彗星:从迷信到科学

原文来自《Astronomy》11月刊,张滨泓编译

作者:Gary Kronk(《彗星志》(剑桥大学出版社)作者之一

         彗星目录网站www.cometography.com编者之一)

 

一千多年前,那时候的科学家们都认为彗星是地球大气中的现象,他们还认为这个带着长尾巴的怪物会给人们带来死亡和灾难。

2012年的Lovejoy彗星

 

    当彗星突然出现在黎明前的夜空中时是一件令人兴奋的天象,但是兴奋并不都是积极的情绪,要知道在100年前,当彗星带着长长的尾巴出现在天空中时,那时候的人们一致相信这种天象将会改变世界历史的进程。

  彗星的出现和天空中的其他天象是那么的不同,不管是从它的外观、它的亮度,还是从它的轨道上来看,它都显得那么特立独行,因此古时候的天文学家——甚至是20世纪早期的天文学家都很难对其来源和成因做出合理的解释。人们对彗星是如此的无知,所以每当它出现的时候,大家都会把它当作危险即将来临的象征。

 

早期彗星的记录

  自从人类有文字记录以来,彗星就已经被当时的人们所注意。最古老的关于彗星的记载来自于古代中国的甲骨文。早在公元前16-11世纪的商代,当时的中国人就把彗星带着尾巴的模样用象形文字刻在了龟甲上面。带着对彗星的恐惧之心,中国人开始系统性地记载这一天象,在中国的古籍中我们可以找到关于一颗彗星的首次出现时间、其所运行过的天区、它的形态外观等详细的资料,这些资料对于现代的天文学家来说是非常宝贵的遗产,但是对于古人来说这些记录更多地是为了更好地进行占卜,他们靠这些记录来预测未来的战争、疾病和灾荒。

 

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中国龟甲上记录的甲骨文

 

迷信与科学的斗争

  古希腊人最早尝试科学地对彗星进行解释,比如古希腊数学家毕达哥拉斯(公元前570-495)认为彗星只有唯一的一颗。阿那克萨戈拉(公元前500-428)和德谟克利特(公元前460-370)认为彗星是离得很近的行星合。希波克拉底(公元前470-410)相信彗星其实就是行星,而彗尾则是彗星从地球上劫取的水蒸气。

  亚里士多德(公元前384-322)对以上这些看法都不认同,他相信宇宙是完美的,行星只能在黄道上做环形轨道运动,而彗星会出现在天空中的任何一个方向,并且行星合的时候并不会都伴随着彗星的出现,因此他提出彗星只不过是地面上的蒸汽升到了空中被点燃了,如果其光芒是朝各个方向的就称为彗星或者长头发星星,如果光芒只朝一个方向延伸的就称为长胡子星星。

  亚里士多德过后,在接下来的400年里,只有很少的古希腊和古罗马哲学家对彗星能有自己的见解。赛内加(公元前4-公元65)指出地面上的风并不能改变彗星的形态,因此彗星不可能是大气中的现象,但是因为亚里士多德的观点在当时深入人心,赛内加的质疑被当作是无理取闹。

  亚里士多德的观点是那么的根深蒂固,以致于后世的哲学家们都不敢质疑彗星的成因,转而开始探讨彗星的出现预示着什么。当时的许多人们,包括罗马诗人维吉尔(公元前70-19)都相信彗星是一种警示。在凯撒死后(公元前44年),维吉尔写道“从来没有彗星像现在这样闪耀”,他把彗星的出现和凯撒的去世联系在了一起。托勒密(公元100-170)也同样认同亚里士多德的理论,认为彗星是地球上的现象,并且也认为彗星是不祥之兆。在他的占星学著作《占星四书》中写到:“彗星的位置和方向指示了有些地区将受到威胁,而彗星的形态则代表着即将发生的事件的性质”。

 

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17世纪木版画上的彗星形象,描绘了彗星带来的风暴与火灾。

 

天空中的替罪羊

  在这之后的数个世纪里,人们一直把彗星和各种消极的事件联系在一起,那个时代的科学家也很少作出反驳。许多罗马作家写到,公元前12年出现的大彗星(哈雷彗星)造成了玛库斯•维普撒尼乌斯•阿格里帕(古罗马政治家、将军、地理学家、奥古斯都的军政大臣、女婿和助手)的去世,而公元54年出现的彗星则被认为害死了罗马皇帝克劳狄乌斯•凯萨。随后在公元66年回归的哈雷彗星则预示着公元70年耶路撒冷的毁灭,哈雷彗星在公元451年的另外一次回归则被认为宣布了匈人帝国国王阿提拉的死亡,虽然他是在453年才去世的。公元565年出现的一颗彗星预示了拜占庭皇帝查士丁尼的驾崩。《纽伦堡编年史》甚至指责684年回归的哈雷彗星造成了连续三个月的闪电和大雨,导致了大量平民的死亡。

