阿西莫夫：最近的恒星（《太阳三部曲》之一）

【译者之言：太阳距离地球有多远？这个在我们今天看来非常简单的问题，科学的先驱们是如何一步一步去接近，去得到正确答案的呢？】

你可能会认为，像我这样的人在写作方面是不会有什么挫折感的。到目前为止，我出版的书总数为459本。因此，似乎还找不出一本书是我想写，但还没有去写的。

但事实并非如此。

在20世纪70年代，我为公众写了一系列的天文学书籍，每一本都充斥着表格和数字。其中四本书名字是（1）《木星，最大的行星》，（3）《火星，红色星球》，（4）《土星及其它》，以及（5）《金星：太阳的邻居》。在这四本书中，我设法覆盖了太阳系中的每一颗行星，并描述了它们的卫星，还有小行星和彗星。

该系列的第二本书是《半人马座阿尔法星：最近的恒星》。

当然，半人马座阿尔法星不是最近的恒星，我们的太阳才是。所以我计划写出该系列中的第六本书来说说太阳，这既可以使我对太阳系的描述更加丰满，也能纠正我写的关于半人马座阿尔法星书籍的错误标题。我甚至已经与某个出版社签订了有关这本书的合同。

但这本书从来就没有被写出来。被其他书干扰了，还在继续干扰。

接下来，最好的做法就是为这个系列写几篇关于太阳的短文，我打算现在就开始写。自然，如果这是一本书，我会从太阳在天空中明显的运动开始，谈论这如何影响昼夜、季节、日历和占星术的，等等。然而，在这个系列之前，我已经写过关于所有这些主题的短文。

那么，我现在想做的，就是写写关于太阳的性质和特点的短文。在开始时候，我会发问：“最近的恒星有多近？”，“你们都准备好了吗？”好吧，我们开始。

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从外表上看，太阳只是一个在天空中移动的发光的圆盘。如果有人纯粹从其外表上猜测它有多大，最流行的猜测可能是，“哦，大约就一英尺宽吧。”

然而，事实不可能如此。为了让一个一英尺宽的物体，看上去像我们天空中太阳的大小，它离我们也就只有114英尺远，你知道太阳一定比这远得多。那么它到底有多远，它到底有多大呢？

我们所知道的，第一个试图回答这个问题的人，是希腊天文学家，萨摩斯的阿里斯塔库斯（Aristarchus of Samos）（公元前310-230年）。

阿里斯塔库斯知道，月球是通过反射太阳光来发光的，在月球正好有一半被照亮的那一刻，地球、月球和太阳应该处于一个直角三角形的三个顶点。如果能计算出三角形的一个锐角的大小，他就可以通过三角原理，计算出三角形各条边的相对长度。

他的数学方法是完全正确的，不过他没有仪器来精确地测量这一角度。但他的估计还是相当远的，他推断太阳离地球距离是月球离地球距离的二十倍。这被彻底低估了，但考虑到当时的情况，这依然是一个了不起的成就，所以我们向阿里斯塔库斯致敬。

他又继续往下走。他研究了月食，并意识到此时出现在月球上的黑暗曲线，是球形地球曲线的阴影，通过比较地球阴影的曲线和月球边缘的曲线，他估算出月球直径一定是地球直径的三分之一左右。真不错！

下面他走得更远了。由于月球和太阳的视尺寸大致相同，而实际大小又一定与离地球的距离成正比。如果太阳离地球的距离是月球的20倍，它一定是月球的20倍大。如果月球尺寸是地球的三分之一，那么太阳尺寸一定是地球的七倍。

但是，这提出了一个有趣的问题。为什么像太阳这样的巨大而臃肿的天体，应该围绕小小的地球转动呢？阿里斯塔库斯还真的回答了这个问题，他提出地球和其他行星都绕着太阳转动。

这真的是一个非凡的推理，只是有一个小缺憾，就是超前了18个世纪——因此每个人都在嘲笑他。阿里斯塔库斯的著作没有流传下来，我们只知道他的提议，因为阿基米德（Archimedes）（公元前287-212年），最伟大的古代数学家和科学家，提到了它——并且也笑了。

阿里斯塔库斯的想法不能为人接受的原因有两方面。首先，地球没有移动，因为任何白痴都能明显地看到它没有动。如果你在马背上，即使你闭着眼睛，你也可以知道它是站着不动的还是在走动，如果你在地球上，不也应该是这样的吗？

