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從女神的乳汁到層層天球:古希臘人如何認識廣大的燦爛星空?

2021-03-23
Wikimedia

在英語中(其實不只英語,世界上許多其他語言也是),銀河系又叫「乳汁之路」(Milky Way),其典故來自古希臘神話中大力士海克力斯(Hercules)的故事。天后赫拉(Hera)答應為這半人神嬰兒哺乳,但海克力斯一口咬下時,赫拉卻因為痛而推開了他。她的乳汁撒在天空上,形成了銀河。


古希臘人眼中的銀河,是天后赫拉(Hera)為海克力斯哺乳時因痛撒出的乳汁(Source: Stephen Wheeler/Unsplash

這段以觀察為根據的神話固然與其他古代文化的神話相去不遠,但古希臘的自然哲學家(至少從西元前 6 世紀起)便跟同時代的其他人不同,把心力擺在解答「宇宙理論結構」的問題上。什麼樣的模型,才對天體運行有合理的解釋?

由於沒有古希臘天文學星圖或理論圖傳世,如果要探究這種思想的早期階段,我們便必須先從最早的希臘文學作品中尋找有關宇宙的玄思冥想。荷馬的《伊利亞圍城記》(Iliad)據信在西元前 8 世紀時形諸文字。


在《伊利亞圍城記》中,我們找到了瑣碎但迷人的資料,例如把大地比為有如阿基里斯(Achilles)之盾的平坦盤狀,另外還有巨河歐開諾斯(Oceanus)──包括水在內的萬物之源與「眾神之父」──環繞著整個世界的描述。荷馬還提到「秋星」(天狼星,夜空中最明亮的星)、畢宿星團(Hyades)與昴宿星團(這兩個星團構成今人所說的金牛座)、獵戶座、大熊座(又名馬車座),還有晨星與暮星──這兩顆星很可能都是金星。


據說,當夜晚即將結束時,這些天體會再度沉回歐開諾斯。《奧德賽》(Odyssey)將天空描述成青銅或鐵做成的穹頂,布滿星辰,由巨柱支撐。雖然天有固定的形狀,但無法到達。「奔過天空」的太陽神赫利俄斯(Helios)會跨越這個巨大的穹頂。


太陽神赫利俄斯(Helios),駕著馬車奔過猶如穹頂的宇宙(Source: Wikimedia

西元前 4 世紀,亞里斯多德以批判性的視野,檢視今已亡佚的若干早期思想家的著作。透過他的分析,我們得以了解西元前 6 世紀四名最有聲望的人物──米利都的泰勒斯(Thales of Miletus)、阿那克西曼德(Anaximander)、阿那克西美尼(Anaximenes)與畢達哥拉斯(Pythagoras),是如何分析天空的。


亞里斯多德認為泰勒斯(約西元前 624-546 年)是伊奧尼亞(Ionia)自然哲學學派的始祖,他根據對物質世界的知識,從神話出走,邁向理論,因此獨樹一幟。事實上,拒絕用「諸神的意志」作為解釋一切的方式,正是伊奧尼亞人與其他早期文化看待天文時最關鍵的差異。對泰勒斯而言,他對天界的知識既是恩賜,又是重擔。


有個故事是,泰勒斯利用星辰,預測橄欖大豐收的季節。他預先包下米利都與附近愛琴海島嶼希俄斯(Chios)的每一架榨油機,成為巨富。此舉堪稱商界最早的壟斷。另一起事件可就沒那麼幸運了。他有一回在散步時抬頭看星星,看得入迷,結果直接掉進井裡,讓一位目睹過程的色雷斯(Thrace)奴隸女子樂不可支。


根據古希臘史家希羅多德(Herodotus)在《歷史》(The Histories)中的敘述,泰勒斯是史上第一位成功預測日食的人──這次日食發生在西元前 585 年 5 月 28 日,這件事打斷了當時正在交戰的米底亞人(Medes)與呂底亞人(Lydians)。日食令兩軍大駭,旋即商議休戰。(由於天文學家能精準推算出歷史上曾發生日食的日期,以撒.艾西莫夫﹝Isaac Asimov﹞因此把這場戰爭稱為有精確日期的最早史事,而泰勒斯的預測則是「科學之誕生」。)

