又水逆了!但你知道水逆到底是怎麼一回事嗎?(下)

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Storyteller / 蓋瑞

從現代科學的觀點來看,行星逆行的方式並非是本輪與均輪的交互作用產生。但若要接受現代的解釋方式,古人們就必須捨棄掉信仰已久的「地心說」觀點、接納「日心說」。這中間的轉變,就是一段長而曲折的故事了,其中的關鍵人物之一,當然就是大名鼎鼎的哥白尼。

哥白尼與義大利

哥白尼出生於一個富裕的商人家庭,在他父親去世後,他的舅父接續照顧哥白尼的責任。舅父督促著年輕的哥白尼學習神學與法學,希望他未來能當神職人員。只是,哥白尼真正醉心的其實是天文學與數學,他在大學期間荒廢了神學與法學,讓舅父苦惱不已。

直到某天,舅父獲得了一個機會,能讓哥白尼到義大利深造。當時的義大利有別於其他地區,到處充滿文藝氣息,街上處處可見文人雅士以艱澀的拉丁語討論古典的文學與詩,也有一群人擁抱著古希臘時期的經典作品,勤奮的咀嚼著古希臘先賢的科學與哲學思維。舅父認為義大利活躍的學術氣息,應能鼓舞哥白尼好好進修。

事與願違,義大利當時的風氣,反而讓哥白尼有更多的管道去接觸他最愛的天文學與數學。他買了諸多經典的天文學著作珍藏,其中包含了托勒密的《天文學大成》,以及一些評論《天文學大成》的書籍。

在仔細的研讀過程中,哥白尼認識了托勒密的地心說體系,也發現有人抨擊托勒密的地心說,主要的抨擊證據來自月亮運行規律的預測不準確。托勒密當時為了解決月球運行的問題,將本輪均輪、以及偏心兩個概念做了非常繁雜的應用,雖然預測能力提升,但精度仍然有限,而且模型過於複雜。

富有科學驗證心態的哥白尼,在他有生之年剛好遇上幾次日食與月食,這些天文事件幫助他對日—月—地之間的幾何關係進行詳細的計算。他計算發現,托勒密模型對月球的描述並不正確。如果連離地球最近的月球都預測不準,遑論其他的星體呢?

來自亞里斯塔克的古老智慧

哥白尼滿幸運的,偶然找到古希臘時期亞里斯塔克的著作。他的著作中提出一種嶄新的概念:「宇宙的中心應該是太陽」。根據歷史研究,亞里斯塔克的概念來自更古老的畢達哥拉斯提出的「中心火」理論。我們先不在這過於詳述這些觀念的演進,概念上來說,畢達哥拉斯認為宇宙的中心是火,只是這「火」的概念本質與現代不同;到了亞里斯塔克時,他思考所謂的火代表的應該就是影響人類生活非常重要的太陽。

當時無論是畢達哥拉斯的中心火理論,或是亞里斯塔克初版的日心說,都仍是(以現代角度來說)哲學領域的討論;哥白尼則是首次用他擅長的數學來驗證。他發現若要讓模型與觀測數據相符,太陽放在宇宙中心後,過去已知會逆行的五大行星(水星、金星、火星、木星、土星),以及地球都該繞著太陽旋轉;月亮較為特殊,是繞著地球旋轉,因而稱為「衛星」。

行星的逆行問題要如何用日心說解決呢?概念很簡單,行星們因在離太陽距離不同遠的軌道上,各自用不同的速率「等速且同向的」繞著太陽旋轉,而因為星球之間運行有速度差,會出現彼此追趕的狀況。這就像是兩台都在往前進的火車,因自強號速度快於區間車,坐在自強號的乘客會以為區間車正在向後退。

哥白尼的日心說可以妥當描述行星逆行的原理,整體而言,整個模型也比地心說簡潔太多了。儘管如此,哥白尼深知這套理論不能貿然發表,否則觸怒當時的教會肯定會帶來可怕的責難。

圖、用日心說觀點解釋行星逆行現象。

 

日心說曲折的登基之路

一五一四年,哥白尼開始將他的日心說理論寫成初稿,至此約二十年間,他的初稿不斷翻修,且僅只給親近的友人閱讀,直到一五四三年,哥白尼即將臨終之前,他才將他的著作《天體運行論》正式出版。

當然出版後,教會一來是無法對哥白尼有所動作;二來是哥白尼的日心說模型仍不夠完善,無法真正說服人。畢竟,地心說從遠古時期到托勒密時代,不斷經過修正使得精準度提升許多,但哥白尼的日心說在當時只有「模型簡潔」這個最大優勢,它的星體運行精準度反而比地心說還差。

這樣的局勢一直要到克卜勒時才有顯著轉機,因為克卜勒突破性的「橢圓軌道」構想,打破了過往認為「宇宙完美」的概念,後期出版的《魯道夫星表》精準度才終於超過了地心說模型;同時期的伽利略,藉由精密的天文觀測發現了木星周圍的四顆衛星,更是打破了地心說的核心思想。這些新發現成為打垮地心說的最後一根稻草,讓日心說爬到了最高的地位,也不斷影響著後續天文學的進展。

所以,有關「水逆」這件事,我們尚且無法證實它的「效應」是否真實,但至少以「原理」來說,從古到今一直都有很有結構的解釋方式,且隨著科技的進步與不斷出現的新發現而產生新的觀點。

這麼一來,你知道水逆是怎麼一回事了嗎?