此外，如亚里斯多德（Aristotle）（公元前384-322年）之前曾指出过，如果地球绕着太阳运动，这个运动应该反映在恒星相应的反向运动中。（他在这一点上是绝对正确的，但他并没有想到，这些恒星可能离得太过遥远，以致于恒星的运动太过微小，无法被测量到。）由于我们清楚地看到恒星是一动不动的，所以地球也应该是是一动不动的。

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不过，假设我们忘记了地球的运动。阿里斯塔库斯只是从他对地球、月球和太阳相对大小的研究中得出一个推断。即使地球静止不动，他的计算仍然有完美的数学支持。为什么这一点还是不能被接受呢？

在此两个世纪前，哲学家，克拉佐曼内的阿那克萨哥拉（Anaxagoras of Clazomenae）（公元前500-428年），当时住在雅典，曾说过太阳是一块大约一百英里宽的燃烧的岩石，由于这段亵渎上帝的言辞，他因不敬和无神论而受审，而他认为离开雅典是明智的。

当然，阿那克萨哥拉只是简单地作了一个断言，而阿里斯塔库斯则是用数学方式将其计算出来，而且得到的尺寸比早期的要大得多。生活在阿里斯塔库斯时代的斯多葛学派哲学家，克里安西斯（可能已经100岁了）感觉被严重地冒犯了，也建议以不敬罪审判阿里斯塔库斯。（但据我们所知，他并没有被审判。）

不过，你还是可以看到，即使在希腊人相信言论自由（或多或少）的日子里，关于太阳的大小和地球的运动的讨论也是不受鼓励的。当这种自由在后希腊时代消失后，它当然更不会受到鼓励。

但是，让我们继续讲下去。大约在公元前240年，希腊哲学家，昔兰尼的埃拉托色尼（Eratosthenes）（公元前276-196年）注意到，地球上不同地点的阴影比较长度存在差异。他正确地将这归因于地球表面是曲面的，而且他提出了一种正确的三角法，来计算地球的大小。由于他的测量做得很好，他得到了一个大致正确的答案。我没有尝试计算埃拉托色尼的数据，我只给你目前知道的数字。地球直径为12,756公里（7,926英里），周长为40,075公里（24,900英里）。

此外，大约在公元前150年，希腊最伟大的天文学家，尼西亚的依巴谷（Hipparchus of Nicaea）（公元前190-120年），尝试测量了月球的距离，他认为月球的距离等于地球半径的60倍或直径的30倍。这几乎完全正确，月球的平均距离为38,4401公里（23,8861英里），或者是地球直径的30.13倍。

如果我们坚持阿里斯塔库斯的提议，即太阳离我们的距离是月球离我们距离的20倍，那么埃拉托色尼和依巴谷给我们的数字就会告诉我们，太阳距离我们大约768.8万公里（477.7万英里）。

从月球的视尺寸和已知的距离，我们可以计算出它的绝对直径一定是3,476公里（2,160英里）。如果太阳的直径比它大20倍，太阳的直径则为69,500公里（43,200英里）。

换句话说，希腊天文学最后给我们看了一幅至少7万公里宽的太阳的图片，但大约1700年来，人们一直设法去忽略了这一点。这真令人不安。

当然，有人可能会说，即使太阳那么大，它仍然只是一个非实质性的光球体，只有地球，在宇宙中所有的物体中，是固体的和有重量的，所以它是宇宙中心的不二候选人。

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这又把我们带到了波兰天文学家尼古拉斯·哥白尼（Nicholas Copernicus）（1473-1543）那里，他回到了阿里斯塔库斯关于地球绕着太阳转的看法。他并不是因为考虑到太阳的巨大尺寸才这么认为，而只是因为，在他看来，如果假设地球和其他行星绕太阳运动，而不是太阳和其他行星绕地球运动，预测行星穿越天空运动的数学方法，就可以得到简化。

