讀書筆記——從1到無窮大，從兩隻眼睛到哈勃望遠鏡

前面說到《從1到無窮大》是本很有意思的書。

這本書的第二部分講述的是時空相對，這部分對讀者的思維能力略有要求，以後有時間再來介紹。

第一部分爲了給後面的時空相對加以解釋，介紹了一些平時用不到的數學知識。本人這方面的數學能力一向很差，加上文中某些數學證明不夠嚴謹，還有一些成書時未能證明的著名數學命題在今天已經得到證明，總而言之有些瑕疵，等實在是閒得有時間的時候再來介紹。

第三部分介紹微觀世界，比較有意思的是介紹人們對原子核內結構的逐漸認識，後面關於細胞方面的還提到了孟德斯鳩遺傳規律，這就有點讓今天我們的高中生笑掉大牙了。

第四部分介紹宏觀世界。這個部分在我平時看到的科普文章中很少提到，提到了也說的不是很清楚明瞭。有另外一本老的科普讀物，是中科大方勵之教授組織編寫的，名字可能叫《天體....科普》之類，售價不超過0.3元，年代久遠，述說清楚，是本好書可以一讀。

扯遠了，還是回到我的題目，《從兩隻眼睛到哈勃望遠鏡》上來。

大家都知道我們人類有兩隻眼睛，不但如此，大部分我們常見的動物都有兩隻眼睛。爲什麼是兩隻眼睛，不是一隻眼睛呢？這個相信好些人知道，一隻眼睛只能感覺到光線的方向，感覺不到物體的距離；兩隻眼睛雖然各自只能感覺到光線的方向，但是由於兩隻眼睛之間有一定距離，可以感覺到同一個物體來的兩束光線之間的夾角，根據這個夾角，憑經驗可以得到物體到眼睛的距離。

這裏一個重要的概念是“測量基線”，就是指兩眼之間的距離，距離越大，同一個距離上的物理產生的兩束光線夾角越大，測量也就越準確。所以說兩眼間距大的人，在這方面天生的能力就強一些。據說史上某個強大的存在“眉間尺廣”，若是真的兩眼間距有一尺，估算物體距離的能力必然是大大強於常人，不知道在其戎馬一生的生涯中，這種能力是不是曾經幫過他的大忙。

當然，人的眼睛是不可能間距太大的，這就決定了我們憑藉裸眼不可能分辨出距離很遠的物體。藉助種種光學儀器，可以間接的“放大”人兩眼的距離，使我們觀測的更遠。比如我們常見的雙目望遠鏡，軍用潛望鏡，就把人的兩眼距離從不超過10公分放大到10公分以上。在這本書中就提到了雷達出現之前，海上軍艦上使用的一種測距儀，從示意圖上來看，兩個物鏡的距離大概有2M左右。

我們暫時把話題轉移到人們對地球的認識上來。這本書中提到亞里士多德認爲地球是圓的，他舉了兩個例子，船離開港口的時候，首先看不見的是船體，然後桅杆才逐漸消失，這就說明洋麪不是平的，而是彎曲的；月食實質上是地球本身被太陽照射產生的影子恰好投射在月球上，月食時看到的影子是圓的，這就證明地球本身也是圓的。雖說亞里士多德遺留了種種錯誤的觀念極大的誤導了後人，不過還是得承認他還是很偉大的。

雖然這個論證的過程從今天的角度來看幾乎是無可辯駁的，但是在當時的卻不能被廣泛接受，因爲人們無法想象，如果地球是圓的，地球的另外一頭的人，難道不是頭朝下活着麼，他們不會掉到天空去麼？水不會流到天空去麼？那麼我們千百年來爲什麼沒有觀測到洋麪的下降呢？

直到偉大的大航海時代到來，哥倫布和麥哲倫完成了環球航行，這才實證了地球是圓的，人們不得不接受這個事實。而地球那邊的人和水爲什麼沒有流到天空去，也由牛頓爵士的萬有引力定律解釋。

