恒星世界的奧妙

疏延祥

王爽的《穿越銀河系》是一本講述宇宙間恒星故事的書(shū)，與他的《漫步太陽(yáng)系》一樣，許多天文學(xué)家的故事都非常有趣。比如，1928年，美國(guó)人卡爾·詹斯基拿到了物理學(xué)學(xué)士學(xué)位，加入貝爾電話(huà)實(shí)驗(yàn)室，他在公司得到的第一個(gè)任務(wù)就是調(diào)查自然界中有哪些可能會(huì)干擾電話(huà)信號(hào)傳輸?shù)臒o(wú)線(xiàn)電信號(hào)。為此，他建造了一個(gè)直徑一百英尺、高二十英尺的大轉(zhuǎn)盤(pán)，在轉(zhuǎn)盤(pán)上安了一個(gè)接收波長(zhǎng)十四點(diǎn)六米的無(wú)線(xiàn)電波天線(xiàn)，在接下來(lái)的好幾個(gè)月的實(shí)驗(yàn)中，他收集到一大堆自然界的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)。這些信號(hào)除了雷暴外，就是一種周期性出現(xiàn)的神秘信號(hào)，它們是來(lái)自銀河系的中心。只有本科文憑，沒(méi)有任何天文學(xué)訓(xùn)練的詹斯基歪打正著地成了“射電天文學(xué)之父”，我們后文所說(shuō)的女子貝爾就是在詹斯基的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)了脈沖星，1995年，德國(guó)著名的天文學(xué)家根澤爾由此揭開(kāi)了銀河系中心的神秘面紗——黑洞。

《穿越銀河系》里這樣的神奇故事很多，這使我的閱讀過(guò)程充滿(mǎn)了快感。而且，在趣味性的同時(shí)，我們還能獲得很多知識(shí)，比如地球上的黃金是怎么來(lái)的。以前，我沒(méi)有想過(guò)這樣的問(wèn)題，如果有人問(wèn)我，我肯定會(huì)說(shuō)，那是地球上地質(zhì)演化的結(jié)果。讀了《穿越銀河系》，我才知道，黃金的來(lái)源有兩個(gè)渠道。一是在大質(zhì)量恒星死后塌縮過(guò)程中，強(qiáng)大的引力把電子壓進(jìn)了原子核的內(nèi)部，從而與質(zhì)子結(jié)合形成中子，這個(gè)恒星“中子化”的過(guò)程會(huì)制造一場(chǎng)中微子大爆炸，從而形成超新星爆發(fā)。在恒星“中子化”以后，鐵原子不斷俘獲中子，將會(huì)產(chǎn)生黃金，它隨著不斷膨脹的超新星遺跡向外擴(kuò)散，并融入星際介質(zhì)。星際介質(zhì)又形成新的恒星和行星，其黃金就被帶到了地球。二是兩個(gè)中子星合并，會(huì)比超新星爆發(fā)產(chǎn)生更多的黃金。原來(lái)，黃金并不產(chǎn)生于地球，它是宇宙間恒星演化的結(jié)果。這些知識(shí)在天文學(xué)家是基本的常識(shí)。但對(duì)于一般大眾，仍很新鮮，也有了解的必要。

在天文學(xué)的歷史上，我們會(huì)讀到不止一個(gè)殘疾人對(duì)這門(mén)學(xué)科的重大貢獻(xiàn)。如古德里克（1764—1786），他自幼聾啞，只活了二十二歲，卻在人類(lèi)歷史上留下了偉大的第一流的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。1782年11月12日夜晚，古德里克觀測(cè)到大陵五逐漸暗了下來(lái)，當(dāng)它的亮度只有正常的亮度三分之一時(shí)又重新亮起來(lái)，直至復(fù)原。根據(jù)這一現(xiàn)象，這位當(dāng)年才十八歲的年輕人得出一個(gè)石破天驚的結(jié)論：一定還有一顆暗得看不見(jiàn)的星星陪伴著大陵五，就像日食那樣，由于它的周期性的遮掩，大陵五的亮度有了周期性的變化。接下來(lái)。古德里克又發(fā)現(xiàn)了兩顆變星，其中一顆就是中國(guó)古星名“造父一”。造父是西周時(shí)代人，駕駛馬車(chē)的能手。周穆王西巡狩獵，就由造父駕車(chē)，后來(lái)被中國(guó)古代天文學(xué)家作為星官的名字。古德里克的發(fā)現(xiàn)作為“造父變星”定律，而這一定律大放光彩則要到另一個(gè)殘疾人、女性天文學(xué)家勒維特手里。