  或许中世纪被大量载入史册的一次彗星出现就是1066年哈雷彗星的回归了。当时,哈雷彗星在4月1日突然出现在天空中,并且一直持续到6月7日。那个时候的中国史官详细地记载了彗星出现的整个过程,而同时代的意大利史书《Ex Regula Canonicorum》把它比作月食中的月亮,它的尾巴就像烟云一样从地平线一直升到天顶。著名的贝叶挂毯就记录下了哈雷彗星的回归,并认为它预示了1066年诺曼底人对英格兰的征服,这对国王哈罗德来说可是一个凶兆,它出现的时间刚好是哈罗德登基3个月后,接着哈罗德就于当年10月份死于黑斯廷斯战役。当时的史学家很自然地就把哈罗德的暴毙和哈雷彗星的回归联系了起来,这种消极的占星观点在接下来的数个世纪不断地传承,当时的人们普遍地认为明亮的彗星的出现必然会给地球上的生灵带来不幸。

  即使在著名的白昼大彗星——1106年大彗星(X/1106C1)出现的时候,虽然当时并没有随之发生什么巨大变故,但是人们仍然对其抱有迷信的看法。1106年2月2日,这颗大彗星明亮到白天都可以看到,当时它距离太阳的角距离不过1°左右,然后就迅速地转向西方的天空,当时的中国人对此也有详细的描述。我们在一本大约成书于1137年的亚美尼亚史书中可以看到以下的一段记载:“一颗可怕的、巨大的、令人震惊的彗星出现了,每一个看到它的人都感到莫名的恐惧。智者们称它是国王的启示,他们说即将有一位可以征服所有人类的国王要诞生在这个世上。”然而,时间验证了一切,这颗大彗星的出现并没有带来任何变化。

  终于这种思想在13世纪有所改观,科学理性的观点开始回归。莱西纳的埃吉迪乌斯(公元1230-1304)对1264年大彗星(C/1264 N1)进行了观测,并对此做出了详细的观测报告:“这颗大彗星首先出现在夜晚的天空中,随着日子的流逝,它逐渐落在了黄昏的蒙影中并消失。”接着他又写到:“同样的一颗彗星重新出现在了黎明的天空中。”通过这样的观测我们很容易推理出来这两个目标其实就是同一颗彗星,埃吉迪乌斯显然也是这么认为的。

  但是在当时那个年代,伪科学仍然占有上风。法国里摩日的彼得(1306年去世)曾经写过关于彗星C/1299 B1的专著,他在专著中写到了他对这颗彗星的测量结果,当时他使用的是中世纪天文仪器——赤基黄道仪。尽管他的研究方法是科学的,但是他得出来的结论却认为金星和木星看起来对彗星具有影响,他认为金星和木星可以减少彗星带来的对疾病的影响,并且如果我们彼此之间公正无私,上帝是会显示出他的仁慈来帮助人们度过彗星带来的劫难的。

  我们可以看到尽管彼得在观测上已经向前跨出了一大步,但是他的观点仍然局限在中世纪的框架中。后来C/1402 D1彗星的出现也是一样样的,这颗彗星在1402年2月初开始出现在天空中,从欧洲到亚洲都可以见到关于这次彗星的记载。它展示出了一条长长的彗尾,从西方天空一直延伸过了天顶。当时威尔士的史书是这样描述这颗彗星的:“这是令人恐惧的彗星,它预示着米兰公爵的去世。”虽然那个时代的天文学家们已经开始对彗星做观测分析,但是对于彗星会给地球带来不好的影响的观念仍在延续。

 

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彼得使用的赤基黄道仪                                             视差测量原理

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第谷的天文台

 

重新回到科学的正轨

  在15世纪,有两位科学家尝试确认彗星的距离。奥地利天文学家乔治范派尔巴赫(公元1423-1461)测量了彗星的视差,视差就是在不同的地点观测同一个目标,其在背景星空上的位置会发生变化,从而通过几何学就可以计算出彗星的距离。当时他就成功地测量到了1456年回归的哈雷彗星的视差,在当时,哈雷彗星的出现仍然被认为是上天对于1453年君士坦丁堡的陷落的批评。然而,他的测量结果却显示哈雷彗星是大气中的现象,他的学生雷乔蒙塔努斯(公元1436-1476)也得出了同样错误的结论。他的另外一次测量也得出了完全相同的结论——他对C/1471 Y1彗星的观测发现这颗彗星距离我们有9个地球半径的高度,这个距离仍然在他所认为的地球大气之中。因此当时的人们继续把彗星当作是地球大气的现象。

