永远热爱真理与不完美的月亮
中科院物理所
2021-09-19 16:11:25
转自公众号：科学艺术研究中心
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又至一年中秋佳节赏月时，在古今中外的文学艺术作品中，月亮大都以“无暇”、“皎洁”、“完美”这样美好的意象出现，寄托着人们纯洁的情思，但我们也知道，现实世界中的月亮其实沟壑纵横，凹凸不平。公元前300年的亚里士多德将月亮表面肉眼可见的暗斑解释为“混沌力量的侵蚀”。
他的宇宙体系是这么描述月亮的：宇宙是封闭的，包含很多层，越是上层的区域越神圣，是万古不变的神圣领域，在那里一切永生，一切不灭；越下层则越腐朽，是由土、水、气、火四元素构成的尘世，其中包括人类生活的地方；而月亮作为神圣世界和腐朽世界的分界线，难免被污染一二，所以其表面的暗斑也是情理之中。就这样，月亮整体的完美被亚里士多德诗意地解释和保留了。
当然，这理论的不足之处也很明显：无法解释月亮的大小变化、潮汐、行星逆行等现象。不过亚里士多德的世界观倒是一直得到了继承和发展，后由托勒密完善为地心说。这种地球为心、日月绕地、天地异界、宗动力天等的观点，恰恰迎合了基督教的教义而被教会奉为圭臬，成为了基督教神学宇宙论的科学支柱，十几世纪后仍占据着欧洲天体学说的主流地位。
事实上，在当时已有诸多学者提出与地心说相左的观点，只是没有成为主流罢了。公元前约450年，古希腊哲学家德谟克利特相信月球上有“高大的山脉和空旷的山谷”。公元前约100年，希腊作家普鲁塔克在著作《论月面》中提出，月亮上有河流或深邃的阴影，连太阳光都无法到达。他还觉得月球上可能有人居住，人可以在那上面平静地生活，不是神也不是幻觉，而是和地球上的你我一样。
对月亮的想象、观察和推测一直在人类历史中存在。不过在19世纪摄影术发明之前，人们若是想真正记录月亮的样子，只能依靠画画这一种手段。尽管艺术品上没缺少过月亮，但它们都是加工过的，很少有人正式去描绘被想象力“PS”之前的月亮。
1603年，英国物理学家威廉·吉尔伯特绘制出下面这幅月亮。虽然以往的人类画过无数个月亮，但这幅看起来仿佛小学生简笔画一般的素描，确实是人类最早的肉眼观察月球地图。
1609年11月30日，意大利科学先驱伽利略第一次用望远镜观测月球。虽然在他自制天文望远镜之前几个月，英国数学家、探险家托马斯·哈利奥特已经用望远镜观测月球，并在他的绘制记录中表明月亏处发现有“奇怪的斑点”等现象，但无法解释这个现象产生的原因。且由于哈利奥特并未将画作集结出版，这位真正的“月面图第一人”知名度并不高。
由于伽利略接受过艺术的熏陶，也对明暗绘画法有所了解，他意识到这些光斑与阴影的组合实际上是一些月球的地形结构。伽利略看到分隔开月球上日夜的界线（月球表面上的明暗界线），在越过较暗的区域时表面显得十分光滑，但横渡明亮的区域时界线则显得十分不规则。由此他推断较暗的是平坦的区域和低洼，比较明亮的是粗糙的区域和山脉。
他根据估计太阳光线从山顶照射到明暗界线的距离，推算月球的山脉至少四英里高，而这个判断相当准确。
所以尽管伽利略不是第一个通过望远镜观测月球的人，但却是第一个能够正确解释光在月球山与环形山留下阴影的人。“月球表面并不像许多哲学家所认为的那样光滑、均匀且完美，而是不平坦、粗糙、充满孔洞和隆起。”伽利略就这样将一个“不完美的月亮”带进了大众的视野。
接下来一年，伽利略正式出版了《星际信使》(Sidereus Nuncius)，这本科学著作不仅阐述了月球坑洼不平的表面，也为绕木星运行的卫星等天体给出了观测结果和阐释。它彻底撼动了地心说“所有星天体围绕着地球转动”的地位，更是触及到教义中所传播的种种信条，最后直接导致了伽利略与教会的冲突，使得他最终落下一个颇具悲剧色彩的结局。
伽利略的好友洛多维科·齐戈里在宝琳教堂圆顶上创作的圣母升天图中，将圣母脚下的新月绘制成了表面粗糙、阴影参差不齐的样子，这正贴合了《星际信使》中描绘的月球表面。此后，更多的艺术家们开始接受并描绘出月亮的“写实画风”。
1711年，博洛尼亚伯爵路易吉·马西里委托进行了一系列天文观测。他让艺术家多纳托·克雷蒂将所有行星画成尽可能多的小画。
伽利略描绘月球表面的版画提供了一种新式的视觉影像，不仅影响了艺术界，许多科学家也加入进来一起完成这种科学与艺术的结合，还最终塑造出了科学界里的月面学：月球地质学的分支学科，专门研究月球表面及物理特征。主要涉及对月球月海、环形山、山脉及其他各种特征的测绘和命名。
1637年，法国科学家皮埃尔·伽桑狄找到了艺术家克劳德·梅兰，完成了一次科学与艺术的合作。在伽桑狄指导下，梅兰雕刻了名作“Three maps of the Moon”，一共三幅，分别是上弦月，满月和下弦月。
1645年，荷兰天文学家暨制图师朗伦绘制了首张《月球地图》（Map of the Moon），描绘了各种月海、陨石坑及山峰和山脉。他是首位尝试命名从望远镜中所看到的月亮特征的人，所做的命名很多都具有天主教修士的特色，如以当时天主教教皇的名字命名环形山，用天主教圣徒的名字命名月岬，以拉丁文的海和洋来命名月海，而小陨坑则分别以天文学家、数学家及过去和当时著名学者的名字来称呼。
1647年，波兰天文学家约翰内斯·赫维留出版了世界上第一本月球图集《月面图》（Selenographia）。本书共六十幅图，包括三幅满月大铜版画，清晰展现了月面的地貌特征——均是赫维留自己雕刻和绘制的。赫维留凭借精湛的美术功底，让《月面图》成了历史上最著名的月面图集。
1651年，意大利耶稣会修士及学者乔瓦尼·巴蒂斯塔·里乔利发表了《新天文学大成》（Almagestum Novum），其中的月球插图是由耶稣会的一名老师——弗朗切斯科·马里亚·格里马尔迪所绘制。该著作唯一被保留下来的重要方面是现在所使用的里乔利月球命名体系，命名是按照可见月球表面的八分圆划分来设计。在欣赏了这么多过去的精美月面图后，也许你会想追问，现如今高科技时代的天文学家们又有了怎样的见解。
美国地质调查局（USGS）、美国国家航空航天局（NASA）和月球行星研究所（Lunar Planetary Institute）的科学家联合绘制出了迄今为止最全面的月球地质图（Topography of the Moon）。这也是首次对整个月球表面进行了完整测绘和统一分类，对国际科学界、教育界和广大公众都具有不可估量的价值。
随着科学的进步、科技的发展，人们对宇宙的了解也在逐步加深，那片我们探索不完的领域依旧有很多秘密等着我们去发现。今夕何夕，不管天上那一轮是否完美，只愿各位“眼前的月亮即是最好的月亮”。