大陵五，英仙座第二亮星，西名Algol，意思是“妖魔”（因?yàn)槠淞炼鹊闹芷谛宰兓?，在西方星座系統(tǒng)中，大陵五是英仙座帕爾修斯（Perseus）手中提著的美杜莎頭顱上的“魔眼”。在古希臘與古羅馬傳說(shuō)中，若誰(shuí)與美杜莎的魔眼對(duì)視，他立刻就會(huì)變成石頭。在中國(guó)占星系統(tǒng)中，大陵五屬二十八宿中的胃宿。在昴宿的西北，胃宿的北部有大陵星八顆。中國(guó)古代天文學(xué)家以大陵星官的明暗程度來(lái)判斷是否將有大喪。《二十八宿總論》言：“積尸，一黑星，去極五十五度，入胃四度，在大陵中，為陵中墓。”積尸在陵中，在古代占星中主喪、墓，不明為吉，“明則有大喪，死人如丘山”。

大陵者，大墓也，因其亮度的變化，中國(guó)人也將其作為不祥之兆。從這顆星的中、西命名看也有其一致性，同時(shí)也表明，早期的中、西天文學(xué)家都注意到這顆星的物理特性。

王爽的這本書(shū)不僅介紹了殘疾天文學(xué)家古德里克，還對(duì)另外兩位殘疾天文學(xué)家安妮·坎農(nóng)、勒維特進(jìn)行了大書(shū)特書(shū)。《是誰(shuí)打開(kāi)了現(xiàn)代宇宙學(xué)的大門(mén)？》一節(jié)，介紹并歌頌勒維特。她出生于1868年，上學(xué)期間對(duì)天文學(xué)產(chǎn)生了興趣。1892年，她從拉德克里夫女子學(xué)院畢業(yè)。在畢業(yè)旅行中，一場(chǎng)大病使她聽(tīng)力和視力嚴(yán)重?fù)p壞，其視力雖然后來(lái)有所好轉(zhuǎn)，但聽(tīng)力隨后每況愈下，直至完全失聰。1894年，勒維特作為一名志愿者加入哈佛大學(xué)天文臺(tái)，后來(lái)成為測(cè)光部的負(fù)責(zé)人。這個(gè)部門(mén)的主要工作就是測(cè)量恒星的亮度，而勒維特承擔(dān)的一項(xiàng)具體任務(wù)是檢查大、小麥哲倫星云的照相底片，并在其中識(shí)別亮度發(fā)生變化的恒星，也就是變星。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，她會(huì)比較不同日期拍攝的同一片天空的底片。偶爾發(fā)現(xiàn)一顆恒星在有些日子會(huì)變亮或變暗，就表明它可能是一顆變星。從1904年開(kāi)始到1908年，勒維特在麥哲倫云中一共找到一千七百七十七顆造父變星，她發(fā)現(xiàn)“變星越亮則其光變周期就越長(zhǎng)”、“造父變星的亮度與其光變周期成正比”。王爽對(duì)這一天文學(xué)史上的重大發(fā)現(xiàn)作了一個(gè)充滿(mǎn)詩(shī)意的比喻：“你可以想象一片被冰封了多少歲月的荒原，由于這句蘊(yùn)含著巨大魔力的咒語(yǔ)，在眨眼之間就綻放出數(shù)以?xún)|計(jì)的美麗花朵。”十八世紀(jì)的古德里克只是定性解釋了造父變星的成因;勒維特比古德里克晚一個(gè)半世紀(jì)，她用周光關(guān)系定量地解釋了變星周期和亮度的關(guān)系，至此，任何造父變星的距離才都可以被精確計(jì)算。

在勒維特的基礎(chǔ)上，第一學(xué)歷是小學(xué)的美國(guó)著名天文學(xué)家沙普利再出發(fā)，他希望找到除造父變星以外的其他標(biāo)準(zhǔn)燭光。最后，他盯上了球狀星團(tuán)，對(duì)銀河系的球狀星團(tuán)進(jìn)行了大規(guī)模研究，并測(cè)量了幾十個(gè)球狀星團(tuán)與地球之間的距離，他發(fā)現(xiàn)這些星團(tuán)并非均勻地分布在太陽(yáng)周?chē)?，這一切表明太陽(yáng)并不是銀河系的中心，統(tǒng)治學(xué)術(shù)界三百多年日心說(shuō)的喪鐘就這樣敲響了。而勒維特這位偉大的女科學(xué)家在一個(gè)雨夜中離去時(shí)，她留下的遺產(chǎn)價(jià)值三百一十五美元，只夠買(mǎi)八條地毯。在她逝世的訃告中，她的同事梭倫·歐文·貝利這樣寫(xiě)道：“她有著欣賞他人長(zhǎng)處和可愛(ài)之處的美好性格，也有著充滿(mǎn)陽(yáng)光的本性，對(duì)她而言，人生的一切都如此美妙又充滿(mǎn)意義?！彼膫ゴ蟪删秃凸廨x的品格在生前沒(méi)有給她帶來(lái)應(yīng)有的回報(bào)，她甚至無(wú)法擁有一個(gè)自己?jiǎn)为?dú)的墓碑，只能葬于勒維特家族在麻省劍橋市的墓園中。