 
米利都的泰勒斯(Thales of Miletus)用星辰預測了橄欖豐收的季節,也是希羅多德筆下史上第一位預測日蝕的天文學家(Source: Wikimedia

泰勒斯兩位名聲最響亮的傳人,各自用自己的理論發揚他的構想。阿那克西曼德(約西元前 610-546)相信幾何是宇宙的律法,而地球則安穩居於宇宙中心。他開創了「無限」(apeiron)的概念──根據這種宇宙論,萬事萬物都源於某個無窮的原初混沌,新世界誕生於此,並且之後消失於這個飢餓的永恆。


眾星是由空氣與火構成的旋轉火輪,吐出火焰,而地球本身則是圓柱體,人類高踞於頂上平坦的一端。阿那克西美尼(約西元前 585-528)對宇宙有類似的觀點,但他也將泰勒斯所提出、阿那克西曼德所推廣的觀點進一步發展,認為宇宙追根究柢是由物質所組成的。他的前輩們認為這種物質是水(這種想法可以回溯到巴比倫人在《天之高兮》中提到的以水為主角的起源神話),但阿那克西美尼卻主張宇宙的共同元素是氣體,氣體濃縮後就成了天體。


接著是畢達哥拉斯(約西元前 570-495)。雖然他的名聲至今依舊響亮,但我們對出生於希臘島嶼薩摩斯(Samos)的他其實所知不多。至少自西元前 1 世紀以來,人們便把冠上「畢達哥拉斯」之名的幾何定理歸功於他(但其實在他之前就已經有人發現了),據說他為了這項發現,宰了一頭牛獻給眾神。


從畢達哥拉斯的教誨而誕生的世俗崇拜派系,相信數學是自然的語言,是他們的創始人注意到鐵匠使用不同大小的槌子,敲擊出不同「音符」時,從中悟出的道理。這種說法錯得離譜,因為槌子的大小不會像比如鋼琴的琴弦那樣,對音高有所影響。但這個故事仍足以表現畢達哥拉斯學派的理念,認為數字是有序自然界的共通語言,與各個組成部分和諧相處,就像生物體。


這種數學哲學認定「球形」是自然界最完美的形狀,學派中人把這種理想型態賦予世界與天界。究竟是什麼樣的論證與證據,讓他們得出這樣的結論?我們不得而知,但他們的想法得到水手的觀察所證實:船隻南北穿梭,可以看到的星星也隨之改變,這證明世界的表面是彎曲的。後來,亞里斯多德以月食為證據(見附圖)來證明世界是球體,指出大地在月球表面上投下的是圓形的影子,此時「球形大地」已經為主流所接受。如今有許多人以為當時的主流看法是「世界是平的」,但事實並非如此。


畢達哥拉斯(Source: Wikimedia

層層天球

為了解釋宇宙結構,希臘人採用「地球」的觀念,並按照相同邏輯往外延伸──一重重的天界同樣是球狀的。「造物者將世界塑造成圓球形」,柏拉圖如是說,「⋯⋯並且創造了單一、球狀的宇宙,讓宇宙旋轉。」亞里斯多德在少年時期便就讀柏拉圖在雅典的學院,並在學院中留到 37 歲。他也認為宇宙是個球體。


現代天文學家如今得面對「外太空」的邊界問題,亞里斯多德在當時則得處理「天空由何處始」的問題。他在平坦的大地與完美幾何型態的天界之間清楚劃出界線。根據他的理論,前者以四種元素構成,混亂且非永恆,而後者則是由稱為「以太」(ether)的「第五元素」(quintessence)所組成的。


天空上出現的每一種不規則異常現象,都可以用跟地上的關聯來解釋:例如彗星,就是從地面上影響上空的事件,大地的吐息在空中產生了火焰。亞里斯多德在《天象論》(Meteorology)中表示,同樣的邏輯也能解釋極光等光學現象與銀河的存在。


柏拉圖呼籲同時代的人解開行星運行模式之謎,這項挑戰後來由年輕的當代數學家克尼多斯的尤得塞斯(Eudoxus of Cnidus,約西元前 400-347)承接了下來。尤得塞斯用一種簡單的方法,拆解了各式各樣、困難重重的行星運行:他加上一層層的球體,一層包著一層。


