站在巨人的肩膀上，探索宇宙

憑著天賦五官，人類開始探索宇宙的浩瀚，並稱這趟奇幻之旅為科學。

——埃德溫·哈勃

縱觀整個人類歷史，科學家一直在努力地理解我們在夜空中所看到的一切。許多著名的天文學家都在不同的程度上，為我們打開了理解天空的視角。幾個世紀以來，從地球為宇宙中心的地心說觀點，到發現宇宙正在加速膨脹，我們的宇宙觀不斷地發生著天翻地覆的改變。在這個發現的歷程中，有許多天文學家做出的傲人的成就，今天，讓我們站在這些巨人的肩膀上，探索宇宙。

（圖片來源：Karl Tate，space.com）

當大多數人認為世界是平坦的時候，著名的希臘數學家、天文學家和地理學家埃拉托斯特尼（Eratosthenes, 276 - 195 B.C.）利用太陽來測量圓形地球的直徑。他測量的39,690公里與地球的實際直徑只相差了340公里。

在古希臘時代，天文學家、數學家克羅狄斯·托勒密（Claudius Ptolemy, A.D. 90 - 168）建立了一個以太陽、恆星還有其他行星都圍繞著地球旋轉的太陽系模型，即托勒密的地心說。儘管它推翻了地是平的這一錯誤認知，但這個理論本身也錯誤的存在了數百年的時間。後來人們認為：「托勒密代表的是整個希臘天文學知識系統的縮影。」

托勒密的地心說模型。（圖片來源：Bartolomeu Velho, Public Domain）

以阿左飛（Azophi）這一名字為人知曉的波斯天文學家阿卜杜勒-拉赫曼·蘇菲（Abd al-Rahman al-Sufi, 903 - 986），第一次觀測到銀河系以外（即仙女座星系）的一群恆星。

到了16世紀的波蘭，天文學家尼古拉斯·哥白尼（Nicolaus Copernicus，1473 - 1543）提出了一個涉及地球圍繞太陽旋轉的太陽系模型，即日心說。雖然他的模型並不完全準確，因為當時的天文學家對火星時而出現的逆行感到困擾，但這並沒有阻止一些科學家開始改變對太陽系的看法。

哥白尼。（圖片來源：Public Domain）

基於丹麥天文學家第谷·不拉赫（Tycho Brahe,1546 - 1601）對行星路徑的進行的詳細測量記錄，約翰內斯·開普勒（Johannes Kepler 1571 - 1630）確定了行星圍繞太陽旋轉的軌跡不是圓形，而是橢圓。同時，他也提出了關於行星運動的三大定律。然而，當時封閉的思想環境讓開普勒的工作面臨危險。

開普勒生活的時代正是思潮動蕩的時期，宗教領袖不願意放棄他們對天堂的看法。由天文學家提出的天空是在非圓形軌道上運動的星體這種說法，有悖了地心說模型且威脅著他們心中的信仰，因此，開普勒和他的第一任妻子芭芭拉創造了一系列暗號來互通信件，避免他們面臨因信件而遭受迫害的危險。

開普勒的一生。（圖片來源：JEFFREY PHILLIPS/COSMOS）

伽利略·伽利萊（Galileo Galilei, 1564 - 1642）生於義大利，他經常被認作為是創造了光學望遠鏡的人，事實上他做的是在已有模型上的改進。他在1609年製造了他的第一台望遠鏡，模仿了在歐洲其他地區製造的有三倍放大倍數的望遠鏡。在同年後期，他製作了一個可將物體放大二十倍的望遠鏡。

伽利略將自己新發明的觀測工具瞄準了天空，並發現了四顆木星的主要衛星（現在被稱為伽利略衛星），以及發現了土星環。儘管是哥白尼提出了日心說模型，但經歷了很長的時間才被人們廣泛接受。在開普勒計算出行星的軌跡後，伽利略是日心說的主要擁護者。他在晚年也因此遭遇軟禁。

