在別的星球上（簡體書）

呂西安·呂都（Lucien Rudaux，1874-1947）

法國藝術家，天文學家，《自然》作者，法國天文學會成員，法國國家榮譽騎士。在20世紀20年代、30年代因其創作的一系列天文藝術繪畫而聞名於世。

《在別的星球上》是呂都的代表作，也是世界上第一本太空美術專著，呂都也因此被國際天文學聯合會追認為天文藝術之父。後世為表紀念，以他的名字命名了火星上的一個隕石坑（Rudaux crater）和一顆於1982年發現的小行星（3574 Rudaux）。

譯者

王秀慧

北京外國語大學博士研究生

唐淑文

畢業於南京大學法語系，譯有《旅行》。

前言

第一章

天文知識

古人眼中的天空

中世紀的宇宙志信仰以及文藝復興時期的發現

現代：天文學進展與解釋

天文學的描述概念：行星系、太陽和恒星

第二章

天文學的研究方法與工具

折射望遠鏡

天文望遠鏡

光學儀器的力量

大氣的阻礙

攝影術

光譜分析

研究的可能性與局限性

第三章

月球

地月距離

月球的運動及其位相

月球的自轉

月球的體積及質量

月球全貌

月坑

月球山脈

被稱為“海洋”的灰色區域

月球上的空氣與水

月球地形規模測量

月球景觀重構

月球的天空及景觀環境

在月球上看到的地球

月球地面的色彩

月面的表觀結構

月球地形形成假說

月球是死寂的世界嗎？

月球世界

第四章

水星

水星的軌道及其運動

水星的體積和要素

水星的外貌

水星的表面

水星大氣

水星世界的物理環境

水內行星假說

第五章

金星

金星的軌道及其運動

金星的尺寸和要素

金星的外貌和光芒

金星的表面

金星大氣

金星表面的物理環境

金星世界的景觀

第六章

火星

火星的軌道及其運動

火星的尺寸和要素

我們如何觀測火星

火星的外貌

火星上的空氣和水

火星地貌的性質和構成

火星的衛星

火星世界的景觀

第七章

小行星

小行星在太陽系中的位置及其數量

小行星的尺寸和特性

小行星的外貌

第八章

木星

木星的軌道及其運動

木星的尺寸和要素

木星的外貌

木星的構成及其物理環境

木星的衛星

木星世界的景觀

第九章

土星

土星的軌道及其運動

土星的尺寸和要素

我們如何觀測土星

土星的外貌與構成

土星環的外貌與構成

土星的衛星

土星世界的景觀

第十章

天王星，海王星，冥王星

天王星：天王星的軌道、運動和要素

天王星的衛星

天王星世界的景觀

海王星：軌道與運行

海王星的發現

海王星的要素和構成

海王星的世界

冥王星：冥王星的發現及其要素

第十一章

太陽和恒星

太陽的尺寸和要素

太陽的描述

太陽的構成與化學成分

太陽與地球之間的關係

關於恒星的普遍推論

結語

附錄

在談論其他星球之前，我們必須首先強調天文科學的發展以及當前采用的研究方式和方法，否則我們將無法展開這一話題，更遑論書中呈現的各種描述，況且乍看之下，人們可能會斥責這一主題是虛誕的天方夜譚，但重要的是，自古以來它一直吸引著人類前仆後繼，這些先驅先後帶來他們對星辰這一永恒問題苦苦追索後的回答。我們更要承認的是，當今時代給出的所有答案都是建立在直接觀察、計算測量以及現代科學技術應用的理性基礎之上；而當這些研究並未給某一事態提供一手資料之時，我們可以將其與經驗進行對照，獲得想要的結果。

最終的勝利可能尚未來臨——遠遠沒有。任何斷言都是在忽視進步；但可以肯定的是，每一天，我們關於天體的認識都在不斷清晰、不斷補全。盡管如此，盡管待探索的領域還如此廣袤，但可以這麼說，我們合情合理的好奇心已經得到了滿足。這並不意味著我們現在已經有能力揭開其他世界本質的“面紗”，而是我們已獲取的知識足以對它們進行相當完整的描述。我們不用進入簡單靈活但缺失根據的猜想假設就能夠談論它們。這一廣闊多變的想象領域終會被拋棄，我們將駐扎在精確知識為我們打開的絕對領域內。在書中介紹天文發現的演變範圍及其醞釀出的概念領域，可能會偏離本書的性質，但在主線中回顧這漫長精彩的一路至關重要，因為這漫漫數世紀的求索使得20 世紀的天文學家們更加清楚地了解宇宙、接近真相。

第二章 天文學的研究方法與工具

人類憑借其數學天賦或觀察力及其推理能力，再加上某些應用於確定天體運動的測量元素，可以嚴密地描繪出宇宙天體的排列布局，並且從這一宇宙觀合乎邏輯地推演出：與地球的運動一樣的天體可能與地球有些許類同。事實上，在長達數百年的時間裡，天文學研究方法不得不僅限於上述領域的種種努力，借助刻度尺或刻度圈等工具來保證照準相對精確；人們正是如此來記錄角度、提供數據的，太空中一些方位的確定成為了可能。

