大約400年前，他以一己之力“擴大”了太陽系

著名哲學家伽桑狄因其哲學論著與相關的學術活動而成為哲學史上的一個重要人物。然而，鮮為人知的是，他同時是一位自然科學家，對天文學、物理學、化學、生物學等學科的多個課題進行過理論與實證研究。伽桑狄在天文學領域的成就尤其重要；特別是，他對水星凌日的觀測，直接改變了當時的人們對太陽系大小的認識，并推進了相關研究的蓬勃發展。他也因此在天文學的發展中占有重要的一席之地。

撰文|王善欽

當人們聽到皮埃爾· 伽桑狄 （ Pierre Gassendi ， 1592 - 1655 ） 的姓名時，一般會想到他著名哲學家的身份。確實，伽桑狄因為發展原子論、質疑亞里士多德、與同時代的 笛卡爾 （ René Descartes ， 1596 - 1650 ）論辯、堅持經驗主義哲學觀點而在哲學史上為人所熟知。

伽桑狄畫像。圖片來源： Louis-édouard Rioult

然而，伽桑狄天文學巨匠的身份卻鮮為人知。他不僅與伽利略（ Galileo Galilei ， 1564-1642 ）、開普勒（ Johannes Kepler ， 1571-1630 ）等偉大的天文學家關系密切，更因為首次觀測并詳細記錄水星凌日現象而在天文學發展史上留下濃墨重彩的一筆。

他對水星凌日的觀測首次以較高的精度確定了水星的 角 直徑，證明其遠小于此前天文學家的估計，這意味著水星到地球的距離比此前估計大得多；根據開普勒第 三定律，這個結果也意味著其他行星也比此前估計的遠得多。 重要的是 ，他的結果首次大大“擴展”了太陽系的疆域 ； 他對水星凌日的觀測還首次讓天文學家可以精確測定水星繞日公轉的軌道，并啟發了后來天文學家對金星凌日的觀測 （此后人們通過 觀測 金星凌日、 觀測 小行星等 手段 確定出太陽系的精確大小 ） ?，F在，脫胎于凌日現象觀測的“凌星法”成為尋找太陽系外的行星（系外行星）并確定它們物理性質的重要方法之一。

2019 年 11 月 11 日，水星凌日， NASA 的太陽動力學天文臺（ SDO ）拍攝了全過程，此圖為多次拍攝合成的圖，顯示出不同時候水星的位置。圖片來源： NASA/ SDO , HMI

除了水星凌日的觀測之外，伽桑狄還記錄了北極光爆發，對彗星、行星、月球、太陽進行了幾十年的觀測，特別是與合作者持續對月食的觀測從而準確計算地球經度。除了天文方面的工作之外，伽桑狄也積極研究運動學、光學、聲學、化學等領域。不過，在自然科學（那時候還被歸類為“自然哲學”）領域，他的最高成就依然集中于天文學。相比之下，他在其他科學領域的研究顯得微不足道。

本文介紹 伽 桑狄在天文學領域的工作與成就，特別是他在水星凌日方面的工作，以期讀者對這位精通科學的哲學家有更全面的了解。

“必將成為他那個時代的奇跡”

1592 年 1 月 22 日 ， 伽桑狄 出生于法國普羅旺斯的尚泰西耶（ Champtercier ）村的一個農 民 家庭，此處距離迪涅（ Digne ）約 10 千米。他的父親是安東尼·伽桑德（ Antoine Gassend ），母親是弗朗索瓦絲·法布里（ Fran?oise Fabry ）。他一開始的姓也是伽桑德（ Gassend ），比后來通行的拼寫少一個“ i ”。

伽桑狄 的舅舅托馬斯·法布里（ Thomas Fabry ）是家鄉教堂的牧師，負責他幼年時的教育。 7 歲那年， 伽桑狄 被送到迪涅上學；在這里，他學習了拉丁語、算術等課程。此后直到 15 歲，除了在里茲的一所學校度過一年外，他都在迪涅讀書。

伽 桑狄年少時就展現出了非同尋常的語言和數學方面的天賦。 11 歲那年，他在家鄉的教堂用拉丁語發表了一篇演說， 在場的神父 受到極大的震撼。據說這位神父當場宣布：“這孩子 必將成為他那個時代的奇跡 ?！?/p>

1607 年， 伽桑狄 離開迪涅，回到家鄉，在那里度過兩年時光。 1609 年， 17 歲的伽桑狄進入普羅旺斯艾克斯大學，并在波旁皇家學院學習哲學，師從費賽（ Philibert Fesaye ）。由于伽桑狄能力出眾，費賽不在時，就請他代為授課。

