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伽利略、望远镜与日心说|左图右史

赛先生  · 公众号  · 科学  · 2017-02-25 08:07

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玛丽蒙特城堡是神圣罗马帝国在尼德兰南部的领地和狩猎场,当时的主人是哈布斯堡家族的阿尔伯特七世和他的妻子伊萨贝拉,大勃鲁盖尔则是他们的宫廷画师。除了这幅《玛丽蒙特城堡周边的风景》之外,他还留下了多幅与此城堡和察谍镜有关的作品,例如下面这两幅图,其中后面那幅是与鲁本斯合作的,画中人的背景就是属于她和丈夫阿尔伯特七世的玛丽蒙特城堡。


大勃鲁盖尔《玛丽蒙特城堡》(c.1612),现藏法国第戎美术馆。


鲁本斯与大勃鲁盖尔合作的《女公爵伊萨贝拉》(c.1615),现藏西班牙普拉多国家艺术馆。


1609年前后,欧洲许多地方都获悉荷兰人发明察谍镜的消息,还有人进行了仿制,例如伦敦的哈略特(Thomas Harriot,1560-1621)以及玛丽蒙特城堡的主人所雇佣的工匠。据载,阿尔伯特七世曾将仿制的样品送给神圣罗马帝国皇帝鲁道夫二世(Rudolf II,1552-1612)和西班牙国王。在伽利略出场前,察谍镜多被当作一件新奇玩具,或者有人意识到可以用于军事目的——这从它的名字就可以推想出来。唯一的例外是哈略特,他曾用自制的察谍镜观测月亮,并据此画出世界上第一幅月面图,时间是1609年7月26日;不过他的月面图相当粗糙,这与其制作的察谍镜放大率不高有关。


左图:无名氏绘制的据说是哈略特的画像(c.1602),现存牛津大学三一学院;右图:哈略特绘制的月面图,图上注明的日期是1609年7月26日,现存英国西塞克斯档案馆(MS  HMC, 241/IX, fol. 20)。


伽利略用察谍镜观测月亮比哈略特晚了四个月,不过只有在他手中,这一发明才真正变成一种全面观测星空、证实哥白尼学说、进而为近代科学革命奠定基础的科学仪器。伽利略最早仍然使用“察谍镜”(意大利文occhiale)这个词,“望远镜”是1611年4月在罗马诞生的——在欢迎伽利略加入灵采科学院(Accademia dei Lincei,亦称山猫学会或猞猁学会,其会徽是一只猞猁,相传这种动物能在黑暗中洞悉景物)成为其第六名院士的宴会上,出生于希腊的数学家和神学家德米西阿尼(Giovanni Demisiani,?-1614)提议用带有希腊词根“遥远”(τῆλε)和“观望”(σκοπεῖν)的组合来命名这种仪器,英文的对音就是我们现在使用的telescope。


左图:灵采科学院院徽(1603年创建于罗马);右图:灵采科学院赞助人切西。


1609年5月,伽利略从自己在巴黎的学生那里获知望远镜的信息,立即意识到这一发明的意义。要知道伽利略可是一位动手能力超强的人,在此之前他已发明了基于单摆的计时器、温度测量器以及液压天平,改进了用于弹道学计算的炮规,又在比萨和帕多瓦开展多项力学实验。


在接下来的几个月里,他全力投身于透镜的磨制与望远镜的改良,到了8月中旬已经制成一架放大率达八九倍的望远镜。8月23日,伽利略携带自己的仪器觐见威尼斯总督,当着总督和众多议员的面,在议会高塔上用望远镜观望远方驶近港湾的海船。


两天后他将自制的仪器赠送给威尼斯共和国,在附信中说明了望远镜的军事意义。他得到的回报是在帕多瓦大学的教授聘约改为终身(也就是今日众多大学青年教师梦寐以求、为之奋斗的tenure),薪酬则由每年400金币增至1000金币。实际上,伽利略对这一奖励并不十分在意,因为不久他就找到了更好的位置和更强大的赞助人。


就在这一年的2月,科西莫二世成为托斯卡纳大公,他若干年前曾向伽利略学习数学 ,所以不久之后伽利略就搬到佛罗伦萨去了。下图是19世纪意大利画家贝尔蒂尼(Giuseppe Bertini,1825-1898)在瓦雷泽市的彭蒂宫里绘制的一幅壁画,表现伽利略向威尼斯总督演示望远镜功能的场景。


贝尔蒂尼《伽利略向威尼斯总督演示望远镜的用途》(c.1858),壁画,现存意大利瓦雷泽市安德里亚·彭蒂宫。


伽利略1609-1610年间制作的望远镜,现存佛罗伦萨伽利略科学博物馆。


左图:伽利略望远镜之目镜(图片来源:Bucciantini et al, 2015);右图:伽利略望远镜之物镜(图片来源:Bucciantini et al, 2015)

1609年11月,伽利略把望远镜的放大率提高到20倍,这时他才真正将镜头转向星空,观测的第一个对象是离地球最近的天体——月球。从11月30日到12月18日,伽利略用望远镜持续观测月球表面和月相的变化,并亲手绘制了至少八幅月面图,他在一年后出版的《星际使者》中引用了其中的五幅图。著名艺术史家和图像解释学大师潘诺夫斯基(Erwin Panofsky,1892-1968)曾认真研究过伽利略绘制的月面及其他图像,认为他具有很高的艺术鉴赏力。

居住在罗马的画家兼建筑师卡尔迪(Lodovico Cardi,1559-1613)是伽利略的好友,经常给他写信通报罗马政界和学界的近况。晚年的卡尔迪还曾借助伽利略设计的望远镜观察太阳黑子,他与伽利略的通信以及本人绘制的太阳黑子图也被保存下来,伽利略则努力说服灵采学院的庇护人切西(Federico Angelo Cesi,1585-1630)发表卡尔迪的研究成果。


更为有趣的是,1610年10月卡尔迪接到教皇保罗五世(Pope Paul V,1550-1621)的订单,要求他为正在建设中的圣母玛利亚大教堂保罗厅的穹顶绘制壁画。这项工作极大地损害了卡尔迪的健康,他在1611年7月1日写给伽利略的信中说:“我需要攀爬150级台阶抵达圣母玛利亚大教堂的穹顶处,在那些令他人疲惫不堪的炎热夏天,没有一丝风——哪怕是空气的轻微流动,只有湿与热,而我将在那里度过整个夏天。”


经过整整两年的艰苦劳作,壁画于1612年10月完工,画面的中心部分是表现“圣灵感孕”(The Immaculate Conception)这一题材的圣母升天图。卡尔迪则于8个月后去世。







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