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伽利略之前,有人发现过木星卫星吗?

3年前浏览1604

这是为写上一篇文章(追赶数年,一朝超越,这是新任太阳系卫星之王的故事)查资料时一并整理的一点小趣闻。嗯,也可能不怎么有趣。




木星卫星最早是谁先发现的,这个其实是有争议的,但至少我们能确定,随着望远镜的发明,伽利略确实在1610年看到了四颗木星最大的卫星。


也就是说,最晚到1610年,人类已经发现木星有四颗卫星了

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木星的四颗最大的卫星:木卫一Io、木卫二Europa、木卫三Ganymede、木卫四Callisto,如今也被称为“伽利略卫星”。它们与木星的距离没有按照比例。来源:维基




但是呢,从地球上看木卫,尤其是木卫三和木卫四其实算是挺容易的,天文摄影爱好者们借助望远镜很容易就能拍到——因为这俩货实在是太大了,木卫三的直径是月球的约1.5倍,比水星还要大不少,木卫四小一点,也和水星差不多大了

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月球、木卫四和地球的相对大小。来源:维基





 01 

一个很自然的想法是:天上这么大一东西,在望远镜出现之前有人看到过么?

席泽宗院士在1981年曾提出,早在伽利略发现木卫的两千多年前,我国战国时的天文学家甘德就可能看到过木卫 [1]

唐代瞿昙悉达编的《开元占经》一书里,卷23 引《岁星占》中有这么一段:



“ 甘氏曰:单阏之岁,摄提格在卯,岁星在子,与嬃女、虚、危晨出夕入,其状甚大有光,若有小赤星附于其侧,是谓同盟。”


这话什么意思呢?

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单阏(dān è)是卯年的别称,《尔雅·释天》里说“太岁在卯曰单阏”。

木星是“岁星”,而这个“太岁”则是古人假想出来的一颗和木星整体运行方向相反的天体,也叫“岁阴”(对应的,木星就是“岁阳”)。虚拟的好处就是轨道可以假设得特别理想,不像木星运行太乱,还有逆行,而虚拟的“太岁”就不存在这些问题了,完全是匀速运行的。

那么“太岁在卯”又是什么意思呢?就是卯年的意思。这颗假想中的“岁阴”星自东向西每十二年运行一周天,每年行经一个星次。于是,通过星次把一周天划分成的十二个方位来代表不同的年份,“岁阴”运行到某星次范围,就用“岁在某”来纪年,这个“某”,用的是十二地支:子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥。



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明朝制作的星图局部,将天球等分为十二星次,配以十二地支。来源:崇祯历书

除了用“岁在某”这种表达呢,也可以用专门的十二个对应的岁名,即:困敦、赤奋若、摄提格、单阏、执徐、大荒落、敦牂、协洽、涒滩、作噩、阉茂、大渊献。

也就是说:“单阏之岁”=“太岁在卯”=“卯年”

那接下来,“摄提格在卯”又是啥意思呢?按照岁名的对应,摄提格对应寅,所以是寅年么?也不是。

“摄提格”是个超级多义词,既可以做岁阴在寅之年对应岁名,有时也可以指“岁阴”,还有的时候可以指“岁阳”(木星),所以…emmm到底是什么意思必须要看语境

按照上下文,“单阏之岁,摄提格在卯”,这里的“摄提格”必须只能表示岁阴,所以两句完全是一个意思,即:“单阏之岁”=“摄提格在卯”=“岁阴在卯”。那摄提格啥时候指寅年呢?小时候课本里《离骚》开头“摄提贞于孟陬兮, 惟庚寅吾以降”,这里的摄提即是指寅年,也就是“摄提格那年(寅年)的正月,在庚寅这一天我(屈原)出生了。”

好了,现在知道“岁阴”的位置了,其实也就知道“岁阳”(岁星/木星)的位置了,因为两个是相反的嘛!岁阴在卯的时候,岁星就在子位…于是就是后面一句话了…“单阏之岁,摄提格在卯,岁星在子”前三句说的都是一个意思

看到这里真的觉得古人脑子不太清爽废话还挺多 不过也是亏的这么多重复的信息,才能让现代的我们方便确认古人有没有写错东西呀

那子位又对应哪个方向呢?书里告诉我们,对应的是“嬃女、虚、危”三个星宿的位置,也就是再后面一句,“与嬃女、虚、危晨出夕入”——此时的木星和嬃女、虚、危三个星宿一起,早晨出来晚上落下。