從 1611 年起，伽桑狄開始學習神學、希臘語和希伯來語。 1612 年，伽桑狄接受迪涅學院的聘請，講授神學并擔任迪涅學院的院長（直到 1614 年）。 1614 年，伽桑狄從 阿維尼翁大學 獲得神學博士學位，并被任命為迪涅大教堂的副主教。

1617 年， 25 歲的伽桑狄被普羅旺斯艾克斯大學聘為哲學教授，但保留了迪涅大教堂的副主教的職位。 17 年后（ 1634 年），他升為迪涅大教堂的主教，此后一直擔任此職到逝世。

亞里士多德體系的質疑者

在艾克斯大學任教期間（ 1617-1623 ），伽桑狄主要講授亞里士多德哲學，這使他非常熟悉這個哲學體系。然而，越來越多的證據表明亞里士多德體系存在諸多與觀測矛盾的地方，因此他越來越懷疑這個體系的正確性，并在課堂上通過委婉的方式反對了其中的一部分內容。

例如，亞里士多德認為物質由永恒的四種元素（土、水、氣、火）組成。伊壁鳩魯等人則認為世界萬物由原子的隨機組合與分解形成，這就是“原子論”的發端。伽桑狄反對亞里士多德的學說，而繼承了伊壁鳩魯等人的“原子論”；他認為土、水、氣、火并不是物質的基元，而是原子的組合。

伽 桑狄后來回憶說：“我總是確保我的學生能夠恰當地為亞里士多德辯護。但與此同時，我也附上了那些會削弱亞里士多德教條的學說。誠然，鑒于當時所處的環境、人物和時代，前者是必要的。但不忽略后者則是誠實之舉，因為那些學說確實提供了被拒絕認同的理由……我開始研究其他學派的學說，想看看它們是否能提供更可靠的東西。”

1623 年，耶穌會接管了艾克斯大學，伽桑狄失去了工作。關于他失去工作的原因，有兩種說法。一種說法是，耶穌會對他在課堂上批評亞里士多德學說不滿，所以將其解雇。另一種說法是，伽桑狄僅僅因為不是耶穌會成員而被解雇。

自 1624 年起，巴黎議會試圖通過立法強制推行亞里士多德哲學。就在 1624 年，伽桑狄出版了《反亞里士多德悖論練習》（ Exercitationes paradoxicae adversus Aristoteleos ）的第一部分，作為其計劃的七卷本的第一卷（第二卷直到其逝世后才被出版了殘篇。他沒有寫原計劃的其余五卷）。伽桑狄還寫信給伽利略，支持日心說。

他在此時突然與亞里士多德學派公開決裂，很可能是因為他已經失去教職，無所畏懼。

進入天文殿堂

在 艾克斯 大學時期，伽桑狄進入天文學研究領域。引導他進入天文觀測領域的關鍵人物是佩雷斯克 （ Nicolas-Claude de Peiresc ， 1580-1637 ）與加爾蒂爾（ Joseph Gaultier ， 1564-1647 ）。

佩雷斯克曾聽過伽利略的天文學講座，對此產生了濃厚興趣，于 1610 年建立了自己的天文臺，并在那一年成為第一個觀測到獵戶座大星云（ M42 ）的人。伽桑狄在艾克斯大學期間認識了他。

佩雷斯克聘請加爾蒂爾到他的天文臺工作。 而伽桑狄 是在加爾蒂爾的家中跟他學習了天文學。佩雷斯克因此雇用伽桑狄作為團隊的一員。有記錄表明，伽桑狄與加爾蒂爾在 1618 年觀測了彗星，在 1620 年觀測了月食，在 1621 年觀測了日食。

對亞里士多德體系的懷疑，使伽桑狄對哥白尼、伽利略等反亞里士多德體系的天文學家與他們的理論非常感興趣。伽桑狄認真學習開普勒于 1627 年出版的《魯道夫星表》，并根據觀測進行改進，以更精確地預測行星的運行位置。這本身就是對日心說的支持，因為開普勒編制《魯道夫星表》的理論基礎就是日心說。

1629 年，伽桑狄觀察到罕見的“幻日”現象，即“日暈”。他指出“幻日”現象是高空的冰晶或雪晶反射陽光所致。這一解釋在 19 世紀被證實是正確的。

北極光的觀測與命名之爭

1621 年 9 月 2 日，伽桑狄看到天空中出現了絢麗光芒，整個法國都可以看到，光芒如同曙光，將黑夜照射地如同黎明。通過與在其他多地同時觀測到這次極光爆發的觀測者通信，他推斷出這種光的源頭位于北極上方的高空。

1641 年，伽桑狄描述那次絢麗的爆發時，說那道光“在北方（ borealum ）的整個天空中都能看到，以至于在好幾個小時里，它都像最明亮的曙光（ auroram ）”。這個詞出自羅馬神話中的曙光女神歐若拉（ Aurora ）。

