站在巨人的肩膀上，探索宇宙

凭着天赋五官，人类开始探索宇宙的浩瀚，并称这趟奇幻之旅为科学。

——埃德温·哈勃

纵观整个人类历史，科学家一直在努力地理解我们在夜空中所看到的一切。许多著名的天文学家都在不同的程度上，为我们打开了理解天空的视角。几个世纪以来，从地球为宇宙中心的地心说观点，到发现宇宙正在加速膨胀，我们的宇宙观不断地发生着天翻地覆的改变。在这个发现的历程中，有许多天文学家做出的傲人的成就，今天，让我们站在这些巨人的肩膀上，探索宇宙。

（图片来源：Karl Tate，space.com）

当大多数人认为世界是平坦的时候，著名的希腊数学家、天文学家和地理学家埃拉托斯特尼（Eratosthenes, 276 - 195 B.C.）利用太阳来测量圆形地球的直径。他测量的39,690公里与地球的实际直径只相差了340公里。

在古希腊时代，天文学家、数学家克罗狄斯·托勒密（Claudius Ptolemy, A.D. 90 - 168）建立了一个以太阳、恒星还有其他行星都围绕着地球旋转的太阳系模型，即托勒密的地心说。尽管它推翻了地是平的这一错误认知，但这个理论本身也错误的存在了数百年的时间。后来人们认为：“托勒密代表的是整个希腊天文学知识系统的缩影。”

△ 托勒密的地心说模型。（图片来源：Bartolomeu Velho, Public Domain）

以阿左飞（Azophi）这一名字为人知晓的波斯天文学家阿卜杜勒-拉赫曼·苏菲（Abd al-Rahman al-Sufi, 903 - 986），第一次观测到银河系以外（即仙女座星系）的一群恒星。

到了16世纪的波兰，天文学家尼古拉斯·哥白尼（Nicolaus Copernicus，1473 - 1543）提出了一个涉及地球围绕太阳旋转的太阳系模型，即日心说。虽然他的模型并不完全准确，因为当时的天文学家对火星时而出现的逆行感到困扰，但这并没有阻止一些科学家开始改变对太阳系的看法。

△ 哥白尼。（图片来源：Public Domain）

基于丹麦天文学家第谷·不拉赫（Tycho Brahe,1546 - 1601）对行星路径的进行的详细测量记录，约翰内斯·开普勒（Johannes Kepler 1571 - 1630）确定了行星围绕太阳旋转的轨迹不是圆形，而是椭圆。同时，他也提出了关于行星运动的三大定律。然而，当时封闭的思想环境让开普勒的工作面临危险。

开普勒生活的时代正是思潮动荡的时期，宗教领袖不愿意放弃他们对天堂的看法。由天文学家提出的天空是在非圆形轨道上运动的星体这种说法，有悖了地心说模型且威胁着他们心中的信仰，因此，开普勒和他的第一任妻子芭芭拉创造了一系列暗号来互通信件，避免他们面临因信件而遭受迫害的危险。

△ 开普勒的一生。（图片来源：JEFFREY PHILLIPS/COSMOS）

伽利略·伽利莱（Galileo Galilei, 1564 - 1642）生于意大利，他经常被认作为是创造了光学望远镜的人，事实上他做的是在已有模型上的改进。他在1609年制造了他的第一台望远镜，模仿了在欧洲其他地区制造的有三倍放大倍数的望远镜。在同年后期，他制作了一个可将物体放大二十倍的望远镜。

伽利略将自己新发明的观测工具瞄准了天空，并发现了四颗木星的主要卫星（现在被称为伽利略卫星），以及发现了土星环。尽管是哥白尼提出了日心说模型，但经历了很长的时间才被人们广泛接受。在开普勒计算出行星的轨迹后，伽利略是日心说的主要拥护者。他在晚年也因此遭遇软禁。

△ 伽利略。（图片来源：NASA）

同样是来自意大利的天文学家乔凡尼·卡西尼（Giovanni Cassini，1625 - 1712）测量了木星和火星旋转一周需要多久。他也发现了土星的四颗卫星和土星环之间的缝隙。为了纪念他，NASA于1997年发射了以他命名的太空探测器，前往土星对其大气、光环和卫星进行考察。

光的本质是什么？这个简单的问题困扰了科学家数百年，来自荷兰的克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens，1629 - 1695）是最早提出揭示光的本质的理论的科学家。他对望远镜的改进使他第一次识别出了土星的光环，之后还发现了土星的卫星——泰坦（土卫六），并且观测到了猎户座星云等。

