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伽利略用望远镜到底看到了什么？07

Masir 科学羊 2024-03-30
本系列文章预计会有10+个章节，这套文献将系统讲述物理学本身，这里是第八季第07篇
本文较长，预计阅读7min--


首图为伽利略著作《星际信使》的扉页

大约10个月前，我听说某个佛兰德人制造了一个小望远镜，观察者可以通过这个望远镜清晰地看见距离眼睛很远的物体，仿佛它就在眼前。有些人相信这种非凡的体验，有些人拒绝承认。几天后，可敬的法国人雅克·巴多韦尔从巴黎来信，证实了这一传闻，这使我全心全意地去研究类似仪器的发明方法。我很快就发明出来了，遵循的是折射的基本原理。
——《星际信使》*伽利略

接上篇，我们知道伽利略在力学领域确实获得了丰厚的实验成果，但他为科学做出的最重要的贡献反而是天文学方面的。今天我们讲讲他在天文学方面的进化。

说起那个时代的天文学，我们第一时间想到的当然是哥白尼的日心说。因为在那个教会主导的社会，地心说和亚里士多德世界观占领了所有人的灵魂意识。

夸张点说支持日心说或者反对地心说，其实教会还是会睁一只眼闭一只眼，但是如果公开反对，以及亵渎教会，下场就像布鲁诺那样被活活烧死！

可是，科学的真理永远都会在时间长河中涌现...

1609年，伽利略将自己的研究转向遥远的天空。在这之前，他实验都是集中在我们上几节阐述的物体朝地球中心坠落的问题上，而从这一年开始，他把注意力转向了天空。

接下来我们仔细理理，伽利略的这场天体冒险是如何展开的。


一切源自一个小小的望远镜




1608年末，伽利略的威尼斯朋友保罗·萨尔皮听说有人发明了一种小型望远镜。这种在荷兰发明的光学小仪器可以使远处的物体看起来更近、更大。

萨尔皮意识到这种仪器可能会有些有趣的应用，于是他提醒了伽利略。

大约在同一时间，伽利略写信给巴黎的一位朋友，询问这个传闻是否属实。后来我们从伽利略的著作《星际信使》中得知这是真的...

后来我们知道，伽利略是第一批将望远镜用于天文学观察的人之一。

望远镜的升级

望远镜到善于做实验的伽利略手里之后，他经历了试验和错误，发现在铅管里放入镜片（一头是平凹的，另一头是平凸的）就能很容易获得放大3~4倍的图像。

威尼斯在当时是一个野心勃勃的海上强国，伽利略立即意识到，这种设备让他与威尼斯的元老院谈判工资时能够讨价还价。（用他的话说：“这种设备在威尼斯的所有商业活动中，在海洋或陆地的一切事业中，都具有不可估量的价值。”）（当时的伽利略还是很穷，希望能得到更多的报酬，另外当时也还未得到美第奇家族的资助）