在多年后，伽桑狄依然對那次觀測到的北極光念念不忘，可見那次北極光對他心靈的震撼。 1649 年，伽桑狄將“北方”和“曙光”合并為“北方曙光”（ Aurora Borea ），即“北極光”。這個詞后來在其遺著中演變為“ Aurora Borealis ”。

后世因此長期將伽桑狄作為提出“北極光”這個名稱的第一人。不過， 1731 年，法國學者讓 - 雅克·德·梅朗（ Jean-Jacques de Mairan ， 1678-1771 ）指出，有證據表明該表述的起源早于伽桑狄：“人們普遍認為‘北極光’這一名稱是由著名的伽桑狄所起，但我將通過伽桑狄本人的論述輕易證明，這一名稱在他之前就已經存在了?！比欢撕笕藗円琅f沿襲舊說。

阿拉斯加州熊湖上空的北極光。圖片來源： United States Air Force, Joshua Strang

1978 年，西斯科（ George Siscoe ）在論文中指出：伽利略于 1619 年首先提出北方曙光（ aurora boreale ）這個名稱，比伽桑狄早 30 年； 伽 桑狄 也讀過伽利略的那些著作，并知道伽利略提出了北極光這個概念。不過伽桑狄從來沒有宣稱自己是北極光概念的發明者，只是后世學者長期張冠李戴，以訛傳訛。

當然，不管是日食、月食，還是北極光、彗星，伽桑狄將它們都視為自然規律或自然現象，反對當時流行的占星術。他認為占星術脫離了感官經驗，無法通過實驗或觀測加以修正，不能算作自然知識或經驗知識。

月球觀測與投影法

伽桑狄對月球與太陽進行了長期的觀測。他對月球與太陽 角 直徑的大小及其隨著時間的變化非常感興趣。他采用 投影法 觀測月亮與太陽的 角 直徑。

投影法的基本步驟是： 1 、在房間的墻或暗箱的壁上開一個孔； 2 、將望遠鏡對準 孔固定，再垂直固定一塊平面（紙），用來接收太陽影像； 3 、觀測開始前，遮擋光線，讓月光或陽光進入望遠鏡后投射到紙上面； 4 、根據成像的圓的直徑與望遠鏡目鏡到圓面的距離，利用三角函數就可以計算出月亮或太陽的角直徑。在沒有望遠鏡的時代或對于沒有望遠鏡的觀測者，可以直接開孔，利用小孔成像獲得太陽或月亮的圖像。

這個方法也是研究太陽黑子的好辦法?？梢允孪仍诩埳厦娈嬕粋€圓，標出圓心、畫出直徑，并給出直徑與圓周上的刻度。觀測時調整屏幕的位置，讓太陽盤面恰好位于繪制的圓周內部，直徑與圓周上的刻度可以幫助觀測者確定出太陽黑子的位置及其變化規律。

1612 年，伽利略觀測太陽黑子時用的就是投影法。 沙伊納 （ Christopher Scheiner ， 1573/1575-1650 ）在 1626 至 1630 年間完善了這一方法。使用這種方法，可以定量描述黑子、水星或金星凌日時的位置變化，同時保護眼睛的安全。

對投影法的熟練使用是伽桑狄后來 得以高 精度觀測水星凌日的原因。

沙伊納使用投影法觀測太陽黑子的設備。圖片來源： Christoph Scheiner

水星凌日

由于太陽系所有大行星繞日公轉的軌道面幾乎重合，因此，理論上內側行星經過太陽時，會短暫遮擋住一部分陽光，即發生凌日現象。比地球更接近太陽的行星是水星和金星，因此地球上可以看到的水星凌日與金星凌日現象：水星或金星在視線上劃過太陽的圓盤面，成為一個移動的圓形黑影。

實際上， 不同 行星 的 軌道面 彼此間 并不完全重合，而是有一定的傾角。而 太陽 的 角直徑 大小 有限 ，也就是說，從地球上看行星會在太陽盤面的上方或下方掠過，所以水星凌日與金星凌日的發生頻率遠低于軌道完全重合的情形，它們發生的精確時間在伽桑狄時代也很難預測。

162 9 年， 開普勒 在 《 1631 年罕見罕見天象》（ De raris mirisque Anni 1631 Phaenomenis ） 中摘錄了《魯道夫星表》的內容， 并預測： 1631 年 11 月 7 日與 12 月 6 日將先后發生 水星凌日 與金星凌日現象 。 開普勒是第一個精確預測水星凌日與金星凌日現象的人。

