麗莎：“記住，爸爸，北斗七星的勺柄指向北極星?！?/p>
荷馬：“說得不錯，麗莎，但我們不是在上天文課。我們在樹林里?！?/p>
——《辛普森一家》（The Simpsons）
很久很久以前，夜空對任何地方的每個人來說都十分黑暗。那時沒有人造光源，人們用肉眼可以看見月亮和許多星星。而如今，在現代城市里已經很難看清星星了。星星是那么令人感到熟悉：人們依靠它們的位置導航，穿越陸地和海洋；它們的形狀是災難的預兆；它們的規(guī)律分布和可預測性展示了人類對宇宙的信仰。宇宙是如此合理，如此有規(guī)律，它不是天神們復仇和互相爭斗的游戲場。星星真的非常重要。
最持久、最生動的星空圖像被保留在星座圖上。恒星聚集在一起，形成了星座。給星座賦以動物或其他日常物件的形狀，或許是為了彰顯它們及其在天空中位置的宗教或神話意義，或許只是為了便于記憶和讀懂星空。夜復一夜，恒星緩慢而穩(wěn)定地在黑夜中運行，月亮有盈有虧，地球繞著太陽年復一年地旋轉，這些都是人們計算時間的方式，讓航海家們在夜幕降臨之后也有辦法導航。如果你在陸地上旅行，當夜幕降臨時，你可以停下來等待太陽升起后再出發(fā)，但如果你在海上航行，通常就無法這樣做了。
緩慢演變的星座圖在人類歷史中扮演了一個多面的角色。它曾經是迷信的助力、天文學的推手、導航的儀器，它也曾創(chuàng)造了宇宙一體論。夜晚的星空是人類最古老的共同體驗，圖片和彩繪手稿中再現的星空展示并升華了多種文化中的人類體驗，在任何偉大的科學圖片展中都少不了這樣一些展品。
在地球上的人類看來，太陽每年的運行軌跡在天上畫出了一條巨大的弧線。在古代，太陽每年（看上去）圍繞地球運動的平面被劃分成了黃道十二宮。時至今日，世界上還有很多雜志和報紙的占星術專欄用這十二宮來糊弄人。實際上，黃道十二宮（zodiac的字面意思是“動物之環(huán)”）與黃道上的星座不同，即使它們用的是同樣的名字。星座是一群毗鄰的星星，形成某些可以識別、令人浮想聯翩的圖形。而相比之下，黃道十二宮是12個各為30°的區(qū)域，或者說對應著時鐘面上一小時的區(qū)域，它們在天空中形成了360°的一整圈。傳統(tǒng)上來說，每個星座占據天空中18°的區(qū)域。起初，十二宮及其同名的星座有著很緊密的聯系，但漸漸地，人們命名了越來越多的古代星座，星座很快比十二宮要多得多了。由于十二宮只用于占星，因此它們的數量最終保持在了12個。其實，星座主要用于導航，在世界上不同區(qū)域導航需要在天空中有不同的標記和線條，因此要不停地增加星座的數量，以保證覆蓋整個天空。大部分人知道自己的星座，占星術正是通過研究一個人出生時的特定星座以及該星座在性格上的傳統(tǒng)解釋，來預測一個人的個性和行為。
最古老的星座圖還有一個令人著迷的特點：它能讓天文學家確定創(chuàng)造星座的古老文明所處的年代和具體地點。地球在旋轉的時候會發(fā)生輕微的晃動，就像一個正在旋轉的陀螺。因此，地軸不是一直指向天空中同樣的方向，而是要花約26000年才能完成一次循環(huán)。現在，地軸已經與南北磁極有一定的偏離，地軸的北端指向我們所謂的“北極星”，但在過去或未來，地球的北極會指向不同的方向，要么指向另一顆星星，要么根本不指向任何星星。例如在公元前3000年，當時的“北極星”是天龍座α星。因此，當莎士比亞筆下的尤利烏斯·凱撒說自己像“北極星一樣永不動搖”時，這是犯了時間上的錯誤，因為在凱撒的時代，根本沒有所謂的“北極星”。
地軸北極的進動（天文學稱這一現象為歲差），意味著對處于地球上不同緯度和歷史上不同時期的觀察者來說，天空看起來完全不一樣。最有趣的是，一個從北緯L°觀測的古代天文學家無法看見以南極為中心的2L°范圍內的天空。19世紀和20世紀的一些天文學家宣稱，他們根據古代星座圖可知，最早的星座圖繪制者處于北緯35°附近，因為該星座圖上沒有描繪南部某個區(qū)域內的天空。
北緯35°線穿越地中海，米諾斯、腓尼基和古巴比倫都位于其附近。通過定位星座圖空白區(qū)域的中心點，可以倒推出歲差的歷史，從而找出南極何時處于空白區(qū)域的中心。最終，人們推斷出古星座圖繪制的時間在公元前2500年到公元前1800年。