多年来，哥白尼一直克制着，没有真正出版他的作品，以免会像阿纳萨哥拉斯和阿里斯塔库斯一样，惹权威的麻烦。但著作最终还是在1543年印刷出来，但此时他已经临终了。

虽然如此，出版商（也不想惹麻烦）在序言中说，哥白尼理论并不是为了表明地球真的绕着太阳转动，而只是一个计算行星运动的数学工具而已。

甚至连科学界和学术界，都花了整整一个世纪，才接受哥白尼。第一版著作只印刷了几百本。第二版直到1566年才在巴塞尔出版，而第三版直到1617年才在阿姆斯特丹出版。（顺便说一下，在原始手稿中，哥白尼提到了阿里斯塔克斯，然后又把它划掉了。他要么是不想通过提醒世人那个臭名昭著的疯子，而使自己陷入进一步的麻烦，要么是不想与他人分享荣誉，在我看来更可能是前者。）

英国哲学家，弗朗西斯·培根（Francis Bacon）（1561-1626）是实验科学早期有力的倡导者，但他也不接受哥白尼，因为培根不能让自己相信巨大、沉重的地球会在太空中飞行。而成立于1636年的哈佛大学，多年来也一直在教授，太阳绕着地球转动。

1807年，当拿破仑的征服生涯把他带到波兰时，他参观了哥白尼出生的房子，对没有为他竖立雕像表示惊讶。但直到1835年，哥白尼的书才被从索引中解禁，该索引列出了罗马天主教会的禁书。1839年，当哥白尼的雕像终于在华沙揭幕时，没有一个天主教牧师去主持这个仪式。

即使在今天，如果对美国成年人进行天文常识调查，还有21%的人会认为太阳绕地球转动。另外7%的人不知道，或者可能毫不在乎。

看看世人花了多少时间才接受哥白尼，看看直到今天还有四分之一的美国成年人拒绝接受他，我们又怎么能理解哥白尼所担心的所有麻烦呢？我自己的感觉是，这一切都归结为圣经中的两句经文。约书亚正在打吉比恩之战，看起来敌人可能在夜间秘密逃跑。约书亚10：12-13讲述了下列故事：

“当上帝在以色列孩子面前交出亚摩利人的时候，约书亚和上帝说话。他说，在以色列人看来，太阳，你仍然照耀着吉比恩...太阳静静地停着，直到人民已向敌人复仇...太阳还是静静地停在天空中，一整天都不曾落下。”

那约书亚（和上帝）怎么可能命令太阳静止不动呢？除非太阳平常是在移动的。

对于所有时期的原教旨主义者来说，他们都认为圣经受到上帝的启发，每一个词都是神一般真实的，根据这些经文（非常著名的句子），圣经似乎说太阳在运动，因此，它是绕着地球在移动。坦率地说，我认为这就解释了这些问题。

当然，你可能会说，哥白尼的日心说“只是一种理论”，只是一种数学手段。

但是，接着迎来了意大利科学家，伽利略（Galileo Galilei）（1564_1642）和他的望远镜。1610年1月，伽利略发现了四个小天体（我们现在称之为卫星）围绕木星转动，就像哥白尼所说，行星（包括地球）围绕太阳转动一样。首先，这表明并不是所有的物体都围绕地球转动。其次，这显示了四个小的天体围绕一个更大的天体在转动。如果太阳真的比地球要大得多，那么地球绕太阳转动是有意义的。

然而，也有理由反对伽利略的发现。一位学者指出，由于亚里斯多德在他的著作中没有提到这些卫星，所以它们并不存在。另一位学者指出，由于只能通过望远镜看到它们，它们是望远镜制造出来的，并不真正存在。其他人只是简单地拒绝去观看，因此没有看到它们，这表明它们并不存在。

但假设卫星确实存在。如果木星绕着地球转动，它带着卫星，卫星也绕着地球转动。那么，由于木星和卫星（和太阳）都是由非物质的天堂物质组成的，而只有地球是固体和有重量的，不管天体是如何相互围绕转动，它们最终都绕着地球转动。

但下面出现了金星的问题。金星反射太阳的光，如果金星和太阳都绕着地球转动的概念是正确的，金星应该总是显示新月的模样。而另一方面，如果金星和地球都绕着太阳转动，则金星应该完全像月球一样，显示一个完整的位相。

伽利略通过望远镜研究了金星，到1610年11月11日，他发现，像月球一样，金星有完整的位相。这使他陷入困境。他是应该宣布金星的位相表明地球绕着太阳转动，让自己陷入深深的麻烦呢？还是应该保持沉默，冒险失去这项发现的荣誉呢？（其他人此时也在使用望远镜了。）