開普勒 《 1631 年罕見罕見天象》 的封面。圖片來源： Johannes Kepler

此前天文學家觀測水星和金星，通常認為它們的角直徑有幾角分。開普勒就曾預言，金星凌日時，其角直徑幾乎會是太陽角直徑的四分之一，約 8 角分；水星凌日時， 角直徑 大概會是太陽直徑的十分之一，約 3 角分。開普勒于 1630 年逝世后，這本小冊子被他人印刷發行。

開普勒的預言受到了普遍重視。 1631 年，伽桑狄結束了在國外兩年多的游歷，返回法國。他閱讀了開普勒的新書，開始準備用投影法觀測開普勒預言的水星凌日與金星凌日現象。

伽桑狄在巴黎的一個房間里做好準備。他在紙上畫一個圓，直徑為 2/3 巴黎尺（ 1 巴黎尺約 31.61 厘米）。然后他將這個圓的直徑等分為 60 份；然后調整小孔與屏幕之間的距離，使投射的太陽影像恰好落在這個圓內部，此時圓的直徑上面的每個刻度對應 30 角秒。

伽桑狄在房間的下一層安排了一名助手，每當他跺腳時，助手就用兩英尺的象限儀測量太陽的高度，以確定每次跺腳時的時間。

此前開普勒就指出，由于水星的軌道難以觀測，他的計算結果并不十分確定，建議天文學家從 6 日開始觀測水星凌日，如果觀測不到，就一直觀測到 8 日日落為止。 伽 桑狄更謹慎，他從 1631 年 11 月 5 日就開始觀測，但是那天下了一整天的雨，看不到太陽； 11 月 6 日清晨，霧氣很重，那一天也沒有發生水星凌日。

1631 年 11 月 7 日，云層間歇性遮擋太陽，霧氣也在削弱陽光。將近 9 點時，太陽的光線增強，驅散霧氣，投在紙上的太陽影像變清晰。伽桑狄在太陽的盤面上看到了一個小黑點。這個小黑點異乎尋常地小，他認為這不是水星，而是太陽黑子。因為此前他預期水星的角直徑約為 15 角分（是開普勒此前估計的值的 5 倍），遠大于這個小黑點。

他后來回憶說：“……我怎么也想不到水星投下的影子會這么小。它實在太小了，它的直徑看起來幾乎不超過太陽表面所標刻度的一半。我還以為那是前一天沒留意到的太陽上的一個黑子，只是后來變大了，就像我以前見過的那樣?！彼玫目潭仁?30 角秒。

于是，伽桑狄把紙上的圓的直徑對準那個“黑子”，測得它與圓心的距離為 16 個刻度。他希望以這個“黑子”為參照物，確定此后可能出現的水星投影的位置。然而，他發現“黑子”快速移動了 4 個刻度。這讓他很疑惑，因為太陽黑子不可能移動得這么快。

此時的伽桑狄猶豫不決，但他還是難以相信那就是水星，他還在期待有個更大得多的黑影出現。當太陽再次清晰顯現時，伽桑狄發現那個“黑子”又移動了兩個刻度。他終于確認，它不是黑子，它就是水星在地球上的投影。

伽桑狄確定自己見證了水星凌日。他趕緊跺腳提醒助手測量太陽的高度，但助手以為今天會和前兩天一樣是陰雨天，已經提前離開了。 伽 桑狄花了點時間才找到他，最終只測到了一次準確的時間：水星凌日在上午 10 點 28 分結束。

這次水星凌日發生的時間與開普 勒預測 的時間僅相差 6 小時，證明了開普勒《魯道夫星表》的精確性。

伽 桑狄并不是唯一首次見證水星凌日的人，還有三人也觀測到這個奇觀。他們分別是在因斯布魯克（ Innsbruck ）的瑞士天文學家 西薩特 （ Johann Cysat ，約 1587- 1657 ）、在魯法赫（ Rouffach ）的德國天文學家奎蒂努斯（ Johannes Quietanus ， 1588-1654 ）和在英戈爾施塔特（ Ingolstadt ）一個不知其姓名的耶穌會修士。

西薩特是 沙伊納 的學生。奎蒂努斯曾經和開普勒通過信。這兩人在投影法觀測方面都有豐富的經驗。但他們兩人與那位耶穌會修士都 沒有像伽桑狄 那樣發表自己的觀測結果，因此沒有產生影響。

其他大多數準備觀測的天文學家因為設備不夠好或天氣不佳而一無所獲。比如，在普羅旺斯觀測的瓦 萊 特（ Joseph de la Valette ， 1564-1647 ）， 當天一 整天都是晴朗的天氣，他卻沒有發現水星的投影，這可能因為他使用的暗箱太簡易，孔徑太大。

