Luna Tian
Luna Tian

喜歡讀故事講故事的人文主義者,小小的呱呱戴一枝花。

在星光的陰影下

關於新星的文化史,爆炸的太阳如何影響了我們對世界的認知

1. 關於新星 De Nova Stella

The Celestial Atlas of Andreas Cellarius. Credit: Stanford University Libraries

這顆新星在1572年11月11日第一次被發現時,它的亮度超過了包括織女星和天狼星在內的所有恆星。甚至比木星還要亮一點。它在日落時升起,與金星最亮的時候一樣亮。

——《關於新星》第谷·布拉赫

十月初三丙辰(11月8日)夜,客星見東北方,如彈丸,出閣道旁,壁宿度, 漸微芒有光,歷十九日。壬申(11月24日)夜,其星赤黃色,大如盞,光芒四出,佔曰是為孛星。日未入時見,佔曰亦為晝見。是星萬曆元年二月(1573年2月)光始見微,至二年四月(1574年2月)乃沒。

——《明實錄》

我的結論是,天空中的光亮既不是某種彗星,也不是一顆熾熱的流星……而是一顆在天空中閃耀的恆星,在我們這個時代之前,自世界誕生以來的任何時代,從來沒有人見過它。

——《關於新星》第谷·布拉赫

不如讓我從丹麥的天文學家第谷·布拉赫和他的《關於新星》開始,講述這個關於新星的故事。1572年11月11日,在赫列瓦德修道院(Herrevad Abbey),26歲的第谷剛剛結束他的煉金術實驗,在吃晚飯的路上,他注意到了天空中不同尋常的現象。一顆新的,比他見過的任何星都亮的星,出現在黃道帶之外的天空。

Map of the island of Hven from a copper etching. Credit: Wikimedia Commons.

第谷仔細的檢查了這顆新的恆星,卻未能在檢查中發現哪怕一分弧度的變化。這顆星沒有尾巴,也不像彗星那樣運動。它位於在月球之上。在那個亞里士多德認為永恆不變的地方,突然誕生。這是個存在於自然法則之外的奇跡,像約書亞讓太陽在天空中停止,又或者耶穌受難時突然的黑暗,上帝出於一些特殊的緣故創造了它,第谷則將對這顆星的記錄書寫、發表,把這一類天體帶進了公眾的視野。

從沒有人見過它嗎?第谷是這樣說的。但曾經有人見過這種現象,他們只是沒問過那到底是什麼。

公元前134年,喜帕恰斯就見到了一顆像這樣的星,他沒有問那是什麼。那顆星被認為預示著文明世界的巨變,猶太人精神和政治的衰落,以及地中海霸權從希臘到羅馬的轉移,那顆出現在天蠍座的星星讓喜帕恰斯產生了製作星表的念頭,抱著或許以後還有這樣的天體出現,有一個列表可以更輕鬆的找到它們的位置的念頭,有史以來的第一個星表誕生了。這個星表後來被托勒密收錄進《至大論》的目錄中。

神學家泰奥多尔·贝扎(Theodore Beza)曾在他的詩中宣稱,1572年的新星是與伯利恆之星一樣的天體,因此,這顆新星與伯利恆之星有相同的占星術意義,它預示著基督的再臨。第谷將這首詩保存在了他的《初級讀本》(Progymnasmata)之中,這本書由他最著名的助手開普勒出版。1604年,開普勒見證了蛇夫座左足的新星爆發,他繼承了第谷的觀測經驗與知識,對這顆星做了詳細的記錄。幸運的是,這兩顆星都是銀河系內的超新星,開普勒見到的超新星是400年來最後一顆只靠肉眼就可以觀測到的超新星。第谷一直觀察著1572超新星的變化情況,直到它徹底從空中消失,他從赫列瓦德走向汶島,成為一位天文學家,1577年11月13日,來到汶島的第二年,在池塘旁釣魚準備飽餐一頓的第谷,抬頭時看到西邊的天空中閃耀著一顆拖著長長尾巴的彗星。他比對了同時期布拉格的波西米亞天文學家達太·哈格西烏斯(Thaddaeus Hagecius)的觀測結果,發現在不同的地點,彗星可以在大致相同的位置被觀測到,月球則不同。因此,彗星一定出現在比月球遠得多的地方,它要穿過金星、太陽和火星的天球。這顆彗星與那顆新星,以及觀測到這一現象的第谷一起,擊碎了透明的水晶球殼。