  1531年哈雷彗星再次回归,彼得•阿皮安(公元1495-1552)详细描述了彗星的运行过程,从中他取得了一项突破性的进展,他第一次发现彗尾总是向着太阳的反向延伸。但是这仍没解决彗星是否是地球大气内的现象这一关键的问题。

 

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彼得对彗尾的描绘

 

  亚里士多德对于彗星的观点一直影响到了哥白尼的时代,尼古拉斯•哥白尼,虽然他将我们的地球移出了太阳系的中心,但是他仍然相信彗星是地球大气的产物,他曾经这样写到:“地球最高层的大气跟随着天体一起运动,这就解释了那些忽然出现的天体——彗星,为什么会像其他星星一样东升西落,因为他们是地球最高层大气的产物。”  

  真正动摇亚里士多德彗星理论的是1577年出现的C/1577 V1彗星,这颗彗星于11月2日在秘鲁被首次观测到。一个星期后,欧洲的人们也看到了这颗彗星,当时该彗星的彗尾长达50°。很多天文观测者都对它进行了测距,有些观测者得出结论它是地球大气内的产物,而另外一些观测者则计算出它是在大气以外的宇宙空间中的天体。其中最具重量级的观点来自丹麦天文学家第谷(公元1546-1601)的观测。第谷使用的是他用来测量恒星视差的仪器来测量彗星的视差,通过测量他发现彗星相对于背景星空并没有很显著的位移,从而他得出结果,该彗星距离地球有230个地球半径那么远,这远在月球轨道之外。随后,第谷在他的专著中反驳了亚里士多德的理论,提出彗星是运行在椭圆轨道上的环绕太阳公转的天体。这一发现终于使人们对彗星的认识上了一层台阶,不过让第谷大为失色的是他仍然认为彗星喷射出的彗尾是有毒的。

  尽管第谷已经做出了巨大的成就,但是还有一些著名的科学家对此抱有质疑,甚至伽利略(公元1564-1642)在他1623年写的书《试金者》中写到:“彗星不是行星,它并不像行星那样运动。”他认为彗星不过是地面上蒸发的气体,第谷的测量结果是错误的,那不过是眼睛的错觉。

  到了17世纪,1664年出现了一颗大彗星(C/1664 W1),它的彗尾有30°之长,在天空中从1664年11月一直持续到1665年3月。在朝鲜,当时的李氏王朝因此加倍防御所有的港口,加强了军备并建设了许多堡垒。伦敦的人们纷纷感到惊慌,特别在当时黑死病有蔓延的迹象,这场疾病最终导致了伦敦10万人的死亡,而这恰好发生在彗星闪耀在天空中的时候。如果一颗彗星还不够的话,1665年3月底又出现了另外一颗彗星,彗尾长达20°,这不得不说只是一场巧合。

 

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当时的人们对宇宙的认识,最底层的为大气,一次网上为天体的各个轨道层

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1680年-1683年连续出现的三颗大彗星

 

理性的分析

 1680年大彗星(C/1680 V1)是人类首次通过天文望远镜发现的彗星。德国天文学家哥特弗里德•基尔希(公元1639-1710)正打算要测量恒星位置的时候观测到了一个星云状的目标出现在了不寻常的位置上。接着他对这个目标进行了持续的观测,最终这颗彗星达到了肉眼可见的亮度。1687年,艾萨克•牛顿(公元1642-1727)计算了这颗彗星的运行轨迹,这是确定彗星轨道的第一人。他计算出来彗星不可能是大气中的产物,亚里士多德的理论终于被扔进了历史的垃圾堆,这距离他首次提出这个观点已经多去了2000年。

 埃德蒙•哈雷(公元1656-1742)写信给了牛顿并请牛顿计算其他一些彗星的轨道。但是牛顿并没有理会哈雷,于是哈雷就开始了自己的计算工作。17世纪90年代末期,哈雷计算出了1337年到1698年间出现过的24颗彗星的轨道,其中最引人瞩目的成就就是他发现1531年、1607年和1682年出现过的大彗星的轨道非常相似,这也就是后来大名鼎鼎的哈雷彗星。

 在哈雷公布了他的论文之后,对彗星的迷信观念也该要平息了。接下去的科学家们接上了哈雷的“火炬”,继续为彗星的科学化做出努力,德国天文学家约翰•恩克(公元1791-1865)预测出暨哈雷彗星之后的第二颗周期彗星的回归,这颗彗星也就成为了我们现在所熟知的恩克彗星(2P/Encke),恩克彗星每隔3.3年就会出现在天空中一次。