圖賓根大學的天文學家 ?？斯?（ Wilhelm Schickhard ， 1592-1635 ）把一間房間弄暗，在屋頂的一塊瓦片上鉆了一個小孔，將太陽的影像通過這個孔投影到紙。但他所在的地方那天多云，太陽只偶爾露出來，他的觀測也失敗了。?？斯潞髞砀嬖V 伽 桑狄，水星凌日當天，在黑森選帝侯的宮廷里，人們用一個大型針孔暗箱，使用投影法仔細觀測了 一 整個白天，都沒有在太陽表面看到任何東西。

在觀測到水星凌日的四人中，伽桑狄的觀測最佳，并且是唯一及時發表結果的人，這也使得他長期被視為唯一觀測到那次水星凌日的人。

更重要的是，他的高精度測量與及時發表及時而有力地推進了人們對太陽系大小的認識，改進了人們觀測水星軌道的精度。

大大擴展太陽系的疆域

根據觀測，伽桑狄測出了水星的角直徑，它“幾乎不超過 2/3 個刻度，即 1/3 角分，也就是 20 角秒”。這個值出人意料地小，遠小于此前人們普遍認為的幾角分，是伽桑狄此前預期的值（ 15 角分）的 1/45 。

在觀測、分析與計算結束后，伽桑狄將結果寫成兩封信寄給?？斯?，強調了水星角直徑之小。?？斯驴吹浇Y果后很震驚，因為他也預期水星會在太陽圓盤上呈現出一個相當大的圓影。

實際上，伽桑狄的測量依然高估了水星凌日時的角直徑。假設水星和地球軌道都是正圓，可以粗略計算出這個值實際上應該約是 0.18 角分，即 11 角秒，約為伽桑狄得到的值的 0.55 倍。不過，伽桑狄一開始就覺得“幾乎不超過太陽表面所標刻度的一半”，即幾乎不超過 15 角秒，這個估計比它后來確定的 20 角秒這個值更符合真實值。不管如何，伽桑狄在那個時代使用簡易儀器，通過觀測，將水星角直徑測量到正確的數量級，且不到真實值的 2 倍，這依然是非常了不起的壯舉。

當時人們還無法確定地球與太陽的距離，開普勒的行星運動第三定律也只能得到行星與太陽距離之間的比例與公轉周期比例之間的關系，而不是行星與太陽的距 離自身。

觀測水星凌日（與金星凌日），可以直接確定水星（和金星）的角直徑，從而粗略推斷水星（金星）、地球與太陽的距離，然后根據開普勒定律確定出其他行星與太陽的距離。此外，如果能在太陽盤面上看到水星或金星，人們就能夠更精確地確定它們的位置與軌道，因為太陽在黃道上的每日位置比任何行星的位置都更精確。這是開普勒對凌日的精確預言在當時受到普遍重視的原因之一。

伽 桑狄成功觀測水星凌日并測出水星 角 直徑，同時實現了以上兩大目標。這就意味著：要么水星的真實大小遠小于此前的預期，要么水星的距離遠大于此前的預期，要么二者兼而有之。

由于這個觀測無法改變此前人們對水星物理直徑的取值，那么自然的結論就是：水星比此前預期的遠得多。根據開普勒第三定律，其他所有行星與太陽的距離都比此前大得多。因此，太陽系的大小比以前估計的大得多。

伽桑狄就這樣通過水星凌日將太陽系的疆域大大“擴展”了。

兩次錯過金星凌日

開普勒預測 1631 年 12 月的金星凌日發生時，歐洲大部分區域已經日落，美洲大陸是最佳觀測區域。但為了避免計算的誤差導致的預測誤差，他建議歐洲的天文學家也可以準備觀測。

果然，那次金星凌日發生時，歐洲的大部分區域已經日落，伽桑狄、西薩特、奎蒂努斯等人雖然苦苦等待，依然無法在自己的活動區域觀測到那次奇觀。

后代的計算表明，當時意大利的部分地區和東地中海沿岸可以在日落前看到金星凌日；遺憾的是，沒有證據表明那里有人觀測或記錄那次凌日，美洲也沒有記錄。

根據開普 勒當時 的計算，下一次金星凌日要等到 1761 年 6 月，是 120 年又 6 個月之后，當時在世的所有人都不可能等到那一天。伽桑狄等人就轉而處理其他事情去了。

然而， 163 9 年 秋天，年僅 21 歲的英國天文學家霍羅克斯（ Jeremiah Horrocks ， 1618-1641 ）在研究開普勒的《魯道夫星表》時發現， 1639 年 12 月 4 日（儒略歷 11 月 24 日）還會發生一次金星凌日。廣而言之，金星凌日是成對出現的，每隔 100 多年出現一對，一對中的兩次相隔 8 年。