他將當時已知的每一個行星都跟四個旋轉的以太球體搭配,而每一個球體各自影響行星的其中一種運行方向,藉此解釋令人費解的行星逆行,以及行星每天、每年的位置變化。太陽與月亮則各自與三個以太環搭配,而眾星則由最大的以太環所乘載。簡言之,尤得塞斯的天空是由 27 重的同心球體所組成的。


若要清楚理解這種多球體概念,你不妨想像一顆透明水晶球,包著一顆稍微小一點的透明水晶球,裡面又包著一顆更小的水晶球⋯⋯以此類推。這一套一個包著一個的水晶球就彷彿一組俄羅斯娃娃,每一個水晶球的外殼都載著一個天體。球體愈大、愈外層,承載的行星距離地球愈遠。地球位於這台重重透明旋轉球體模型的中央,人類抬頭上望,視線穿透這種旋轉的宇宙機制。

 

這套非凡的宇宙結構球體想像,因為亞里斯多德的擁護而更形鞏固(他把球體數量擴增到 55 個),長久流傳下來。他確信,任何永動的事物必然是永遠受外力所驅動。為此,他把所有天體運行的宏大場面,歸功於某個神祕的「始動者」(primum movens)──一股無形的終極力量。當然,這種看法與後來基督教的上帝觀能完美吻合。


尤得塞斯的原典已經亡佚,但幸虧經過希臘教育詩人索利的阿拉圖斯(Aratus of Soli)之手筆,以改寫的形式流傳下來。西元前 276 至 274 年間,阿拉圖斯將尤得塞斯的散文,改寫成 732 句的六音部格律詩,也就是廣為流傳的天文詩《物象》(Phaenomena)。這部作品極為重要,譯為拉丁文與阿拉伯文(希臘文的詩鮮少有機會如此跨文化,這首是其中之一),一直傳鈔到中古時代。(甚至連《聖經》中都能找到《物象》的句子。


在《使徒行傳》第十七章,使徒保羅前往雅典時曾引述《物象》的內容。)《物象》介紹、描述了各個星座,以及各星群在天空中起落的規則,使讀者得以在晚上得知時間。詩中還詳述了尤得塞斯的球體結構、黃道路徑,以及預測天氣的方式。但阿拉圖斯並非科學家,他在這首詩開頭幾行主張萬物最終都是宙斯的創造。這首詩之所以引人入勝,廣為流傳,說不定正是因為這種用神話傳說與文學魅力,軟化了天文學資料的關係。


希臘教育詩人索利的阿拉圖斯(Aratus of Soli)正看著星象(Source: Wikimedia

《物象》並非毫無錯誤。其實,偉大的天文觀察家希帕求斯(Hipparchus,西元前 162 至 127 年,公認的三角學奠基者),便在他現存唯一傳世的著作──《尤得塞斯與阿拉圖斯〈物象〉之評註》(Commentary on the Phaenomena of Aratus and Eudoxus)一書中,指出《物象》在天文方面的錯誤,並批評阿拉圖斯與尤得塞斯對星座的描述。


列舉希帕求斯的成就,可以讓我們稍微了解希臘天文學吸收上古巴比倫觀察法之後,此時所經歷的深遠轉變。希帕求斯顯然是因為懷疑某顆星已經出現了無法解釋的位移,因此在西元前 129 年集成西方天空的第一部綜合星表,以確保後代子孫能一表在手,驗證其他任何同類的位移現象。他根據亮度,將星星分為六等,從而發明最早的視星表──現代天文學依舊使用這套制度,只不過更為精確。


《雅典學院》畫中,可以見到右下方的人們正拿著天球討論天文,其中戴紅帽者即是希帕求斯(Hipparchus)(Source: Wikimedia

除了發現新星(nova)之外,希帕求斯也是咸認發明預測日食可靠方法的第一人,並利用巴比倫人的數學方法和天文紀錄,設計出現存最早的量化模型,觀察太陽與月亮的運行。


不過,他最有名的發現,還是分點歲差(今人通常稱之為「地軸歲差」)──對於在地球上觀星的人來說,天空會出現可以觀察到的緩慢旋轉,一圈歷時大約為 2 萬 5772 年。希帕求斯估計,天球會以 1 世紀 1 度的速率轉動──實際數字是每 72 年 1 度,但這對於如此驚人的早期天文學發現來說,並不會減損其偉大分毫。