 虽然前辈的科学家已经为彗星的运动做出了卓越的贡献,但是关于彗星的未知还有许多问题需要后世的科学家们去解决。彗星到底是什么天体?德国的哲学家康德(公元1724-1804)甚至停止了他对道德的研究转而提出组成彗星的是一种容易挥发的物质,这可以解释为什么彗星越靠近太阳它就越明亮。德国的学者海因里希•奥伯斯(公元1758-1840)和弗里德利斯•贝塞尔(公元1784-1846)提出假说认为彗尾是由固相的物质组成,其受到了来自太阳的斥力而总是指向太阳的反方向。19世纪60年代,意大利天文学家乔瓦尼•斯基亚帕雷利(公元1835-1910)通过观测发现英仙座流星群的轨道和斯威夫特•塔特尔彗星(109P)很相似,因此他首次提出流星雨是由彗星抛射出的物质形成的。历史进入了20世纪后,阿伦尼乌斯(公元1859-1927)于1900年验证了固体粒子会受到辐射压力的影响而形成彗尾状。

  我们可以看到,18世纪和19世纪是彗星科学的大发展时期,彗星终于从迷信的殿堂进入了科学的大道,之前几个世纪以来人们对彗星的莫名的恐惧因为对其了解的深入而逐渐消散。仅有的几次恐慌的发生也只是在局部的小范围里面,其中最著名的应该要数米勒派,教主是威廉•米勒(公元1782-1849)。 米勒认为,1843年是圣经预言的世界末日,而碰巧1843年2月天空中出现了一颗大彗星(C/1843 D1),这使得之前不相信米勒的人也成了他的信徒,但是最终世界末日也没有到来过。

 

哈雷计算出的彗星轨道数据,其中划红线的是具有相同轨道的彗星,也就是哈雷彗星.jpg

 哈雷计算出的彗星轨道数据,其中划红线的是具有相同轨道的彗星——也就是哈雷彗星

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彗星撞地球的报道

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C/1899 E1彗星的照片

 

耸人听闻的报道

  后来发生的以彗星为噱头的报道那就纯粹是各种报刊为了招揽读者而做出的行为了。1857年3月17日,美国华盛顿《每日国家通讯》报道了法国天文学家雅克•巴比涅预测彗星将于6月13日和地球相撞,这条消息曾经一度席卷美国全国,一直到3月30日巴比涅亲自在《纽约先驱报》发表声明说自己根本没有做出这样的预测,他斥责到:“如果有人因为这颗彗星而死亡的,那只能是因为愚蠢和无知。”

  紧接着,1861年美国爆发了著名的“南北战争”,明亮的彗星C/1861 J1在这一年出现在了天空中,其彗尾有100°之长。1861年7月2日,《威斯康辛每日爱国报》掀起了许多人对这颗彗星的恐慌,因为他们称这颗彗星是战争的启示。还好,新奥尔良的《皮克云时报》对此给予了理性的报道:“我们希望彗星的出现不是预示着战争而是和平。”

  在整个19世纪末期,总共出现了3次关于彗地相撞的报道,这些报道分别发生在1872年、1892年和1899年,第一次报道是因为谣言,第二次是因为计算错误,第三次则是因为错误的算式。这期间也出现了许多明亮的大彗星,包括1882年九月大彗星(C/1882 R1),这颗彗星在白天都可以看到。有趣的是,这一次再也没有人对其做出任何预示,但是如果你认为人类的愚昧已经彻底地被理智战胜了的话,那就大错特错了。

  1910年哈雷彗星再次回归,那个时候的天文学家们已经对其轨道运动了如指掌,他们预测地球将从哈雷彗星的彗尾穿过。捕风捉影的媒体获知这个消息后就开始四处传播,《纽约时报》报道彗尾中的氰化物——我们已知这是彗尾常见的物质——是一种剧毒的物质,地球上的生命将因此中毒。尽管天文学家们努力辟谣让人们不用担心,因为彗尾气体的密度稀薄得就像真空一样,但是社会上还是掀起了不大不小的恐慌,精明的商人开始贩卖防毒面具和所谓的解毒药丸,最后的事实证明大家都活的好好的,并没有人因为没有戴防毒面具而死亡。从这一例子我们可以发现,人类的愚昧其实还没有走远。

   随着科技的发展,人们对彗星的了解越来越深入,哈雷彗星之后即使也出现了不少的大彗星,但是再也没有人们把彗星和灾难联系在了一起,即使后来发生了第一次世界大战和第二次世界大战。天文望远镜的突飞猛进,天文摄影技术的进展,这些技术让我们的天文学家有能力更深入地探究彗星的本质,人们终于不再对彗星抱有占卜的看法。其实,科学的思想在社会上成为主流不过百余年的时间,但是我们现在已经很难想象100年前人们是如何对彗星产生恐慌,我们现在已经可以抱着欣赏的角度去看待彗星,大彗星的出现已俨然成为了一场科普的盛宴,我们应该感谢改变我们认识的那些科学家们,是他们在推进这世界的发展。


 

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