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讓世人驚呆了的「日心說」在提出的開始,根本就不受重視?!——《全球科技大歷史》

azothbooks_96
・2019/12/03 ・2882字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 527 ・七年級

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  • 作者:吳軍

文藝復興之後,出現了科學史上第一個震驚世界的成果—日心說。

不被重視的「重磅消息」

以托勒密地心說為基礎的儒略曆經過了 1300 多年的誤差累計,已經和地球圍繞太陽運動的實際情況差了 10 天左右,用它指導農時經常會誤事。因此,制定新的曆法迫在眉睫。1543 年,波蘭教士哥白尼發表的《天體運行論》提出了日心說。雖然早在西元前 300 多年,古希臘哲學家阿利斯塔克(Aristarchus,約前 315∼前 230 年)就已經提到日心說的猜想,但是建立起完整的日心說數學模型的是哥白尼。

《天體運行論》中哥白尼的宇宙觀。圖/wikimedia

身為神職人員,哥白尼非常清楚他的學說對當時已經認定地球是宇宙中心的天主教來說無疑是一顆重磅炸彈,因此,他直到去世前才將自己的著作發表。不過,哥白尼的擔心在一開始時似乎顯得多餘,因為在接下來的半個世紀裡,日心說其實很少受到知識階層的關注,教會和學術界(當時微弱得可憐)既沒有贊同這種新學說,也沒有刻意反對它,而只是將它作為描述天體運動的一個數學模型。有時候最可悲的事情並非到處是反對的聲音,而是一種可怕的寂靜。日心說剛被提出來的時候,就面臨著這樣一種尷尬的處境。

為什麼我們今天認為的具有革命性的日心說在當時並不受重視呢?這主要有兩個原因。

首先,日心說和當時人們的常識相違背,因此,人們只是把它當作不同於地心說的數學模型,而非描繪星球運動規律的學說。其次,哥白尼的日心說模型雖然比托勒密的地心說模型簡單,但是沒有托勒密的模型準確,因此,大家也不覺得它有什麼用。

1582 年,教皇格里高利十三世(又譯作額我略十三世)頒布了新的曆法(格里曆),完全是出於經驗把曆法調整得更準確,與哥白尼的新理論並無關係。既然不重要,自然就沒有多少人關注它,支持日心說的人也就更少了。

日心說與地心說的生死對決

不過,半個多世紀之後,哥白尼所擔心的驚濤駭浪終於到來,因為一位義大利神父迫使教會不得不在日心說和地心說之間做出二擇一的選擇,他就是焦爾達諾.布魯諾(Giordano Bruno, 1548-1600)。在中國,布魯諾因為多次出現在中學課本裡而家喻戶曉,他在過去一直被宣傳為因支持日心說而被教會處以火刑,並且成了堅持真理的化身。

焦爾達諾·布魯諾。圖/wikimedia

事實上,雖然上述都是事實,並且在布魯諾之後的很長時間裡,教會也是反對日心說的,但是這幾件事加在一起並不足以說明「因為教會反動,反對日心說,於是處死了堅持日心說的布魯諾」。真相是,布魯諾因為泛神論觸犯了教會,同時到處揭露教會的醜聞,最終被作為異端處死。而布魯諾宣揚泛神論的工具則是哥白尼的日心說,這樣,日心說也就連帶被禁止了。

應該說,布魯諾是一個很好的講演者,否則教會不會那麼懼怕他。但是,科學理論的確立靠的不是口才,而是事實,因此,布魯諾對日心說的確立事實上沒有產生多大作用。第一個拿事實說話支持日心說的科學家是伽利略。

科學研究在教會權威面前不得不低頭的時代

1609 年,伽利略自己製作了天文望遠鏡,發現了一系列可以支持日心說的新的天文現象,包括木星的衛星體系、金星的滿盈現象等,這些現象只能用日心說才解釋得通,地心說則根本解釋不通。這樣一來,日心說才開始被科學家接受,而被科學家接受是被世人接受的第一步。

1611 年,伽利略訪問羅馬,受到了英雄般的歡迎。由於有梅迪奇家族在財力和政治上的支持,伽利略的研究工作進展得非常順利。同年,他準確地計算出木星衛星(四顆)的運行週期。出於對梅迪奇家族的感激,伽利略將這四顆衛星以梅迪奇家族成員的名字命名。

