证实现实的勇气才能提出。放弃圆形轨道的做法,真使开普勒懊丧不已。

在他心目中,上帝作为完美的天体几何学的制造者,这个形象消失了。用他自己的话来说,就是从天文学的殿堂里请走了圆和螺线以后,剩下的只是一大堆垃圾。他试过各种图形曲线,不停地进行计算,有些地方又搞错了,因此他错过了正确的模型。几个月之后,他真是山穷水尽,这时才想到用椭圆公式计算一下,结果竟同第谷的观测数据符合得极好。

在这种轨道内,太阳并不位于中心,而是偏在一边,它所处的位置是椭圆的一个焦点,当某个行星位于轨道上,距离太阳最远的位置时候,它的运行速度最慢。随着距离的靠近,行星的运动便加快起来,尽管行星总是倾向于向太阳那里靠过去,但因为有了这种运动,它才不会掉进太阳里。开普勒的行星运动第一定律就是这样的简单一句话:“行星沿着椭圆轨道运动,太阳位于该椭圆的一个焦点上。”当行星在轨道上运行时,在各个相等的时间间隔内,从太阳到行星假想联线,就会找出一块扇形来,当行星离太阳较远时,扇面长而窄,离的较近时,扇面短而宽,虽然各个扇形的形状不同。但是开普勒发现,他们的面积大小完全相同,这样一来,行星的速度,如何随着离太阳的距离变化,就可以用数学精确地描述了。于是天文学家第一次科学地对行星位置进行预言,这就是开普勒第二定律。他是这样说的:“行星在相等的时间里,扫过相同的面积。”

这条行星运动定律看来有些离题,也有一点儿抽象。就算行星走的是椭圆路线,在相等的时间里,也扫过相同的面积,那又怎么样呢?椭圆运动不像正圆运动那样容易掌握,说不定会有人觉得,反而这只不过是数学上的修补,和日常生活关系不大,何须去理会呢?其实我们的地球,也服从这些定律,每个被重力牵制在地球表面上的人,同时也在空间驰骋,我们按照自然规律的安排而运动,而这种规律就是开普勒最先发现的。当我们向各个行星发射飞船时,当我们观测其他行星系统时,都发现开普勒定理是成立的,他在整个宇宙中都是正确的。

许多年后开普勒又得出了第三个也是他的最后一个行星运动定律。这个定律把各个行星的运动联系起来,这便把太阳系复杂结构的运动情况完全揭示出来。他发现在行星轨道大小和它们绕太阳运行的平均速度之间,存在着一个简单的数学关系,行星运动一定是来自太阳的某种力造成的。这种力对近处的跑得快的行星作用强,对远处跑得慢的行星作用弱些。后来牛顿断定,这种力就是万有引力,从而最终解答了是什么在使行星运动这个根本问题。

开普勒第三定律又称和谐定律,他宣称“行星运行周期的平方,也就是绕太阳一圈所花的时间平方和它们离开太阳平均距离的立方成正比”。因此行星离太阳越远,就运行得越慢,而且是遵循着严格的数学定律减慢的。开普勒是亘古以后,正确和定量弄清楚行星是如何运动的第一个人。因此,也是首先理解太阳系运动机理的先锋。

看来天文学的发展不仅在中国,在世界各地从古到今都有。特别是欧洲,从托勒密的地心说,到1543年波兰的天文学家哥白尼出版了一本书叫《天体运行论》,就提出了日心地动学说。到了开普勒又有所谓行星三大运动规律,用椭圆连接,用这样一些数学定律来正确地解释了太阳系行星的运动,这个过程真是惊心动魄。但是开普勒可并没有来解释为什么它们是这样作用,为什么它们会这样运动。而识破这个奥秘的是伟大的牛顿用他的万有引力学说,成功地来解释了天体运行的本源。但是在牛顿以前还有一位伟大的物理学家、天文学家是伽利略。伽利略通过望远镜去看木星,看到了木星的四个卫星围绕着木星运转,他说这就是一个小规模的太阳系,我们的太阳系就是这样运动的。所以他用实测来证明他所坚信的日心地动说。

1609年,有一样物品来到了意大利,这件物品戏剧性地彻底改变了伽利略的人生,它把伽利略卷入疑虑的漩涡之中,并且几乎要了他的性命,这就是望远镜。尽管这副最早的望远镜还很原始,与一件新颖的玩具差不多,意大利人还是激动不已。但是当望远镜到了伽利略的手后,却永远地不可逆转地改变了人类观测世界的方式。伽利略一看清楚望远镜的样式,立刻奔回家,当晚就制作了自己的第一副望远镜。

