当荧惑遇到战神
我们终于迎来了本书的主角——火星。在介绍火星之前,需要大致铺垫下背景,方便大家在后续阅读中更好地理解为什么古人形容火星的逻辑会非常一致。
仰望星空时,人类能够观察到的绝大部分星星是恒星。从前人定义恒星的角度而言,排除地球自转影响,人们认为恒星“恒定”,即这些星星都待在一个固定的位置上。前人得出这样的观察结果,是因为恒星距离地球乃至太阳系太遥远。例如,即便距离太阳最近的恒星“比邻星”,它与地球之间的距离也达到了4.2光年。这个距离约为40万亿千米,远大于地球围绕太阳运转的半径——1.5亿千米,这两个距离相差很大。人类每天在固定时间从地球上观察,恒星的位置就几乎没有任何变化。普通人看到天上的星星在运动,是地球围绕地轴自转造成的,是观测者自己在动,而不是星星在动。对于那些更远的恒星而言,从地球上看,它们更像是固定在宇宙背景上的点。
相对而言,即便排除地球自转的因素,行星也总是“行”在夜空,这也是“行星”得名的来由。行星本身并不像恒星一样发光、发热,只能靠反射恒星的光线才能为人类所见,因而只有距离地球很近的行星才能被人看见。在古人眼中,天空中好像只有六个物体在不断运动:围绕地球转动,被称作卫星的月球;太阳系内五个距离地球较近的行星——水星、金星、火星、木星和土星。天王星和海王星距离地球太遥远,依靠天文望远镜、经过复杂的数学计算,才能被观测到。
古希腊天文学家喜帕恰斯提出了“视星等”概念,用来衡量人类观测到的天体的亮度。发展到今天,视星等成为一个区间为[-38,36]的星体亮度评价体系。视星等数字越大,代表星体看起来越暗,反之则看起来越亮。例如,在地球上看到的太阳亮度可以达到-26.7视星等,亮到人类肉眼无法直视;而人类肉眼可见的最暗极限在+6左右,再暗就完全看不到了。行星和卫星距离地球越近、体积越大、表面反射越强,当然也就越亮。距离地球最近的月球并不大,看起来却很大、很亮,正是因为它与地球的距离近,是地球的“小跟班”。另外五颗行星的目视效果则完全不同。
(图源:Pixabay)我们在夜空中看到的大部分星星是恒星。从星轨来看,它们好像在运动,但实际主要是由地球自转造成的视觉印象
● 金星是距离地球最近的行星(从运行轨道来看),体积和质量与地球相当,是看起来最亮的行星。金星视星等区间在[-4.9,-3.8],白天都容易用肉眼看到。
● 木星距离地球很远,是太阳系内体积和质量最大的行星。其体积相当于1300多个地球,是人类眼中太阳系内亮度排名第二的行星,视星等区间在[-3.0,-1.6]。
● 水星是太阳系内最小的行星,比月球略大。水星距离太阳最近,经常被淹没在太阳的光辉中,只有在早上或黄昏可以被观测到。水星看上去也比较暗,亮度变化极大,视星等区间在[-2.3,6.0]。
● 火星是地球轨道外侧的第一颗行星,它的体积仅为地球的15%,接收到的阳光强度也低于地球(仅44%左右)。因为距离地球近,火星很容易被人看到。可是,由于轨道特点,火星视星等区间变化颇大,达到[-2.9,1.8]。关于这一点,后文将会详细介绍。
● 土星的体积和质量巨大,体积相当于700多个地球。它是太阳系内第二大行星,但距离地球非常遥远,视星等区间在[-0.3,1.2]。
总之,火星是一个肉眼可见,亮度会发生变化的行星。自古以来,因文化差异,东西方对于这颗行星的认识截然不同。
东方视角——荧惑