伽利略自己製作天文望遠鏡,發現了一系列支持日心說的天文現象。圖/wikimedia

正當伽利略在天文學和物理學上不斷做出成就時,當時的政治環境已經對他的研究非常不利了。

從文藝復興開始直到 16 世紀末,羅馬的教皇都是一些懂得藝術、行事溫和的人,其中有四位本身就來自梅迪奇家族。1605 年,來自梅迪奇家族的利奧十一世教皇去世了,這標誌著這個影響了歐洲幾百年的家族對政治的影響力開始式微。

17 世紀初,羅馬教廷的權威由於受到來自北方新教(宗教改革後的路德派和喀爾文派)的挑戰,開始變得保守,並開始打擊迫害持異端思想的人。在這個背景下,1616 年,教會裁定日心說和《聖經》相悖,伽利略也因此受到指控。

不過,教會並沒有禁止將日心說作為數學工具教授。1623 年,伽利略的朋友烏爾巴諾八世(Pope Urban VIII, 1568-1644)當選為教皇,新教皇對這位大科學家十分敬重,反對 1616 年對他的指控,至此,事情似乎要出現轉機。烏爾巴諾八世希望伽利略寫篇文章,從正反兩個方面對日心說進行論述,這樣既宣傳了科學家的思想,也維護了教會的權威。伽利略答應了,但是等他把論文寫完,卻惹了大禍。

《關於托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》。圖/wikimedia

伽利略在他的這篇大作《關於托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》中,讓一個叫辛普利西奧(Simplicio,即頭腦簡單到白痴的意思)的人為地心說辯護,所說的話也是漏洞百出,伽利略甚至把烏爾巴諾八世的話放到了辛普利西奧的嘴裡。這樣一來,他徹底得罪了教會。

當時,梅迪奇家族的家長費爾南多二世(Ferdinando II de’ Medici, 1610-1670)是伽利略的保護人,雖然他多方周旋試圖保護伽利略,但是仍無濟於事。伽利略在生命最後的十年回到佛羅倫斯的家中,著書立說,於 1642 年走完了他傳奇的一生。

簡單易懂的橢圓軌道模型,讓日心說更被接受

幾乎與伽利略同時代,北歐的科學家第谷.布拉赫(Tycho Brahe, 1546-1601)和他的學生克卜勒(Johannes Kepler, 1571-1630)也開始研究天體運行的模型。最終,克卜勒在他的老師第谷幾十年觀察數據的基礎上,提出了著名的克卜勒三定律,將日心說的模型從哥白尼的很多圓相互嵌套改成了橢圓軌道模型,這樣他就用一根曲線將行星圍繞恆星運動的軌跡描述清楚了。克卜勒的模型如此簡單易懂,而且完美地吻合了布拉赫的觀測數據,這才讓大家普遍接受了日心說。

橢圓軌道模型。圖/GIPHY

當然,克卜勒在天文學家中並不是特別聰明的,可以說他的一生是一個錯誤接著一個錯誤,但是他的運氣特別好,最終找到了正確的模型。從這件事可以看出,信息(天文觀測數據)對科學的重要性,一方面是因為科學的假設都需要信息來驗證,另一方面提出新的模型也離不開掌握前人所沒有的信息。無論是托勒密提出大小圓嵌套的地心說模型,還是克卜勒提出橢圓的日心說模型,都得益於數據。

不過,以克卜勒的理論水準,並無法解釋行星圍繞太陽運動的原因,更無法解釋為什麼行星圍繞太陽運行的軌跡是橢圓的。這些問題要等偉大的科學家牛頓去解決。

——本文摘自《全球科技大歷史》,2019 年 9 月,漫遊者文化出版。

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azothbooks_96
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漫遊也許有原因,卻沒有目的。 漫遊者的原因就是自由。文學、人文、藝術、商業、學習、生活雜學,以及問題解決的實用學,這些都是「漫遊者」的範疇,「漫遊者」希望在其中找到未來的閱讀形式,尋找新的面貌,為出版文化找尋新風景。

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為什麼花錢買票看贗品?每分鐘都有一位傻 B 誕生
寒波_96
・2022/11/18 ・2454字 ・閱讀時間約 5 分鐘

