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，與他的《漫步太陽系》一樣，許多天文學家的故事都非常有趣。比如，1928年，美國人卡爾·詹斯基拿到了物理學學士學位，加入貝爾電話實驗室，他在公司得到的第一個任務就是調(diào)查自然界中有哪些可能會干擾電話信號傳輸?shù)臒o線電信號。為此，他建造了一個直徑一百英尺、高二十英尺的大轉(zhuǎn)盤，在轉(zhuǎn)盤上安了一個接收波長十四點六米的無線電波天線，在接下來的好幾個月的實驗中，他收集到一大堆自然界的無線電信號。這些信號除了雷暴外，就是一種周期性出現(xiàn)的神秘信號，它們是來自銀河系的中心。只有本科文憑，沒有任何天文學訓練的詹斯基歪打正著地成了“射電天文學之父”，我們后文所說的女子貝爾就是在詹斯基的基礎上發(fā)現(xiàn)了脈沖星，1995年，德國著名的天文學家根澤爾由此揭開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，這使我的閱讀過程充滿了快感。而且，在趣味性的同時，我們還能獲得很多知識，比如地球上的黃金是怎么來的。以前，我沒有想過這樣的問題，如果有人問我，我肯定會說，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，黃金的來源有兩個渠道。一是在大質(zhì)量恒星死后塌縮過程中，強大的引力把電子壓進了原子核的內(nèi)部，從而與質(zhì)子結(jié)合形成中子，這個恒星“中子化”的過程會制造一場中微子大爆炸，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，將會產(chǎn)生黃金，它隨著不斷膨脹的超新星遺跡向外擴散，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。二是兩個中子星合并，會比超新星爆發(fā)產(chǎn)生更多的黃金。原來，黃金并不產(chǎn)生于地球，它是宇宙間恒星演化的結(jié)果。這些知識在天文學家是基本的常識。但對于一般大眾，仍很新鮮，也有了解的必要。

在天文學的歷史上，我們會讀到不止一個殘疾人對這門學科的重大貢獻。如古德里克（1764—1786），他自幼聾啞，只活了二十二歲，卻在人類歷史上留下了偉大的第一流的科學發(fā)現(xiàn)。1782年11月12日夜晚，古德里克觀測到大陵五逐漸暗了下來，當它的亮度只有正常的亮度三分之一時又重新亮起來，直至復原。根據(jù)這一現(xiàn)象，這位當年才十八歲的年輕人得出一個石破天驚的結(jié)論：一定還有一顆暗得看不見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。古德里克又發(fā)現(xiàn)了兩顆變星，其中一顆就是中國古星名“造父一”。造父是西周時代人，駕駛馬車的能手。周穆王西巡狩獵，就由造父駕車，后來被中國古代天文學家作為星官的名字。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殘疾人、女性天文學家勒維特手里。

大陵五，英仙座第二亮星，西名Algol，意思是“妖魔”（因為其亮度的周期性變化），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中，若誰與美杜莎的魔眼對視，他立刻就會變成石頭。在中國占星系統(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。中國古代天文學家以大陵星官的明暗程度來判斷是否將有大喪。《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?！狈e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，同時也表明，早期的中、西天文學家都注意到這顆星的物理特性。

王爽的這本書不僅介紹了殘疾天文學家古德里克，還對另外兩位殘疾天文學家安妮·坎農(nóng)、勒維特進行了大書特書?！妒钦l打開了現(xiàn)代宇宙學的大門？》一節(jié)，介紹并歌頌勒維特。她出生于1868年，上學期間對天文學產(chǎn)生了興趣。1892年，她從拉德克里夫女子學院畢業(yè)。在畢業(yè)旅行中，一場大病使她聽力和視力嚴重損壞，其視力雖然后來有所好轉(zhuǎn)，但聽力隨后每況愈下，直至完全失聰。1894年，勒維特作為一名志愿者加入哈佛大學天文臺，后來成為測光部的負責人。這個部門的主要工作就是測量恒星的亮度，而勒維特承擔的一項具體任務是檢查大、小麥哲倫星云的照相底片，并在其中識別亮度發(fā)生變化的恒星，也就是變星。為了實現(xiàn)這一點，她會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變亮或變暗，就表明它可能是一顆變星。從1904年開始到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”、“造父變星的亮度與其光變周期成正比”。王爽對這一天文學史上的重大發(fā)現(xiàn)作了一個充滿詩意的比喻：“你可以想象一片被冰封了多少歲月的荒原，由于這句蘊含著巨大魔力的咒語，在眨眼之間就綻放出數(shù)以億計的美麗花朵。”十八世紀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半世紀，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算。