但對星球及其特點的深入了解已不再屬於人類用感官感知的範疇，而後者卻是了解星球唯一的可能途徑。盡管人類的視力非常敏銳，其靈敏度和適應性也格外出色，但在很多方面仍然無法帶來有用的發現，即使是觀察離我們最近的行星，比如用肉眼觀察地球的鄰居。古人可以熟練使用長管瞄準一點進行觀察，毫無疑問這會在一定程度上增強人類視覺的敏銳度——長管可以聚焦視線，有了它，眼睛就不會被其他更強的光線或天光所幹擾，可以更好地辨別某些天體，但這種工具的用處只是相對的，如果某些細節需要看得更加清楚才能分辨出來，這一方法可以說徒勞無功，它也無法顯現那些因天體表面面積太小而看不見的景象。這種工具賦予了人類雙眼放大物體的能力，讓所看見的東西比正常情況下大10 倍，但它的作用是受限制的。請注意，古代的天文學家借助這種工具，依然觀測到了月球表面的某些特征，看到了不同時期月牙狀的金星，還發現了木星的衛星（不同於天上的繁星，木星看起來就像一個小圓盤）。毋庸置疑，這種方法的運用的確大大促進了基礎認識的發展，卻無法得到只有光學儀器才會帶來的發現。

對天外世界的真正研究起始於望遠鏡的發明。這一發明盡管非常簡單，卻蘊含了多少希望！對於這些光學儀器的發明時間以及發明者，人們依然眾說紛紜，但我們不能忘記天才伽利略用他自制的望遠鏡所做出的貢獻，目前該望遠鏡被珍藏在佛羅倫薩博物館內。1610 年1 月7 日晚，這只新眼睛望向深遠的天空，看到了許多當時肉眼看不見的奇觀。

光譜分析

上文已經提及，我們眼中的白光事實上是由多種輻射集合形成的，這些輻射分別產生了不同的色彩感覺。我們已知棱鏡可以分解這一色彩混合體，因為每一種透過棱鏡的輻射均以不同方式被折射出去；穿過棱鏡的單束光在出口處分散形成一片彩虹，或者說光譜，光譜上色彩的順序恒定不變：紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫。說實話，這些經典色彩之間並非涇渭分明，而是通過色彩與色彩間的過渡奇妙地融為了一體。如果我們承認光是由頻率驚人的振動引起的，就可以簡單地將光譜波段比作擁有無數琴弦的鋼琴音板，人類視網膜所感受到的每一種波長均與音板上的琴弦相對應：振動頻率最慢的一系列波長就像低音，產生了紅色，隨後振動加快，逐漸產生橙色、黃色……一直到人類可感知的由最快的振動所產生的紫色系列；在透過棱鏡進行折射時，紫色偏折最大，紅色偏折最小。此外，我們剛剛提到的波段僅包括人類視力所能感知到的振動，實際上，光譜波段非常廣闊，我們無法確定它的邊界。各種物理手段已使探索並記錄光譜中被命名為紅外線和紫外線的隱形部分成為可能。我們將繼續關注這些輻射的特殊屬性。

我們現在已經知道了原理，就來看看如何用光的分解來研究天體的化學成分和特性吧。

光譜分析是在由以下幾個基本元素組成的分光鏡下進行的：待分析的光集中於準直透鏡焦點上的狹縫內，準直透鏡可以將單束光分散為平行光線；平行光線被準直透鏡的棱鏡分散出去，隨後被第二塊透鏡收集起來，在透鏡焦點處形成了由一系列狹縫狀的圖形組成的圖像，每個狹縫圖形都對應於一種輻射。重復前面的對照後，我們可以想象出一條由連續不間斷的諧波和弦組成的頻帶。這就是純粹的連續光譜。

連續光譜是由任何白熾的固體或液體物質所發出的光或是被反射出去的這種光所形成的。如果白熾物質是氣態的，那麼它發出的光會形成不連續光譜，不連續光譜由亮線組成，這些亮線占據了對應波段範圍的位置，僅僅呈現對應於該位置的部分光譜色彩。仍用鋼琴比喻的話，這些亮線僅代表特定的幾根琴弦，只有當所有琴弦的振動都產生時，才形成音板，也就是連續光譜。如果該氣態物質被放在更明亮的光源前，它顯示出的不再是特有的亮線，而是暗線，這些暗線清楚地出現在連續光譜間的相應位置上。太陽光譜的外觀上就會出現這種現象——固體或液態白熾物質所發出的光形成的明亮的彩虹區域形成了太陽的表面，而當光穿過太陽表面上方的氣態層或蒸汽層時，就會形成我們觀察到的暗線。

我們用慕尼黑光學家夫瑯和費的名字來為這些寬度不一的譜線命名，即夫瑯和費譜線，夫瑯和費是第一個通過實驗將這些暗線凸顯出來的人。在此之後，兩位德國物理學家基爾霍夫和本生發現了連續和不連續光譜的產生條件，他們還認識到，根據譜線的性質與位置，可分析生成它的物質的本質特征，這一發現使他們享有比前者更大的聲譽。不同物質擁有各自特定的光譜，如此一來，我們最終就有可能通過實驗分析發現那些原本觸及不到的物質的存在<1>。

以上便是光譜分析的一般原理。此處的敘述雖然簡單，卻能讓我們更好地理解宇宙化學是如何給天文學帶來了驚人的進展。盡管如此，我們還是必須指出，這種研究方法提供的信息固然有可能使對其他星球外表的直接觀察結果得到補充，但在取得新的突破之前依然受到諸多限制。視覺觀察領域與攝影觀察領域也是如此，在徹底解決行星問題方面——其中行星的構成及其物理環境更是這項工作的目標——總有一些困難橫亙在眼前。

<1>每一條譜線對應相應的化學元素，因此知道譜線也就能知道是哪種化學元素。1814 年，夫瑯和費發明了分光儀後陸續測繪了 574 條太陽譜線，而基爾霍夫和本生則在此基礎上確定了每條譜線所對應的化學元素。