第二章 天文學的研究方法與工具

人類憑借其數學天賦或觀察力及其推理能力，再加上某些應用於確定天體運動的測量元素，可以嚴密地描繪出宇宙天體的排列布局，並且從這一宇宙觀合乎邏輯地推演出：與地球的運動一樣的天體可能與地球有些許類同。事實上，在長達數百年的時間裏，天文學研究方法不得不僅限於上述領域的種種努力，借助刻度尺或刻度圈等工具來保證照準相對精確；人們正是如此來記錄角度、提供數據的，太空中一些方位的確定成為了可能。

但對星球及其特點的深入了解已不再屬於人類用感官感知的範疇，而後者卻是了解星球唯一的可能途徑。盡管人類的視力非常敏銳，其靈敏度和適應性也格外出色，但在很多方麵仍然無法帶來有用的發現，即使是觀察離我們最近的行星，比如用肉眼觀察地球的鄰居。古人可以熟練使用長管瞄準一點進行觀察，毫無疑問這會在一定程度上增強人類視覺的敏銳度——長管可以聚焦視線，有了它，眼睛就不會被其他更強的光線或天光所幹擾，可以更好地辨別某些天體，但這種工具的用處隻是相對的，如果某些細節需要看得更加清楚才能分辨出來，這一方法可以說徒勞無功，它也無法顯現那些因天體表麵麵積太小而看不見的景象。這種工具賦予了人類雙眼放大物體的能力，讓所看見的東西比正常情況下大10倍，但它的作用是受限製的。請注意，古代的天文學家借助這種工具，依然觀測到了月球表麵的某些特征，看到了不同時期月牙狀的金星，還發現了木星的衛星（不同於天上的繁星，木星看起來就像一個小圓盤）。毋庸置疑，這種方法的運用的確大大促進了基礎認識的發展，卻無法得到隻有光學儀器才會帶來的發現。

對天外世界的真正研究起始於望遠鏡的發明。這一發明盡管非常簡單，卻蘊含了多少希望！對於這些光學儀器的發明時間以及發明者，人們依然眾說紛紜，但我們不能忘記天才伽利略用他自製的望遠鏡所做出的貢獻，目前該望遠鏡被珍藏在佛羅倫薩博物館內。1610年1月7日晚，這隻新眼睛望向深遠的天空，看到了許多當時肉眼看不見的奇觀。

現代天文儀器都安置在旋轉式圓屋頂裏，屋頂開口朝向待觀測的天空區域。

一種古老的天文儀器，根據1541年紐倫堡出版的一本書所繪。

A.早期望遠鏡中的土星形象；B.現代天文望遠鏡中的土星形象。

之前我們已經提到過這位威尼斯學者的重要發現，盡管他的發現堪稱奇跡，但在很多方麵仍有含糊的地方。同樣，除開曆史興趣，我們尤其應該從天體研究所涉及的條件出發思考這些發現。盡管使用伽利略的望遠鏡所得到的圖像已比肉眼所見大許多倍，但僅僅按比例放大圖像無法滿足人類的需要；對於觀測的實用性而言，圖像還需要有令人滿意的清晰度。

伽利略時代的光學儀器技術為他提供的資源十分有限，盡管如此，這一幾近簡陋的望遠鏡所帶來的發現卻轟動一時。它第一次揭露了人類目力不及的東西，但這些在某種程度上非常粗糙的外觀圖像，就算可以讓人估摸出行星輪廓，並最終承認它們的光來自太陽，卻無法告訴人們行星的環境是與地球相似還是截然不同。對於今天的我們而言，這些已不再是難題。在這一方麵，沒有什麽比將原始望遠鏡構圖與現代儀器構圖進行比較更有意義的了，這樣的比較明顯烘托出了光學的巨大進步。我們不會詳盡講述這段曆史，但會著眼於知識進一步發展的幾個重要階段。我們必須強調研究潛力發展的幾個重要性，因為它有助於我們理解：人類對其他星球認識的演變總是伴隨著越發清晰的觀測。這一點也可以用來解釋這一時期人們提出的各種假設、猜想和觀點與之前相比發生的深刻變化。這一進程並不總是如此快速且卓有成效，也有停滯不前的時候。某些問題遲遲沒有進展，而與此同時，技術的進步卻使其他領域大幅向前。有時，研究方法的缺陷甚至會導致矛盾的結果，或者一些才智之士急於得出滿意的結論而過早發表理論，但這些理論通常沒有堅實的基礎，也得不到未來的證實。天文學家以門外漢根本想象不出的精確度和精細度進行著研究，他們所麵臨的種種困難很難被先驗地設想出來，因此他們的所有努力都應更加受到人們尊重。盡管所有這些都是基礎問題，我們也必須稍稍費些筆墨，因為它們與本書主題的實質密切相關。

1609年伽利略發明的第一架望遠鏡，現存於佛羅倫薩博物館。——阿裏納瑞博物館

赫維留的象限儀（1670年左右），一類改進過的供肉眼測量天體位置的儀器。