把天文学讲得妙趣横生

疏延祥

很多人以为天文学是没什么趣味的，其实不然，我读王爽的《宇宙奥德赛·漫步太阳系》就读得兴味盎然，爱不释手，二十六万多字的书籍，仅用一天一夜就读完了。

我觉得，该书之所以吸引我，一是有趣的知识。比如月球起源“撞击说”得以成为定论的一波三折。

现在科学界普遍认为，大概在四十五亿年前，有一个火星大小、称为“忒伊亚”（希腊神话中的一名泰坦，也是月球女神的母亲）的天体撞上了被称为“盖亚”（希腊神话中的大地女神，也是众神之母）的原来的地球。这次剧烈的撞击让“忒伊亚”和“盖亚”融合在了一起，从而形成了今天的地球。与此同时，这次撞击也把“盖亚”表面大量的物质撞到了太空中，形成了一个绕地球旋转的圆环;随着时间的推移，这个圆环中的物质重新聚合在一起，从而形成了今天的月球。

这一结论是怎么来的？还得从德国气象学家魏格纳说起。1910年的一天，此公由于一场大病住进了医院。那个年代可没有电视、计算機和互联网，穷极无聊的魏格纳只好看他病房墙上的一张世界地图来打发时间。在仔细研究了这张世界地图以后，魏格纳发现一件非常诡异的事：非洲西部的海岸线与南美洲东部的海岸线非常吻合，换言之，非洲和南美洲就像是一块大陆被硬生生地从中间撕开。随后，他注意到更多的大陆也能像拼图般拼合在一起。

出院以后，魏格纳又得知一件怪事：在非洲和南美洲，都发现了一种古代爬行动物的化石，也就是所谓的中龙。据科学家推断，中龙只能在淡水中生活，而不能生活在海水中。那么，它为什么能横渡数千千米的大西洋呢？为了解释这些诡异的现象，1912年，魏格纳提出了一个堪称石破天惊的理论，那就是著名的大陆漂移说。大陆漂移说认为，地球上所有大陆原本是一块完整大陆，被称为泛大陆;后来泛大陆分裂成了好几块，然后在地球自转的作用下移到了现在的位置。这样一来，非洲和南美洲的海岸线重合，以及这两个地方都发现中龙化石的问题就迎刃而解了。

王爽指出，在科学史上，这是一个非常罕见的情况。一个气象学家提出了一个地质理论，来解释一个古生物学的问题。从某种意义上讲，这有点像是一个没有医师执照的人在非法行医。所以在长达四十年的时间里，魏格纳一直被当成是民间科学家，受到地质学界和古生物学界的群嘲。

比如说，耶鲁大学古生物教授查理·舒克特就宣称：“一个门外汉把他掌握的事实从一个学科移植到另一个学科，显然不会获得正确的结果。”而法国地质勘探局局长特迈也断言：“魏格纳的理论仅仅是一个漂亮的梦，当人们拥抱它时，得到的只是一堆泡沫和一缕青烟。”

当然，在长达四十年的铺天盖地的攻击和嘲笑声中，也有人支持魏格纳的理论，其中就包括哈佛大学地质学教授雷金纳德·戴利。戴利是地质学界的大拿，他于1912年成为哈佛大学地理系的第一任系主任，并于1932年当选为美国地质学会的会长。虽然戴利也曾在公开场合管魏格纳叫“门外汉”，他还是觉得“门外汉”提出的大陆漂移说很有道理。

不止如此，戴利还尝试解决大陆漂移说最受人诟病的一个问题：为什么泛大陆会突然分裂成好几块？为此，在二十世纪四十年代，戴利提出了一个更惊世俗的理论：泛大陆是被一颗巨大的小行星给撞碎的。

戴利认为，在很久以前，一颗巨大的小行星撞上了地球，把泛大陆撞成了好几块。此外，这次剧烈的碰撞也把地球表面（即地壳）的大量物质撞到了太空;这些物质后来重新聚合在一起，就形成了我们今天看到的月球。这就是月球起源的“撞击说”。