霍羅克斯立即通知了自己的朋友克拉布特里（ William Crabtree ， 1610-1644 ）等極少數人。二人果然在那天看到了金星凌日。

但是，這個消息沒有及時傳到歐洲大陸。當時的霍羅克斯人微言輕，他也沒有廣 泛的交際網，無法有效地將自己的發現傳播到國外的前輩手中。何況當時信件跨越英吉利海峽的時間并不短，而霍羅克斯預測出那次金星凌日時（儒略歷 10 月 26 日），距離它發生僅剩下不到一個月的時間。

包括 伽 桑狄等人在內的歐洲天文學家因此不知道那天會發生金星凌日，集體錯過?；袅_克斯和克拉布特里成為 首次見證金星凌日 的僅有的兩個人。

實際上，金星更靠近地球，而且直徑比水星大，因此金星凌日時形成的黑影比水星大得多，更容易被觀測到。

2012 年 6 月 5- 6 日 （國際時 5 日 22:09 到 6 日 01:29 ），金星凌日。 NASA 的 SDO 拍攝的圖之一，太陽圓盤左上角為金星的黑影，比水星凌日時產生的黑影大得多。盤面上的其他黑色區域為太陽黑子。圖片來源： NASA/SDO, HMI

過去幾百年來，大多數人認為開普勒的星表有錯誤，沒有預測出 1639 年 12 月那次金星凌日。 2005 年，哈佛大學天文學家與科學史學家金格里奇（ Owen Gingerich ， 1930-2023 ）教授在一篇為霍羅克斯的傳記寫的書評中指出，開普勒逝世前與他的女婿只用星表計算到 1636 年為止。如果開普勒和合作者用這個星表推算到 1639 年，就可以正確預測出 1639 年 12 月的金星凌日，這正是霍羅克斯后來所做的事。

開普勒來不及一年年地繼續推算，伽桑狄等人也沒有及時推算到那一年，自然就錯過了那次金星凌日。不過 伽 桑狄極大地鼓舞和指引了霍羅克斯和克拉布特里的觀測。他們觀測金星凌日的方法就是伽桑狄觀測水星凌日的方法。霍羅克斯在金星凌日的論文中說：“尤其要向杰出的伽桑狄致敬！他最先描繪出水星那變幻莫測的軌道與太陽隱秘的交會……?！?/p>

后來， 1651 年 11 月 3-4 日的水星凌日發生時，正在印度的沙克利（ Jeremy Shakerley ， 1626-1653 ？）也采用伽桑狄的方法進行觀測，并記錄了結果。

月食觀測與經度測定

伽桑狄對月食的觀測幾乎持續了一生，可以說得上是幾十年如一日。他對月食有特別的興趣，是因為月食的觀測可以幫助天文學家測量地球的經度。自古以來，測量地球上任意點位置的緯度都相對容易，但測量經度卻異常困難。這個問題在伽桑狄那個時代尚未被解決。

利用月食測經度的原理是：不同地點觀測到的月食發生的當地時間不同，通過對比至少兩個地方的觀測記錄，可以確定出兩地的時間差，從而確定出兩地的經度差異（ 24 小時對應 360 度差異， 1 小時對應 15 度的差異，以此類推）。如果其中一個地方被規定為本初子午線（經度為 0 度的經線），就可以給出另一個地方的經度。

這個方法歷史悠久，伽桑狄并不是發明者。在他此后至少一百多年，這個方法還被用以測定經度。一般的年份會發生 2 次或 3 次月食，少數年份發生 4 次月食，極少數年份可以發生 5 次月食。這樣的頻率對于測定陸地經度是基本夠用的。

為了獲得更精確的精度，伽桑狄指出：需要確定月球上的一些具體的環形山與其他特征進入與離開地球陰影的時間。 1628 年 1 月的月食期間， 伽桑狄與佩雷斯克合作 ，首次嘗試了這種方法。他們將自己在艾克斯的觀測時間與巴黎的天文學家觀測到月食的時間進行比較，成功算出了兩地大致的經度差。 此后，他們多次用這個方法觀測了月食。

從 1634 年開始， 伽桑狄得到佩雷斯克 的資助 進行研究 。 1635 年 8 月 28 日的月食，佩雷斯克協調了大批天文學家在地中海地區進行觀測。艾克斯、迪涅、巴黎、羅馬、那不勒斯、開羅、阿勒頗、突尼斯、魁北克等地也有天文學家在觀測。伽桑狄于 1636 年整理了來自世界各地的關于這次月食的報告。佩雷斯克根據地中海各地的觀測記錄，計算出相應觀測地點的經度，推算出地中海比之前得到的數值短約 1000 千米。