人们熟知的伽利略,是他从比萨斜塔上抛下了两只球体,但从科学的角度来看,他是个巨人,一个追求自由、寻求知识的出类拔萃的人物。

这仅仅是开始,伽利略将整个工作间用于制作望远镜,为的是要做出放大效果更好的望远镜,他又是很快就成功了,制作出了30倍率的望远镜。接着激动不已的用这副望远镜对准太空。从望远镜里所看到的令伽利略吃惊,天空向他展示了自己的秘密和奇妙,每一次新发现,都向他提供了地球转动的证据,而伽利略所看到的景象,更是令这位17世纪时的观测者叹为观止。在30倍率的望远镜下,观看星球,真是太美妙,太令人愉快了。同时,只要动动脑子,我们就可以肯定,月球的表面并不是光滑、平坦的,而是粗糙不平的,就像地球本身的表面一样,到处都凹凸不平,有巨大的沟壑,高耸的山脉和深深的峡谷。

新的发现一个接着一个,人们发现,银河是个巨大星团,那里有过去从未见过的星体。伽利略说,其数目之多,几乎令人难以置信。他还发现,木星周围的四颗卫星,是绕着木星运转的。这对亚里士多德的理论,又是致命的一击。

亚里士多德的宇宙观只存在有一样运转的东西,那就是地球,其他所有的东西,要么绕着地球运转,并落到地球上,要么被推离地球。木星周围的卫星发现表明,有两个星球在运转,这对亚里士多德的宇宙观,不仅具有讽刺意义,并与哥白尼的理论相符。因为根据哥白尼的理论,月球绕着地球运转,而地球绕着太阳运转,这就是两颗星球运转的宇宙观。因此,木星周围那些卫星的被发现,尽管还未能最终证明地球绕着太阳运转,但是几乎可以肯定,在宇宙里,不止存在有一颗运转的星球。

伽利略首次观察到木星周围的卫星时,他惊呆了,起初他以为所观察到的是不运动的星球,再次观察后他发现这些不运动的星球已经移动,于是他用了一些时间,观察他们的移动情况,并且发现这些星球是绕着木星运转的,由于他无法理解自己的观察结果,也没有将月亮运转的情况准确地记录下来。他在《星空信史》这本小册子里,建议其他的天文学者,想办法解决这些问题,同时他还提出,由于木星周围的卫星,绕着木星运转,这是一个小型的太阳系,木星是这个太阳系里的组成部分,卫星是行星,尤其是地球的组成部分。

几乎在开始研究夜空的同时,他就发现金星肯定是绕着太阳而不是地球运转,这就进一步肯定了,哥白尼的地球绕着太阳运转的理论是正确的。

中国经常说的扫帚星是什么呢?突然间会不期而遇的,在天上出现了一个模糊糊的星,而且随着时间的推移会看到它带着一个尾巴。天文学上称它为彗星。这个尾巴模糊糊的,像一个扫帚,因此就被称之为扫帚星。古今中外对这样不期而遇的一个天象,都感觉到是一个不祥之兆,对它产生了恐惧。中国古代一向是认为天人感应,天上人间会对应的,凡是会出现这样的异常现象,就认为要有灾难临头了,对它密切地加以重视。从它出现到随后看它的尾巴越来越长,到最后看它的尾巴消失,直到最后它又离去。对这样的天象,在过去的史官、过去的天文学家钦天监都要做详细记录,而每逢这样的灾异现象,认为是灾异现象出现的时候,统治者、皇帝总是要下罪己诏,或者发救济粮等等,这样做的目的是希望能消灾。这是由于当时的科学对这样的一种天体不认识造成的。实际上,这种不期而至的特异天象还是有规律的。

以著名的哈雷彗星为例,最早记录到它是在两千多年前的中国,而从公元前240年起到1910年,哈雷彗星的29次回归,中国都有完整的记录,这在世界史上是惟一的。哈雷彗星沿着椭圆轨道运行一周是76年,它是可以预期的,因为每到76年的间隔,它又一次回归到太阳附近,所以依然是天行有常。下一次彗星到达,我们能看到的大概是2061年。

美国教育部、科技部还因此制定了2061计划,就是在下一次哈雷彗星回归的时候,美国要大幅度地提高他们的科学教育水平,而且肯定的就是那时候要有航天器,有行星际探测器要登到哈雷彗星,希望能够软着陆,希望能够就地取样来彻底地、精确地研究哈雷彗星的奥秘。还有一种异常的天象,就是原本在天上的那个地方,那个天区,原本看不见任何亮星,突然间会出现一个亮星,而且亮星可能会亮到昼现,就是白天能够看到。这样的事情,古今中外都把它称为新星。中国古代还有一个名字叫客星,这个新星如果它的亮度在短期内倍数很大,还叫超新星。对这样的异常天象中国古代有非常完整的记录,这种情况也是世界上独一无二的。

现在天关星附近有一个蟹状星云,在半个多世纪以前,世界的科学家研究它,产生了一个新的天文学分支,叫射电天文学。这个蟹状星云估计是在900多年前的一次超新星爆发的遗迹,但是美国科学家认为美国建国才二三百年,它没有这样历史记载,是前苏联科学院的院长写了一封信给我们的中国科学院的副院长竺可桢先生,问有没有这样的记载。竺可桢先生就把这件事情交给当时年轻的天文学工作者席泽宗,他现在已经是中国科学院院士,席院士经过查找,竟然在《宋史》、《宋会要》,以及日本的一本天文学史书上查到了,它大概北宋公元1054年,一个超新星爆发的遗迹。这件事情就说明,我们中国古代的特异天象记录还能够古为今用,还能从故纸堆里化腐朽为神奇,来验证我们当今的一个重要天象,而且促进了一门新的天文学的分支——射电天文学的发展。

