「伽利略衛星」真的是伽利略最早發現的嗎?


正好為寫上一篇文章查資料時,

如何看待土星超越木星,成為太陽系的「衛星之王」??

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和 @尞祡 君一起整理了一下這個話題,所以剛好可以詳細探討一下。

木星的四顆最早是誰先發現的,這個其實是有爭議的,比如有研究認為Simon Mayer早於伽利略10天發現了木星衛星。但至少我們能確定,隨著望遠鏡的發明,伽利略確實在1610年看到了四顆木星最大的衛星。

也就是說,最晚到1610年,人類已經發現木星有四顆衛星了

木星的四顆最大的衛星:木衛一Io、木衛二Europa、木衛三Ganymede、木衛四Callisto,如今也被稱為「伽利略衛星」。它們與木星的距離沒有按照比例。來源:維基

但是呢,從地球上看木衛,尤其是木衛三和木衛四其實算是挺容易的,天文攝影愛好者們藉助望遠鏡很容易就能拍到——因為這倆貨實在是太大了,木衛三的直徑是月球的約1.5倍,比水星還要大不少,木衛四小一點,也和水星差不多大了

月球、木衛四和地球的相對大小。來源:維基

01

一個很自然的想法是:天上這麼大一東西,在望遠鏡出現之前有人看到過麼?

席澤宗院士在1981年曾提出,早在伽利略發現木衛的兩千年前,我國戰國時的天文學家甘德就可能看到過木衛,如果是的話,那麼最可能看到的應當是木衛三 [1]。

唐代瞿曇悉達編的《開元佔經》一書裏,卷23 引《歲星佔》中有這麼一段:

「 甘氏曰:單閼之歲,攝提格在卯,歲星在子,與嬃女、虛、危晨出夕入,其狀甚大有光,若有小赤星附於其側,是謂同盟。」

這話什麼意思呢?

單閼(dān è)是卯年的別稱,《爾雅·釋天》裏說「太歲在卯曰單閼」。

木星是「歲星」,而這個「太歲」則是古人假想出來的一顆和木星整體運行方向相反的天體,也叫「歲陰」(對應的,木星就是「歲陽」)。虛擬的好處就是軌道可以假設得特別理想,不像木星運行太亂,還有逆行,而虛擬的「太歲」就不存在這些問題了,完全是勻速運行的。

那麼「太歲在卯」又是什麼意思呢?就是卯年的意思。這顆假想中的「歲陰」星自東向西每十二年運行一周天,每年行經一個星次。於是,通過星次把一周天劃分成的十二個方位來代表不同的年份,「歲陰」運行到某星次範圍,就用「歲在某」來紀年,這個「某」,用的是十二地支:子、醜、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥。

明朝製作的星圖局部,將天球等分為十二星次,配以十二地支。來源:《崇禎曆書》

除了用「歲在某」這種表達呢,也可以用專門的十二個對應的歲名,即:困敦、赤奮若、攝提格、單閼、執徐、大荒落、敦牂、協洽、涒灘、作噩、閹茂、大淵獻。

也就是說:「單閼之歲」=「太歲在卯」=「卯年」

那接下來,「攝提格在卯」又是啥意思呢?按照歲名的對應,攝提格對應寅,所以是寅年麼?也不是。

「攝提格」是個超級多義詞,既可以做歲陰在寅之年對應歲名,有時也可以指「歲陰」,還有的時候可以指「歲陽」(木星),所以…emmm到底是什麼意思必須要看語境…

按照上下文,「單閼之歲,攝提格在卯」,這裡的「攝提格」必須只能表示歲陰,所以兩句完全是一個意思,即:「單閼之歲」=「攝提格在卯」=「歲陰在卯」。那攝提格啥時候指寅年呢?小時候課本里《離騷》開頭「攝提貞於孟陬兮, 惟庚寅吾以降」,這裡的攝提即是指寅年,也就是「攝提格那年(寅年)的正月,在庚寅這一天我(屈原)出生了。」

好了,現在知道「歲陰」的位置了,其實也就知道「歲陽」(歲星/木星)的位置了,因為兩個是相反的嘛!歲陰在卯的時候,歲星就在子位…於是就是後面一句話了…「單閼之歲,攝提格在卯,歲星在子」前三句說的都是一個意思orz

看到這裡真的覺得古人腦子不太清爽廢話還挺多…

不過也是虧的這麼多重複的信息,才能讓現代的我們方便確認古人有沒有寫錯東西呀。

那子位又對應哪個方向呢?書裏告訴我們,對應的是「嬃女、虛、危」三個星宿的位置,也就是再後面一句,「與嬃女、虛、危晨出夕入」——此時的木星和嬃女、虛、危三個星宿一起,早晨出來晚上落下。

咦?所以前四句都是一個意思麼?