為了確定月球山脈的具體位置，伽桑狄和佩雷斯克開始繪制他們用望遠鏡看到的月球，卻苦于自己缺乏繪畫才能。 1635 年，著名藝術家梅蘭（ Claude Mellan ， 1598 - 1688 ）到艾克斯拜訪佩雷斯克。伽桑狄和佩雷斯克立即邀請他繪制月球圖像。梅蘭用望遠鏡觀測后，于 1637 年創作了三幅不同月相時月球的精確蝕刻畫，其精確性在此后 200 年都難以被超越。

梅蘭制作的三張月球蝕刻圖像之一，“八天”時的月球。圖片來源： Claude Mellan

伽利略在發現木星的四顆大衛星后，提出了測定經度的另一個方法：觀測木星衛星的“食”（即太陽照射木星衛星的光被木星遮擋）的開始與結束時間來測定經度。木衛 食發生 的頻率比月食的頻率高得多，但觀測木衛食的難度與需要的技巧更高。 伽桑狄在與佩雷斯克合作時，也協助他計算木星四顆衛星的運行時間。

1637 年，佩雷斯克去世。 伽桑狄為自己的這位好友與慷慨的贊助人撰寫了傳記，并于 1641 年出版。這被認為是（歐洲）第一部學者傳記。

為日心說排除一個障礙

亞里士多德學派認為地球靜止不動。哥白尼、伽利略、開普勒等人則認為地球圍繞太陽公轉；人們看到日月星辰的東升西落，不是因為它們圍繞地球轉動，而是因為地球自身在自轉。

亞里士多德學派指出：如果我們的地球在自轉，那么從高塔上掉落的球必然落在其釋放點的旁邊，因為在球下落的過程中，地球已經自轉了一定的角度。然而，下落的物體總是沿垂直方向落下。因此他們認為這個矛盾反駁了地球自轉的假設，因此要解釋日月星辰的升落，就只能假設它們圍繞地球公轉。

伽桑狄是伽利略的堅定支持者。 1633 年，伽利略因為宣揚日心說而受到宗教裁判所審判時，伽桑狄多次寫信支持他。

伽利略曾經通過“思想實驗”的方式論述一個結論：在勻速行駛的船上丟下一個物體，物體依然落在其正下方，但他沒有進行實驗驗證。為了進一步支持伽利略，伽桑狄于 1640 年 10 月登上一艘船，來到馬賽港外的海面上。

在風平浪靜的情況下。伽桑狄從行駛的船的桅桿上釋放一個球，球落在桅桿腳下，而不是落在桅桿后面。這個實驗證明了伽利略的論述：球在下落前獲得的水平速度使得它在水平方向上與船以一樣的速度勻速運動，從而最后落在其正下方。

盡管這個實驗結果不能證實地球在自轉，但可以反駁“如果地球自轉，高處落下的物體就會落在其旁邊”的說法。這個工作雖然是一個運動學實驗，但關系到日心說的自洽性問題，因此也是天文學相關的課題。

伽桑狄將這個結果寫入 1642 年出版的《論運動》（ De motu ）。在該書中，他還討論了自由落體的其他問題。就在這一年，被軟禁九年的伽利略與世長辭?！墩撨\動》也存在一些錯誤論述，伽桑狄在 1646 年出版的《論下落重物的加速比例》（ De proportione qua gravia decidentia accelerantur ）中繼續討論這個課題，并對此前的論述進行了修正。

重回大學

佩雷斯克去世后，伽桑狄的經濟再次惡化。苦苦支撐了 8 年后，伽桑狄終于在 1645 年獲得巴黎皇家學院數學教授的職位，講授天文學課程并繼續進行天文研究。從 1623 年到此時，他已有 22 年時間處于正規學術機構之外。

這個職位的最大意義是他再也不用忍受貧困，不必四處流離。然而此時他的身體狀況已經惡化，染上肺病。他對學校提出要求，在自己身體不好時，可以離開巴黎，休息療養。學校答應了他的要求。

在重新獲得教職這一年，伽桑狄與助手觀測了日食。 1646 年和 1647 年，他們觀測了兩次月食。伽桑狄將觀測結果和講稿整理成《依據古希臘、哥白尼和第谷假說的天文學教程》（ Institutio astronomica juxta hypotheseis tam veterum, quam Copernici et Tychonis ），于 1647 年出版。

由于身體健康狀態持續惡化，伽桑狄不得不于 1648 辭職，帶著助手到外地休養。在朋友的調解下，他和笛卡兒重歸于好。他的科學研究并未因為辭職而停止。 1650 年，他和助手登上高山，重復了他人關于大氣壓與高度的關系，并給出了合理的解釋。

1653 年，伽桑狄重新回到巴黎，此時蒙特莫爾（ Henri-Louis de Montmor ，約 1600-1679 ）成為他的贊助人。 1654 年，伽桑狄成功預測了那年 8 月 12 日的日食。為了消除巴黎市民對日食的恐懼，他匿名寫了一本小冊子，告訴人們，日食只是自然現象，不會帶來災難。不過，那次日食發生時，還是有很多巴黎居民躲進地下室。

