从木星卫星到“太阳黑子”，伽利略用望远镜重塑人类的宇宙观

1609年，伽利略认识到刚刚发明的“窥镜”（后被命名为“望远镜”）在天文观测上具有重要价值，并很快将自制望远镜对准了星空，从而彻底改变了人类对宇宙的认识。他用望远镜观察了月球表面、木星卫星、金星相位和太阳黑子，有力地支持了在当时已经沉寂多年的哥白尼日心说，由此在科学和宗教两个领域里掀起巨大的争论。

我们此前已经推荐过美国著名科普作家和科学史家达娃·索贝尔的多部作品（《玻璃底片上的宇宙》《经度》和《一星一世界》），而在今天推荐的《我的父亲伽利略：一个女儿眼里的近代科学之父》一书中，索贝尔以伽利略长女写给父亲的大量书信这一珍贵史料为基础，还原了伽利略的个人生活、宗教信仰和科学探索。在下面的文字中，我们将能看到从哥白尼到伽利略，地球如何从宇宙的中心被移开，以及在此过程中天文学先驱们所遭受的责难。

如今，从我们的视角来看，实在很难将地球视为宇宙的中心——我们身处一颗普通恒星的小行星之上，而这颗恒星又位于数十亿星系之一的螺旋臂中，在无垠宇宙中显得如此微不足道。但在伽利略所处的时代，人们普遍认为地球是宇宙的中心。

16、17世纪的宇宙学建立在公元前4世纪亚里士多德的学说之上，又经公元2世纪希腊天文学家克劳狄乌斯·托勒密完善，将地球视为静止不动的中心。太阳、月亮、五大行星及所有恒星都围绕地球永恒地旋转，它们由相互嵌套的水晶般透明的天球带动，沿着完美的圆形轨道运行。这套天体机制就像大钟的齿轮装置，让白天变为黑夜，又把黑夜变回白天。

1543年，波兰神职人员尼古拉·哥白尼在其《天球运行论》一书中，将地球从宇宙中心位置移至围绕太阳的轨道上。通过设想地球每天自转一周、每年绕太阳公转一周，哥白尼让天体运行变得合理。他让巨大的太阳免去了每日从早到晚围绕较小地球运行的麻烦。同样，遥远辽阔的恒星域也可保持静止，无须每天以比太阳更快的速度在人们头顶盘旋。哥白尼还重新排定了各大行星的运行秩序，使这些天体无须再协调如下两种运动：一是较长周期里相对缓慢的向东运动（比如木星需12年才能穿过黄道十二宫，土星则需要30年）；二是每日围绕地球快速向西的运行。例如，哥白尼甚至能解释火星为何偶尔会逆转运行方向，相对恒星背景向后（向西）连续漂移数月的现象。按日心说，这是合乎逻辑的结果：地球在行星轨道中处于内侧——距离太阳第三近，而火星处于第四位，因此地球每隔2年就能超过速度较慢、距离更远的火星。

哥白尼曾在克拉科夫大学学习天文学和数学，还在帕多瓦大学进修过一段时间医学，之后又在博洛尼亚大学和费拉拉大学学习教会法。得益于家族裙带关系，他一生大部分时间都致力于宇宙学研究。30岁时，他结束了在意大利的学业回到波兰，担任主教的舅舅帮他在弗龙堡大教堂谋得一份终身教士的职位。哥白尼在那个“地球上最偏远的角落”任职40年，工作轻松，薪金丰厚，这让他得以在此期间构建出一个全新的宇宙学说。

“长期以来，我一直在思考传统天文学在推导宇宙天球运行轨迹时存在的诸多混乱之处，”哥白尼在弗龙堡写道，“令我深感苦恼的是，哲学家们竟未能探寻出一套确切的体系，来解释这个由最杰出、最具条理的造物主为我们创造的宇宙之运行机制。于是，我开始思索地球的运动。尽管这个想法看似荒谬，但我深知，在我之前已有学者被赋予自由想象的权利，他们可以设想任何形式的圆周运动，用以解释天体现象。”

尽管哥白尼对行星位置进行了大量肉眼观测，但他孤独的研究大多数时候只涉及阅读、思考和数学计算，并未提供任何形式的支持证据。更遗憾的是，他也没有在任何地方记录下引导他得出这一革命性假说的思路。

一位无名氏在为哥白尼这本书撰写引言时，仅将他的整个奇思妙想视为一种对计算有帮助的手段，而未予以重视。确定包括太阳、月亮在内的各行星的轨道周期，是一件很复杂的事，但这对于确定一年时长与复活节日期至关重要。哥白尼本人用拉丁语和数学语言写作，面向的是学术界读者，他从未试图让普通大众相信宇宙实际上是以太阳为中心构建的。而且，就算他这样做了，又有谁会相信他呢？地球静止不动是一个不言而喻的真理，任何有感知能力的人都能明白这一点。如果地球既自转又公转，那么向上抛起的球就不会正好落回抛球人手中，而是会落到几百英尺开外的地方；飞行中的鸟儿可能会迷失回巢的路；人类更会因地球这个巨大的“旋转木马”，以每小时1000英里的速度不停旋转而感到头晕目眩。

哥白尼在《天球运行论》中写道：“我不得不担心会受到讥讽，因为我的观点新颖且荒谬，这几乎使我放弃已经着手的工作。”持续的计算和核对让他的手稿推迟了数十年，直到他实实在在躺在临终病榻上，这本书才出版。1543年，也就是哥白尼的著作首次印刷后不久，70岁高龄的哥白尼与世长辞，得以避开了任何可能遭遇的嘲弄。

