星空与人类文明05：熟悉却又神秘，月亮探索极简史

公元前 5 世纪的雅典城郊，随着霞光逐渐消退，一抹残月悄然挂于帕特农神庙（Parthenon）巍峨的尖顶之下，璀璨星辰亦随之从昏暗的天幕中显现。

哲学家阿那克萨戈拉（Anaxagoras）步履稳健地行走在石板路上，穿越橄榄树林，抵达了他的私人天文观测台。这位蓄有灰白胡须的智慧长者，身披朴素的长袍，手中紧握一台精致的铜质测角仪。

古希腊哲学家阿那克萨戈拉

连续数百个夜晚，他都端坐于观测台一角，在火把微光的照耀下，极其专注地记录下月亮每日的形态与位置变化。对于月相及位置的变迁规律，阿那克萨戈拉已然烂熟于心。然而此刻，他却因深思而紧皱眉头，尽管他清晰掌握着月相变化的规律，但对于这一现象背后的原理仍感困惑不已。

哲学家静默独坐，陷入深深的思索之中。伴随着火把燃烧发出的噼啪声响，宛如弯弓的新月缓缓西沉消失在地平线下。不久之后，火把终于燃尽，摇曳着熄灭了最后一丝光芒。顷刻间，原本被火光照亮的周围景物，都随着火把的熄灭一同沉没于黑暗之中。

月相变化图

阿那克萨戈拉伫立原地，似乎在那一刻捕捉到了某种启示。他意识到，不论是新月还是残月，发光的一面总是朝向太阳的方向。莫非……

阿那克萨戈拉几乎被自己突发的念头所震撼。他恍然大悟，这循环往复的月相变化背后的奥秘竟如此简洁明了：即月亮本身并不发光，人们所见的月光实际上是月亮反射太阳的光芒。阿那克萨戈拉情不自禁地大声呼喊出自己的发现。

月含影，故月光生于日之所照

月亮，作为离我们最近的天体，同时也是除太阳之外最璀璨的存在，自然也会像太阳一样吸引着人类的祖先。最特别的是，月亮是唯一一个凭借肉眼就能观察到圆缺变化的天体。

周期性的月相更迭，对我们的远祖而言，犹如一台大自然赋予的计时仪器。尽管四季更替同样遵循着周期规律，但相较之下，月亮的阴晴圆缺变化更为直观易察。正因此，基于月相推演而成的阴历系统，成为古代人类最早的历法实践之一。

在法国多尔多涅发现的刻在骨板上的 34000 年前的农历

然而，应用阴历进行时间计算是一回事，深入探究月亮为何会出现阴晴圆缺背后的原理则是另一层深度的探索。如果说制定阴历体现了实用性的技术智慧，那么追求揭示月亮为何呈现不同月相的内在机制，则预示着科学思想的初步觉醒。

对于现代人来说，“月光源于太阳光的反射”这一观点可谓常识普及，然而追溯至 2500 年前的古代，这样的认识无疑具有革命性的意义。尤其是在那时地理形态概念未成定论、科学理论尚处于孕育阶段，能够通过观察月牙始终指向太阳的方向，进而推断出月光乃太阳光反射的结果，实属难能可贵的洞见。

在中国最为古老且影响深远的数学与天文学著作《周髀算经》中，对月亮圆缺变化的解读同样精确且富有哲理：

“月含影，故月光生于日之所照，魄生于日之所蔽，当日则光盈，就日则明尽。”

这句话生动阐明：月相的变化实质在于太阳光照射月亮表面的不同区域，受光照部分反射阳光，而不受光照部分则隐藏于阴影之中。

饶有趣味的是，《周髀算经》中的这一部分天文学论述，其成书时间大致也在公元前 5 世纪前后，这意味着中国古代的学者们与古希腊文明的智者几乎是在同一时代独立发现了月相变化的秘密。遗憾的是，在这部典籍中并未记载下那位揭示月相奥秘的具体先贤姓名。

结果偏差了 20 倍

公元前 2 世纪的一个傍晚，这天正值半月。古希腊天文学家阿里斯塔克（Aristarchus of Samos）与他的学生一起登上自家屋顶，他们看着天上的月亮，一边随意地交谈，一边等待着日落。

古希腊天文学家阿里斯塔克的雕像

阿里斯塔克说道：“你看，这半月的颜色中间暗淡，边缘明亮。倘若这月亮只是个扁平的圆盘，又怎能产生如此逼真的阴影呢？只有球体，才能在太阳光照下呈现出这样的明暗变化。”

学生点点头，然后认真地问道：“老师，若是如此，那太阳岂不是也应是一个实实在在的天体？”

阿里斯塔克答道：“那是当然，它们都由岩石构成，只不过太阳在狂暴地燃烧罢了。天上的星星，都是像太阳一样的火球，只不过它们非常遥远而已。”