造假是人類複雜心智的一大產物,歷史上各式各樣的作假、贗品層出不窮。作家 Kristine De Abreu 在 ExplorersWeb 網站的文章[參考資料1],整理歷史上的 6 起贗品案例,時過境遷後回顧,這些造假頗有趣味。

龐貝石碑

6 起案例最早的是龐貝石碑。這個「龐貝」不是義大利那個龐貝城,在紐約。公元 1820 年有人找到一塊石碑,上頭有看似陌生的圖像、文字,但是無人能釐清來歷。此後衍生出不少相關的假說與討論。

1894 年,工程師史威特(John Edison Sweet)出面宣稱那是他叔叔的惡作劇。這類藍色窗簾的案例十分普通,也很常見。

龐貝石碑,現在擺在當地的地方小博物館展示。圖/參考資料1

卡迪夫巨人

1868 年,當時某些基督教信徒根據「創世記」,主張世界上曾經有巨人漫步。美國的無神論者胡爾(George Hull)設局惡搞,製作石頭巨人誆騙信徒,希望藉此證明他們是一群盲信的傻B。

惡搞產品身高 3 公尺,重 1350 公斤,成本 2600 美金(約現在的 54000 元)。本來想運到墨西哥,但是太重,最後埋在紐約的卡迪夫親戚家,1869 年「發現」後被稱為卡迪夫巨人(Cardiff Giant)。

假巨人騙到一些人,不過也很快被識破。後來有人以 23000 美金收購(約現在的 50 萬元)。不論當初意圖是否達到,胡爾都大撈一筆。

當時有位東搞西搞的掮客……沒禮貌,是知名經紀人巴納姆(P.T Barnum) 想買卻被拒絕。於是巴納姆也製作自己的巨人,還宣稱那才是真正的假貨 XDDD

假巨人當時興起一股熱潮,許多觀眾付費參觀。對於這些花錢看假貨的觀眾,有人表示:「每分鐘都有一位傻 B 誕生(There’s a sucker born every minute)」。這句流傳頗廣的話,到底是誰講的其實沒有定論,不過江湖傳言就是巴納姆自己。

卡迪夫巨人 1869 年的照片。圖/New York State Historical Association Library

伊特拉斯坎勇士雕像

美國的里卡狄兄弟(Pio Riccardi 和 Alfonso Riccardi)與其兒子們,有一門獨特的家族事業:偽造雕像。他們在 1915 到 1918 年製作 3 具 2 公尺高的伊特拉斯坎勇士雕像(Etruscan Terracotta Warriors),並成功賣給紐約的大都會博物館。

伊特拉斯坎文化位於義大利,年代早於羅馬帝國,歷史應該超過 2000 年,可是雕像狀態太好,有人懷疑是假的。1960 年代費歐拉凡提(Alfredo Fioravanti)出面承認,他當初協助兩兄弟造假。

一群當年世界頂尖的專家,散發滿身的權威感,架勢十足地檢視皮爾當人,卻沒人察覺這批「化石」是徹徹底底的偽物。圖/John Cooke 作於 1915 年

皮爾當人

前幾起贗品案都無傷大雅,但是皮爾當人(Piltdown Man)深深地傷害學術。它可謂人類演化研究史上,最大的造假醜聞。

1912 年,名字和達爾文(Charles Darwin)有點像的英國業餘研究者道森(Charles Dawson)宣稱,在薩塞克斯發現古人類的化石,引發一陣轟動。他在 1915 年又宣布找到化石,這批化石後來合稱「皮爾當人」。

當時一些學者認為,皮爾當人可以填補演化史上,人與猿的缺失環節。英國出土的化石,也支持大英帝國在人類演化史上的地位。業餘人士道森一心想躋身上流,加入英國皇家學會,最終卻沒有如願,在 1916 年去世。

一直有人懷疑皮爾當人的真實性。終於在 1953 年證實皮爾當人分別具有人與猿的特徵,根本是因為皮爾當人不是一個人,而是由猿和人的骨頭拼裝而成。

偽造的伽利略手稿。圖/密西根大學

伽利略手稿

美國的密西根大學 1934 年購入一份「伽利略手稿」,據說是伽利略本人 1609 年的手筆。造假兼打假專家威爾丁(Nick Wilding)在 2022 年 8 月證實,那是假的。決定性的證據來自紙張上的 BMO 水印,它要等到 1770 年才出現,遠遠晚於伽利略的年代。