是,也不是。

天干地支對應的方位其實並不是永遠不變的,而是會受歲差的影響——也就是說,兩千年前子位對應的星宿,和現在對應的星宿其實是不同的。所以「歲星在子,與嬃女、虛、危晨出夕入」這句話其實是信息量滿滿的,它告訴了我們兩千年前的星宿方位。

好了,現在連起來看《開元佔經》裏這句話呢,大致意思就是說時值卯年,木星在子位,位於女、虛、危三宿附近,看起來又大又亮,而且似乎有個小的紅色星星依附在木星近旁,這樣的現象叫做「同盟」

02

那…這個「紅色小星星」可能是木衛麼?首先要看看大小和亮度允不允許。

木衛三和木衛四都很大,木衛三沖時的角距離有5′51″,木衛四沖時的角距離有10′18″,這兩顆星也都很亮,木衛三沖時的平均視星等有4.6,木衛四沖時的平均視星等有5.6——都在肉眼能看到的極限之內(60″張角、視星等6)。

也就是說,不考慮其他條件的話,肉眼看到木衛三和木衛四是完全可能的

問題出在——木星太亮了…

木星的亮度在-1.4到-2.5視星等左右(每級星等之間亮度相差2.512倍,也就是說木星最弱時候的亮度也是木衛三的250多倍),在絕大多數情況下,肉眼是很難在明亮的木星周圍找到木衛的——只有少數情況下,也就是木星和木衛離得夠遠,而且從地球看去角度也剛好合適(即木星和木衛角距夠大),且木衛足夠亮的時候,肉眼是有可能看到的。

事實上,我們推算甘德所說的時點應當在公元前364年的夏天,那時看木衛的角度似乎也是合適的,是地球人相對容易看到木衛的時節。

03

於是問題又可以簡化成:實際上人眼真的有可能看到木衛麼?

北京天文館做過模擬觀測實驗[2]。取木星星等-2.0,衛星星等5.5,結果顯示,當衛星距離木星5′角距時,視力好的人開始可以看見。

1981年5月27日模擬人眼觀測到的木星和木星衛星。來源:參考文獻[2]

事實上,在席澤宗院士1981年提出這一觀點的同年,很多天文愛好者們為了驗證而做了很多試驗[3]。但因為城市光污染的原因,大部分人其實是看不到的(當然咯,現在人的視力其實也不咋滴了)。

但到了1981年3月中旬(木星沖前半個月),在河北興隆縣山區,選擇了空氣好、遠離城市燈光、晴朗無月的環境之後的一次試驗裏,8位不同年齡、但視力良好的參試者均表示看到了木衛三,尤其是視力好的中學生,甚至可以看到更小的木衛一。不過由於當時的觀測時機不適合觀測木衛四,所以均沒有看到木衛四,但根據木衛四的大小和亮度來推測,也應當是可以看到的。

1981年3月10日0時~1時30分和3月11日0時~1時30分,8位參試者對木衛的觀測結果。來源:參考文獻[3]

(第一位初中小盆友視力是真的好啊!)