从1969年7月至1972年12月，美国的阿波罗计划共把十二名宇航员送上月球。这些宇航员从月球上带回大量的月球岩石样本。通过分析这些月球岩石样本，科学家们发现这些岩石样本化学成分与地球地壳的物质完全相同。这样一来，在被嘲笑了三十年之后，戴利的“撞击说”终于笑到了最后。

我们的地球属于太阳系，读《漫步太阳系》之前，我只知道地球的第一高峰是珠穆朗玛峰，并不知道火星上的奥林匹斯山为二万一千九百米，远远高于珠穆朗玛峰，可是这一纪录在2011年又被改写。这一年，黎明号宇宙飞船造访灶神星时，又发现有一座更高的山，高达二万二千米，这就是雷亚西尔维亚中央峰。而且这座太阳系第一高峰和我们的地球渊源颇深。在几亿年前的一次撞击中，它的一些碎块经过漫长的旅程到达了地球，变成了HED陨石。

天文学不仅属于天文学、物理学，也属于地质学，甚至是文学的范围。比如我从《漫步太阳系》一书得知尤金·舒梅克本是学地质的，二十岁就获得加州理工大学的硕士，从加州理工大学毕业后，他加入美国地质调查局。在地质调查的过程中，他在美国亚利桑那州北部发现了一个大坑，这个坑与人类核爆引起的大坑极为相似，于是他推测，亚利桑那的那个大坑是陨石撞击的结果。这个发现导致天文地质学这门全新学科的诞生。他的一些推断，如月球上密密麻麻的环形山是陨石撞击的，围绕木星旋转的二十一个碎片将与木星相撞等，都证实了陨石撞击理论，地质学就这样深扎天文学，并硕果累累。

天文学是一个迷人的学科，会引起从事理工甚至从事人文学科的人士的跨界行为，上文的尤金·舒梅克是学地质的，而威廉·赫歇尔原本是一个非常纯粹的音乐家，因为当逃兵才从德国逃难到英国。但他很善于跨界，在英国自学了一门磨制望远镜镜片的独特手艺，并且很快成了那个时代最厉害的制造望远镜的大师。在自制望远镜时，他和妹妹经常忙到夜里十一二点，每天工作十六个小时，为了节省时间，他有时让妹妹喂饭给他吃。从1773年开始，他白天在教堂里演奏管风琴，晚上在自家后院用自制的望远镜仰望星空，利用业余时间研究天文学。1781年3月13日，他在金牛座的区域发现了一颗新的“彗星”。不久之后，克塞尔通过计算这个天体的运动轨道，证明了它其实是一颗位于土星之外的新行星，此发现立刻轰动全世界。它让人类认识到，原来在土星之外还有一个更为辽阔的世界。而这颗新行星后来就被命名为天王星。

这个威廉·赫歇尔因发现了天王星永垂青史。他的墓志铭是“他突破了天空的障碍”。生前，由于其天文学的辉煌成就，国王给予他很多物质奖励，但是他却把这些金钱用于维护、保养望远镜以及支付工人工资，他自己则始终过着一种拮据的简单生活。写这篇文章时，我又搜集了关于他的一些资料，才发现威廉·赫歇尔家族堪称是天文世家。他的父亲伊萨克·赫歇尔就是个天文爱好者，威廉·赫歇尔的妹妹卡洛琳·赫歇尔曾经回忆：“爸爸总是带着我们，在一个晴朗的寒夜走到街上，让我认识了几个最美丽的星座，我们一直盯着星星们闪耀。”威廉·赫歇尔的儿子约翰·赫歇尔后来也成为天文学家，1834—1837年，他在南非好望角附近进行了三年天文观测，在大麦哲云里识别了九百一十九个不同天体，在小麦哲云里识别出二百四十四个不同天体，并且断定大麦哲云和小麦哲云是“南半球特有的一种恒星系统”。