伽利略。（圖片來源：NASA）

同樣是來自義大利的天文學家喬凡尼·卡西尼（Giovanni Cassini，1625 - 1712）測量了木星和火星旋轉一周需要多久。他也發現了土星的四顆衛星和土星環之間的縫隙。為了紀念他，NASA於1997年發射了以他命名的太空探測器，前往土星對其大氣、光環和衛星進行考察。

光的本質是什麼？這個簡單的問題困擾了科學家數百年，來自荷蘭的克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens，1629 - 1695）是最早提出揭示光的本質的理論的科學家。他對望遠鏡的改進使他第一次識別出了土星的光環，之後還發現了土星的衛星——泰坦（土衛六），並且觀測到了獵戶座星雲等。

1667年，艾薩克·牛頓（Sir Isaac Newton，1643 - 1727）在經歷了20年的思考、實驗研究、大量的天文觀測和無數次的數學演算，終於出版了他的曠世之作《自然哲學之數學原理》。在書中，牛頓闡述了萬有引力和運動定律，並詳細地推導了這些定律導致的後果。牛頓的思想受到了哥白尼、伽利略、笛卡爾、培根、洛克和摩爾等人的影響，因此他曾說「如果說我看得比別人更遠些，那是因為我站在巨人的肩膀上。」

為了慶祝劍橋大學圖書館600周年，圖書館展出了這本牛頓珍藏的初版《自然哲學的數學原理》，書中有牛頓的註解和修正。（圖片來源：劍橋大學圖書館）

牛頓的合作者愛德蒙·哈雷（Edmond Halley，1656 – 1742）研究了在1456、1531、1607和1682年夜空中出現的彗星後，得出一個結論：這幾次出現的彗星是同一顆彗星。他也預言了該彗星會在1758年再次回歸。儘管他沒有等到彗星回歸的日子，但他被證明是對的，而該彗星也被稱之為「哈雷彗星」。

法國天文學家查爾斯·梅西耶（Charles Messier，1730 - 1817）製作了一張當時已知為「星雲」的天體的資料庫。在資料庫中的天體都有相應的編號，比如M31代表了仙女座星系。他一生中還發現了13顆彗星。

英國天文學家威廉·赫歇爾（William Herschel,1738 - 1822）收編了超過2500個深空天體。他也發現了天王星和它的兩顆最明亮的衛星，兩顆土星的衛星，以及火星冰帽。他也訓練了自己的妹妹卡羅琳·赫歇爾（Caroline Herschel，1750 – 1848）成為天文學家，是第一位發現彗星的女性，並在一生中發現許多其它彗星。

亨麗愛塔·斯萬·勒維特。（圖片來源：Harvard College Observatory）

亨麗愛塔·斯萬·勒維特（Henrietta Swan Leavitt, 1868 - 1921）是在哈佛大學當「人工計算機」的女性之一，她的工作是在相片底片上識別變星（Variable Star）的圖像。她發現一顆有著特殊閃光被稱為造父變星的亮度與其脈衝頻率有關。這一發現使得天文學家可以計算恆星間與星系間的距離、銀河系的大小以及宇宙的膨脹。

在阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein，1879-1955）提出新的引力理論的不久後，他將自己的理論運用在宇宙學的研究上，並得到了出乎意料的結果。他發現我們的宇宙是不穩定、隨時間演化的。在1917年的一篇論文中，為了使宇宙保持靜止，他在自己的方程中引進了「宇宙學常數」，現在有許多物理學家認為該常數與神秘的暗能量有關。愛因斯坦在1917年發表的論文無疑是現代宇宙學的開篇。羅伯特·奧本海默（Robert Oppenheimer）曾在1966年發表的一次演講中說：「愛因斯坦是一位物理學家，一位天才哲學家，是我們時代最偉大的人物。」

