当艺术大师仰望星空 | 赛先生天文

赛先生 · 公众号 · 科学 · 2019-05-21 18:00

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我们常用“上知天文，下知地理”来形容博学多识的人，达芬奇这样一位知识储备丰富、爱好尤其广泛的天才，自然也难逃浩瀚星空的诱惑。那么，这位跨学科天文爱好者提出过哪些独到见解？

达芬奇的莱斯特手稿，现被比尔·盖茨收入囊中。（图源：commons.wikimedia.org）

撰文 | 郑晓晨，毛淑德（清华大学）

编辑 | 韩越扬

人类漫漫的文明史上，有那么一群神奇的人，他们极其彪悍的人生开挂般地在历史的长卷上留下了浓墨重彩的一笔、两笔、甚至很多笔。他们常常因为过于优秀而显得与时代格格不入。如果时空旅行真实存在，他们大概是最可能的穿越者，比如列奥纳多·迪·皮耶罗·达·芬奇（Leonardo di ser Piero da Vinci）。

你印象中的达芬奇是怎样的存在？是那个执着于画鸡蛋的正面教材，还是创作了《蒙娜丽莎》的一代宗师？

前几周，恰逢达芬奇离世500周年，“赛先生”转载了一篇有关达芬奇的趣闻，疑似拖延症晚期的达芬奇[1]，似乎和被老板催稿的你我也没有太大差别。不过，十年都没能完工骑马铜像的达芬奇，成为了近代生理解剖学的始祖，还是考古界进行化石研究的先驱。他不仅主持修建了影响深远的水利设施，还研究了地壳变动，设计过机械车、坦克、潜水艇、直升机、机器人，发明了降落伞、机关枪、手榴弹、自行车、密码桶，提出了连通器原理，预言了原子能等等，成就太多，实在难以一一列举[2]。大概，上帝不仅为他打开了所有出入口，还为他打开了落地窗。

我们常用“上知天文，下知地理”来形容博学多识的人，达芬奇这样一位知识储备丰富、爱好尤其广泛的天才，自然也难逃浩瀚星空的诱惑，虽然相比于其它领域的殊勋茂绩，他的天文主张鲜为人知。

图1. 达芬奇自画像，约创作于1510年-1515年（图源：vivoscuola.it）

太阳&温度

达芬奇所处的时代，正处于文艺复兴盛期，由意大利掀起的思潮，迅速席卷西欧诸国，揭开了欧洲近代史的序幕。这场旷日持久的思想解放运动，带来的不仅仅是艺术上的革命，还有科学方面的觉醒。

大概是受到托勒密《宇宙志》抄本，以及古波斯天文学家阿布马谢的占星类书籍的启发，达芬奇常常针对天文天象提出自己独到的见解。比如，他曾经简单明了地将太阳归类为一个由物质构成的，动态发光的热能源[3]。现在看来，达芬奇只是陈述了一个人尽皆知的简单事实，但在当时，“太阳是否炙热”都是一个有争议的话题——大家习惯于将温度和颜色划等号，而太阳的光晕看起来浅淡又纯净，远不如炽热的火炉般烈焰腾腾。对此，达芬奇类比液化的青铜，提出了火焰颜色并非与温度挂钩的合理解释。

在达芬奇看来，太阳的各类属性与生俱来也将永不消逝。虽然，这一结论并不准确，然而以人类的生命尺度来衡量，现在的太阳与几百年前确实殊无二致。

月光&地光

时值先贤亚里士多德的思潮大行其道，大家热衷于将宇宙泾渭分明地划分为地（地球）和天（泛指地球外的其他天体）。在缺乏先进观测设备的情况下，达芬奇划时代地提出了“星”的概念[4]。他旗帜鲜明的指出，月球和地球本质上没什么不同，自身都不能发光发亮，月球的光辉同样来自于反射的太阳光，没了太阳，它将永堕黑暗。