星座的形狀和命名，其來源已經湮沒無聞，但如果我們假定命名者是地中海的航海者，那么許多動物的形狀就能夠解釋了。這些航海者追逐天空中升起的星星，以便夜晚也能繼續(xù)航行。地圖象征著人類理解和控制周遭事物的渴望。為一片區(qū)域繪制地圖意味著占領這片區(qū)域；為天空繪制地圖為人類提供了一種終極確認，即宇宙中的一切都有跡可循，我們處于掌控宇宙的中心位置，在宇宙演進過程中扮演著特殊角色。
每種宗教對十二宮和星座都有自己的理解。尤利烏斯·席勒（Julius Schiller）制作了一幅基督教的星座圖，圖上用《新約》和《舊約》中的名字取代了奇怪的異教形象。但最偉大的星圖制作者和藝術家是荷蘭裔德國數學家、宇宙學家安德里亞斯·塞拉里烏斯（Andreas Cellarius）。他在1660年繪制的作品《宇宙和諧之擎天神阿特拉斯》（Atlas Coelestis seu Harmonica Macrocosmica）是有史以來最美的書之一。這本手繪雕版畫集在星座圖的范圍里用生動的色彩繪制了豐富的人物，是這位制圖者的巔峰之作。
安德里亞斯·塞拉里烏斯繪制的北半球及其星空，1660年
時至今日，我們能見到的最古老的星座圖像不是繪于紙上，而是刻在石上，同與眾不同的擎天神阿特拉斯相結合。在意大利那不勒斯國家考古博物館中，“擎天神阿特拉斯”（The Farnese Atlas）是一座公元2世紀的羅馬雕塑，展示了擎天神阿特拉斯肩扛一只繪有星座圖的白色大理石圓球。這座雕像因為是古埃及的遺物而著稱于世。雕像高度超過兩米。阿特拉斯一腿半跪，半披一件斗篷。繪有星座圖的圓球直徑約65厘米。雕像唯一的缺陷是其頂部有一小孔，穿過大熊星座和小熊星座之間。球上共有41個星座，全部都是浮雕，而沒有一顆星星；赤道、南北回歸線、分至圈和兩個極圈都以浮雕的形式展現，環(huán)繞天球表面。這個圓球上的星座圖非常精準，其位置與天空中的實際位置相差不到1.5°。2005年，美國路易斯安那大學教授布拉德利·謝弗（Bradley Schaefer）重新分析了“擎天神阿特拉斯”肩上圓球的星座分布，確信它們是古代最偉大的天文學家羅德島的喜帕恰斯（Hipparchus of Rhodes）遺失已久的星圖。喜帕恰斯的眾多成就之一就是通過精確的觀察，發(fā)現了上文提及的約每26000年一次的歲差循環(huán)。通過研究星座的位置和星圖中沒有顯示的天空，謝弗推測圓球上的星圖繪制于公元前125年，前后誤差不超過55年。喜帕恰斯的星圖繪制于公元前129年，但已消失在歷史的長河中，除了被一些人提及之外，至今我們仍未見過其真身。具有諷刺意味的是，喜帕恰斯發(fā)現的歲差循環(huán)周期恰好用于檢測這張星圖繪制的時間。
擎天神阿特拉斯
正面展示了劃分大犬座和南船座之間天空的分至圈
背面展示了赤道、黃道、二分圈和兩條回歸線。白羊座的犄角正好處于二分圈上
然而，星座創(chuàng)造了一段奇妙而神秘的歷史。利用歲差和古代星圖中的空白區(qū)域來確定已知星圖的繪制日期和制圖者所處位置，最初使用這一技巧的是一位鮮為人知的瑞典業(yè)余天文學家卡爾·斯沃茨（Carl Swartz）。他在1807年出版了一本用瑞典語和法語寫成的書，并在1809年出了第2版。他依靠手頭已有的星圖，推斷出星圖最初的繪制者生活在公元前1400年左右，所處位置是北緯40°附近。他推測，亞美尼亞海岸邊的小城巴庫很可能是繪圖者的家鄉(xiāng)。后來，其他天文學家，如英國皇家天文學家愛德華·蒙德（Edward Maunder）和邁克爾·歐文登（Michael Ovenden）分別在1910年和1965年（他們兩人似乎都不知道斯沃茨的書）將星圖繪制者所處的緯度范圍縮小到了北緯36°左右，并將其所處時代范圍縮小到了公元前2500年到公元前1800年。歐文登相信，星圖來自米諾斯文明的可能性最大——盡管許多歷史學家不接受這一點，因為米諾斯人通過航海與同一緯度上的先進文明有所聯系，而這些先進文明卻因自然災難在大約公元前1450年突然消失。