因此，伽利略所做的是发表了一段拉丁语：“Haec immatura a me iam frustra legunter o.y.”意思是“这些未成熟的东西被我读到了。”后面添加“o.y.”只是为了让它顺利出版。这样，如果有人试图去冒领这一发现的荣誉，伽利略只需要重新排列字母顺序，得到“Cynthiae figuras aemulatur Mater Amorum”，这也是拉丁语，意思是“爱情之母模仿辛西娅的形状”，爱情之母显然是指金星，而辛西娅则是月球的一个富有诗意的名称。

但是，一个人怎么能推翻天体与地球完全不同的争论呢，你不能从一个天体推理到另一个天体。1609年，伽利略用他的望远镜看到的第一东西就是月球，他看清了山峰和环形山，和它表面的“海”。月球可能是一个天体，但它显然是一个像地球一样的世界。

天体发光，而地球黑暗，事实是什么呢？行星并没有发光。月球和金星呈现出位相，表明它们是反射太阳光的黑暗体。此外，伽利略认为，在只看到新月时，月球的黑暗部分，还是可以在非常暗的光线下被分辨出来，这一定是地球反射太阳光，照到月球天空的结果。我们在月球上看到了“地球光芒”，所以，像月球和金星一样，地球也发光。

列奥纳多·达· 芬奇（Leonardo da Vinci）（1452-1519年）在此一个多世纪前，就注意到了地球光芒，并做出了正确解释，但他并没发表，从而为自己省去了很多麻烦，伽利略就不那么小心谨慎了。1632年，他在《两个主要世界体系的对话》中发表了他所有的推论，并且是用意大利语发表的，这样他所有的同胞都能读到，而不仅仅是一群懂拉丁语的软弱的学者。

接下来发生了什么事，你们应该都知道了。1633年，伽利略被传唤到宗教裁判法庭，在酷刑的威胁下，他被迫声明地球不会转动，并承诺永远不会再说地球在转动。

有一个传说，伽利略在离开法庭时，他低声低语说道：“Eppur si muove!”（“但它还是一样在转动呀！”），所指的是地球。也可能他没有这么做，他都快七十岁了，在因缺乏幽默感而臭名昭著的宗教法庭上扮演一个聪明人，是非常愚蠢的。

但事实上，地球确实在转动。

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这并不是说哥白尼是完全正确的。日心说不仅仅是“一个理论”。它有无数的观测和非常紧密的推理来支持它，就像所有好的理论一样。但这并不意味着，哥白尼在每个细节上都是正确的。它还可以改进。（科学理论总是可以改进的，并已得到改进。这是科学的荣耀之一。是宇宙中独裁的观点才被冻结在石头里，不能改变，所以它一旦是错的，就永远是错的。）

这样，哥白尼在从以地球为中心的行星系统，转变成以太阳为中心的行星系统时，还是保留了古老的希腊观念，即天体以完美的圆或圆的组合围绕中心转动。

德国天文学家约翰·开普勒（Johann Kepler）（1571-1630年）研究了丹麦天文学家第谷·布拉赫（Tycho Brahe）（1546-1601年）当时对火星位置所进行的最佳观测，他意识到，火星和所有行星都围绕太阳沿椭圆轨道转动，太阳不是在椭圆中心，而是位于中心一侧不远处的一个焦点上。他还计算出了行星在样的轨道上变化的速度，以及这些速度随太阳距离的改变所发生的变化。

这一切都可以概括为开普勒在1609年和1619年发表的“行星运动三大定律”。在此后的近四个世纪里，它们并没有经过明显的修改，所以开普勒最终安顿好了太阳系。

现在就可以建立一个太阳系的模型了，太阳在中心，所有的行星都以比例精确的轨道绕太阳转动。（至少有一个人可以在数学上做到，甚至考虑到每个行星在其轨道上移动的方式，因此，在任何给定的时刻，所有的行星都有相对于彼此位置，和相对于太阳的位置。）

月球不是这个模型的一部分，因为它绕着地球而不是绕着太阳转动，所以它不以同样的方式符合开普勒定律。这也适合木星的卫星。

因此，如果确定了任何行星与地球的距离，那么所有其他行星和太阳的距离，就可以通过开普勒的模型，很容易地计算出来。

这有两个优势。至少有三颗行星，即：火星、金星和水星，至少有时比太阳更接近地球，而它们的距离应该更容易测量。对像行星这样的点进行精确测量，比对太阳这样的大球体更容易，盯着太阳看可是难以忍受（和令人目眩）的。

