伽利略被烧死的科学家

作者以宇宙学研究中的一个个问题为牵引，把数学、物理、天文等不同学科的知识融会贯通，整合起来，分析问题、解决问题，是跨学科学习的一个典范。

随着现代科技的快速发展，前沿科学离普通人越来越遥远，一些人已经被抛下这列高速行驶的列车，很难理解科学家在做什么，为什么要这么做，很难理解他们在做的事情与我们的日常生活有什么联系。本书采用了大量古代科技史的素材，详细介绍了古人认识宇宙的过程，让读者回到人类历史的现场，回到科学研究的原点，展现人类认识宇宙的关键过程。

书中有大量专业图片，还有20余个二维码，是作者对相关宇宙知识的拓展介绍，丰富并外延了全书内容。

《谈天说地：走近宇宙的现场》

张天蓉 著

上海科学技术文献出版社出版

>>内文选读：

还原人类认识宇宙的现场

郑永春

这是一本优秀的天文科普图书，值得你慢慢品读。

一是实现了古代天文学与现代天文学的统一。就像自然界的动物、植物、岩石、矿物一样，星空也是自然界的重要组成部分。自古以来，有很多博物学家广泛收集、分门别类、系统整理自然界的天地万物，从中发现隐含其中的自然规律。例如，很多人都以为法布尔是一位昆虫学家，因为他曾经写过一本风靡世界的《昆虫记》。但法布尔其实是一位博物学家，他不仅关心地上的山川草木、鸟鱼虫兽，还对天上的星星感兴趣，写过一本不太为人所知的科普图书《天空记》。本书整理了中国古代天文领域的成就，建立了中国古代天文与现代天文之间的联系。中国有长达4000年连续的天文观测历史。古代的中国人非常重视天文学。战国时期的天文学家甘德和石申观测记录天象并编写世界上最早的天文学著作《甘石星经》。明末清初的大学问家顾炎武曾经认为，“ 三代以上，人人皆知天文”。也就是说，在蛮荒时代，是否具备基本的天文知识，直接关系到一个人的基本生存能力。即便在今天，形容一个人知识渊博最贴切的比喻，仍然是“上知天文，下知地理”。中国人把皇帝称为天子，天子治理国家要尊崇天庭的旨意，天命不可违，所以圣旨的开篇都是“奉天承运，皇帝诏曰”，这样才能对百姓有震慑力。为了培养治理人间社会的人才，古人设立了国子监。为了满足封建社会对皇权天授的要求，培养解读天意、给社会运行提供合法授权的人才，设了钦天监，历史上也叫司天监，以观象授时为主要使命。

古人长期观测日食、月食、彗星、流星等天文现象，以及金木水火土等五颗肉眼可见的行星在天空中的出没规律，并整理成册，占卜吉凶，报告给皇帝。这些成体系的观测记录并不完全出于人类的好奇心，却对现代天文学研究很有价值，也让国际上一些古代科技史专家极为羡慕。因为汉字无论是字形还是含义都极为稳定，没有发生太大的变化，使之成为全世界唯一可以解读的古代天文记录。这里举一个例子，蟹状星云是一颗超新星爆发的遗迹，但它何时爆发的一直存疑，天文学家从《宋史·天文志》1054年7月4日的记录中找到了它的证据，“客星出天关东南可数寸，岁余稍末”。因此，这条观测记录很可能是人类历史上第一次目击的超新星爆发事件。

中国古人信奉天人合一，把北半球的整个天空划分成三垣四象二十八宿的星官体系，对应地上的皇宫、大臣、市集、城池等，把地上的九州映射到天上位，通过观测日月五行在其中的出没，来监督和促进社会治理。元代的天文学家郭守敬改制和发明了简仪、高表等12种新的天文仪器，制定出当时世界上最先进的历法《授时历》，通行360多年。2010年4月，中国科学院国家天文台主持建设的国家重大科技基础设施“LAMOST望远镜”正式更名为“郭守敬望远镜”，以纪念其贡献。古人还整合了阴历和阳历，划分了二十四节气，创造了农历这一独具创造性的历法，并用来指导农事。在相当长的时间里，这都是全世界最先进的历法之一。

古埃及、古罗马、古印度等古代文明，都曾经发展出各自的天文学，独立发展，都有过辉煌的时代。他们很早就知道地球是圆的，通过简单的几何运算，知道了地球的大小、日地和地月之间的距离。西方人创建了区别于中国古代星官体系的星座体系，把天上的星星连成线，描绘成动物和神灵等。如今已经成为国际天文界普遍认可的官方标准。当然，西方天文学也有过黑暗的时代。中世纪的天主教为了维护宗教的权威，限制天文学的发展，让哥白尼闭嘴，把伽利略软禁，将第谷烧死在罗马的鲜花广场。