中国古人很久以前就开始追踪日月星辰的痕迹,浩瀚的古代典籍中,有各类天象的记载,其中关于超新星的记录,可以追溯到甲骨文时期,为现代天文学的研究提供了最为连续完整的天象记录资料,成为人类文明宝库中,十分珍贵的财富。

天文望远镜发明以后,大大拓展了人们探索太空的视野,我们看到了更多更遥远的星系、星体和星云。这是银河系中一个最为著名的星云,位于金牛座的蟹状星云,因为它独特的纤维状结构,酷似螃蟹的腿脚而得名。1921年,一个偶然的机会,美国天文学家邓肯对比了两张相隔12年拍摄的蟹状星云的照片,结果让他大吃一惊。邓肯发现,蟹状星云中的纤维状物质是从中心向外运动着的,也就是说蟹状星云正在膨胀。根据推算,蟹状星云是从一个中心点开始这一膨胀历程的。那么最初的这个“原点”,到底是从何而来的呢?

公元1054年的一天,天空中出现了奇特的景象,我国宋代古籍《宋会要》、《文献通考》、《宋史》的《续资治通鉴长编》,对此都有记载。《宋会要》里是这样说的,宋仁宗至和元年5月,一颗星突然在天关的东部天空出现,白昼都看得到,像金星那样明亮,它呈现红白色,用肉眼可以连续看到23天。到了1056年4月,这颗做客22个月的行星,逐渐隐没了,那么这颗神秘的客星,究竟到哪儿去了呢?它的隐去和蟹状星云膨胀“原点”的出现,只是时间上的巧合吗?

到了1928年,著名的天文学家、现代星系学之父哈勃,通过进一步计算,觉得这个星云既然是在膨胀的,它就肯定有个开始的时刻,觉得开始于900年以前。然后按照他的推算,大约应该是在1054年。后来科学家又在中国古代的记录里面,找到了1054年在天关,也就是现在的金牛座记载了当时超新星爆发的情况。

毫无疑问,《宋会要》中的那段描述,正是公元1054年一颗超新星猛烈爆炸的实况记录。而蟹状星云则是超新星爆发的遗迹。宇宙中有的恒星到了衰亡时候,会发生猛烈爆发,在短时期内,亮度突然增大数千倍或数万倍,然后又逐渐回降到原来亮度的恒星,被称为新星。超新星是比新星亮度变化更为剧烈的爆炸,亮度增大可能超过千万倍甚至上亿倍。

尽管现代科技已经很发达,但天文学家想要找寻逝去年代的信息,仍然要借助于中国的古代典籍。哈勃写道,在蟹状星云这个位置,只有一次超新星出现的记载,这一记载发现于中国的编年史中,这一年就是公元1054年。这颗超新星为现代射电天文学和天体演进理论研究,提供了一个活的标本,于是它成为世界天文学界公认的“中国之星”。

当西方天文学家的目光聚焦到中国历史上丰富而详实的天象记录时,一位中国的年轻学者已经开始对这个富矿进行挖掘。20世纪50年代,年轻的席泽宗来到中国科学院开始了穿越时空的旅程。

席泽宗的《古新星新表》考证了从殷朝到公元1700年间90次新星和超新星的爆发记录,该书对中国古籍中新星和超新星记载所进行的研究工作,在国际上产生了巨大而持续的影响。这篇论文先后被4000余次引用。

我们看席先生的《古新星新表》,就能够知道现在的某一个射电源,它在历史上什么时候曾经是一颗超新星爆发。这样,这个表等于给你提供跨度超过几百、几千年的数据,这样的数据是非常珍贵的。第一,这颗超新星爆发以后,它不能再爆发了。第二,如果你要等待一个数据需要1500年,那么对于今天又有什么意义呢?所以从这个角度来看问题,席先生的这个表有它的特殊意义。

我们并不是总能那么幸运地成为超新星爆发的目击者,从望远镜的发明到现在将近400年间,人们再也没能在银河系内观测到超新星的爆发。相比之下,我们的先人比我们幸运得多。目前天文学界,公认的著名超新星遗迹在我国古籍上,大都可以寻觅到踪影。当然,这首先得益于古人对天象持续不断地观测。那时负责天文的官吏,会把天空分区,让视力好的年轻人按区域进行观测。

我们和古人先后目睹了“中国之星”不同时期的“片断”,古人成为现场的目击者,并留下了确凿无疑的证词,我们今天则见证了那场惨烈爆炸之后一片幽蓝的遗骸。在科学日益发展的今天,高楼大厦的万家灯火暗淡了苍穹上的点点星辰,天上的街市更多地被人间的繁华所取代。多少年之后,我们的后人还会遥遥地指着那蟹状星云消散殆尽的虚空,回忆起曾经有一颗“中国之星”,那么明亮地辉耀过天宇吗?

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