轮到第谷

伟大的丹麦天文学家第谷·布拉赫（1546—1601年）后来也加入到了哥白尼不声不响发起的革命中来。第谷是一位贵族，桀骜不驯，目空一切，从16世纪70年代中期到90年代中期的20年间，他独自一人控制着丹麦的汶岛，那是丹麦国王腓特烈二世（FrederickⅡ）赐给他的封地，连同岛上的村庄、农场和农民都归他所有。他在那里建造了两座豪华的大天文台，设备精良。一座叫乌拉尼堡（Uraniborg），即天堡；另一座叫斯特杰那堡（Stjerneborg），也就是星堡。两者合在一起，构成了一座当时最为宏大的科学城。第谷在那里还建有自己的印刷所、造纸作坊、藏书室和好几个金丹术实验室。作为一位活跃的金丹术士和占星家，他用占星术为他的赞助人和朋友算命，还向他们赠送金丹术药品。第谷在一次决斗中破相，失去了半边鼻子，装有一只非常显眼的假鼻。这位天堡的贵族随时带着逗乐的小丑和宠物，还经常有一批甘心当他助手的名流围着，因此一看就像是一位装模作样的新派法术师。第谷与继任的丹麦国王不合，于1597年离开丹麦接受了一个宫廷职位，在布拉格担任神圣罗马帝国皇帝鲁道夫二世（RudolphⅡ）的御前数学家。有一份资料说他是因尿急憋死的：有一次他在宴会桌上喝得太多，但又不好意思离席去方便一下，此后没几天就去世了。

第谷当然不会只有怪僻，他还是一位老练的天文学家，他知道自己的科学缺什么。在他科学生涯的早期，他确信完美的天文学有赖于对天空进行精确而持续的观测，就决心一生都要从事那样的观测工作。为此，他制造了许多刻度精细的供肉眼观测用的大型仪器，如墙象限仪和浑仪，在天堡和星堡总共大约有20架大型仪器。第谷的这种“大科学”搞法花费很大，他从政府得到的资助总共达到了王室岁入的大约1％。他还经常向人夸耀说，他的许多仪器单独一件的费用就比收入最高的大学教授一年的薪金还多。（同哥白尼一样，第谷的科学活动是在大学外进行的。）他的这些昂贵的大型仪器都有房屋遮蔽，不会受到风吹雨打，温度变化很小，固有误差得到精心测试和校正，而且还对大气折射进行了修正，第谷利用它们取得了从未有过的最精确的肉眼观测结果，精确度在某些情形甚至达到了5—10弧秒，常常能达到1—2弧分，而所有的观测都能达到4弧分。（1弧分是1°的1/60，1弧秒是1弧分的1/60；360°正好对应一个圆。）这样小的误差，表明其精度已经比古代天文观测的精度高出一倍，即使与后一个世纪有了望远镜以后的观测相比也毫不逊色。而且，第谷的观测数据让人称道之处不仅在于其精确性，还在于观测的系统性。第谷和他的助手们进行的是系统化的观测，一夜又一夜地坚持许多年连续不漏地积累起大量的观测资料。

第谷观测到的两个天文事件可以进一步说明他的天文学的特点。一个事件发生在1572年11月11日夜，第谷在离开他的金丹术实验室时，注意到在仙后座里出现了一颗“新星”（我们现在称其为超新星或爆发星），其亮度同金星差不多。那颗新出现的亮星闪耀了3个月。第谷通过严格测定它的视差，证明那不是一种发生在地球大气层内的现象，其位置也不在月亮以下的区域，而是在土星天球层之外。换句话说，那颗“新星”真的是一颗新的星星，尽管出现不久它又消失了。就这样，第谷以那项观测证明了天上也是变化不定的，从而向当时被广泛接受的西方宇宙论中最关键的一个信条提出了严重挑战。

图10.4　第谷和他的墙象限仪。16世纪的丹麦天文学家第谷和他的助手们之所以能够积累起大量非常精确的肉眼天文观测资料，是因为他们使用了一些大型仪器，如此图中画出的墙象限仪就是其中之一。在这幅著名版画中还可以看到第谷建造的其他研究设施，包括一个金丹术实验室。当时没有一所大学或者大学教授职位能够承担得起第谷从事的这些活动的费用。第谷依靠的是丹麦王室的巨额资助。

第谷在1577年观测到彗星，同样也证明那个现象直接违背了传统的天文学理论。同样是通过观测视差，第谷不仅证明了那颗彗星是在月亮上方运动的，而且还指出，它很可能还穿过了原来理论认为是携带着行星的那些水晶球层。换句话说，那些水晶天球现在被证明并不存在。至迟从公元前4世纪以来就一直支撑着西方宇宙论和天体动力学的那根支柱，就这样轰然坍塌了。于是，自第谷之后，天上剩下球的便只有人们所观测到的那些球体，即太阳、月亮、地球和其他行星。(https://www.daowen.com)

第谷的工作虽然对当时人们普遍接受的教条提出了挑战，然而他却根据他坚实的经验论据坚决反对哥白尼和日心说。他的经验论据最主要有两条：一条是没有观测到恒星视差；另一条是，根据他的计算结果，如果日心体系是正确的，那么，不动的恒星就应该位于离中心遥远到不可思议的距离，即为地球半径的7850000倍。日心体系中地球的周日运动在第谷看来也十分荒谬。他为此提出的反对地球自转说的新论据显然受到了军事革命的启发，他论证道：倘若地球在自转，那么，大炮向西（地平线升起）开炮就应该比向东（地平线下沉）开炮发射得更远，而这完全不符合事实。就这样，第谷本来也是一位新教徒，却站在了宗教方面来反对日心体系。

针对托勒玫和哥白尼天文学都遇到的那些重大困难，第谷于1588年提出了自己的体系。在第谷提出的地心体系中，地球仍然静止位于宇宙的中心，各个行星都环绕太阳运行，而太阳则环绕地球运行。他的这个体系有几个优点：不用本轮就成功地说明了行星的留和逆行，排除了运动地球导致的荒谬，保持了宇宙的传统大小，抛弃了水晶天球，而且该体系在数学上与其他体系一样严密。除了让地球保持不动以外，第谷的体系与哥白尼的体系效果一样，却没有哥白尼体系的那些缺点。第谷的这个体系虽然保守，却代表了好的科学。不过，这样一来，到16世纪时就同时存在着三种互相竞争的体系和研究思路——托勒玫、哥白尼和第谷；天文学就要爆发一场危机了。

图10.5　第谷体系。在第谷提出的宇宙模型中，地球位于宇宙的中心保持不动。太阳围绕地球旋转，而其他行星又围绕太阳旋转。第谷体系是一种好科学，它解决了当时天文学面临的许多难题，但却没有被广泛接受。