Tycho's Wall Quadrant. Credit: Wikimedia Commons

這層球殼曾經是托勒密、亞里士多德天文觀念的代表,持續千年、一直存在的「正確」標準,人們認為行星嵌在真實、堅硬、透明的水晶殼中,球殼的旋轉帶動著行星在天空中移動。但這顆彗星就這樣輕易的從中穿過。第谷意識到,那一層「殼」從來就沒有存在,也不可能存在。星星也不是永恆的,他們可以出現,最後也能消失。

當完美的殼被擊碎,我們才第一次有了飛到更遙遠的地方,好奇月亮的上面,更大的宇宙里有什麼的機會。

2. 伯利恆的清晨 Bethlehem's Morning

「那新生的猶太人的王在哪裡呢?我們在東方看到他的星,特來拜他。」「看哪,他們在東方所看到的那顆星,行在他們前方,停到那孩子所在的地方。」

——《馬太福音》2:2, 9

Elihu Vedder - Star of Bethlehem - 1879-80. Credit: Wikimedia Commons

當一顆新星出現時,它的亮度在很快的時間里就可以從本不可見,變成夜空中最亮的,又在不長的時間中消失不見。

現在,讓我們回到伯利恆的清晨。從東方來的三位博士在一顆星的指引下找到了新生的耶穌。這顆星便是伯利恆之星——聖誕樹頂端的星星,兩千多年前,當耶穌從馬廄中降生,是它點亮了伯利恆的早晨。

開普勒曾對這顆星作出過天文學解釋,他讀到波蘭作家勞倫斯·蘇斯萊格(Laurence Suslyga)的書,這位作家認為耶穌不是誕生於公元前1年,而是公元前4年,開普勒依據希律死前的一次日食論證了耶穌誕生於公元前四年的新年表,又以1604年的新星為例,提出了伯利恆星是新星的假設。

在關於這顆星的天文學解釋之中,最流行的是克拉克的科幻短篇《星》。1956年,克拉克講述了一個令人心碎的故事:一位耶穌會士天文學家前往鳳凰星雲開展天文調查——這是幾千年前超新星爆發的遺骸,調查的結果是這顆爆發的超新星,正是點亮了伯利恆清晨的那顆。它在無數個世界之中閃耀,一些世界毀滅,一些世界誕生。

瑞典天文學家倫德馬克認為這顆星可能是在巨蟹座或天鵝座爆發的新星,這兩個區域的新星爆發頻率很高。他說在中國文獻里可以找到相關的記錄。

編年史《通鑒綱目》中寫著:「哀帝建平二年二月,彗星出牽牛七十餘日。」這是一條沒有提及尾巴的彗星記錄,大約發生在公元前五年,三位智者可以在它長達70天的可見日期內往返伯利恆。

不過,在歷史上,無論是對這條記錄本身,還是對伯利恆之星的天文學解釋,都存在著爭議。對於這條記錄,李約瑟認為它只是彗星記錄,他質疑了倫德馬克的工作。史蒂芬森和克拉克認為這顆星可見週期很長,沒有運動的跡象,也沒有尾巴,它可能是新星。馬克·傑基(Mark Kidger)提出了這顆天體在位置上的不確定性,他指出關於這顆天體位置最好的估計仍然是一個直徑約10度的圓,覆蓋的範圍太大。維爾納·凱勒(Werner Keller)則帶有調侃意味的指出了關於伯利恆之星天文學解釋的不合理之處:「任何在天幕上移動的東西,以及許多只存在於人類想象中的東西,統統被稱為‘伯利恆之星’。」

但無論如何,這顆在公元前五年出現的天體,無論它是否真是那顆「伯利恆星」,都至少點燃過一些天文學家的探索熱情。倫德馬克就是其中的一位。九歲時,他從到家中農場借宿的猶太人那裡聽說到彌賽亞尚未來臨,耶穌只是耶和華的先知之一的觀點,這啓發了他關注與彌賽亞、《聖經》中的天文學知識以及伯利恆之星相關的內容。從1921年起,倫德馬克便嘗試將來自東亞的天象記錄應用於現代天文學的研究之中。他想知道這些天體最後演化成了什麼,也被這些天體事件在不同文化中的特殊意義吸引。他關注著新星在彌賽亞事件中重要的象徵含義,這些異常明亮的天體預示著某位智者的降臨。

當哈雷彗星在公元66年出現時,梯里達底一世(Tiridates)被羅馬皇帝尼祿加冕為亞美尼亞國王,當123年的疑似新星出現時,星之子西蒙受到啓發,發起了反對羅馬人的叛亂,532年的新星爆發時,佛陀、老子、孔子和查拉圖斯特拉等聖人正值盛年。在三篇考察彌賽亞歷史及其天文學背景的文章中,倫德馬克這樣寫道,當他用這樣的調查回應他童年的美麗記憶時,也總能想起自己在威爾遜山上的往事。

Comet 1P as taken March 8, 1986. Credit: W. Liller, Easter Island.