中国古代天文学发达,几乎历朝历代都有观星台(天文台),也有专门官员负责。人们把天空中稳定的恒星划分为三垣、四象和二十八宿。由于恒星总是在固定时间出现在固定位置,五颗会活动的行星则成为古人最为重要的观测目标。“五行”是中国古代道教哲学的一种系统观,先秦《尚书》中已经有了五行的说法。“五行说”曾被广泛地用于对自然、社会和生活中的各种问题进行阐释,如占卜、医药和政治变动。在对这五颗行星命名方面,古人自然沿用了五行理论。
2000—2022年五大行星视星等对比
也许有人说,“五行”和五大行星根本扯不上一点联系。有意思的是,如果从国际通用的五大行星“证件照”来看,五行的说法还是能够和五颗行星“建立”起一些微妙关系的。金星最亮,颜色略微呈金黄色(硫酸云)。水星观测起来发暗,发黑。木星较暗,木星大气呈现青木色。土星浓密的大气呈现土黄色和土黑色。火星几乎一直可见,但视星等变化大,令人捉摸不定。由于表面存在大量氧化铁,火星呈现橙红色,看起来“荧荧如火”,所以在古代也被叫作“荧惑”。这五颗行星的颜色正好和五行中金、木、水、火、土五种对应物质相应的“颜色吻合”。不过,我必须郑重说明,这仅是一种形象说法而已,帮助大家对五大行星的外观有大体认识。我们还是把“五行”当作一种先人传下来的文化,没有必要深入研究,现代科学才是解释宇宙的唯一途径。
我们回归正题。火星之所以让人感觉诡异,被命名为荧惑,是因为它有一个很重要的特点:在地球上观测,它的运动轨迹非常奇怪,有时往前走,有时往后退。所以,火星的位置、亮度、颜色呈现出令人捉摸不定的特点。在中国古代,火星被当作战争、水患、瘟疫、地震等各种灾难的象征,被视为不祥之物。
其实,火星的轨迹变化是由它与地球的轨道周期和轨道位置决定的。火星距离太阳平均约1.5天文单位(地球距离太阳为1天文单位),每687天绕太阳一圈。从地球上看,地球与火星的会合周期大约780天,大概是地球一年时长的2.14倍,或相当于2年2个月。会合周期,意为每隔段时间,地球就会和火星在太阳系内“相遇”。所谓“相遇”,其实只是在地球上看起来火星出现在太阳系内同一相对方向而已。二者“相遇”后,由于地球的运动速度(更靠近太阳一些)要快于火星,火星在人的眼中就会从地球前面变到后面,出现神奇的先“顺行”再“逆行”现象,这一过程会持续几个月。
两颗行星的轨道周期和会合周期并非恰好是整数倍关系,这种逆行现象的拐点每次都会发生在不同月份,也就对应在不同的黄道星座内,例如2014年发生在室女座内,2016年则到了天蝎座与天秤座之间。有意思的是,中国古人用一种特别的方式关注出现在天蝎座心宿二(阿尔法星)附近的火星逆行现象,给这种现象起了一个特殊的名字,叫作“荧惑守心”。
所谓荧惑守心,就是指火星顺行与逆行的拐点(被称作“留”)在天蝎座的心宿二附近。心宿二是银河系内一颗超大的红巨星,是天蝎座最亮的一颗星。它呈现血红色,也是夜空中较亮的星之一。在中国古人的意识中,心宿二和附近的心宿一、心宿三分别代表皇帝、太子和庶子。因此,每次发生象征灾难的火星在它们之间“留”的情况,就被认为是皇室面临重大威胁,被视为不祥之兆。
真正的荧惑守心大约每80年发生一次,此时火星的逆行轨迹位于心宿二附近。这仅是普通天象,在中国古代却往往会引发政治变动。荧惑守心成为政治斗争者攻击对手的理由。西汉丞相翟方进就是以荧惑守心为由被皇帝赐死的。但是,中国历史上“记录”的一些荧惑守心现象,并不能与现代研究结果对应,真实性存疑。
所以,在东方文化里,火星是一种不祥的象征,这源自其轨迹变化多端和难以预测的特点。
(图源:NASA)美国航空航天局的帕萨迪纳观测中心在2014年(左)和2016年(右)观测到两次火星“逆行”现象
西方视角——战神