坎農(nóng)和勒維特作為殘疾人和女性，用自己的辛勤和發(fā)現(xiàn)證明了自己的不朽。但這兩人在她們活著的時(shí)候所受的待遇是不公正的，男女平權(quán)和實(shí)踐的思想雖然更多是開(kāi)始于西方，但這一過(guò)程在西方也是艱難的，而許多杰出女性的努力無(wú)疑在其中是一種響亮的回答和改正。女性在精神創(chuàng)造上可以和男性一較短長(zhǎng)，這是西蒙娜·波伏娃的觀點(diǎn)?？厕r(nóng)和勒維特沒(méi)有這樣說(shuō)，但是她們做到了。發(fā)現(xiàn)脈沖星的喬瑟琳·貝爾不僅做到了，她還在女人仍受到歧視的現(xiàn)代社會(huì)，為了使像坎農(nóng)和勒維特以及她自己那樣的女科學(xué)家得到公平，做了更多。

喬瑟琳·貝爾在大學(xué)時(shí)學(xué)的是物理，那時(shí)就聽(tīng)到“女子學(xué)不好物理”的歧視性言論，為此，課堂上回答問(wèn)題的她常常受到男同學(xué)起哄。本科畢業(yè)后，她加入劍橋大學(xué)天文系，師從天文學(xué)家安東尼·休伊什，由此開(kāi)啟了她射電天文學(xué)研究的人生。開(kāi)始，她不得不從事一些頗為繁重的體力勞動(dòng)，包括為四千多個(gè)小射電望遠(yuǎn)鏡架設(shè)天線(xiàn)，同時(shí)還兼職牧羊。這樣的生活持續(xù)兩年，她從一個(gè)見(jiàn)到男生起哄就臉紅的女生變成一個(gè)風(fēng)里來(lái)、雨里去，既會(huì)架天線(xiàn)又會(huì)趕綿羊的女漢子。不僅如此，那個(gè)時(shí)候人們還不用計(jì)算機(jī)處理分析天文數(shù)據(jù)，導(dǎo)師們都是將觀測(cè)數(shù)據(jù)直接打印在紙帶上，然后由研究生去分析。兩年的苦力和這種分析紙帶上數(shù)據(jù)的枯燥無(wú)味的機(jī)械性勞作，給人毫無(wú)盡頭和毫無(wú)希望的感覺(jué)，但貝爾熬過(guò)來(lái)了。1967年8月6日，她發(fā)現(xiàn)了一個(gè)天體正在持續(xù)不斷地向地球發(fā)出周期性的射電脈沖。1967年12月24日，她又發(fā)現(xiàn)另一個(gè)天體似乎發(fā)出同樣神秘的射電脈沖。為了確認(rèn)這一事實(shí)，她把第二天的訂婚儀式拋在腦后。這是一個(gè)寒冷的夜晚，沒(méi)有空調(diào)的實(shí)驗(yàn)室里，打印設(shè)備都被凍得停止工作。她修好了打印機(jī)，堅(jiān)持到25日凌晨?jī)牲c(diǎn)，證實(shí)了這個(gè)天體發(fā)出的同樣是周期為一點(diǎn)二七秒的周期性射電脈沖，這個(gè)全新的天體就是脈沖星。1968年，休伊什團(tuán)隊(duì)在《自然》上發(fā)文，宣布脈沖星的發(fā)現(xiàn)。1974年，這個(gè)發(fā)現(xiàn)獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，但是，脈沖星的真正發(fā)現(xiàn)者貝爾卻在獲獎(jiǎng)名單之外。貝爾這時(shí)成了一名家庭婦女，不得不隨著丈夫的工作四處漂泊，有段時(shí)間，她甚至已經(jīng)淡出天文學(xué)界?？梢哉f(shuō)是男權(quán)社會(huì)的制度以及天文學(xué)界的不公，加上婚姻家庭的羈絆，迫使貝爾的人生如此暗淡。到了1993年，當(dāng)貝爾和丈夫離婚，重返天文學(xué)界，她的職業(yè)人生又綻放出燦爛的光芒。2002年，她當(dāng)選為英國(guó)皇家天文學(xué)會(huì)的會(huì)長(zhǎng);2008年，她成為英國(guó)物理研究所所長(zhǎng);2018年，她被任命為鄧迪大學(xué)校長(zhǎng)。2018年9月6日，高達(dá)三百萬(wàn)美元的科學(xué)突破獎(jiǎng)公布，貝爾獲獎(jiǎng)，以表彰她發(fā)現(xiàn)脈沖星的壯舉，終于，脈沖星之母的她舉世公認(rèn)。但貝爾把三百萬(wàn)美元悉數(shù)捐出，捐給一個(gè)旨在幫助女科學(xué)家職業(yè)發(fā)展的基金會(huì)，捐款時(shí)，她表示希望自己曾經(jīng)遭受的不公，不要在其他女科學(xué)家身上重演。

