位置的重要性

他（雅各）梦见一个梯子立在地上，梯子的头顶着天，有神的使者在梯子上，上去下来。

——《创世记》［6］

人类谈论宇宙已经几千年了，不过，古人谈论的宇宙与我们现在所处的宇宙是两回事。对很多人来说，宇宙不过是他们能到达的最远范围，或是由肉眼就能观察到的行星和恒星所组成的夜空。大多数古代文化都曾尝试过为他们所看到的周围世界描绘一幅图像或讲一个故事，无论这个世界在陆地、高空还是海底。［7］这种行为并不是出于对宇宙学的兴趣，只是人们为了证明包括他们自己在内的一切存在都是有意义的——这非常重要，毕竟，要承认现实中存在着一些他们没有概念或者无法控制的事物，必然意味着一种危险的不确定性。出于这个原因，所有关于宇宙本质的古代神话看起来都极其完备：每个事物都有存在的位置，每个位置也都存在着事物，没有“或许”，没有矛盾，没有不确定性，当然也没有可供进一步研究的可能性。这些理论是货真价实的“万物理论”，但绝不能将它们与科学混淆。

我们在地球上所处的时间和地点影响了我们对周围宇宙的感知。如果你住在赤道附近，那么对你来说每个夜晚星星的移动都是清晰而简单的：它们从地平线的一边升起，越过你的头顶并整晚悬挂在你头顶的夜空，最后在地平线的另一边落下。同样的情景每晚都会出现，让你感觉自己处在一切天体运动的中心位置。然而，如果你住在远离赤道的地方，那天空的景观就大不相同了：有些星星刚升起就落下，它们会在夜晚径直升起，越过你的头顶然后落回地平线。而另一些星星则既不升起也不落下，它们一直盘旋在地平线上方，在夜空中围着一个巨大的中心绕圈圈，仿佛它们被固定在一个沿轴旋转的巨大轮子上转动。见到这种情景你必然想知道圆圈的中心到底有什么特别之处，以至于星星们都围着它转。北纬地区的居民编造出来很多关于天空中巨大磨石的神话传说，以此来解释星星们在夜晚的旋转现象。

为什么从地球不同区域观察到的夜空有如此大的差别呢？这都是因为地球的自转轴有一定的倾角（图1.1）。围绕太阳公转时，地球的自转轴（也就是连接北极点与南极点的直线）［8］与公转的平面并不垂直，倾斜角度大约为23.5°。这带来了很多显著的影响，其中就包括季节的变换。如果不存在这个倾角，地球上也就不存在四季变换了，而如果倾角比现在的大很多，那么季节变换也会比现在剧烈得多。然而，如果你对地球围绕太阳的运动或者地球的自转轴倾角一无所知，只是每晚观看星星的话，倾角带来的效果就只是我们从地球不同的纬度看到的夜空有显著的不同而已。

如果我们将连接地球北极与南极的线延长到太空中，这两个方向就被称为北天极和南天极。随着地球自转，在夜晚时我们就会看到所有的星星都在空中以相反的方向旋转。如果这些星星是一直可见的，当地球完成自转时，它们的运动轨迹将在空中形成一个巨大的圆。不过，并不是所有这些轨迹都能被我们完整地看到，因为有些轨迹的一部分是处在地平线之下的。图1.2就展示了位于北纬L°的观察者在晴朗的夜空中会看到怎样的情景。［9］

观察者周围的地平线将夜空分为两半。而在任何时候，只有位于地平线以上的那一半才能被观察到。在北纬L°的位置观察，就意味着北天极位于高于地平线L°的方向，而南天极则位于低于地平线L°的方向。地球的自转使得观察者眼中的天空以北天极为轴自东向西旋转，星星从东方地平线升起，在夜空中向上移动，到达最高点（又称“天顶”），随后逐渐下落，最后从西方地平线落下。［10］

然而，有两类星星不满足这一东升西落的规则。北天极周围L°圆形区域以内的星星在夜空中就能够形成完整的圆形轨迹，因而不会东升西落。如果夜空足够黑暗，能见度够高，你可以一直在天空中看见它们。［11］如今，欧洲的观察者把这群星星分别归为北斗七星组和仙后座组。与此相对，南天极周围L°圆形区域中的星星，在北半球就是永远都观察不到的，它们永远不会从地平线上升起，［12］这就是为什么欧洲北部的人们永远都看不到南十字星。有一点很关键：观察者永远都能看到或者永远都看不到的星星所属区域的大小，取决于观察者所在的纬度。纬度越高，也即离赤道越远，这样的区域就会增大。图1.3给我们展示了三种不同纬度下星星在夜空中不同的运行轨迹。