推測這份假貨來自造假名人尼可查(Tobia Nicotra),他在 1930 年代復刻哥倫布、莫札特、林肯等等名人,製作超過 600 件贗品。

偽造的維京人文蘭地圖。圖/耶魯大學

維京人的文蘭地圖

有些贗品花費數十年破解,有些則一開始就知道是假的,後來再漸漸補足證據。就像某些偵探故事,一開始就知道誰是兇手,後來才釐清作案過程,可謂證明題。

美國的耶魯大學 1960 年代取得一份 15 世紀地圖,上頭繪有文蘭(Vinland),也就是維京人在美洲的殖民地。幾乎一開始就判斷這份地圖是假的,不過做證明題也有意思,圍繞其衍伸出有趣的議題。現在知道,此圖字體不符合年代以外,使用墨水含有天然的鈦,證實這是晚於 1920 年代的字跡。

至於維京人是否曾經抵達美洲?1960 年代在這份贗品地圖出現不久後,考古學家於加拿大東北部的紐芬蘭,尋獲蘭塞奧茲牧草地遺址(L’Anse aux Meadows),證實維京人確實在美洲留下足跡。只是文蘭在哪裡,仍是謎題。

參考資料

  1. Why Did They Do It? Six Archaeological Forgeries and the People Behind Them
  2. Analysis unlocks secret of the Vinland Map — it’s a fake

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

寒波_96
174 篇文章 ・ 665 位粉絲
生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。

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「論專心,女人不如男人?法國人不如英國人?」——追查首篇 ADHD 文獻,來自 250 年前的注意力不足過動症研究
林希陶_96
・2022/08/02 ・2617字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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最早討論 ADHD 的人是誰?    

先前已知最早關於 ADHD(注意力不足過動症;Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder;以下簡稱 ADHD)的正式論文是喬治.史提爾(George Still)於 1902 年刊登在《刺胳針》上的三篇文章,裡面提到他的臨床經驗,一共有 43 名兒童,在注意力持續上有嚴重的問題。

他的看法與威廉.詹姆斯(William James)一致,認為缺少這樣的注意力會造成「道德控制」上的缺陷,這些孩子們被描繪成過度活躍、好鬥、挑釁、抗拒紀律、過度情緒化,對於行為沒有「抑制意志」。在這些看法之中,過度情緒化是最常見、最值得注意的特徵。

喬治.史提爾(George Still)為英國小兒科醫生,五本醫學教科書的作者,發表了數百篇論文。 圖/wikipedia

除了道德控制這個特別的觀點之外,這樣的描述與 120 年後的我們幾乎相同。現在的 ADHD 難以處理的部分也在於過度情緒化這個點上,這些孩子常常因為一件小事就極端沸騰起來,讓所有接近的人都難以承受。

但在 2001 年時,帕默和芬格(Palmer & Finger)認為最早描述 ADHD 症狀的人應該是蘇格蘭醫師亞歷山大.克萊頓(Alexander Crichton)。克萊頓在 1798 年的醫學教科書中,寫了一篇關於注意力障礙的章節。克萊頓的描述又比史提爾早了 104 年,但從史提爾的三篇文章中,卻未引用克萊頓的文獻。

克萊頓對於注意力的描述是這樣的:

一、它是一個人意識的核心特徵;它是我們選擇將注意力集中的東西。

二、注意力是費力的,而不是自動產生的。克萊頓認為注意力的發生,在於我們刻意想要專注,注意力才可能集中。

三、注意力被視為一種有意志的活動,是個人的積極選擇。許多哲學家解釋注意力代表自由意志,更清楚意味著選擇的自由。這樣的說法也跟現代接近,注意力確實非常耗費能量,我們要持續關注某件事情的確是一件不容易的事。

來自澳洲藥師的研究,成為目前最早討論者

在彼時,我們以為克萊頓的描述是最早關於 ADHD 的醫療文獻。但神奇的事在 2011 年 8 月發生了,一位住在澳洲布里斯班的藥師約翰.顧爾德(John Gould),寫信給羅素.巴克利。[1]