16世纪初期，深谙光影艺术的达芬奇在莱斯特手稿中，记录了自己如何通过对月球阴晴圆缺的研究，系统性地提出了“地光”的想法。

地光这个概念应该是根据月光衍生而来。在达芬奇看来，同为太阳光的反射体，既然有月光，自然也就有地光。

达芬奇发现，当月球处于地球和太阳之间的新月期，即便其暗面与地球相对，我们依然能够看见一个晦暗渐变的月球，而非全黑。我们将这种现象称为“新月抱旧月”（图2所示）。实际上，这一现象正是由于月球表面没有被太阳光惠及的黑暗部分，反被地球的反射光光顾的结果。相对于满月状态，地球这个备胎带给月球的光亮，高达其自身反射光的50倍左右[5]。

图2. （左）达芬奇关于新月的素描图，收录在莱斯特手稿中，约创作于1506年到1510年（图源：Science@NASA）；（右）Claude Schneider摄于2007年5月19日的新月图像（图源：wikipedia）。

在莱斯特手稿中，达芬奇写道：有人坚信月球自己就可以发光，因为新月之时，我们依然能够看见月球表面的微光，但实际上，这一想法大错特错。月球上这点微弱的光亮实际上来源于我们的地球，来自于向阳面的海水反光，就如同太阳落山后，向阳的月球也在向我们反馈光亮一样。

毫无疑问，达芬奇对月球的评价以及地光的概念虽略显粗糙，却极具革命性。至少，在达芬奇仰望星空之前，没人能自洽地解释，新月时那些映照出月球轮廓的浅灰色光芒来自何处。在达芬奇极具预见性的想像中，月球之于地球上的人类，就好比地球之于月球上的人类，倒是有一点“汝所见皆彼所见”的意思。

几个世纪后，当人类的文明伴随着阿波罗号登陆月球时，却很遗憾未能如沐月光般地体验地光当空照的盛景。究其原因还是时机不对，他们未能等到月球夜幕的降临，在太阳光的强烈直射下，地光微弱如同萤火。

日心观&望远镜

得益于敏锐的洞察力和超凡脱俗的想象力，达芬奇的很多科学构想就算现在看来，都超脱于其所属的时代，走在了文明的最前端。

比如，根据后世整理的手稿发现，达芬奇很早就测量过日地距离，其结果居然和真实值相差无几。哥白尼1543年发表的“日心宇宙观”一直被视为开创性的成果，但其实早在40年前，达芬奇就提出地球并非太阳系的中心，更不是宇宙的中心[2]。当大家还在为绕转中心争论不休的时候，达芬奇已经开始畅想太阳能的应用前景，并曾计划利用凹面镜汇聚太阳光煮水[10]。

图3. 达芬奇研究日地距离的手稿（图源：参考资料[6]）

为了绘制月球地貌图，达芬奇提出，可以利用一块很大的镜片来观察月球表面，并在手稿中提供了相应的设计图，配文是“制作可以放大月亮的镜片”。如今看来，这款放大月亮的镜片正是天文望远镜的雏型。60年后，当伽利略仰望月球之时，其改良设计的望远镜据说与达芬奇当年的手稿一脉相承[6]。

图4. 达芬奇的望远镜手稿（图源：参考资料[6]）

几个世纪后，英特尔创始人之一高登·摩尔（Gordon Moore，摩尔定律提出者）慷慨解囊出资2亿美元，用以支持代表最新技术的三十米望远镜计划，引发遐想。后来，在2014年10月的某次会议上，他给出了自己的答案——对于像他这样的科学家来说，天文是第二科学追求（astronomy is the second science for scientists like him）。

实际上，如同达芬奇这般跨学科的天文爱好者们还有很多很多。比如大诗人徐志摩，世人皆知他是个伟大的作家，却很少有人知道，他还曾是一位“科学青年”。据说，在众多兴趣爱好中，徐志摩尤为喜爱天文，他不仅涉猎了很多天文书籍，还常常夜观星象，琢磨宇宙的奥秘。林徽因在《悼志摩》一文中这样描述：“他始终极喜欢天文，他对天上星宿的名字和部位就认得很多，最喜暑夜观星，好几次他坐火车都是带着关于宇宙的科学的书。” 留学欧美期间，他曾迷上了爱因斯坦的相对论及“四维时空”假说，成为中国最早一批翻译解读爱因斯坦的尖端物理学传播者[7,8]。

著名画家丰子恺也曾表示，“我的心为四事所占据：天上的神明与星辰、人间的艺术与儿童” [9]。