咦?所以前四句都是一个意思么是,也不是。

天干地支对应的方位其实并不是永远不变的,而是会受岁差的影响——也就是说,两千年前子位对应的星宿,和现在对应的星宿其实是不同的。所以“岁星在子,与嬃女、虚、危晨出夕入”这句话其实是信息量满满的,它告诉了我们两千年前的星宿方位。

好了,现在连起来看《开元占经》里这句话呢,大致意思就是说时值卯年,木星晨出东方,位于女、虚、危三个星宿附近,看起来又大又亮,而且似乎有个小的红色星星依附在木星近旁,这样的现象叫做“同盟”(典型的春秋战国词汇啊)。


 02 

那…这个“红色小星星”可能是木卫么?首先要看看大小和亮度允不允许。

木卫三和木卫四都很大,木卫三冲时的角距离有5′51″,木卫四冲时的角距离有10′18″,这两颗星也都很亮,木卫三冲时的平均视星等有4.6,木卫四冲时的平均视星等有5.6——都在肉眼能看到的极限之内(60″张角、视星等6)。

也就是说,不考虑其他条件的话,肉眼看到木卫三和木卫四是完全可能的

问题出在——木星太亮了

木星的亮度在-1.4到-2.5视星等左右(每级星等之间亮度相差2.512倍,也就是说木星最弱时候的亮度也是木卫三的250多倍),在绝大多数情况下,肉眼是很难在明亮的木星周围找到木卫的——只有少数情况下,也就是木星和木卫离得够远,而且从地球看去角度也刚好合适的时候(即木星和木卫角距够大的时候),肉眼是有可能看到的。

事实上,我们推算甘德所说的时点应当在公元前364年的夏天,那时看木卫的角度似乎也是合适的,是地球人相对容易看到木卫的时节。


 03 

于是问题又可以简化成:实际上人眼真的有可能看到木卫么?

北京天文馆做过模拟观测实验[2]。取木星星等-2.0,卫星星等5.5,结果显示,当卫星距离木星5′角距时,视力好的人开始可以看见。



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1981年5月27日模拟人眼观测到的木星和木星卫星。来源:参考文献[2]

事实上,在席泽宗院士1981年提出这一观点的同年,很多天文爱好者们为了验证而做了很多试验[3]。但因为城市光污染的原因,大部分人其实是看不到的(当然咯,现在人的视力其实也不咋滴了

但到了1981年3月中旬(木星冲前半个月),在河北兴隆县山区,选择了空气好、远离城市灯光、晴朗无月的环境之后的一次试验里,8位不同年龄、但视力良好的参试者均表示看到了木卫三,尤其是视力好的中学生,甚至可以看到更小的木卫一。不过由于当时的观测时机不适合观测木卫四,所以均没有看到木卫四,但根据木卫四的大小和亮度来推测,也应当是可以看到的。



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1981年3月10日0时~1时30分和3月11日0时~1时30分,8位参试者对木卫的观测结果。来源:参考文献[3]


 04 

当然,由于没有更多的轨道和描述信息,所以这也只能作为今人的一种推测。只是说,在古人记载的时点、以古人当时的观测条件和视力来看,两千多年前甘德描述的“小赤星”有一定的可能是木卫,尤其可能是最大最亮的木卫三

即使不是,古代的天文观测者们也完全有可能凭借肉眼观测到木卫。


 05 

当然,看过前几天这篇文章的读者会发现,实际成文里完全没有体现上面这些有趣的情节。

嗯,只是想让你们看看,一篇科普文,不仅每个细节背后都是漫长繁琐的资料查询和交叉验证,而且还有99%的内容,最终因为篇幅和行文的需要而舍弃,没有体现在最终的文章里。

所以表总说我写文章慢了啦!哼




关于作者


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灰原哀博士(haibaraemily),从事行星科学研究,本公号主页君。更多精彩,

知乎、微博、果壳:@haibaraemily


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尞祡(音liáo chái),古天文历法爱好者




在蒙酱看来,探索未知的小乐趣不就在于顺着一点小契机小线索,摸拽出一片更大的天地嘛~




参考


[1] 席泽宗. (1981). 伽利略前二千年甘德对木卫的发现. 天体物理学报, 1 (2).
[2] 杨正宗, 蒋世仰, & 郝象樑. (1982). 肉眼观测木卫的实验检验. 科学通报, 27(27), 928.
[3] 刘金沂. (1981). 木卫的肉眼观测. 自然杂志, 4(7), 538-539.



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首次发布时间:2021-06-08
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