中國(guó)古代的天文學(xué)一度非常發(fā)達(dá)，而且有許多連西方都沒(méi)有的星象記載，誰(shuí)都沒(méi)有想到，它會(huì)解決西方天文學(xué)的懸案。該書(shū)《人類(lèi)怎樣揭開(kāi)蟹狀星云的神秘面紗？》一節(jié)，就描述了1758年梅西耶發(fā)現(xiàn)的蟹狀星云是中國(guó)十一世紀(jì)古籍記載的“客星”（新星）這一過(guò)程。事情的原委是這樣的：

1758年，在金牛座的天區(qū)，梅西耶發(fā)現(xiàn)了蟹狀星云，他以為是哈雷彗星，這使他成為全歐洲的笑柄。但是梅西耶編出的星表讓蟹狀星云成為全世界天文學(xué)家關(guān)注的焦點(diǎn)。1928年，哈勃的測(cè)量結(jié)果表明，蟹狀星云的膨脹速度約為1500千米/秒。這樣一來(lái)，哈勃就成功算出蟹狀星云應(yīng)該源于公元十一世紀(jì)的某個(gè)神秘的天文事件?，F(xiàn)在問(wèn)題來(lái)了：“這個(gè)創(chuàng)造了蟹狀星云的神秘事件到底是什么？”破解這個(gè)難題的關(guān)鍵人物，是美國(guó)天文學(xué)家尼古拉斯·梅奧爾。

二十世紀(jì)三十年代，梅奧爾大幅改進(jìn)了哈勃的測(cè)量結(jié)果：他用自己發(fā)明的新攝儀（拍恒星光譜的儀器），成功地把這個(gè)神秘事件發(fā)生的時(shí)間鎖定在十一世紀(jì)五六十年代。

確定了神秘事件發(fā)生的時(shí)間，下一步自然就是要把它找出來(lái)了。但問(wèn)題在于在十一世紀(jì)，歐洲人根本就沒(méi)有進(jìn)行天文記錄的傳統(tǒng)。梅奧爾翻遍了歐洲古籍，卻沒(méi)有找到任何關(guān)于這個(gè)神秘事件的線(xiàn)索。萬(wàn)般無(wú)奈的梅奧爾選擇了向一個(gè)天文學(xué)界的大人物求助，此人就是荷蘭著名天文學(xué)家?jiàn)W爾特。太陽(yáng)系最外層的奧爾特云，就是用他的名字命名的。

得知了梅奧爾遇到的困難以后，奧爾特提了一個(gè)極為高明的建議：既然在歐洲古籍里找不到，不如去天文記錄堪稱(chēng)世界一絕的中國(guó)古籍里碰碰運(yùn)氣。不過(guò)，梅奧爾和奧爾特都不懂中文。所以他們又拉了一個(gè)人入伙，此人就是荷蘭漢學(xué)家德伊文達(dá)克。這三個(gè)人對(duì)十一世紀(jì)中葉的中國(guó)古籍進(jìn)行了地毯式搜索。最后，他們終于在一本叫《宋會(huì)要》的書(shū)中，找到了鎖定此神秘事件的決定性線(xiàn)索。

這本書(shū)里寫(xiě)道：“嘉祐元年三月，司天監(jiān)言：客星沒(méi)，客去之兆也。初，至和元年五月，晨出東方，守天關(guān)，晝見(jiàn)如太白，芒角四出，色赤白，凡見(jiàn)二十三日。”