1667年，艾萨克·牛顿（Sir Isaac Newton，1643 - 1727）在经历了20年的思考、实验研究、大量的天文观测和无数次的数学演算，终于出版了他的旷世之作《自然哲学之数学原理》。在书中，牛顿阐述了万有引力和运动定律，并详细地推导了这些定律导致的后果。牛顿的思想受到了哥白尼、伽利略、笛卡尔、培根、洛克和摩尔等人的影响，因此他曾说“如果说我看得比别人更远些，那是因为我站在巨人的肩膀上。”

△ 为了庆祝剑桥大学图书馆600周年，图书馆展出了这本牛顿珍藏的初版《自然哲学的数学原理》，书中有牛顿的注解和修正。（图片来源：剑桥大学图书馆）

牛顿的合作者爱德蒙·哈雷（Edmond Halley，1656 – 1742）研究了在1456、1531、1607和1682年夜空中出现的彗星后，得出一个结论：这几次出现的彗星是同一颗彗星。他也预言了该彗星会在1758年再次回归。尽管他没有等到彗星回归的日子，但他被证明是对的，而该彗星也被称之为“哈雷彗星”。

法国天文学家查尔斯·梅西耶（Charles Messier，1730 - 1817）制作了一张当时已知为“星云”的天体的数据库。在数据库中的天体都有相应的编号，比如M31代表了仙女座星系。他一生中还发现了13颗彗星。

英国天文学家威廉·赫歇尔（William Herschel,1738 - 1822）收编了超过2500个深空天体。他也发现了天王星和它的两颗最明亮的卫星，两颗土星的卫星，以及火星冰帽。他也训练了自己的妹妹卡罗琳·赫歇尔（Caroline Herschel，1750 – 1848）成为天文学家，是第一位发现彗星的女性，并在一生中发现许多其它彗星。

△ 亨丽爱塔·斯万·勒维特。（图片来源： Harvard College Observatory）

亨丽爱塔·斯万·勒维特（Henrietta Swan Leavitt, 1868 - 1921）是在哈佛大学当“人工计算机”的女性之一，她的工作是在相片底片上识别变星（Variable Star）的图像。她发现一颗有着特殊闪光被称为造父变星的亮度与其脉冲频率有关。这一发现使得天文学家可以计算恒星间与星系间的距离、银河系的大小以及宇宙的膨胀。

在阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein，1879-1955）提出新的引力理论的不久后，他将自己的理论运用在宇宙学的研究上，并得到了出乎意料的结果。他发现我们的宇宙是不稳定、随时间演化的。在1917年的一篇论文中，为了使宇宙保持静止，他在自己的方程中引进了“宇宙学常数”，现在有许多物理学家认为该常数与神秘的暗能量有关。爱因斯坦在1917年发表的论文无疑是现代宇宙学的开篇。罗伯特·奥本海默（Robert Oppenheimer）曾在1966年发表的一次演讲中说：“爱因斯坦是一位物理学家，一位天才哲学家，是我们时代最伟大的人物。”

△ 爱因斯坦在1917年发表的论文被标记为现代宇宙学的诞生。（图片来源：Albert Einstein）

在美国天文学家埃德温·哈勃（Edwin Hubble，1899 – 1953）登场之前，人们普遍认为银河系就是整个宇宙。当时，天文学家对夜空中观测到的“螺旋星云”（比如仙女座星系）的本质的看法存在着分歧，并引发了一场大辩论。以哈罗·沙普利（Harlow Shapley，1885 - 1972）为首的一派认为螺旋星云不过是银河系内的气体云。而以希伯·柯蒂斯（Heber Curtis，1872 - 1942）的一派则认为它们远在银河系之外。在那场大辩论的最后投票中，沙普利获得了更人的支持。

然而，沙普利只是赢得了一时。哈勃在基于勒维特的工作上，计算了仙女座星系中造父变星的距离，强有力的证明了仙女座星系的确是在银河系之外。后来，哈勃不仅对星系进行了分类，还找到了宇宙膨胀的证据。当哈勃的观测证实了我们的宇宙并非静止的时候，爱因斯坦拜访了在威尔逊的他，并称自己对方程的修正是这一生犯过最大的错误。

弗兰克 · 德雷克 （Frank Drake，1930 - ）是寻找地外智慧生物的先驱者。他是搜寻地外文明计划（SETI）的创始人之一。1961年，他提出了著名的德雷克方程，依赖于一些列的未知量（比如银河系内恒星形成的速率；恒星有行星的可能性；位于可宜居地带行星的平均数等等。），他估算了在银河系内可能存在其它先进文明数量的方程式。

△ 在这张照片中，地球看起来像是一粒悬浮在阳光中的点，大小不超过0.12个像素，因此科学家将我们的家园称为“暗淡蓝点”。（图片来源：NASA）

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