在纬度为零的赤道处，不存在永远能看到的和永远看不到的星星。赤道的观察者理论上每天都能看到所有明亮的星星，尽管两个天极会隐没在地平线的薄雾中。这些星星每天都会从东方升起，并到达它们各自的最高点。每一颗星星升起时，其相对方向是不变的，因此它们也成了陆地或者海上绝佳的夜间航标。星星绝不会在天空中发生横向运动，整个星空看起来是那么对称而简洁。因此，赤道上的观察者就会产生这样的印象：他们处于一切事物的中心，天空像是一顶包罗万象的华盖，其有规律可循的运动也是为他们服务的——看起来整个宇宙都以他们为中心。

但如果观察者处在北纬90°的北极极点，那么所有可见的星星都不会升起和下落，它们只会在头顶的夜空中做圆周运动。北天极就在头顶上，所有星星都会绕着它转。它就好像是整个宇宙的焦点，而我们就处在它的正下方。

而在北半球中等纬度地区，如北纬51°的英国古代巨石阵，夜空中星星的运行轨迹就处于以上两种极端情况的中间态：在以北天极为中心51°范围内的星星会围绕着北天极做圆周运动，而其他的星星则会遵循各自的轨迹，从地平线上升起，到达各自的最高点后再下落，整个天空看起来好像向一方倾斜了一样。当然，最引人注意的还是众多星星围绕着北天极旋转的现象，就像一只巨大的宇宙之轮（见图1.4）。在不懂任何天文知识或者地球运动的观星者眼里，天空中似乎存在着一个特殊的位置。

基于以上，也无怪乎古代文明中有关天空和宇宙本质的神话传说都与各个文明的地理位置有关了。在远离赤道的斯堪的纳维亚和西伯利亚都流传着关于天空大圆的传说：他们认为天空中有个大磨盘，神就居住在中央。最接近空中旋涡中心的那颗星也被赋予了特别的地位，传说它上面陈列着“宇宙之王”的宝座，所有的星星都围绕着它排列。［13］

我就不在这里详细追溯其他类似的神话了。我所想要强调的只是一点：仅从地面某一处的视角出发，很难完整描绘出宇宙的全貌。当你对星体、地球自转与取向一无所知时，你的观察会不由自主地产生一些严重的偏差。

哪怕是比较高级的早期文明，在刚开始进行天文观测的时候也会受到自身所处位置的影响。我们都住在一颗小小的行星上，它与其他行星一样围绕着一颗恒星运转。如今，我们已经很了解我们所在的太阳系及其行星，还知道在遥远的宇宙中，其他很多像太阳一样的恒星也有行星围绕着它们运转（根据最新的数据，已经超过3,500颗）。了解了这些知识以后，我们很容易忘记古代的人们要想跳出地球视角的束缚来理解其他行星的运动是多么困难。举个简单的例子，让我们站在地球的角度考虑火星的运动：我们需要假设地球和火星都沿着圆轨道绕着太阳运动，而火星的轨道半径大概相当于地球的1.5倍。地球绕太阳运行一圈需要一年，而火星大概需要两倍的时间。有了以上所有这些条件，我们就能依据地球与火星的轨道运动差异算出火星相对于地球的表观运动，如图1.5b所示。

这个奇怪的带有一个交叉的心形曲线（帕斯卡蜗线，又称“利马松线”）非常有趣。原点代表地球，图线则代表火星相对地球的运动轨迹。从图线的右上端沿轨迹移动到左端的过程中，火星正在渐渐远离地球。而移动到与横轴的交点—5处时，这两颗行星正处于太阳的两侧，此时它们相距最远。随后，火星又开始逐渐接近地球，二者越来越近，似乎就快要撞上了——就在这个时候，它却忽然改变了方向，又开始远离地球，这种逆行现象在火星离地球最近的几天用肉眼就能观测到。如果把观察对象换成遥远的外行星，结果又会不尽相同。比如土星，土星的轨道周期约为29.5个地球年，在一个周期中，土星相对于地球的最近点就有好几个，这意味着它相对于地球的表观轨迹相应地也有好几个小圈。［14］

我们从中得到的教训就是，假如你不了解所有天体运动的整体图像或理论，那么天体在天空中运动的轨迹看起来就是难以理解的。如果一位早期的天文学家连续观察火星两年，他就会看到火星先远离我们，然后再接近我们，之后开始逆行，逐渐远离我们。这样的运动是什么样的作用力所推动的呢？为什么它的运动会改变方向？这对当时地球上的人们来说，是个很难回答的问题，因为他们并不知道，所有行星，包括我们自身所在的地球，都按照不同的轨道以不同的速率围绕太阳运转。