月亮,是人類飛出地球步人太空的第一個中途站,是人類在地球之外留下足跡的唯一星球。世界上沒有一個民族不對月亮抱有濃厚的感情。曆代詩人留下無數吟哦明月的華美詩篇,便是最好的佐證。
人類首先測出絕對距離的那個天體正是月亮。這是很自然的,因為宇宙中再也沒有比月球離我們更近的天體了。
可是,有什麼辦法讓我們知道月亮的距離呢?用直尺、折尺或卷尺來量嗎?那顯然是行不通的。然而,早在兩千多年前就有人想出了一個相當巧妙的辦法。
在公元前3世紀初,薩摩斯島上出生了一位偉大的天文觀測家,名字叫阿裏斯塔克(約公元前310年-前230年他同時又是一位天才的理論家,可惜他的著作大部分都失傳了。但是,他的《關於日月距離及大小》一書一直流傳到今天。書中首先提出可以測定日月到地球距離的比值的方法:在上弦時測定太陽和月亮之間的角距離。阿裏斯塔克認為上下弦時日、月、地三者應構成一個直角三角形,月亮在直角頂點上。他根據觀測量出上弦時日月在天穹上相距87度,由此可以求出太陽比月亮遠19倍。雖然這個結果比實際數值小20倍左右,但其原理簡單明了,值得讚賞。這是兩千多年前測定天體距離的第一次大膽嚐試,對其結果的稱頌也理應超過對它的責難。阿裏斯塔克又想到,由於日全食時月亮恰好擋滿太陽,也就是說它們的視角相等,因此太陽的線直徑必定也正好就是月亮的19倍。他還觀測月食時的地影,計算出地球的影寬,進而推算出月球的直徑是地球的1/3(今大知道實際是0.27)。因此太陽的直徑便是地球的19倍,即6倍有餘。而太陽的體積則是地球的1/3倍,即200多倍。這比實際情況(太陽比地球大130萬倍)小了許多,但足以證明地球決不是宇宙中最大的天體。也許就是這個原因,使阿裏斯塔克天才地提出太陽和恒星一樣,都靜止在遠方,而地球則在繞軸自轉,又圍繞著太陽運行。他還認為恒星比地球繞太陽運行的軌道更加遙遠。由於這些想法,他被指控為褻瀆神靈,他的理論自然被人鄙視。然而,曆史賦予他應有的地位,他遠在哥白尼之前17個世紀就猜到日心係統的概況,因此恩格斯稱他為“古代的哥白尼”。
他還想出一個巧妙的辦法來測量地球與月亮的距離,不過,過了1個半世紀才由伊巴穀將它付諸實踐。
古希臘所有偉大的天文學家之中,伊巴穀(約公元前190年-約公元前120年)也許可以算是最偉大的了。他為方位天文學也就是天體測量學奠定了穩固的基礎。遺憾的是,後人對他的生平幾乎一無所知,隻知道他生於比錫尼亞的尼塞亞地方,在洛德島工作過。他算出1年的長度是365、天再減去1/300天,這個數字與實際情況隻相差6分鍾。他編出幾個世紀內日月運動的精密數字表,用來推算日月食。並編出一份包括1000多顆恒星的星表,列出這些恒星的位置和亮度。伊巴穀在天文學上做出了傑出的貢獻,人們稱他為“天文學之父”,而他也的確是一位名副其實的知識巨人。他留下大量的觀測資料,為後人的重大發現創造了條件。可惜,伊巴穀的著作沒有直接留下來,人們隻是從托勒密的著作中才了解到他的這些情況。
伊巴穀於公元前150年前後將阿裏斯塔克提出的測量月亮距離的原理付諸實踐。當時希臘人已經意識到,月食是由於地球處於太陽和月亮中間、從而地影投射到月亮上而造成的。阿裏斯塔克提出,掠過月麵的地影曲線彎曲的情況應該能顯示出地球與月球的相對大小。根據這一點,運用簡單的幾何學原理便可以推算出月亮有多遠一一它和我們的距離是地球直徑的多少倍。伊巴穀做了這一工作,算出月亮和地球的距離幾乎恰好是地球直徑的30倍。倘若采納埃拉托色尼的數字取地球直徑為12700千米,那麼月地距離就是38萬千米有餘。今天,我們知道月球繞地球運行的軌道是個橢圓,因此月地距離時時都在變化。月亮離地球最遠時為405500千米,最近時則為363300千米,由此可知月地之間的平均距離是384400千米,伊巴穀的測量結果正好與此接近。
然而,盡管阿裏斯塔克的方法十分巧妙,伊巴穀的觀測技術又很高超,但是像他們那樣做還是難以獲得高度精確的結果。當近代天文學興起之後,人們必然就會以更先進的方法來重新探討“月亮離我們有多遠”這個古老的問題。
測量月亮距離的方法
月亮,仿佛是一盞不滅的天燈。它與我們相隔遼闊的空間,因此我們無法拿起尺子直接朝它一路量過去,以確定這盡天燈的距離。利用月食推算的方法又過於粗略,天文學家們必須另找出路。幸好,這倒並不太困難。
人們早就懂得怎樣知道地麵上不能直接到達的目標有多遠了。比如,在一條滔滔奔騰的大河對岸有一排街燈,我們既不用渡河,又可以知道這些燈有多遠。這隻要用簡單的三角法測量就行了。
例如圖11中,我們站在4處,要測量處這盞燈的距離。那可以這樣做:先在當地立一根標杆,再順著河岸向前走一段路,到3點停下,也立一根標杆。油可以用很準確的尺直接量出它的長度,這就是測量的―。再用測角儀器測出角和角的大小。於是,在三角形中知道了兩個角和一條邊,就立刻可能算出或者,用按比例作圖的辦法得出的長度了。其實,這種方法在前麵介紹實測子午線時也已經談過了。