自從亞里士多德認定地球是圓的開始，就不斷的有人用各種辦法測量這個球體的半徑有多大。這本書裏提到的早期測量地球半徑的人是公元前三世紀古希臘的埃拉脫色尼同學。這位埃同學聽有個地方夏至的時候，正午太陽直射的時候，凡直立的物體沒有影子，這個地方叫賽恩城；而他們家居住的亞歷山大里亞城，同樣是夏至同樣是正午直射，直立的物體還是有影子。他假定地球是個規則的球體，測出夏至正午物體的影子是7度，在加上兩個城之間的距離是500公里，經過一串漂亮的數學運算，就估算出地球的圓周大約是40，000公里。真是個偉大的運算，這一次，古代的科學家通過500公里的測量基線，測定了地球子午線。我依稀記得中國歷史上有個一行和尚也測過子午線長度，查了查生卒，683～727，比起這個來年代要晚許多。不過似乎規模也似乎要大許多。雅虎知識堂裏面說“一行和尚....歷史上第一次測出子午線”云云，前面那個埃同學的估算要早大概1000年吧。中國人不就是發明了四大發明麼，有什麼好臭屁的。

自從天文學家們利用500公里的測量基線成功測量出地球子午線長度後，隨着測量計算手段越來越強勁，這幫人的野心也不斷擴展。他們要測地月距離，要測地日距離，要測最近的恆星的距離，要測整個銀河系的半徑。

地月距離，本質上是在精確測量大地之後，選兩個相距幾百公里的望遠鏡，精確的調教方向和時間以後，兩個望遠鏡瞄準月亮的同一邊緣，就可以測的出來。

地日距離有點麻煩，日照太強的時候，望遠鏡里根本看不見太陽的邊緣在哪裏；日出日落的時候，太陽的邊緣因爲大氣散射的緣故難以確定。不過有這個“日食”現象存在，天文學家逮到了機會。所以那些年，每到日全食，全世界的天文學家攜帶着笨重而精確的設備，千里迢迢坐船坐火車去日全食發生的地點，不是去旅遊，人家有崇高的事業。

好了，太陽系內的距離，我們已經測的差不多了。太陽系外呢？似乎我們的測量基準太小，就算以地球的兩端擺上兩個望遠鏡，這個距離也不足以測定恆星離我們的距離了。難道這些頑強的天文學家就此罷休了麼？不，他們找到了更大的尺子。根據前面地日距離的測量，天文學家知道了地球繞日一週軌道的直徑。這個尺子比地球直徑要大具體多少倍我不知道，數量級上大概差5個吧。當然這個測量也不容易，第一次測量要在遠日點，第二次在近日點，再來一回遠日點，一年就過去了。不過對狂熱的天文學家來說，這又算得了什麼呢？

1938年，德國天文學家貝塞爾（Friedrich Wilhelm Bessel）就這麼幹了。開始很不幸，比較不出所選的星星位置有什麼差異，後來很幸運，天鵝座61的位置稍有不同。再過了半年，天鵝座61又回到了原來的位置，OK，這個星星離我們的距離可以測量出來了。再次經過偉大的運算，天文學家推算出這顆星星離我們的距離比地日距離要大5個數量級，差不多是11光年。

好，接下來我們說說遠望號和神舟六號。大概80年代的時候我們就有遠望號了。這是個科學測量船，它的好處是可以離開我們測量基地——比如說南京紫金山天文臺——足夠遠。這樣，南京天文臺和遠望號就是兩個眼睛，用這兩個眼睛我們就可以計算好些東西的距離、速度，比如咱們發射的衛星啥的。後來要上神舟六號了，這個對測量精度的要求更高，所以我們老聽說神舟六號的幾大工程裏面有個VLxxx，這個就是極大的望遠鏡，印象裏是個三角測量，大約是北京上海和雲南三個地方在測量。

不過要論起來，現在在這方面比較牛的還是美國。在夏威夷，有個天文臺，他是兩個一模一樣的望遠鏡同時觀測同一個星體。這個望遠鏡的物鏡尺寸是全世界最大的級別，但是人家有兩個，觀測能力就比任何單一的這個級別望遠鏡要強。再說說哈勃望遠鏡，小的時候不懂，花那麼多錢，放一個望遠鏡到天上去做什麼，看星星在屋頂上不能看啊。現在才明白，人家那個擺脫了地球大氣散射的影響，可以看得更仔細。謠傳哈勃望遠鏡可以看到120億光年遠的地方，那個可是現在理論上我們能夠看到的世界的極限啊！