学生沉思了一会儿，似乎是在消化老师刚刚传授的知识。过了一会儿，他低声说道：“我一直以为，所有的星星都嵌在天穹上，而天穹与大地的距离是相等的。您能不能？……”他的话说了一半又忍住了，没有继续说下去。

阿里斯塔克笑道：“你是不是想问我怎么证明我的观点？敢于质疑是优良的品质，不要因为说出观点的人是我，你就放弃质疑。上一次观测月食的时候，我把月食的全过程都画了下来。无论是月食的开始、中间还是结束，月亮上的阴影都保持着相同的弧度。很显然，那是地球投在月亮上的影子。后来我还测量了影子的弧度，得到了地球比月亮大三倍的计算结果。”

阿里斯塔克利用月食时地球阴影的弧度来估算地球与月亮的大小

“仅仅只大三倍？”学生听到结果后相当吃惊：“可是月亮看起来那么小。”

阿里斯塔克拍了拍学生的肩膀笑道：“月亮比你想象的远得多，太阳和那些星星更远。如果月亮像那些古人说的那样只比云彩远一点的话，那夜晚的月亮就会完全被地球的阴影遮挡，不会反射太阳的光芒了。”

学生听了老师的话，瞬间明白了其中的道理，他刚想追问什么，就被阿里斯塔克挥手打断：“太阳要落下去了，现在你和我分头测量月亮在天空中的角度，要把太阳落山的那一刻的精确角度记录下来。”

很快，夕阳就从地平线上滑落下去，西边的天空中只留下一片红霞。

阿里斯塔克问道：“你测量的角度是多少？”

“我测量的是 87°，老师。”学生恭恭敬敬地回答。

阿里斯塔克满意地点了点头，因为这与他刚刚测量到的角度完全相同。

阿里斯塔克的计算方法是正确的。但是，师徒二人此时都没有意识到，由于大气折射的缘故，在太阳接近落山的时候，肉眼观测到的太阳高度，要比太阳实际的高度高一些。在半月状态时，月亮与太阳的夹角其实是 89°50′，而不是阿里斯塔克师徒得出的 87°。如果使用正确的夹角进行计算，就能得到地日距离是地月距离的 400 倍的正确数字。将近 3° 的巨大误差，在天文尺度的放大下，与正确的结论整整相差了 20 倍。

尽管定量测量的结果不如人意，但阿里斯塔克对于天体运动关系的思考却非常超前。他认为，包括太阳在内的所有恒星都永远保持不动，地球围绕着太阳旋转，而月球则围绕着地球旋转。身为一名现代人可以很容易看出，阿里斯塔克的宇宙模型，竟然是日心说的雏形。

然而，没有测量就没有科学，虽然阿里斯塔克的宇宙模型十分先进，但没有数学的支撑，就只是智者的思考而已。就在古希腊天文学受困于测量和计算的同时，一位精于用数字说话的大神横空出世，他就是伊巴谷。

“必须在 3 月 14 日之前赶到”

伊巴谷是公认的古代最伟大的天文观测者，他的各种头衔多到数不清。比如说，他是“天文学之父”、“首位日食和月食的预测者”、“三角学的开创者”、“恒星光度分类的提出者”、“岁差现象的发现者”、“第一份精确位置的恒星目录的编纂者”……他还利用一次日食，巧妙地测定了比较准确的地月距离。

古希腊天文学家伊巴谷

公元前 190 年的初春的一天，伊巴谷凭借扎实的天文观测与计算功底，成功预测了一场即将覆盖地中海区域的日全食。为了这一刻，他带着一名学生，踏上了前往埃及亚历山大港的漫长旅程，而他的另外两名得意门生，则被派遣至遥远的赫勒斯滂海峡边一座静谧的小城，准备同步开展观测。

在临行前，伊巴谷对他的学生们说道：“你们必须在 3 月 14 日之前赶到那里，因为在 3 月 14 日清晨必然会发生日食。记住，你们的任务不是观测日食，而是要测量月球在天空中的角度。日食的时候，遮住太阳光芒的暗影就是月亮。”

学生们闻言吃惊不已，问道：“老师，您是如何提前得知 3 月 14 日会发生日食的呢？”

伊巴谷轻轻抚摸着羊皮纸上的天文图表，笑着说道：“我的孩子，日食的秘密藏在月球、地球与太阳的和谐舞蹈之中。前人对日食的记载，可以让我们获知将来可能发生日食的时间。而几何学可以利用你们每天测定的月球和太阳的角度数据，算出它们是否运行在同一平面上。当它们处在同一平面的时候，日食就必然会发生。”