但歐文登注意到一個歷史疑團。最有用的古代天文學記錄保存在索利的阿拉圖斯（Aratus of Soli）所寫的一首敘事詩中，該詩名為《現象》（Phaenomena），發(fā)表于約公元前270年。詩人將這首詩獻給生活在公元前409年到公元前356年的偉大希臘天文學家和數學家——科尼杜斯的歐多克索斯（Eudoxus of Cnidus），并在詩中列舉了48個星座和它們在天空中的相對位置。古代文學中提到過“歐多克索斯區(qū)域”，人們普遍相信歐多克索斯擁有一個天球儀，但是關于這個天球儀，以及他本人的天文學著作和星圖，沒人知道更多信息了。幸運的是，阿拉圖斯在詩中描繪星空時，借鑒了歐多克索斯失傳已久的著作。因此，詩人讓我們一個星座接一個星座地領略了歐多克索斯的天空。但在150年后，喜帕恰斯在研究這首詩時感到相當迷惑：阿拉圖斯和歐多克索斯描繪的星空并非兩人所能看見的星空。如果算上歲差，他們在所處的年代和位置根本看不見那些星座，而且兩人還忽略了一些他們本可以看見的星座。此后，歐文登分析了這首詩，發(fā)現它描繪了在公元前3400年到公元前1800年只有在北緯34.5°和北緯37.5°之間才能看到的一片星空。這非常接近于我們從古星座圖推測出來的時間和地點。
一種可能的結論是，歐多克索斯繼承了古代星圖，該星圖是身處其他位置的另一個文明繪制的。但歐多克索斯不知道如何更新這幅圖，或許他根本沒有意識到需要更新，因為他并不知道地軸會發(fā)生偏移。如果歐多克索斯擁有一個非常古老的天球儀，他就會描述從天球儀上看到的天空，而不是自己看到的天空。是否真的存在一個來自古埃及或其他地中海文明，比如古巴比倫文明的古代神秘天球儀？
這是一個奇怪的故事，但至少事實并沒有幻想那么奇怪。布拉德利·謝弗仔細檢查了歐文登及其前人對星圖上南部天空空白區(qū)域的大小和位置所做出的研究，發(fā)現了許多錯誤和不確定性，因為有很多星星是看不見的。為了區(qū)分事實與虛構，謝弗采用了現代天文分析方法，檢查了所有已有的歷史信息，復查了過去的分析結果，并引入了更可靠的全新技術，來確定星圖繪制者所處的時期。他檢查了南天六個主要星座中星星的可見度，包括天壇座、南冕座、南魚座、水瓶座、半人馬座和南船座。他追溯到公元前3000年，并算出了能夠看到這些星座的最靠北的緯度。隨著時間的推移，能看見水瓶座和南魚座這兩個星座的地點越來越靠北，其他星座則相反?？傊?，能看見這些星座的緯度隨著時間變化，前兩個星座和后四個星座的曲線相交。有趣的是，我們看見所有曲線的相交點都處于緯度和時間相對狹窄的區(qū)域內。如果說這些星座都是由一個獨立的文明創(chuàng)造出來的，而不是在一段時期內由不同民族創(chuàng)造出來的，那么這些相交點暗示著它們被創(chuàng)造出來的時間和地點。
布拉德利·謝弗對創(chuàng)造6個星座的文明所處緯度和時期的判斷
在公元前500年前后，同時可見這些星座的緯度相差僅為6°左右；在公元前300年前后，這些緯度僅相差2.5°。謝弗的結論是，通過研究這些不確定性能推導出，在公元前900年到公元前330年，這六個星座的創(chuàng)造者處于北緯30°和北緯34°之間。這一結論排除了先前的一些假設，而且從歷史角度看更容易理解：它排除了米諾斯和古希臘文明，但相當符合處于北緯32.5°的古巴比倫文明。這是一個顯而易見的結論，因為我們已經知道古巴比倫文明在公元前500年前后為星圖增加了16個星座，其中之一就是南魚座，而這正是謝弗選擇的六個例證之一。
時至今日，我們不僅仍在欣賞古星座圖的美麗，還能從中發(fā)現誰最早講述了星座的故事，這真是令人難以置信。
本文摘自《科學的畫廊：圖片里的科學史》。
《科學的畫廊：圖片里的科學史》，【英】約翰·D.巴羅/著 唐靜、李盼/譯，人民郵電出版社·圖靈新知，2022年6月版
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