顧爾德自稱對於精神醫學歷史有濃厚的興趣,他從傅柯的《瘋狂的歷史》一書中讀到,德國醫師魏卡德(Melchior Adam Weikard)在 1790 出版的醫學教科書《Der Philosophische Arzt》中,已經有注意力缺失的描述。但問題是這些文件只有德文,並未轉譯成英文。

因此巴克利只好聯繫德國醫師彼得斯(Helmut Peters),請他協助將文件轉譯成英文,彼得斯還購買了 1785 年出版的第二版,重複確認所看到的文件。由此確認關於注意力缺失的描述,在德文中首次出版是 1775 年,比克萊頓的文獻早了 23 年。

1787 年版本之《Der Philosophische Arzt》扉頁。圖/Internet Archive

值得一提的是,魏卡德是一位著作等身的醫師,發表了許多醫學、哲學、心理學主題的著作,他提出了許多關於疾病及治療的例子。因為這樣的背景,他批評落後的神學家,也不相信當時流行的占星術。雖然他自承相信上帝,但他經常批判教堂,晚年甚至公開敵視宗教和教會,而且還拒絕臨終前領受聖禮。

也因為與教會多所摩擦,因此魏卡德在 1775 年出版該醫學教科書第一版時,是匿名出版的。第二版也是照樣匿名(但匿名也沒用,教會還是知道這本書是誰寫的),因為他在教科書中攻擊治療疾病的各種宗教習俗(如巫術、驅魔),當然也引來宗教組織廣泛的譴責。魏卡德被指名道姓地誹謗,朋友們不敢拜訪他,甚至不敢坐在他旁邊。

曾經與魏卡德較為親近的人也因此被迫害,不反對他的人則被視為自由精神和無神論者。魏卡德大學同事的妻子視此為畏途,她看到了魏卡德的遭遇後,有感而發表示「我很高興我的丈夫不會寫作!」(寫到這邊才發現會寫字是多麼大的風險了。我個人戲稱自己是拿筆的丁,常常筆還沒拿好,刀子就先砍過來了。

當時對 ADHD 的看法以及治療方法與現代類似嗎?

至於魏卡德當時對於注意力缺失的看法也與現代相似,其觀察也非常細膩:「當他們仔細閱讀或討論嚴肅事情時,會像小孩一樣,被一百件小事分心」;「每一個嗡嗡叫的蒼蠅、每一個影子、每一個聲音、對古老故事的記憶都會將他拖離任務進入想像世界之中」。這樣的描述告訴我們,注意力不足的核心症狀經過了 250 年還是沒有改變,這一群人早就存在於世界上了,並不會因為人們的不瞭解而消失。

當然,受限於當時的科學發展,他對於注意力不足的成因與治療方法現在看來是荒誕不羈的。他認為「不良的教養」、「教導的不足」是導致注意力不足的原因(雖然現在有一些外行人也是這樣想的,認為只要好好教導,個案好好學習就可以改正注意力不足的症狀),而疾病的源頭是「感覺神經」與「大腦纖維」太快地被晃動,而導致分心。治療方法是用冷水浴、鋼粉、礦泉水、牛奶、酸水、純金雞納[2] 、酸、咖啡、香料、熱飲、騎馬、體操等等。

另外,他也認為「年輕人不如老年人專心」、「女人不如男人專心」、「樂觀的人不如憂鬱的人專心」、「法國人不如英國人專心」。除了第一項有研究支持之外,其他三項並無科學實證,甚至可能落入歧視的窠臼之中(得罪女人跟法國人?應該會有排山倒海的抗議聲浪吧)。

無論如何,魏卡德關於注意力不足描述的篇章,確實可成為堅實的證據,證明此文獻為描述 ADHD 最早的醫療文獻。此一年代,距今已經大約 250 年了。

註解

  • 註 1:羅素.巴克利(Russell A. Barkley)為知名臨床心理學家,專研 ADHD 超過 30 年,所寫的書《Taking Charge of ADHD: The Complete, Authoritative Guide for Parents》,中譯本為《過動兒父母完全指導手冊》,是 ADHD 領域長年暢銷、必讀之參考讀物,我個人推薦父母必看之書籍也都是推薦這一本。
  • 註 2:金雞納樹大家一時可能搞不清楚是什麼東西,它的樹皮、樹根可提煉出奎寧,可做為治療瘧疾之用。很久之前,金雞納樹被視為萬用藥,有「萬病之寶丹、百藥之君長」之美稱,幾乎可說是神藥了。不要講以前,前一陣子新冠肺炎大流行時,就有一群人說奎寧有治療功效,著名的支持者還包括美國前總統川普。不過奎寧已經很確定對於新冠肺炎是無效的,我們應該可以不用跟這種沒有科學證據的風了。