3 月 14 日清晨，已经大亮的天空突然再次重回黑夜，伊巴谷预测的日食果然发生了。助手们目睹着发生在眼前的天文奇观，再次惊叹之余，连忙认真地开始了老师交代的观测任务。

伊巴谷利用日食同步观测法测量地月距离方法示意图

2200 年前，在相隔几百公里的两地，凭借着日食这个天然时钟，进行了有历史记载的第一次同步天文观测活动。

日食结束后，历经数日的严谨计算，伊巴谷得出了一项重要结论：地球到月球的距离，大致相当于 59 个地球半径。现在我们已经知道，地球到月球的平均距离约为 60.3 个地球半径。在那个仅仅依赖裸眼和原始仪器观测天空的时代，伊巴谷对地月距离的测量实在精确得吓人。

哥白尼的洞见

在地心说占主导地位的时代，也就是从古希腊时代直至中世纪，人们普遍接受的是“包括月球在内的所有天体都在围绕地球旋转”的观点。在这种知识框架下，月球虽然作为夜晚最亮的天体，有一定的特殊地位，但它作为地球的卫星概念却相当模糊。更多的时候，是将其视作围绕地球运行的众多天体之一，而不是一个独立的“地月系统”。

直到哥白尼提出日心说之后，科学界才开始对地月系统有了更为准确的认识。在哥白尼的日心说中，月球被描述为地球的一颗天然卫星，它并不直接围绕太阳旋转，而是以地球为中心进行公转。

通过观察和数学计算，哥白尼确定月球围绕地球运动的周期约为 29.5 天。他还解释了月相变化的原因，是由于月球绕地球公转过程中相对太阳和地球的位置改变所致。

地心说模型与日心说模型

哥白尼的日心说将月球运动纳入了一个统一、有序且能够解释许多天文现象的新模型之中，也让月球拥有了地球唯一卫星的特殊地位，这就为后续天文学家对月球的深入研究打下了坚实的基础。

他用望远镜对准月亮

在望远镜发明之前，人类对月球的认知仅限于它的大小、角度和运行方式，对于月球本身，几乎一无所知。大多数人认为月球是表面光滑的巨大岩石，还有人认为，应该有人居住在上面。

1608 年，荷兰眼镜制造商汉斯·利博西（Hans Lipperhey）向政府提交了一份专利，专利的内容就是一架折射式望远镜。这个能看得很远的光学仪器很快引起了天文学家伽利略的关注。他立即意识到望远镜在天文学领域的巨大潜力，于是就立即着手对望远镜进行改良，使其放大倍数大大提高。

伽利略与他改良的望远镜

1609 年夏季的一个傍晚，伽利略拿着改良后的望远镜登上房顶，第一次将镜筒指向了夜空中那轮熟悉的明月。虽然伽利略对望远镜的性能早有了解，但目镜中展现出来的景象，还是让他震惊不已。

在此之前，人们普遍认为月球光滑如一面镜子，或许如天堂般完美无瑕。然而，伽利略所见的月表并非如此。他观测到月球表面布满了大小不一的环形山脉，在明暗交界的地方，这些环形山在阴影的映衬下，更显得轮廓分明。

同时，伽利略还注意到，月球表面除了大量环形山以外，还存在大片的暗色区域。这些区域当时被伽利略误认为是月球的海洋，因此称为“月海”。实际上，月海与大海没有丝毫关系，那只是由冷却的玄武岩熔岩铺就而成的平原。

伽利略绘制的月球地图

伽利略根据自己看到的月球，仔细绘制了第一幅月球地图。他第一次揭示了月球表面的复杂地质结构，为进一步研究和认知月球，立下了汗马功劳。

之后，几乎每一次望远镜性能的升级，都会有科学家把月球地图用更高的精度重新绘制一遍。

在 17 世纪末，两位意大利天文学家里乔利（Giovanni Battista Riccioli）和格里马尔迪（Francesco Maria Grimaldi）一起合作绘制了一本相当精确的《月球地图集》。他们用天文学家的名字给重要的环形山命名，还用天气的名字命名了月球的平坦地区。这些细致的工作最后成为了沿用至今的月球命名系统的基础。不仅如此，他们还根据月球山峰的阴影长度，为上千座月球山峰标注了高度。

显然，作为地球唯一的天然卫星，我们对了解月球的渴望永无止境。进入 19 世纪以来，一系列新技术接过了探索月球的接力棒，开启了人类探索月球的全新旅程。

在这场由新科技主导的探险当中，摄影术扮演了至关重要的角色。19 世纪末，月球摄影先驱，洛威尔天文台的奠基人——帕西瓦尔·洛威尔（Percival Lawrence Lowell）手持着装有特制镜头的望远镜拍摄了大量高质量的月球照片。这一张张照片，就像是一页页的月球表面说明书，为后续的科学家提供了高质量的研究数据。