愛因斯坦在1917年發表的論文被標記為現代宇宙學的誕生。（圖片來源：Albert Einstein）

在美國天文學家埃德溫·哈勃（Edwin Hubble，1899 – 1953）登場之前，人們普遍認為銀河系就是整個宇宙。當時，天文學家對夜空中觀測到的「螺旋星雲」（比如仙女座星系）的本質的看法存在著分歧，並引發了一場大辯論。以哈羅·沙普利（Harlow Shapley，1885 - 1972）為首的一派認為螺旋星雲不過是銀河系內的氣體雲。而以希伯·柯蒂斯（Heber Curtis，1872 - 1942）的一派則認為它們遠在銀河系之外。在那場大辯論的最後投票中，沙普利獲得了更人的支持。

然而，沙普利只是贏得了一時。哈勃在基於勒維特的工作上，計算了仙女座星系中造父變星的距離，強有力的證明了仙女座星系的確是在銀河系之外。後來，哈勃不僅對星系進行了分類，還找到了宇宙膨脹的證據。當哈勃的觀測證實了我們的宇宙並非靜止的時候，愛因斯坦拜訪了在威爾遜的他，並稱自己對方程的修正是這一生犯過最大的錯誤。

上行為德雷克方程，下行為天文學家Adam Frank和Woodruff Sullivan提出的新方程來尋找在宇宙中有可能發展成先進文明的數量。（A. Frank/University of Rochester）

弗蘭克 · 德雷克（Frank Drake，1930 - ）是尋找地外智慧生物的先驅者。他是搜尋地外文明計劃（SETI）的創始人之一。1961年，他提出了著名的德雷克方程，依賴於一些列的未知量（比如銀河系內恆星形成的速率；恆星有行星的可能性；位於可宜居地帶行星的平均數等等。），他估算了在銀河系內可能存在其它先進文明數量的方程式。

在這張照片中，地球看起來像是一粒懸浮在陽光中的點，大小不超過0.12個像素，因此科學家將我們的家園稱為「暗淡藍點」。（圖片來源：NASA）

1989年，當旅行者1號完成任務要離開太陽系的時候，卡爾·薩根（ Carl Sagan，1934 – 1996）向NASA要求讓太空船向後看拍下對地球的最後一眼，他在《暗淡藍點》一書中寫道：「我們成功地（從外太空）拍到這張照片，細心再看，你會看見一個小點。再看看那個光點，它就在這裡。那是我們的家園，我們的一切。你所愛的每一個人，你認識的每一個人，你聽說過的每一個人，曾經有過的每一個人，都在它上面度過他們的一生。」

薩根在行星科學領域做出了許多重要的科學貢獻，然而跟更令人稱讚的是他樂此不彼的向大眾傳播者前沿天文學只是，帶領我們探索浩瀚的宇宙。他擅長用極其有趣生動的方式向公眾講解複雜的科學概念，他富有魅力的教學方式和無限的精力總是能夠影響著所有人。他是所有科普工作者的精神領袖。

霍金。（圖片來源：NASA）

最後，我們必須提到的是21歲就被診斷患有「漸凍症」的史蒂芬·霍金（Stephen Hawking，1942 -），他被認為是繼愛因斯坦之後最聰明的大腦之一。他和彭羅斯合作證明了愛因斯坦的理論預言了在遙遠的過去宇宙有一個開端，他也認為我們的宇宙無邊無界。而他更廣為人知的工作是關於黑洞的研究，比如他提出了黑洞的面積定理，與合作者提出了黑洞熱力學定理，並發現了一個可以使粒子逃離黑洞的機制，即著名的霍金輻射。如今他依舊活躍於黑洞、宇宙和量子引力等領域上。此外，他還熱衷於撰寫科普著作，創作了許多膾炙人口的作品，比如《時間簡史》和《果殼中的宇宙》等。儘管已75歲的他卻仍在思考著宇宙最基本的問題，他的精神一直鼓舞著許多人勇往前行。

撰文：Nola Taylor Redd

編譯：Zwicky

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