《漫步太阳系》中叙述的威廉·赫歇尔从音乐到天文的跨界行为如此迷人，罗琳·斯尔曼等人从文学到天文学的跨界行为也令人津津乐道。罗琳·斯尔曼是一名英国文学硕士，作为一个典型的文科生，她小时就特别讨厌理科，经常在上这类课程的时候睡觉。但认识了尤金·舒梅克并和他结婚以后，一个经常在理科课堂上打瞌睡的女生，竟然对枯燥的地质学和天文学产生了浓厚的兴趣。

五十一岁的时候，她的三个孩子都离家上大学去了，她成了自己丈夫的助手。卡罗琳·舒梅克有一个好友，叫大卫·利维;他也是一个拥有英国文学硕士学位的作家，并且从小就对天文学感兴趣。所以卡罗琳·舒梅克就向他发出邀请，利用闲暇时间来天文台搜寻彗星和小行星。诡异的是，这两个半路出家的英国文学硕士，却成了那个年代最好的小行星猎手。卡罗琳·舒梅克一生中发现了三十多颗彗星和八百多颗小行星，而大卫·利维也发现了二十多颗彗星和上百颗小行星。1993年3月24日，尤金·舒梅克、卡羅琳·舒梅克、大卫·利维团队终于迎来了他们一生中最光辉的时刻。那天晚上，他们在木星周围发现了二十一块奇怪的碎片，在接下来的六天中，他们通过天文望远镜目睹了这二十一个碎片接二连三地撞上木星。

其实在中国，天文学和文学相结合，这是一个古已有之的传统。屈原《离骚》“朝发轫于天津兮，夕余至乎西极”中的“天津”，苏轼的脍炙人口的诗句“西北望，射天狼”的“天狼”，它们都是星宿，都进入了诗人的审美视野。

从王爽的《漫步太阳系》中我们还了解到，科学家往往是有个性的人。比如苏联有一个诺贝尔物理学奖得主名叫朗道。此人也是天才少年出身，为人极度狂傲，谁都不放在眼里。有人甚至画过这样一幅漫画：朗道在台上授课，头上绕着光环;而学生在下面听课，个个都长着驴耳朵。言下之意是，在朗道面前，所有人都是驴。但就连朗道这样的狂人，遇到物理学家泡利也会变成小绵羊。有一年，朗道去泡利任教的苏黎世大学做学术报告。报告结束后，出于对泡利的敬畏，朗道竟然破天荒地谦称自己讲的东西有可能是错的。没想到泡利在台下冷冷地说道：“你讲的东西根本就是乱七八糟，我搞不清哪些是对的，哪些是错的。”

天文学家作为科学家，他们的人生奋斗历程都是一部励志的传奇，《漫步太阳系》中介绍的威廉·赫歇尔是如此，该书中汤博的人生故事更是如此。

1906年，汤博出生在美国的伊利诺伊州。在他很小的时候，他爸爸在堪萨斯州买了一块农场，所以他们全家就到了那里。但是天有不测风云。在汤博十六岁那年，一场巨大的冰雹砸坏了他家农场里所有的庄稼。这场灾难让这个家庭陷入贫穷的泥潭，也断送了汤博上大学的希望。上不成大学的汤博只好留在家里的农场工作。按照正常情况，他这辈子就要靠修理地球为生了。但上帝在关上一扇门的时候，往往还会再开另一扇窗，而属于汤博的这扇窗就是天文学。为了便于了解夜空，汤博自己动手制造了望远镜。但是仅有望远镜还远远不够，因为汤博还遇到了一个很大的麻烦，那就是堪萨斯的晚上经常刮大风。