在勒維特的基礎上，第一學歷是小學的美國著名天文學家沙普利再出發(fā)，他希望找到除造父變星以外的其他標準燭光。最后，他盯上了球狀星團，對銀河系的球狀星團進行了大規(guī)模研究，并測量了幾十個球狀星團與地球之間的距離，他發(fā)現(xiàn)這些星團并非均勻地分布在太陽周圍，這一切表明太陽并不是銀河系的中心，統(tǒng)治學術(shù)界三百多年日心說的喪鐘就這樣敲響了。而勒維特這位偉大的女科學家在一個雨夜中離去時，她留下的遺產(chǎn)價值三百一十五美元，只夠買八條地毯。在她逝世的訃告中，她的同事梭倫·歐文·貝利這樣寫道：“她有著欣賞他人長處和可愛之處的美好性格，也有著充滿陽光的本性，對她而言，人生的一切都如此美妙又充滿意義?！彼膫ゴ蟪删秃凸廨x的品格在生前沒有給她帶來應有的回報，她甚至無法擁有一個自己單獨的墓碑，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候所受的待遇是不公正的，男女平權(quán)和實踐的思想雖然更多是開始于西方，但這一過程在西方也是艱難的，而許多杰出女性的努力無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，這是西蒙娜·波伏娃的觀點?？厕r(nóng)和勒維特沒有這樣說，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，為了使像坎農(nóng)和勒維特以及她自己那樣的女科學家得到公平，做了更多。

喬瑟琳·貝爾在大學時學的是物理，那時就聽到“女子學不好物理”的歧視性言論，為此，課堂上回答問題的她常常受到男同學起哄。本科畢業(yè)后，她加入劍橋大學天文系，師從天文學家安東尼·休伊什，由此開啟了她射電天文學研究的人生。開始，她不得不從事一些頗為繁重的體力勞動，包括為四千多個小射電望遠鏡架設天線，同時還兼職牧羊。這樣的生活持續(xù)兩年，她從一個見到男生起哄就臉紅的女生變成一個風里來、雨里去，既會架天線又會趕綿羊的女漢子。不僅如此，那個時候人們還不用計算機處理分析天文數(shù)據(jù)，導師們都是將觀測數(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)的枯燥無味的機械性勞作，給人毫無盡頭和毫無希望的感覺，但貝爾熬過來了。1967年8月6日，她發(fā)現(xiàn)了一個天體正在持續(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)另一個天體似乎發(fā)出同樣神秘的射電脈沖。為了確認這一事實，她把第二天的訂婚儀式拋在腦后。這是一個寒冷的夜晚，沒有空調(diào)的實驗室里，打印設備都被凍得停止工作。她修好了打印機，堅持到25日凌晨兩點，證實了這個天體發(fā)出的同樣是周期為一點二七秒的周期性射電脈沖，這個全新的天體就是脈沖星。1968年，休伊什團隊在《自然》上發(fā)文，宣布脈沖星的發(fā)現(xiàn)。1974年，這個發(fā)現(xiàn)獲得了諾貝爾物理學獎，但是，脈沖星的真正發(fā)現(xiàn)者貝爾卻在獲獎名單之外。貝爾這時成了一名家庭婦女，不得不隨著丈夫的工作四處漂泊，有段時間，她甚至已經(jīng)淡出天文學界?？梢哉f是男權(quán)社會的制度以及天文學界的不公，加上婚姻家庭的羈絆，迫使貝爾的人生如此暗淡。到了1993年，當貝爾和丈夫離婚，重返天文學界，她的職業(yè)人生又綻放出燦爛的光芒。2002年，她當選為英國皇家天文學會的會長;2008年，她成為英國物理研究所所長;2018年，她被任命為鄧迪大學校長。2018年9月6日，高達三百萬美元的科學突破獎公布，貝爾獲獎，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。但貝爾把三百萬美元悉數(shù)捐出，捐給一個旨在幫助女科學家職業(yè)發(fā)展的基金會，捐款時，她表示希望自己曾經(jīng)遭受的不公，不要在其他女科學家身上重演。