在人类悠久的历史上,西方人看到的火星与中国人看到的火星并没有什么本质上的区别:颜色略微橙红,运动轨迹捉摸不定,时亮时暗,难以预测。东西方历史总是非常相似,在古老的埃及文明和两河流域文明中,火星都被赋予死亡、战争与灾难的象征意义,被叫作“血红之星”“死亡之星”“瘟疫之星”等,影响了后来的古希腊和古罗马文明。希腊人用战神阿瑞斯(Ares)来命名这颗星球,认为它带来了战争、瘟疫与死亡。后人发现的火星的两颗卫星也因而沿用了阿瑞斯两个孩子的名字——福波斯和德莫斯。
后来的古罗马也相应地用战神马尔斯(Mars)来命名火星,这是今天被广泛使用的火星英语名称。不过,罗马神话对战神的态度发生了变化。随着罗马帝国版图的快速扩张,战神从一个人们心目中原本象征灾难和战争的神变成了象征胜利与辉煌的神,备受敬畏与尊崇。在神话故事中,战神的两个孩子罗马路斯和瑞摩斯成了著名的被狼养大的孩子,他们在后来创建了罗马帝国的首都罗马。“罗马”一词就来自罗马路斯的名字,他在政治斗争中杀死了弟弟瑞摩斯。有意思的是,火星的名字在历史上被换成了他们父亲的名字,而近代天文学家在为火星两颗卫星命名时却没有用他们的名字,而是用了阿瑞斯孩子的名字。
(图源:Jean-Pol GRANDMONT)战神马尔斯雕像
英语中用来表示星期二(Tuesday)的词汇也与马尔斯有关。在拉丁语系里,原本星期二就是为了纪念罗马战神马尔斯,叫作dies Martis,仅次于太阳神日(Sunday,周日)和月亮女神日(Monday,周一)。在后来的语言演化中,融合多民族语言的英语把这个战神替换为来自北欧神话的战神提尔(Tiw)。战神对西方文化的影响力由此可见一斑,也可以由此看出火星在西方人心目中的重要性。
事实上,观测火星对西方天文学的发展起到了重要作用,其中具有划时代意义并影响深远的,便是为地心说(又叫天动说)向日心说转变提供了有力证据。在漫长的人类历史中,根据日常生活经验,太阳、月亮和其他宇宙星辰都仿佛在围绕地球运动一般,地心说因此自然而生。地心说的核心人物是公元前3世纪大名鼎鼎的古希腊哲学家亚里士多德和公元2世纪的古埃及天文学家克劳狄乌斯·托勒密。地心说符合当时人们的认知水平。随着研究深入,天文学家们发现很多现象难以通过简单的万物围绕地球做圆周运动来解释。其中一个重要现象便是外围行星,尤其是火星运动的逆行现象。天文学家们又创造了所谓本轮和均轮的概念,不断对这套理论“修修补补”。
不少天文学家尝试用更成熟的理论来解释天体运行,其中最重要的人物便是波兰天文学家尼古拉斯·哥白尼。哥白尼在1543年去世前发表了在天文学史上影响深远的《天体运行论》,首次系统阐述了日心说。用哥白尼的日心说理论,无论太阳、月亮和地球之间的相互运动,还是火星逆行、土星逆行现象都可以得到合理解释。到了17世纪初,哥白尼的后继者伽利略·伽利莱对天文望远镜的改进和由此对木星四颗卫星(又称“伽利略卫星”)的发现,证明地球根本不是宇宙中心:至少那几颗“伽利略卫星”确实在围绕木星运动;木星并未围绕地球,而是围绕太阳运动。所以,太阳才是宇宙的中心。后续一系列发现彻底筑实了日心说的实验观测基础,成为普通人的基本认知。不过,在现代天文学看来,人类远没有能力解答宇宙中心到底在哪里的问题,因为宇宙实在太大了。
可以说,在西方文化中,火星完成了从邪恶到伟大的转变,它的“逆行”现象引导天文学向正确的方向发展。
(图源:Fastfission)16世纪,著名天文学家第谷·布拉赫提出一个不同于日心说和地心说的“第谷体系”:地球在宇宙中心,月球和恒星围绕地球转,五大行星围绕太阳转