托勒密的宇宙

經歷了一段堪稱天文學研究的黑暗時代之後,我們終於在 300 年後,隨著數學家、地理學家兼天文學家克勞狄烏斯.托勒密(Claudius Ptolemy,約 100-170)的著作,迎來穩固的文獻立足點。


透過托勒密的著作,我們得知亞歷山卓的學者推崇希帕求斯為「熱愛真相的人」,也是對托勒密來說最重要的先行者。托勒密在其巨作《天文學大成》(Almagest,約 150)中融入這位尼西亞人的太陽運行模型(而且絲毫未改),提出自己原創的計算,發現地球的軌道必然是非正圓,以此解釋季節長短的變化。


托勒密還將希帕求斯的星表從 850 顆星,擴展到 1022 顆星,應用座標,並納入可見的星雲。他的星座在超過千年的時間裡,都是天文學的權威基礎,直到 17 世紀初為止。《天文學大成》是數世紀以來人們對宇宙的觀測與認識之集大成,為預測行星運行提供有效的幾何模型,而且準確程度令人印象深刻。書中的星表對嚴謹的天文學家與占星師都極為有用。


克勞狄烏斯.托勒密(Claudius Ptolemy,約 100-170)與其手上的托勒密模型(Source: Wikimedia

托勒密固然不像前輩學者一樣提出自己的一套完整宇宙體系,但他卻能在後來的著作《行星假說》(Planetary Hypotheses)裡,根據行星位於地球上方的高度,將各行星天球層與自己的計算相結合,畫出一幅托勒密式的宇宙圖像。托勒密據此計算行星與地球的距離,我們也因此看到歷史上第一次有人以數學方法測量宇宙的大小。


他認為地球的半徑大約為 5000 英里(8500 公里),並以此為一宇宙單位。他表示,地球跟月球距離約 30 萬英里(48 萬公里),與太陽距離 500 萬英里( 800 萬公里)。(地月距離實際數字為平均 38 萬 4500 公里,而地日距離則是大約 1 億 4800 萬公里。)為了符合尤得塞斯的層層天球論,他把最遠的星球層(starry sphere)擺在約 1 億英里(1 億 6000 萬公里)之外,而這就是宇宙的半徑。


也就是說,托勒密球形宇宙的直徑約為 2000 億英里(3200 億公里)。對現代天文觀察者來說,這個數字看起來相當微不足道(土星在近地點時,大約距離地球 7 億 4600 萬英里/12 億公里),但這對前哥白尼時代的人來說已經是極大的數字。與此同時,天界也確立為範圍有限,且具有幾何秩序的領域。至少還得再過 1300 年,這個以地球為層層天球之中心的托勒密模型,才會在 16 世紀的哥白尼天文革命時受到挑戰。

 

本文摘自聯經出版《天空地圖:瑰麗星空、奇幻神話,與驚人的天文發現》
「只要我注視著滿天星空的運行軌跡,我的雙足便能離開地面。」─托勒密(Ptolemy)

多國暢銷書《詭圖》(Phantom Atlas)、《寶圖》(Golden Atlas)的作者布魯克希欽,帶來一部遨遊諸天的視覺歷史。《天空地圖》收羅了各種宇宙圖、故事、繪畫與器物,勾勒出人類對於頂上天空與天空之外的想像與發現。
書中從亞里斯多德開始,經過愛因斯坦的時代,直至最新的星際探索,此外更有古代的不明飛行物目擊紀錄、長著翅膀的月球生物「人蝠」、天空之外的廣闊大海,以及二十世紀初關於火星地圖的奇妙故事。讀者將踏上一段包羅萬象的旅程,行遍世界各地迷戀星辰的文化,遭遇古中國甲骨文、西藏天葬、西伯利亞舞衣與蒙古薩滿,一直到近代對於哈雷慧星的觀測、日食的攝影、冥王星的發現,以及近年來最振奮人心的影像——黑洞。
這本圖文並茂的天體圖寶藏,滿滿交織著歷史上最偉大的天文學發現,最奇特的傳說,以及為人所遺忘的篇章,化為一部美麗別緻、豐富趣味的星空大全。
文章資訊
作者 愛德華.布魯克希欽(Edward Brooke-Hitching)
譯者 馮奕達
刊登日期 2021-03-23

文章分類 故事