1654 年 11 月，伽桑狄病重。次年春天天氣變暖后，他的身體稍有恢復。 1655 年 8 月，他再次病重。醫生采用放血療法，這加重了他的病情。他懇求醫生不要再用放血療法，但醫生們仍堅持用這個療法。

1655 年 10 月 24 日 ，伽桑狄在蒙特莫爾巴黎的家中與世長辭，享年 63 歲。蒙特莫爾為他提供了墓地。他被安葬在圣尼古拉德尚教堂的蒙特莫爾家族小教堂里。

對后世的影響

在伽桑狄逝世三年后，他的六卷版全集出版。此后他的著作繼續流傳，影響了歐洲大陸和英國的大批重要學者。

布隆德爾（ Barry Brundell ）在《皮埃爾·伽桑狄：從亞里士多德主義到新自然哲學》（ Pierre Gassendi from Aristotelianism to a New Natural Philosophy ）的序言中說：“伽桑狄一生經歷了三種文明：中世紀的教會文明、文藝復興時期的人文主義文明以及現代科學文明；但他從未與其中任何一種文明割裂開來?；蛟S正是因為他能在這三種文明中游刃有余，所以歷史把他安排在 17 世紀科學革命的核心天才圈中的邊緣位置。”

伽桑狄的“自然哲學”領域（尤其是天文學與物理學）中的各項研究很好地體現了他從中世紀教會文明到現代科學文明的快速進化，他也為那個時代的科學革命做出了不可忽略的貢獻。

1852 年，人們通過募捐在迪涅為他豎立了一座青銅雕像。 1935 年，國際天文學會（ IAU ）將 月球上的 一座直徑 111.39 千米、深 1.9 千米的巨大環形山命名為“ 伽桑狄 ” 。 迪涅博物館所在的街道被命名為“伽桑狄大道”。 1992 年，伽桑狄誕辰 400 周年，迪涅博物館舉辦了一場關于他的展覽。

月球上的伽桑狄環形山 。圖片來源： NASA/Lunar Reconnaissance Orbiter

水星凌日與金星凌日都會導致太陽的亮度輕微降低。一些恒星周圍的行星公轉的軌道面恰好“側面對準”地球，天文學家可以觀測到恒星亮度因為行星的“凌星”現象導致的周期性變暗，從而確定恒星周圍存在行星，這就是 “凌星法” 。

系外行星 WASP-96b 遮擋恒星 WASP-96 時，后者亮度變低。圖片來源： NASA, ESA, CSA, STScI

“凌星法”是過去幾十年來天文學家尋找系外行星的幾種最重要的方法之一。它可以追溯到 伽桑狄 幾百年前的那次優雅而強有力的觀測，雖然當時的儀器精度根本無法測出因為水星凌日而導致的太陽亮度的輕微降低。

當我們看到那些壯觀的凌日照片與系外行星凌星的圖像時，我們不應該忘記伽桑狄，也不應該忘記首先預測水星凌日（與金星凌日）精確日期的開普勒。

參考文獻

[1] Fisher, Saul, "Pierre Gassendi". In Zalta, Edward N. (ed.). The Stanford Encyclopedia of Philosophy. Metaphysics Research Lab, Stanford University – via Stanford Encyclopedia of Philosophy

[2]van Helden, A. 1976, Journal for the History of Astronomy, 7, 1

[3]Siscoe, G. L. 1986. An historical footnote on the origin of 'aurora borealis. History of Geophysics. Vol. 2. pp. 11-14

[4] William Sheehan, Thomas A. Dobbins, Epic Moon - A History of Lunar Exploration in the Age of the Telescope , Willmann-Bell, 2001, ISBN-10: ? 0943396700

[5]Chapman, Allan, 2014 , Stargazers Copernicus, Galileo, the Telescope and the Church, Lion Hudson , ISBN-10: ? 9780745956275

[6] “ Pierre Gassendi ” , Maths History, (https://mathshistory.st-andrews.ac.uk/Biographies/Gassendi/)

[7] Paul Marston, 2004, History of Jeremiah Horrocks, IAU Colloquium 196, Transits of Venus: New Views of the Solar System and Galaxy

[8] Owen Gingerich, 2005, Book Review: Jeremiah Horrocks: The Transit of Venus: The Brief, Brilliant Life of Jeremiah Horrocks, Father of British Astronomy

[9]Brundell, B., Pierre Gassendi from Aristotelianism to a New Natural Philosophy, D. Reidel Publishing, 1987

注：本文封面圖片來自版權圖庫，轉載使用可能引發版權糾紛。

本文轉載自《返樸》微信公眾號

《物理》50年精選文章