为了消除夜晚大风的负面影响，汤博想了个招：他挖了一个二十四英尺长、七英尺宽、八英尺高的大坑，然后跑到坑底去观测。汤博仔细观察了火星和木星的运动轨迹，然后把它们画下来并寄给罗威尔天文台。如果没有后来的成功，他此时的行为可能被人嘲笑为井底之蛙。但他这些画作让罗威尔天文台斯里弗大为惊叹，所以就破格给他一个在罗威尔天文台工作的机会。

1929年，汤博加盟罗威尔天文台，立刻加入重新启动的搜寻“X行星”的计划。他的任务是时不时地在一些可能发现“X行星”的天区拍照片，然后比较同一天区不同时间的两张照片上是否存在位置发生改变的天体。这听起来好像挺简单的，其实极为困难。打个比方，想象一张一平方米的餐桌，上面铺着一块黑色的桌布，并且还随机地撒了一把白色的盐。现在有几千张像这样铺着黑布、撒着白盐的餐桌首尾相连，形成了一条好几千米长的直线。汤博的工作就是沿着这条数千米长的直线巡视，然后找出其中某张桌上位置发生了改变的一粒“盐”。1930年2月18日，汤博终于取得了历史性的突破。通过比较当年1月23日和1月29日的两张照片，他终于找到了那粒位置发生了变化的“盐”。

汤博立刻把同一天区不同时间的照片全都调了出来。经过反复对比，他最终确认了那的的确确是一颗从未发现的新行星。消息一经公布，立刻轰动了世界。这就是曾被视为太阳系第九大行星的冥王星。

《漫步太阳系》中的汤博挖坑并待在坑里观星，令我想到古希腊哲学家泰勒斯因观星而跌入坑里的故事。科学家往往难以被世人理解，甚至成为笑话。据说那是一个秋日的夜晚，泰勒斯在草地上观察星星。他专注星空，不料前面有一个深坑，一脚踩空，掉了下去。水虽然仅没及胸部，离地面却有二三米，上不去，只好高呼救命。一个路人将他救出。他对那人说：“明天会下雨！”那人笑着摇头走了，并将泰勒斯的遭遇当作笑话讲给别人听。

第二天，果真下了雨，人们对他在气象方面的知识的丰富惊叹不已，而且他还利用自己的天象知识，提前购置一批制造榨橄榄油的机器，轻巧赚了一大笔钱。

两千年后，德国大哲学家黑格尔听到这个故事，说了一句名言：“只有那些永远躺在坑里从不仰望高处的人，才不会掉进坑里。”

其实，泰勒斯也是一位天文学家，他首先确定了北极星对航海的意义，根据投影测量了金字塔的高度。他最早发现了小熊星，成功预言过一次日蚀，第一个测定了太阳从冬至到夏至的运行，并提出月亮的体积只有太阳的一百二十分之一。他发现了冬至、夏至和春分、秋分的联系，初步确定了太阳从起点到终点的行程。他还发现了一年的四季，提出四季说，并把一年分为三百六十五天。《漫步太阳系》一书讲了世界上第一个论证大地必然是球形的亚里士多德，其实泰勒斯在天文学史上也是一个值得关注的人。

读一读王爽的《漫步太阳系》吧，正如他自己所说：“本书为你呈现的并不是一些关于太阳系的碎片化知识，而是一个关于太阳系的完整知识体系。”在全面实现了小康的二十一世纪中国，有趣味地向民众科普太阳系知识，我以为很有必要。我们的嫦娥五号已经完成从月球上采样，并返回地球，我们的“天问”一号火星探测器已于2020年7月23日发射成功，可是国人对我们的太阳系了解并不多。笔者去年10月在晚上上课时特意带学生在校园看火星、木星、土星、偃月，并写下诗歌《夜观荧惑》（火星在古代中国叫“荧惑”）：“荧惑升空在校园，几人举首望东天？屈原诗赋今犹在，天问中华赖大贤。”今日写作此文，也算荐书给我的学生和国人，让我们和王爽一起漫步太阳系。

（王爽著：《宇宙奥德赛·漫步太阳系》，清华大学出版社2018年10月第1版）