17 世紀天文學家,如何以望遠鏡測繪首幅月球地圖?

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波蘭畫家 Daniel Schultz 於 1677 年所畫的赫維留肖像(局部)。 圖片來源:Universal History Archive/UIG via Getty Images

中國嫦娥四號月球探測器,日前報稱成功著陸月球背面,再次牽起國際科學界對月球探測的討論。在當今先進科技的協助下,人類對月球地理認知日漸充實,但原來早在 370 多年前的 17 世紀,波蘭天文學家赫維留(Johannes Hevelius)已單憑在家中自製的望遠鏡,詳細測繪出月球上連綿起伏的山脈、凹陷不平的隕石坑,結集成人類史上首部月球地圖集「月圖(Selenographia, sive Lunae descriptio)」。

從啤酒廠家到天文學家

格但斯克聖嘉芙蓮教堂附近的赫維留雕像。 圖片來源: [email protected]/Wikimedia Commons

根據美國科普作家 Elizabeth Landau 介紹,赫維留生於 1611 年的波蘭港口但澤(Danzig),即今日的格但斯克(Gdańsk)。在格但斯克的聖嘉芙蓮教堂(St. Catherine’s Church)附近,如今仍然矗立一個雕像,刻劃出一位留著尖鬍子的男人,手持舊式天文儀器獨對著天空,那人正是赫維留。

赫維留家族從事釀酒業,19 歲在荷蘭萊頓大學(Universiteit Leiden)攻讀法律,畢業後依據父親意願,於 1634 年重返但澤繼承父業,其後更平步青雲,晉身市議員及市長。然而,在兼顧生意和公職之餘,在天文學老師 Peter Krüger 鼓勵下,赫維留重燃了年輕時對天文學的熱誠,最終把餘生都奉獻給天文研究,使他成為繼哥白尼以後,下一位劃時代的波蘭天文學家。

1641 年,赫維留把從商賺取的資金,投放在天文學探究上,他一邊廂採購歐洲的頂尖天文學儀器,另一邊廂憑著天分,自製天文探測工具,在三座毗連的物業天台上,自行建造一座小天文台,稱作「星之堡(Star Castle)」。這是當時歐洲最重要的天文台之一,無數學者慕名而至,著名的天文學家哈雷(Edmond Halley)亦是座上客,專程由英國遠赴波蘭與赫維留會面。但真正使赫維留名留青史的,必定是他測繪月球地圖的創舉。

凝望穹蒼的「猞猁之眼」

為了精確繪測月球的地理特徵,赫維留每晚拿著天文儀,在天台上獨對穹蒼,度過無數漫漫長夜,每當晨曦初現,便憑著記憶把細節雕刻在銅板上。其居住巴黎的天文學友人 Peter Gassendi 看過了草圖後讚嘆不已,鼓勵赫維留必須完成計劃:「你擁有如此天賦的銳利眼睛,足以堪稱『猞猁之眼(Eyes of a Lynx)』。」

最終赫維留花了 5 年時間測繪,1647 年正式出版「月圖」。赫維留並非測繪月球的第一人,伽利略(Galileo Galilei)和哈里奧特(Thomas Harriot)亦曾有所貢獻,但「月圖」鉅細無遺的程度,超越了前人成就,而且具備藝術元素,因而被公認為人類史上首幅月球地圖,意大利天文學家 Niccolò Zucchi 亦曾向教宗呈示「月圖」的複印本。

「月圖」中橫跨兩頁的大月球地圖。 圖片來源:Wikimedia Commons

「月圖」收錄了近 40 幅版畫地圖,展示月亮圓缺下的細緻變化,原來月球表面特徵,每晚都有些微差異。書中有一幅橫跨兩頁的月球地圖,四個角落各畫有兩位天使,有的以望遠鏡對準月球,有的正撰寫筆記,有的正在手持著測量儀。歷史學家 Albert Van Helden 和 Mary G. Winkler 便形容,「月圖」集當時天文測繪藝術之大成。

赫維留又為月球表面的地景命名,按照地球的地理特徵,劃分大陸、島嶼、海洋、海灣、岩石、沼澤、濕地,但這套命名系統很快被淘汰。1651 年天文學家 Giambattista Riccioli 和 Francesco Maria Grimaldi 出版的新月球地圖,便在赫維留基礎之上,簡化月球地景命名,成為 18 世紀的通用命名方式。只有少數赫維留的命名沿用至今,譬如月球上的阿爾卑斯山脈(Alps),但赫維留的貢獻不能就此抹煞。

「月圖」只算是赫維留天文研究的起點,他畢生測繪的星圖,涵蓋超過 1,500 個星體,研究員以現今的先進測量技術,比照赫維留測繪的星圖,發現兩者實質相差不遠。

赫維留妻子 Elisabeth 同樣功不可沒,她與赫維留年紀相距最少 35 年,她在「月圖」出版當年出生,對天文學同樣懷有熱誠,扶助赫維留完成晚年的研究工作。有版畫便刻繪二人合力操作六分儀的情景。

1679 年 9 月 26 日,當赫維留夫婦不在家期間,車夫不慎「在馬厩內留下一支點燃的蠟燭,令整座大樓起火」,所有天文儀器、手繪和筆記毀於祝融,女兒 Katharina 僅挽救了 Catalogus Stellarum Fixarum 的手繪本。赫維留在 1687 年離世後,其畢生研究成果在遺孀協助下,於 1690 年出版成書 Prodromus Astronomiae,當中命名了數十個新星座,天貓座(Lynx)便一直沿用至今。

赫維留夫婦如今合葬於聖嘉芙蓮教堂,他當年興建的天文台已不復存在,其長居的但澤城經歷第二次世界大戰更毀於一旦,90% 建築物被夷為平地,可幸當地政府依照 1793 年的舊城原型重建,令老城區重現昔日光彩。