明月何处有

第一个地外目标——月球

月亮，是人类飞出地球、步入太空的第一个中途站，是人类迄今在地球之外留下足迹的唯一星球。世界上没有一个民族不对月亮抱有浓厚的感情。历代诗人留下无数吟哦明月的华美诗篇，便是最好的佐证。

人类首先测出绝对距离的那个天体正是月亮。这是很自然的，因为宇宙中再也没有比月球离我们更近的天体了。

可是，有什么办法能够知道月亮离我们究竟有多远呢？用直尺、折尺或卷尺来量吗？那当然是行不通的。然而，早在2 000多年前，就有人想出了一个相当巧妙的办法。

公元前3世纪之初，在小亚细亚的萨摩斯岛上出现了一位最富有创见的古希腊天文学家，名叫阿里斯塔克（Aristarchus，约公元前310—约前230）。他是杰出的天文观测家，又是一位天才的理论家。人们不知道他的生平，他的大部分著作也已失传，但是他的《论日月的大小和距离》流传了下来。

阿里斯塔克在这部著作中首先提出，如果在上弦月的时候测定太阳和月亮之间的角距离，就可以据此推算出日、月到地球距离的比值（图8）。阿里斯塔克指出：上弦月的时候，日、月、地三者应该构成一个直角三角形，月亮在直角的顶点上。他根据观测确定，上弦时太阳和月亮在天穹上相距87°，由此可以推算出太阳比月亮远19倍。虽然这个结果只有实际数值的1/20左右，但其原理简单明了，值得赞赏。这是2 000多年前测定天体距离的第一次大胆尝试，对其结果的称颂也理应超过对它的责难。

图8　阿里斯塔克测量日、月到地球距离之比值的方法。图中S代表太阳，E代表地球，M代表月亮

阿里斯塔克又想到，由于日全食时月亮恰好挡满太阳，也就是说，它们的视角径相等，因此太阳的线直径必定也正好就是月亮的19倍。他还观测月食时的地影，计算出地球的影宽，进而推算出月球的直径是地球的1/3（今天知道实际是0.27倍）。因此，太阳的直径便是地球的（19×1/3）倍，即6倍有余。而太阳的体积则是地球的（19×1/3）3 倍，即200多倍。这比实际情况（太阳比地球大130万倍）小了许多，但足以证明地球绝不是宇宙中最大的天体。在阿里斯塔克看来，小物体应该围绕大物体运转，因此太阳环绕地球旋转实在是太不合乎逻辑了。也许就是这个原因，使阿里斯塔克天才地提出太阳和恒星一样，都静止在远方，而地球则既在绕轴自转，又环绕着太阳运行。同时他还认为，恒星比地球绕太阳运行的轨道更加遥远。当时的学者不能接受阿里斯塔克的理论，甚至还指控他亵渎神灵。他关于这些想法的论著久已失传，如果不是阿基米德在著作中提到的话，那么它大概早就被人们遗忘了。然而，历史赋予了他应有的地位，他远在哥白尼（Nicolas Copernicus，1473—1543）之前17个世纪就猜到了日心系统的概况，因此恩格斯热情地称颂阿里斯塔克为“古代的哥白尼”。

阿里斯塔克还想出一个巧妙的办法来测量地球与月亮的距离，只是直到一个半世纪之后，伊巴谷（Hipparchus，约公元前190—前125）才将它付诸实践。

古希腊所有的天文学家中，伊巴谷可以算是最伟大的了。遗憾的是，后人对他的生平几乎一无所知，只知道他出生于尼西亚这个地方（今土耳其的伊兹尼克），在爱琴海的罗德岛上建立观象台，发明了许多用肉眼观测天象的仪器，后来这类仪器在欧洲沿用了1 700年。伊巴谷可能是在罗德岛去世的。公元二三世纪尼西亚的一些硬币上刻有他的坐像，硬币上的铭文是希腊文ΙΠΠΑΡΧΟΣ，即伊巴谷。可见至少在伊巴谷的家乡，在几个世纪中他的名声一直很大。伊巴谷为方位天文学——也就是天体测量学，奠定了稳固的基础。他测算出一年的长度是365又1/4天再减去1/300天，这个数字与实际情况只相差6分钟。他编制了几个世纪内日月运动的精密数字表，据此可以推算日月食。他还编出一份包含1 000多颗恒星的星表，列出了它们的位置和亮度。伊巴谷是古希腊的一位知识巨人，西方人尊称他为“天文学之父”。他留下的大量观测资料，为后人的重大发现创造了条件。可惜，伊巴谷的著述均已失落，人们只是从托勒玫的著作中才了解到他的这些情况。

公元前150年前后，伊巴谷将阿里斯塔克提出的测量月亮距离的设想付诸实践。当时希腊人已经意识到，月食是由于地球处于太阳和月亮中间，从而地影投射到月亮上造成的。阿里斯塔克指出，掠过月面的地影轮廓的弯曲情况应该能显示出地球与月球的相对大小。根据这一点，运用简单的几何学原理便可以推算出月亮有多远：它与我们的距离是地球直径的多少倍。伊巴谷做了这一工作，算出月亮和地球的距离几乎恰好是地球直径的30倍。倘若采用埃拉托色尼的数字，取地球直径为12 700千米，那么月地距离就是38万千米有余。今天，我们知道月球绕地球运行的轨道是个椭圆，因此月地距离时时都在变化。月球离地球最远时为405 500千米，最近时则为363 300千米，由此可知月地之间的平均距离是384 400千米，伊巴谷的测量结果与此相当接近。

然而，尽管阿里斯塔克的方法十分巧妙，伊巴谷的观测技术又很高超，但是像他们那样做还是难以获得高度精确的结果。当近代天文学兴起之后，人们必然就会以更先进的方法来重新探讨“月亮离我们有多远”这个古老的问题。