因此，他迅速着手学习如何打磨更高质量的镜片，并且尝试不同尺寸的镜片和不同的放置距离。

令人惊讶的是，在不到三周的时间里，他就带着一台8倍望远镜来到威尼斯，准备经由萨尔皮向威尼斯的决策者们展示他口中的“透视镜”（perspicillum）。

伽利略的望远镜能比肉眼更早看到远处的船，这让元老们印象十分深刻。

1609年底，伽利略的研究突飞猛进。仅在当年12月和次年1月，伽利略惊天动地的发现可能就比科学史上的任何一人都多。

除此之外，他在1609年11月还想出进一步改良望远镜的方法，让它能够放大15倍。1610年3月，他的望远镜已经改进到可以放大20倍以上了。

他将改进后的设备对准夜空，从观测月球表面开始，到辨析银河中的恒星，再到对木星的卫星产生革命性发现。

等他掌握了这些真正令人惊奇的发现后，他就决定立即发表出来，担心其他天文学家可能会抢先公布他已确证的重大真相。以下是伽利略具体的发现，我们做以简易了解。

月球上的山峰

（伽利略的月球水墨画，这是他通过望远镜看到的月球） 

伽利略是首先将望远镜用于观察月球地表特征的人之一，所观察的地表特征包括山峰、平原以及我们现在所说的月坑。

从某种程度上说，这些特征可以用肉眼观察到，伽利略之前的人曾经推断月球上有山峰，但只有在望远镜的帮助下人们才能看清这些地表特征的细节。

月球上有山峰这样的地表特征并不能直接证明地球围绕太阳运动。

事实上，这一观察结果之所以对地心说与日心说之争有一定影响，原因在于它破坏了亚里士多德世界观中宇宙整体的样子。

回忆一下，在亚里士多德世界观中，天空中的物体仅由以太组成，这一点成为亚里士多德世界观解释天体运动的关键点。

因此，如果月球像是一个巨大的岩石体，且在外观上与地球有很多相似之处，那么这就很清晰地证明了亚里士多德世界观中“天空中的物体都由以太组成”的观点不可能正确。

太阳黑子

伽利略同样是第一批用望远镜观察太阳黑子的人之一。

太阳黑子是在观察太阳的时候会出现的一些黑暗区域。人们不能直接用望远镜来观察太阳，因为这样做会使视网膜受到伤害，但是可以通过往纸上投影的方式来观察望远镜里太阳的图像。伽利略用这种方法来观察太阳黑子。

土星的光环或“耳朵”

伽利略关于土星的证据所带来的结果，与关于月球和太阳的证据相似。

伽利略是第一个观察到土星有时会有边缘凸出现象的人，这个凸出的边缘看起来就像把手或耳朵。

现在我们知道伽利略所观察的就是土星光环，尽管他所使用的望远镜解析度并不足以看清光环，而只能看成是土星边缘的凸起。（后来又过了半个世纪，这个凸起才被正确地假定成围绕土星的一个环形结构。）

同样地，这个数据表明了亚里士多德世界观的又一个小瑕疵。

回忆一下，天体由以太组成，以太的天然形状就是正球体，因此由以太组成的行星一定也是正球体。伽利略的观察结果则表明土星并不像亚里士多德世界观所预期的那样是正球体，月球和太阳也不是。

这就是物理学的进化，以小见大！

木星的卫星

在伽利略的望远镜可以观察到的所有现象中，木星的卫星很有可能是观察起来最让人愉悦的。通过望远镜，伽利略观察到了四个小亮点，它们围绕在木星周围，位置随时间而变化，伽利略正确地推断出这四个小亮点是围绕木星运转的卫星。

伽利略把木星的卫星命名为“美第奇星”，用来向美第奇家族致敬。

伽利略花了很多时间来仔细观察木星的卫星，绘制出它们的位置，并确定这些卫星确实是围绕木星运转。这也是一个无法与亚里士多德世界观简单拼合在一起的证据。

金星相位

伽利略就是第一个发现金星相位的人。

恒星

通过望远镜，伽利略发现除了肉眼可看见的恒星，还存在其他无数恒星。

这至少意味着宇宙很可能比之前猜想的大得多，甚至有可能无限大，其中包括无限多的恒星。

伽利略本人并不支持这个观点，然而，在接下来的几十年间，“宇宙可能很大，甚至无限大”的观点占据了主导地位，而伽利略的发现，也就是宇宙中还有数量众多的恒星，可以与这个关于宇宙的新观点拼合在一起...

总结：

很明显，我们现在所知道的很多真理，不知道经过了几代人的努力。你说这都是常识，但是常识是我们这个时代最容易忽略的东西。

就好比，从你出生开始，桌子上就有个茶杯，茶杯成了固化一种存在...，其不知谁都不知道这个茶杯是什么时候放在哪里的。茶杯是谁制造的，谁设计的....

好，今天就先这样~

Masir - 2022/12/25

于 东莞

祝幸福~


参考文献:

1.《世界观》

2.《伽利略传》

部分图片来自网络


最后，祝大家身体早日康复


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