翻譯成白話(huà)文就是：公元1056年三月，北宋的皇家天文臺(tái)（司天監(jiān)）在金牛座（天關(guān)）方向發(fā)現(xiàn)了一新星（客星）亮度與金星（太白）相當(dāng)，發(fā)出紅白色（赤白）的光芒，持續(xù)了二十三天后才暗下。

這個(gè)《宋會(huì)要》中記載的“天關(guān)星”，就是創(chuàng)造了蟹狀星云的那個(gè)神秘事件的真面目。

在古代西方天文學(xué)文獻(xiàn)中，天狼星經(jīng)常被描述為紅色，這顯然是錯(cuò)誤的，可能古代西方人把大角星誤為天狼星，但是在《史記·天官書(shū)》中明確地說(shuō)：“白比狼?！薄稘h書(shū)》《晉書(shū)》都是這樣記載的，也就是說(shuō)中國(guó)典籍中，天狼星始終是白色的，至此，天狼星顏色問(wèn)題的國(guó)際論證在中國(guó)古代典籍里就可以畫(huà)上句號(hào)。

中國(guó)古代的天文學(xué)值得驕傲，根據(jù)江曉原、汪小虎《中國(guó)天學(xué)思想史》一書(shū)的統(tǒng)計(jì)，比如上述新星和超新星的記載，中國(guó)古代有一百余次，日食記錄一千六百余項(xiàng)，月食記錄一千一百余項(xiàng)，月掩行星記錄二百余項(xiàng)，彗星記錄一千余項(xiàng)，流星記錄四千九百余項(xiàng)，流星雨記錄四百余項(xiàng)，隕石記錄三百余項(xiàng)，太陽(yáng)黑子記錄二百七十余項(xiàng)，極光記錄三百余項(xiàng)。

這些記錄在世界天文學(xué)遺產(chǎn)中都是首屈一指和最為完備的，但是我們的問(wèn)題也是顯而易見(jiàn)的，對(duì)此，王爽有清醒的認(rèn)識(shí)，這種完備的記錄數(shù)據(jù)往往沒(méi)有隨之而來(lái)的科學(xué)解釋?zhuān)热绻?054年，北宋仁宗皇帝一個(gè)最寵愛(ài)的貴妃死了，所以司天監(jiān)官員就不敢把超新星這件事上報(bào)朝廷。因?yàn)閾?jù)古代的觀星理論，客星都是大兇之兆。司天監(jiān)的官員怕仁宗皇帝把天關(guān)客星和貴妃之死聯(lián)系在一起，從而遷怒于他。一年后，北宋的敵國(guó)契丹國(guó)皇帝駕崩，人們才恍然大悟，原來(lái)這顆“天關(guān)客星”把這個(gè)敵人克死了。這是多么可笑！

還有，天文學(xué)在中國(guó)古代多半是皇家的學(xué)問(wèn)，對(duì)于民間私藏天文著作、私習(xí)天文，歷朝都頒布過(guò)許多嚴(yán)厲的禁令。《唐律疏議》卷九：“諸玄象器物、天文圖書(shū)、讖書(shū)、兵書(shū)、《七曜歷》、《太一雷公式》，私家不得有，違者徒兩年。私習(xí)天文者亦同?！彼翁趯⑷珖?guó)三百名私習(xí)天文者拘送京師，除錄用于司天臺(tái)外，其余全部“黥面流海島”，而《萬(wàn)歷野獲編》卷二十《歷法》也記載：“國(guó)初，學(xué)天文有厲禁，習(xí)歷者遣戍，造歷者死。”

如果天文學(xué)的認(rèn)識(shí)水平和禁錮如此之嚴(yán)厲，天文學(xué)又怎么能發(fā)展，因此，我們古代的記錄只能成為西方天文學(xué)的參考資料，不能成為原創(chuàng)性的發(fā)現(xiàn)，最終使我們?cè)谔煳膶W(xué)上與西方的差距越來(lái)越大。好在我們今天再也沒(méi)有這么多清規(guī)戒律，正在迎頭趕上西方。我們的宇宙飛船已經(jīng)登月，我們的火星探測(cè)器也已登陸火星。筆者從去年開(kāi)始，嘗試將觀星結(jié)合到文學(xué)課程中，大學(xué)生對(duì)北斗七星和天狼星這些出現(xiàn)在文學(xué)經(jīng)典中的星宿居然可以通過(guò)肉眼一一仰望，都非常激動(dòng)。這種對(duì)接很重要，而科學(xué)的認(rèn)識(shí)更重要，從這個(gè)意義上說(shuō)，讀讀王爽的《穿越銀河系》非常有必要。