參考資料

  1. Barkley, R. A., & Peters, H. (2012). The earliest reference to ADHD in the medical literature? Melchior Adam Weikard’s description in 1775 of “attention deficit” (Mangel der Aufmerksamkeit, Attentio Volubilis)Journal of attention disorders16(8), 623–630. https://doi.org/10.1177/1087054711432309
林希陶_96
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作者為臨床心理師,專長為臨床兒童心理病理、臨床兒童心理衡鑑、臨床兒童心理治療與親子教養諮詢。近來因生養雙胞胎,致力於嬰幼兒相關教養研究,並將科學育兒的經驗,集結為《心理師爸爸的心手育嬰筆記》。與許正典醫師合著有《125遊戲,提升孩子專注力》(1)~(6)、《99連連看遊戲,把專心變有趣》、《99迷宮遊戲,把專心變有趣》。並主持FB專頁:林希陶臨床心理師及部落格:暗香浮動月黃昏。

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什麼是「視差」?為何它讓古天文學家以為地球不會動?——天文學中的距離(二)
ntucase_96
・2021/10/08 ・2728字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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  • 撰文|許世穎

本文轉載自 CASE 科學報天有多大?宇宙中的距離(2)—從太陽到鄰近恆星

「視差(parallax)」是天文學家常用來量測距離的好工具。藉由視差,我們得以精準的量測地球到太陽的距離,再更進一步量測周遭恆星的距離。目前直接量測距離的方法中,視差是能量測最遠的一種,目前的極限大約是 1 萬光年。天文學家利用視差的概念已經很久了。然而在中古世紀,視差量測的結果卻讓當代的天文學家得出了「地球不會動」的結論……

圖/Pixabay 

太陽的距離:金星凌日、視差法

前作〈天有多大?宇宙中的距離(1)—從地球到太陽〉提到,我們可以在金星凌日的時候,藉由「視差(parallax)」來量測地球與金星的距離,並間接得到太陽的距離。「視差」就是「因為觀察位置不同,讓看到位置也不同」的現象。讀者們可以試試看,伸出一隻手指頭比個「1」、放在眼前大約 50 公分左右的地方。接著兩眼輪流交替閉上。如果讀者們真的有照做的話,應該會發現手指頭相較於背景來回大幅度地跳動。仔細觀察的話,會發現背景並不是不動,只是幅度很小而已。

圖 1:視差示意圖。隨著觀察位置的不同,不同距離的物件看起來相對位置會不同。近距離的物件差異會比較大。圖/維基百科

從這個實驗我們得到幾個結論:(1)從不同的眼睛看出去,看到的物品位置會不同。這個現象就是視差;以及(2)距離愈近的東西,這個差異會愈大,也就是視差愈明顯(如圖 1)。我們可以根據這個視差的效果,來推算出物體的距離。

其實這也就是我們的眼睛判斷距離的方法!每個不同距離的物品從我們的左右眼看出去的位置差異不同。這兩個影像經過大腦判斷後,我們就可以得到距離的資訊。這也是 VR 實境立體畫面的原理。開發者先計算出每個物件在各自的距離下,兩眼會看到的視差效果。接著根據計算結果給予兩隻眼睛看到不一樣的畫面,我們的大腦就會自動合成出立體的圖像!

「兩個觀察位置的距離」稱為「基線(baseline)」,會影響視差的效果。一般而言,基線愈長,看到的視差就愈明顯。前面說到:「距離愈近的物品,視差會愈明顯。」換句話說,距離太遠的東西,視差就愈不容易觀察到。天文學家盡可能的把基線拉大,在兩個相距很遠的地方觀察天體,才能更精確的得到這些天體的距離。金星凌日發生的時候,科學家就是在地球找兩個相距很遠的地點做觀測,才有辦法測量出較為精確的金星視差,換算成金星的距離,最後計算出地球至太陽的距離。

鄰近恆星的距離:視差法……?