1609年是个转折点。这一年，伽利略在荷兰眼镜商人的基础上，发明了天文望远镜，并把它对准了天空。他发现，金星和水星都有相位的变化，就像月亮在一个月内的盈亏圆缺那样；他发现，木星周围环绕着四颗卫星。这些直接的观测证据，破除了地球是宇宙中心的观念，让哥白尼提出的日心说被广泛接受，推翻了统治世人2000多年的地心说。

伽利略还发现，月亮上到处都是坑坑洼洼的环形山，并不像神话传说中形容的那么完美，破除了天上的星星都是神灵，完美无缺、不可亵渎的观念。天上的星星不再是神圣不可冒犯的，而是一个个普通的星球，天文学家可以通过数学和物理的计算，精确预测它们的出没规律。这些科学事实，让宗教权威不能再自说自话，而是要符合科学的新发现。

光学望远镜是人类认识宇宙的眼睛。中国古代虽然出现了琉璃，发明了远销海外的精美瓷器，却没有发明透明的、能让光线自由穿越、汇聚或扩散的玻璃。由于长期缺少望远镜这一观天利器，中国人在现代天文学的发展中极大地落后了，在明清以来的很长一段时间中，只能在西方主导的天文学框架内进行工作，割断了中国古代天文与现代天文观测之间的联系，以至于如今很多人已经不知道中国古代天文曾经有过的辉煌历史。

二是实现了天文和航天科普知识的有机融合。天文学在很长时间里，都是坐地观天的代名词，直到航天时代的到来，把望远镜送入太空。来自宇宙的信号，由于被地球大气层屏蔽或干扰而无法在地面观测。借助火箭、卫星等航天器的力量，我们把望远镜送入太空，在不受大气层干扰的情况下，观测遥远的、暗弱的宇宙。这极大地拓展了天文观测的能力，发展出了伽马射线天文学、X射线天文学、红外天文学等分支学科。加上地面上大型射电望远镜的发展，让天文学家发现了很多以前无法知道的重要规律。

由于受专业背景制约，很多人往往会把天文和航天割裂开来。只要讲到航天，只讲火箭、卫星、空间站、探测器。只要讲到天文，就只讲望远镜和各种天体物理知识，这其实是不对的。就像空间天文这个学科给我们展示的无限前景一样，天文和航天密不可分。航天技术的应用，极大地拓展了天文学观测的波段、观测的精度，这种全面、完整的观测，让我们能够综合各种信息，系统而全面地认识宇宙。

中国的空间天文事业从零起步，目前已经有悟空号暗物质粒子探测卫星、羲和号太阳探测卫星、夸父一号先进天基太阳天文台、“慧眼”硬X射线调制望远镜等。很快，我们还将迎来与中国空间站共轨飞行的巡天望远镜，给中国空间天文事业带来一个重要的发展契机。

与此同时，中国的地面天文事业也在快速发展，我所在的中国科学院国家天文台主持建设了郭守敬望远镜，已经成为世界上光谱获取率最高的光学天文望远镜。通过对几千万条光谱数据的统计分析，我们取得了富锂巨星的真实身份等一系列新发现。在南仁东先生的不懈努力下，我们建成了中国天眼——500米口径球面射电望远镜，成为全世界最大的单口径射电望远镜。中国天眼的观测灵敏度极高，可以在未来长达十几二十年的时间里保持世界领先。借助中国天眼，天文学家在脉冲星、引力波等领域取得了一系列重要成果，为人类认识宇宙做出了中国人独特的贡献。

航天是一个系统工程，把不同专业的人组织起来，实现个人不可能实现的艰难目标，推动了中国航天事业的快速发展。嫦娥四号成功登陆月球背面，开创了人类历史的第一次。嫦娥五号取回1731克月壤，成为半个世纪以来的首次登月采样，发现20亿年前的月球仍然有岩浆活动。天问一号成功登陆火星表面的乌托邦平原，使中国成为与美国并驾齐驱的能够成功登陆火星的国家。而在未来，我们还将探索对地球有潜在威胁的小行星、探测木星系统，甚至已经规划了太阳系边际探测任务。2022年底，中国建成了中国空间站，并将长期运行，成为开展学科交叉和国际合作研究的国家太空实验室。