1592年，当伽利略在帕多瓦大学登上木制讲台讲授行星天文学时，他教的仍是自古以来流传的地心说。伽利略知道哥白尼对亚里士多德和托勒密的挑战，所以他可能在不经意间向学生提起过这种另类观点。然而，日心说从未在他的正式课程中占有一席之地，他的课程重点是教医学生如何进行星座预测。尽管如此，伽利略逐渐信服哥白尼体系不仅表述更简洁，而且很可能在事实上也是正确的。1597年，伽利略在写给比萨大学前同事的信中，评估哥白尼的体系“比亚里士多德和托勒密的观点更合适的可能性要大得多”。同年晚些时候，他在写给开普勒的信中也表达了同样的观点，还遗憾地表示：“我们的老师哥白尼，虽然在一些人看来将永垂不朽，却遭到了无数人嘲笑和排斥（因为愚昧者是如此众多）。”由于哥白尼去世后的50年里，日心说在公众舆论依旧显得荒谬，伽利略长期以来在公共场合都对这一话题讳莫如深。

▲伽利略

1604年，也就是伽利略发明望远镜的5年前，人们在天空中发现了一颗前所未见的星星。这颗星被称为“新星”，因为它是新近出现的。10月，它在人马座附近突然绽放耀眼的光芒。到了11月，它依然十分显眼，这让伽利略有时间在它变暗淡前，做了3次关于这颗新星的公开演讲。这颗新星挑战了“天界不变”的法则——这是亚里士多德世界观中备受珍视的信条。根据古希腊哲学，地球上的物质由土、水、气、火四种基本元素构成，它们始终处于变化中。而天界，正如亚里士多德所描述的那样，完全由第五种元素——“以太”构成，这种元素是不朽的，因此绝不可能突然出现一颗新星。亚里士多德学派认为，这颗新星必定位于地球和月亮之间的月下界——只有这个区域允许发生变化。但伽利略通过将自己每晚的观测结果，与其他遥远地区观星者的观测结果对比后发现，这颗新星位于很远的地方，超出月亮，超出行星，处于古老的恒星域之中。

▲伽利略的望远镜

伽利略以戏谑又稍带挑衅的方式，通过两个说帕多瓦方言农民之间的对话，将新星争议呈现在公众面前，还以笔名阿林贝托·毛里发表了这段对话。他笔下的乡巴佬主人公总结道：“把这颗新星称作‘第五元素’也好，称作‘玉米粥’也罢！只要细心观察，照样能测出它到地球的距离。”

在如此这般抨击了“天体不变性”的观点后，伽利略在1609年对处于守势的亚里士多德派哲学家发起进一步攻击——他将望远镜转向了他们的“天界领地”。通过望远镜获得的发现，他将哥白尼问题的性质从一场学术探讨转变为可依据证据判定的辩论。例如，月球表面的高低不平表明，地球上的一些地形地貌也存在于天体之上。美第奇星的运动证明，卫星能围绕地球以外的天体运行。金星的相位变化则表明，至少有一颗行星肯定绕太阳转动。而在太阳上发现的黑子，又再次破坏了“天球完美”的说法。“人们发现，在天空中那本应最纯净、最宁静的区域——我指的是太阳表面，”伽利略如此报告，“无数密集、昏暗且模糊的物质，会在短时间内不断产生又消失。”

▲伽利略观察到的太阳黑子

那些罔顾望远镜带来的新视角而仍顽固坚持亚里士多德观点的哲学家，让伽利略感到悲哀。他断言，要是亚里士多德本人复活，自己把如今能看到的景象展示给他，这位伟大的哲学家定会很快改变观点——因为亚里士多德向来尊重亲眼看到的证据。伽利略还责备亚里士多德的追随者过于谨小慎微，不敢背离祖师爷的教条：“他们希望永远不必把目光从那些书页上挪开——就好像宇宙这本大书是专门写给亚里士多德一个人读的，而他的双眼也注定要代替所有子孙后代去观看。”

伽利略的几位亚里士多德学派对手气急败坏地辩解，太阳黑子肯定是一群新的“星星”，它们围绕太阳旋转，就像美第奇星围绕木星旋转那样。就连那些曾激烈反对木星卫星存在的教授——他们一度斥责这些卫星是伽利略望远镜中歪曲真相的镜片所催生的恶魔幻象——如今也转而欣然接纳了这些卫星，并将其视作维系太阳恒定庄严的最后希望。

（本文节选自《我的父亲伽利略》第5章“就在太阳的表面上”，标题和配图为编者所加）

书名：我的父亲伽利略：一个女儿眼里的近代科学之父

‍♂️ 作者：[美]达娃·索贝尔

翻译：肖明波

内容简介

在17世纪文艺复兴与宗教冲突交织的动荡年代，伽利略不仅是挑战地心说、颠覆人类宇宙认知的科学巨匠，也是一个渴望认同、在信仰与真理间艰难求索的普通人。本书在他波澜壮阔的科学探索与宗教挣扎，与女儿隔绝尘世的修道院生活之间交错展开，以珍贵的书信串联起深沉动人的父女深情。

作者以伽利略长女、修女切莱斯特的亲笔书信为核心史料，跳出“科学殉道者”的宏大叙事，从女儿的视角立体展现了这位“科学巨人”真实可感、有血有肉的凡人本色。通过天才与女儿、科学与神权、信仰与牺牲的交织，再现了美第奇治下佛罗伦萨的时代图景，将一位伟大科学家的“复活”与一个时代的认知颠覆，谱写为一部兼具科学精神与人文温情的动人史诗。

其中还聚焦了切莱斯特修女以温柔坚韧的陪伴，成为伽利略最坚实的精神依靠，彰显历史深处不为人知的女性力量。