恆星當然也有視差了。提到量測恆星的視差,一定要提到 16 世紀著名的丹麥天文學家第谷.拉赫(Tycho Brahe)。當時還是個在爭論「地心說」、「日心說」的時代。他想利用恆星的時差來推論「地球到底會不會動」。如果「日心說」是對的,那麼隨著地球位置的不同,應該要看到恆星的視差。如果「地心說」才是對的,那麼因為地球的位置不變,不管怎麼觀察,恆星都不會出現視差。

在「日心說」的假設下,最遠的兩個觀察點是哪裡呢?可不是地球的兩端,而是「相隔 6 個月的地球」!可以想像,如果地球繞著太陽每一年繞轉一圈的話,那麼相隔 6 個月的地球會在太陽的兩端,這個間距可比地球的兩端大多了(見圖 2)!既然兩個觀測點是地球在太陽兩端,就代表基線(兩個觀測點間距)就是 2 倍的「日-地距(地球到太陽距離)」。用前面的方法得到的「日-地距」愈精確,那麼藉由視差法測出來到恆星的距離就能愈準。

圖 2。圖/網路天文館

為了精密的量測恆星的位置,必須要有非常良好的天文台。第谷可是丹麥的貴族啊!他直接花錢蓋了一棟天文台來量測、紀錄星星的位置,卻發現怎麼樣都量測不出恆星的視差。這代表了兩個可能性,一個是「地球不動」,另一個可能性就是「恆星太遠」。第谷認為,如果恆星真的這麼遠,而我們在地球上還是看得到的話,這些恆星未免太大了!他認為這不太可能,因此認定「地球不動」。

那到底哪裡出錯了呢?用一個簡單的例子來說明:「拿捲尺去量一張紙的厚度,當然怎麼量厚度都是 0 公分啊!」其實第谷的推論完全合理,量測不到恆星視差的原因真的就是因為「恆星太遠」,所以視差太小而無法看到。從現代的數據我們可以回推他當時的情況,太陽以外最近的一顆恆星是位於「半人馬座」裡的「比鄰星(Proxima Centauri)」,距離是 4.22 光年。產生的視差比第谷使用的天文台精密度還要更小了好幾倍!他所推估這些恆星的大小從現在眼光來看也非不合理,只是真的難以想像。

現在的我們有了更良好的儀器,已經可以靠視差來推算恆星的距離了。不過視差法曠日費時,倒也不難理解,畢竟要有好的基線要等半年啊……而且儀器的辨識率也是有極限的,目前視差法的極限差不多是 10 微角秒(1 角秒為 1/360 度) [2],相當於十億分之一度!換算成能量測到的距離極限,差不多是 1 萬 6 千光年左右。聽起來很多嗎?銀河系的直徑約 10 萬至 18 萬光年,這個距離極限連銀河系都看不穿。所以視差法雖然好用,但只能拿來測量鄰近恆星的距離(見圖 3)。

圖 3:哈伯太空望遠鏡所能精準定位距離的恆星範圍。內層是過去的極限約1,600光年,外圈是現在的極限,約10,000光年。雖然已經很厲害了,但其實連銀河系都還看不穿。圖/改自 NASA, ESA, A. Feild (STScI), A. Riess (JHU/STScI), S. Casertano (STScI/JHU), J. Anderson and J. MacKenty (STScI), and A. Filippenko (University of California, Berkeley)

視差法是直接量測距離的盡頭了。想要把銀河系看穿、想要知道銀河系中其他成員們的距離,我們得開始「間接量測」。先做出一些物理學上的假設,才能夠「猜」出距離。想要知道更遙遠的距離,則需要更多的假設,這個概念叫做「宇宙距離階梯(cosmic distance ladder)」。下一篇文章中,我們將帶大家進行恆星的「人口普查」,並且利用普查結果來得到更遙遠的距離。

參考資料

  1. pixabay / martinklass
  2. wiki / Parallax
  3. 網路天文館 / 恆星的距離測量


本系列其它文章
天有多大?宇宙中的距離(1)—從地球到太陽
天有多大?宇宙中的距離(2)—從太陽到鄰近恆星
天有多大?宇宙中的距離(3)—「人口普查」

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ntucase_96
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