在这三颗行星中，火星最容易观测到，因为它经常整夜都出现在天空中，而金星和水星只在晚上和黎明才出现。那么我们如何确定火星的距离呢？

有一种方法，是测量火星相对于附近恒星的位置，首先从地球表面的一个地方进行测量，然后从地球表面的另一个地方进行测量，在同一时间内或在一个已知的时间差内。如果这样做，只要恒星比火星更远，火星的视位置相对于恒星就会发生偏移。这称为“视差”。

如果你举起手指，注意它对着房间墙上的物体的位置，你就可以看到视差是如何工作的。先只用左眼看，然后只用右眼看。手指会移动位置。再这样看看房间墙上的物体，由于它们距离更远，它们几乎没有移动，而你更多的只是意识到了手指的移动。

恒星是如此之遥远，它似乎根本就没有移动，它可以被认为是不移动的背景。然而，火星也是如此之远，它的视差通常太小，无法观察到。

那么，我们该怎么办呢？首先，观察物体的位置变化越大，视差就越大。这意味着你应该从两个相距数千英里的地方观察火星。但你必须在已知的时间从这两个地方观察火星，这样你就必须有同步的好时钟（计量相互之间或相对于某一颗恒星穿过子午线的时间）。即使如此，视差也很小，你还必须使用望远镜来进行测量。

1671年，一切都完美结合在一起。此时，比起伽利略的第一台仪器，望远镜有了很大的改进。1656年，荷兰科学家克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）（1629-1695年）发明了摆钟，人们获得了一种能精确告知时间的方法。最重要的是，两位天文学家在相距数千英里的地方分别进行了测量。

意大利裔法国天文学家乔瓦尼·多梅尼科·卡西尼（Giovanni Domenico Cassini）（1625-1712年）在巴黎观测火星。而在位于大西洋另一边的法属圭亚那的卡延，法国天文学家，吉恩·里彻（Jean Richer）（1630-1696），也正在卡西尼号的指导下观察火星。

巴黎和卡延之间的距离，用一条穿过球形地球的凸起部分直线，可以计算出来。从火星相对于附近恒星的位置差异，卡西尼可以计算出来火星的距离。从火星当时在其轨道上的位置的距离，又可以计算出太阳的距离。

卡西尼做到了这一切，这是世界历史上第一次以合理的精度计算了太阳的距离。卡西尼实际上低估了7%，但作为第一次尝试，真的太棒了。让我按照目前的标准给你这一距离。利用改进情况下的视差方法和过去几十年才开始实际应用的其他设备，我们现在十分肯定，太阳距离地球大约149,600,000公里（92,960,000英里），这是阿里斯塔克斯数字的19.5倍。

现在我们知道了离我们最近的恒星的距离是多少，所以我们有了第一个问题的答案。

如果太阳比阿里斯塔库斯想象的要远得多，那么它也一定比阿里斯塔库斯想象的要大得多，因为无论它的距离如何，它在天空中的视尺寸都没有改变。

我们现在知道太阳的直径是1,394,000公里（866,000英里）。这意味着它的直径是地球的109倍。

这也意味着它的体积接近地球的1,300,000倍，所以如果太阳是中空的，你可以在其中塞进130万个地球大小的天体，只要你能把它们都磨成灰。

如果阿里斯塔库斯能够准确地进行测量，那么在依巴谷完成工作的时候，太阳的真实直径就早已经被知道了，而假设地球绕着太阳转动又会使这容易得多。

除了人们可能仍然会争论，无论太阳有多么大、多么巨大、多么无法想象的巨大以外，它仍然还可以只是一个非物质的物体，轻得没什么重量，因此它一定还是携带着它的庞大身躯绕着地球转动。

这是我们必须解决的问题。我们怎么才能证明太阳和其他天体不是非物质的；如果不是更重、更大的话，它们至少也应该和地球一样重，一样大吧？

简而言之，我们必须继续讨论下一个问题：太阳有多重？或者更恰当地说：它的质量是多少？

我们将在下一篇短文中继续讨论这个问题。

（作者：艾萨克.阿西莫夫（Isaac Asimov），译者：劲松）