嫦娥奔月终将成为现实。月球是中国古人最关注的星球，嫦娥奔月、吴刚伐桂、玉兔捣药、蟾宫览胜这些神话故事和无数的诗词歌赋印证了这一点。随着探月工程的进展，月球成为中国人集中火力挑战的目标。嫦娥六号、七号、八号已经立项，登陆月球南极，建设月球科研站将从蓝图成为现实。2030年左右，中国将实现载人登月，创造另一个重要的历史性时刻。

三是弥合了人文社会科学与自然科学的隔阂，每一篇的篇首都有一首古诗点题。古人关注日月星辰的运行，将其与人类社会的喜怒哀乐相联系。从专业角度，本书涉及的内容包括行星科学、古代天文、物理学、数学、航天技术等不同学科，作者驾轻就熟地运用这些不同学科的知识，把一个个离散的知识点融会贯通，形成一条有机的叙事线。作者具有坚实的理工科背景，并在此基础上，具备了深厚的人文素养。

四是符合青少年科学教育的需求。本书采用了大量古代科技史的素材，让读者回到人类历史的现场，这对青少年学习科学极有帮助，为中小学老师上好科学课提供了重要的学习素材。随着现代科技的快速发展，前沿科学离普通人越来越遥远，一些人已经被抛下这列高速行驶的列车，很难理解科学家在做什么，为什么要这么做，很难理解他们在做的事情与我们的日常生活有什么联系。本书详细介绍了古人认识宇宙的过程，带领读者回到科学研究的原点，展现人类认识宇宙的关键过程。这对青少年而言尤为有益，因为他们认识宇宙的过程，就像从一张白纸开始，逐步把他们对宇宙的理解和认识描绘下来，还原科技史的现场。

作者以宇宙学研究中的一个个问题为牵引，把数学、物理、天文等不同学科的知识融会贯通，整合起来，分析问题、解决问题，是跨学科学习的真实案例。这也让大家意识到，要创作一本受到读者欢迎，有深度、成体系的科普图书，与做好研究一样，同样需要长期的积累和多方面的创新，很不容易。

五是澄清了关于宇宙学的一些误解，展望了未来的发展前景。例如，我在中小学和科技馆做科普报告的时候，很多人会问我，宇宙的外面有什么？是否存在平行宇宙？既然宇宙是大爆炸产生的，那么大爆炸之前的宇宙是什么样子的？这本书告诉我们，当你了解宇宙学的全貌之后，你会发现这些问题本身并不存在。

相比于古人来说，今天的人们对宇宙的理解已经极为丰富。但是相比于庞大、漫长、复杂的宇宙而言，我们所知道的一切仍然微不足道。过去，我们提出了相对论和量子力学，来解决宇宙学发展过程中的重要瓶颈。未来，我们依然面临暗物质、暗能量等重要障碍。就像物理学家牛顿说的那样，“我不知道在世人看来我是什么样子，但在我自己看来，我只是像一个在海边玩耍的孩子，不时为拾到比通常更光滑的石子或更美丽的贝壳而欢欣鼓舞，而展现在我面前的是完全未探明的真理之海”。

本书展现了从引力波探测、黑洞成像、登陆火星，到新近发射的詹姆斯韦伯太空望远镜等前沿进展，告诉读者，宇宙究竟是什么样子的？宇宙从何而来？宇宙未来会向何处演化？不仅呈现我们还不知道的关于宇宙的事实，而且客观记录了人类筚路蓝缕、突破重重艰险，将我们对宇宙的认识，发展到如今这个状态的过程。

除了知道地球是圆的，在绕着太阳转之外，大多数人对宇宙的了解与古人相比并没有什么明显进步。因此，要做好天文科普，依然任重道远。这也是本书作者常年致力于天文科普的重要动力之一。

“四方上下曰宇，往古来今曰宙”。宇宙是启迪智慧、震撼心灵的重要源泉。令人欣慰的是，中国人对天的敬畏，依然如故。中国人对天的向往，依然强烈。很多人对天文很感兴趣，为中国航天事业的进展感到自豪，特别是在青少年身上。

年轻人适合在科技前沿冲锋陷阵，而功成名就者应该专注于著书立说、启迪后人，唯其如此，科技创新之火才能生生不息，越来越旺。我期待越来越多具有深厚专业基础的科学家加入科普创作的行列。（本文作者系中国科学院国家天文台研究员、卡尔萨根奖获得者）

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