此外,這些觀測者們肉眼看到的木衛三顏色也和甘德描述的顏色吻合,確實是「小赤星」。

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當然,由於沒有更多的軌道和描述信息,所以這也只能作為今人的一種推測。只是說,在古人記載的時點、以古人當時的觀測條件和視力來看,兩千多年前甘德描述的「小赤星」有一定的可能是木衛,尤其可能是最大最亮的木衛三

即使不是,古代的天文觀測者們也完全有可能憑藉肉眼觀測到木衛。

席院士的文章裏也提到了洪堡(1769-1859)曾記載過的的一個例子,說洪堡認識的一位裁縫年輕時就可以在無月的晴朗夜晚準確指出四個木衛的位置,後來年紀大了就辨認不了了。

只不過,望遠鏡問世前的人們並沒有「衛星」的概念,即使真的看到過木衛,也並不知道那是衛星。

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當然,看過如何看待土星超越木星,成為太陽系的「衛星之王」? 的讀者會發現,實際成文裏完全沒有體現上面這些有趣的情節。

嗯,只是想讓你們看看,一篇科普文,不僅每個細節背後都是漫長繁瑣的資料查詢和交叉驗證,而且還有99%的內容,最終因為篇幅和行文的需要而捨棄,沒有體現在最終的文章裏。

所以表總說我寫文章慢了啦!哼!

最後

希望大家看完這個回答之後不要對自己的視力有盲目的樂觀。

古人可不玩電腦手機ipad,那視力是真好。比不了比不了。

參考

[1] 席澤宗. (1981). 伽利略前二千年甘德對木衛的發現. 天體物理學報, 1 (2).

[2] 楊正宗, 蔣世仰, 郝象樑. (1982). 肉眼觀測木衛的實驗檢驗. 科學通報, 27(27), 928.

[3] 劉金沂. (1981). 木衛的肉眼觀測. 自然雜誌, 4(7), 538-539.

現在公認的是,除伽利略之外德國天文學家麥依耳也發現了四顆木星衛星,而且麥依耳發現的時間,恰比伽利略早10天。

現在這四顆衛星雖然叫做「伽利略衛星」,但它們的名字(伊奧、歐羅巴、加尼美德、卡里斯托)其實是麥依耳命名的。

不過,伽利略和麥依耳都是用望遠鏡發現這四顆衛星的。

中國戰國時代有位天文學家甘德,寫過《歲星經》和《天文星佔》兩本書,他的著作和另一位同時代的天文學家石申的著作合起來,就叫做《甘石星經》,初中歷史課本上都學過的。當然,《甘石星經》早都失傳了,只有後世的著作中零星地引用過他們著作中的幾段話。

其中在唐代的《開元星經》中就有這樣一段引文:「 甘氏曰:單閼之歲,攝提格在卯,歲星在子,與嬃女、虛、危晨出夕入,其狀甚大有光,若有小赤星附於其側,是謂同盟」。

中國天文史學家席澤宗認為,這個附於木星旁邊的小赤星,就是木衛三,所以甘德是第一個發現木衛三的人,比伽利略早了兩千年。(席澤宗《伽利略前兩千年甘德對木衛的發現》)

不過席澤宗的這個結論,貌似並沒有得到國際上的公認。


觀察到某一顆星星,和觀察到某一顆星星是「衛星」是完全不同的含義。前者只要看到某顆星即可(無論這顆星是恆星,行星還是衛星),而後者則要確認某顆星是繞行星旋轉的,兩者的難度顯然完全不同。對於歐洲人來說,伽利略發現木星衛星的意義則更加深刻。

在伽利略發現木星衛星之前,對於已經接受日心說,不再認為地球是宇宙中心的人來說,地球仍然保有另一個特殊之處:地球是唯一擁有衛星(即月球)的行星。而這一觀念是在伽利略公佈木星衛星之後被徹底打破的。從此地球徹底在茫茫宇宙中沒有獨特之處了。這也是伽利略的地位無法被取代的原因。


有啊,戰國時期的齊國人甘德就用肉眼發現了木衛三。他和戰國時期的魏國人石申共同創作了世界上迄今為止最古老最完整的星圖。

自己百度下~就造了


木星土星火星金星經常可見,木星的衛星實在很難


應該有 比如馬賽人 但他們怎麼向別人證明呢 還是要等望遠鏡


可以來好好的整理一下下


廢話,木星洋名叫朱庇特,就是宙斯的意思,它有個衛星叫赫拉,具體木衛幾我忘了。你說用眼睛能看到不。然後火星對應戰神,金星對應了耶納斯,水星是赫爾墨斯。連這些兒子輩的都對應上了,赫拉這個媽媽輩的星星能等到望遠鏡發明出來才按到木星的衛星上嗎。


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