第二章 天文学的研究方法与工具

人类凭借其数学天赋或观察力及其推理能力，再加上某些应用于确定天体运动的测量元素，可以严密地描绘出宇宙天体的排列布局，并且从这一宇宙观合乎逻辑地推演出：与地球的运动一样的天体可能与地球有些许类同。事实上，在长达数百年的时间里，天文学研究方法不得不仅限于上述领域的种种努力，借助刻度尺或刻度圈等工具来保证照准相对精确；人们正是如此来记录角度、提供数据的，太空中一些方位的确定成为了可能。

但对星球及其特点的深入了解已不再属于人类用感官感知的范畴，而后者却是了解星球唯一的可能途径。尽管人类的视力非常敏锐，其灵敏度和适应性也格外出色，但在很多方面仍然无法带来有用的发现，即使是观察离我们最近的行星，比如用肉眼观察地球的邻居。古人可以熟练使用长管瞄准一点进行观察，毫无疑问这会在一定程度上增强人类视觉的敏锐度——长管可以聚焦视线，有了它，眼睛就不会被其他更强的光线或天光所干扰，可以更好地辨别某些天体，但这种工具的用处只是相对的，如果某些细节需要看得更加清楚才能分辨出来，这一方法可以说徒劳无功，它也无法显现那些因天体表面面积太小而看不见的景象。这种工具赋予了人类双眼放大物体的能力，让所看见的东西比正常情况下大10倍，但它的作用是受限制的。请注意，古代的天文学家借助这种工具，依然观测到了月球表面的某些特征，看到了不同时期月牙状的金星，还发现了木星的卫星（不同于天上的繁星，木星看起来就像一个小圆盘）。毋庸置疑，这种方法的运用的确大大促进了基础认识的发展，却无法得到只有光学仪器才会带来的发现。

对天外世界的真正研究起始于望远镜的发明。这一发明尽管非常简单，却蕴含了多少希望！对于这些光学仪器的发明时间以及发明者，人们依然众说纷纭，但我们不能忘记天才伽利略用他自制的望远镜所做出的贡献，目前该望远镜被珍藏在佛罗伦萨博物馆内。1610年1月7日晚，这只新眼睛望向深远的天空，看到了许多当时肉眼看不见的奇观。

现代天文仪器都安置在旋转式圆屋顶里，屋顶开口朝向待观测的天空区域。

一种古老的天文仪器，根据1541年纽伦堡出版的一本书所绘。

A.早期望远镜中的土星形象；B.现代天文望远镜中的土星形象。

之前我们已经提到过这位威尼斯学者的重要发现，尽管他的发现堪称奇迹，但在很多方面仍有含糊的地方。同样，除开历史兴趣，我们尤其应该从天体研究所涉及的条件出发思考这些发现。尽管使用伽利略的望远镜所得到的图像已比肉眼所见大许多倍，但仅仅按比例放大图像无法满足人类的需要；对于观测的实用性而言，图像还需要有令人满意的清晰度。

伽利略时代的光学仪器技术为他提供的资源十分有限，尽管如此，这一几近简陋的望远镜所带来的发现却轰动一时。它第一次揭露了人类目力不及的东西，但这些在某种程度上非常粗糙的外观图像，就算可以让人估摸出行星轮廓，并最终承认它们的光来自太阳，却无法告诉人们行星的环境是与地球相似还是截然不同。对于今天的我们而言，这些已不再是难题。在这一方面，没有什么比将原始望远镜构图与现代仪器构图进行比较更有意义的了，这样的比较明显烘托出了光学的巨大进步。我们不会详尽讲述这段历史，但会着眼于知识进一步发展的几个重要阶段。我们必须强调研究潜力发展的几个重要性，因为它有助于我们理解：人类对其他星球认识的演变总是伴随着越发清晰的观测。这一点也可以用来解释这一时期人们提出的各种假设、猜想和观点与之前相比发生的深刻变化。这一进程并不总是如此快速且卓有成效，也有停滞不前的时候。某些问题迟迟没有进展，而与此同时，技术的进步却使其他领域大幅向前。有时，研究方法的缺陷甚至会导致矛盾的结果，或者一些才智之士急于得出满意的结论而过早发表理论，但这些理论通常没有坚实的基础，也得不到未来的证实。天文学家以门外汉根本想象不出的精确度和精细度进行着研究，他们所面临的种种困难很难被先验地设想出来，因此他们的所有努力都应更加受到人们尊重。尽管所有这些都是基础问题，我们也必须稍稍费些笔墨，因为它们与本书主题的实质密切相关。

1609年伽利略发明的第一架望远镜，现存于佛罗伦萨博物馆。——阿里纳瑞博物馆

赫维留的象限仪（1670年左右），一类改进过的供肉眼测量天体位置的仪器。