中國古代的天文學一度非常發(fā)達，而且有許多連西方都沒有的星象記載，誰都沒有想到，它會解決西方天文學的懸案。該書《人類怎樣揭開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)的蟹狀星云是中國十一世紀古籍記載的“客星”（新星）這一過程。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家關(guān)注的焦點。1928年，哈勃的測量結(jié)果表明，蟹狀星云的膨脹速度約為1500千米/秒。這樣一來，哈勃就成功算出蟹狀星云應該源于公元十一世紀的某個神秘的天文事件?，F(xiàn)在問題來了：“這個創(chuàng)造了蟹狀星云的神秘事件到底是什么？”破解這個難題的關(guān)鍵人物，是美國天文學家尼古拉斯·梅奧爾。

二十世紀三十年代，梅奧爾大幅改進了哈勃的測量結(jié)果：他用自己發(fā)明的新攝儀（拍恒星光譜的儀器），成功地把這個神秘事件發(fā)生的時間鎖定在十一世紀五六十年代。

確定了神秘事件發(fā)生的時間，下一步自然就是要把它找出來了。但問題在于在十一世紀，歐洲人根本就沒有進行天文記錄的傳統(tǒng)。梅奧爾翻遍了歐洲古籍，卻沒有找到任何關(guān)于這個神秘事件的線索。萬般無奈的梅奧爾選擇了向一個天文學界的大人物求助，此人就是荷蘭著名天文學家奧爾特。太陽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世界一絕的中國古籍里碰碰運氣。不過，梅奧爾和奧爾特都不懂中文。所以他們又拉了一個人入伙，此人就是荷蘭漢學家德伊文達克。這三個人對十一世紀中葉的中國古籍進行了地毯式搜索。最后，他們終于在一本叫《宋會要》的書中，找到了鎖定此神秘事件的決定性線索。

這本書里寫道：“嘉祐元年三月，司天監(jiān)言：客星沒，客去之兆也。初，至和元年五月，晨出東方，守天關(guān)，晝見如太白，芒角四出，色赤白，凡見二十三日。”

翻譯成白話文就是：公元1056年三月，北宋的皇家天文臺（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，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《宋會要》中記載的“天關(guān)星”，就是創(chuàng)造了蟹狀星云的那個神秘事件的真面目。

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

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

這些記錄在世界天文學遺產(chǎn)中都是首屈一指和最為完備的，但是我們的問題也是顯而易見的，對此，王爽有清醒的認識，這種完備的記錄數(shù)據(jù)往往沒有隨之而來的科學解釋，比如公元1054年，北宋仁宗皇帝一個最寵愛的貴妃死了，所以司天監(jiān)官員就不敢把超新星這件事上報朝廷。因為據(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，北宋的敵國契丹國皇帝駕崩，人們才恍然大悟，原來這顆“天關(guān)客星”把這個敵人克死了。這是多么可笑！

還有，天文學在中國古代多半是皇家的學問，對于民間私藏天文著作、私習天文，歷朝都頒布過許多嚴厲的禁令?！短坡墒枳h》卷九：“諸玄象器物、天文圖書、讖書、兵書、《七曜歷》、《太一雷公式》，私家不得有，違者徒兩年。私習天文者亦同。”宋太宗將全國三百名私習天文者拘送京師，除錄用于司天臺外，其余全部“黥面流海島”，而《萬歷野獲編》卷二十《歷法》也記載：“國初，學天文有厲禁，習歷者遣戍，造歷者死?！?/p>

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