瑞典天文學家安妮塔在寫作倫德馬克的傳記時,曾提到過這樣的場景:「當他講述他在威爾遜山天文台的回憶時,他的故事中充滿了清醒著和沈睡著的夜班助手,天文學家的壁爐照亮了客廳,老鼠啃食著觀察員的葡萄。從那裡傳來的不僅僅有星系和恆星的古老光芒,還有伽利略和赫歇爾的陪伴。」

1922年,33歲的倫德馬克與赫馬森一起,在威爾遜山天文台上搜索第谷的新星與伯利恆星的遺骸,他們在第谷新星的位置附近發現了一顆明亮的紅色恆星,倫德馬克一度以為,那正是失去線索的布拉赫的新星

在之後的日子里,他從沒忘記過這些古代檔案中記載的天體事件,他反復翻出來中國編年史中的新星記錄,在論文中調查這些天體的亮度,他的結論是這些天體中的大多數與仙女座新星S及開普勒新星一樣,屬於亮度更高的上層級別(Upper class)或超新星(Super-Novae)類別。他是首個在論文中使用Super-Novae來描述這類天體事件的人。儘管他可能不是首次命名了這些天體的人。1932年至1933年,在他寫作這篇文章期間,他曾回到威爾遜山上,這個名字很可能是他從朋友們口中聽到的。但正如他所說的那樣,這些天體確實大多屬於更亮的一類。

3. 更大的宇宙 The Bigger Universe

 宇宙的尺度無限大,星雲是一個個星系,到其他星系的距離尚未被測量出來。

——Vår Himmel Camille Flammarion

1543年,哥白尼在他的《天體運行說》中首先提出了這樣的一種世界觀:太陽位於宇宙的中心附近,所有行星鑲嵌在水晶球殼中,隨著球殼,繞日旋轉,地球只是引力的中心和月亮軌道的中心,而並非宇宙中心。

Bernard de Fontenelle's Entretiens sur la pluralité des mondes. C: Harris Brisbane Dick Fund, 1932.

這層球殼由第谷·布拉赫於1577年敲碎,不久後的1609年,伽利略將自制的望遠鏡指向木星,從那裡發現了四顆衛星,這望遠鏡還令他發現了坑坑窪窪的月球,以及銀河系難以計數的恆星。1755年,英國天文學家繪制了一張扁而平的銀河系結構圖。圖上,太陽位於銀河系的中心。1890年時,愛爾蘭的天文學家,阿格尼斯·克萊克(Agnes Mary Clerke)談到星雲本質時提出,只有沒有才幹的天文學家才會認為星雲是與銀河系相當的星系。

在很長的一段時期內,銀河系都是唯一合法的宇宙。

這一觀點能對當時天文學界的大量觀測結果作出解釋。首先,如果星雲的亮度與太陽相似,那他們在距離上就不可能離銀河系很遠。其次,沙普利認為,星雲中新星的亮度表明它們位於數百萬光年之外,這與關於星雲內部發生快速運動的測量結果相衝突。倘若他們之間相距如此之遠,我們是無法察覺到其內部的運動的。於是沙普利寫到:「如果它們是由普通恆星恆星構成的,我們就無法將其與島宇宙的尺度完全相協調。此外,另有天文學家認為,如果旋渦星系在尺度上是與銀河系相媲美的星系,那它們就應當在數千萬光年之外。那這些星雲中的許多「新星」,從理論上講,必須比銀河系的新星亮度高的多,才能如此明顯。

現在,讓我們來到1917年,來到「大辯論」剛開始的時候。回到那些星星——柯蒂斯在對新星的數量、出現率進行統計後,發現仙女座星系中出現的新星要比銀河系中出現的新星多。如果仙女座星系不是一個獨立的星系,只是我們星系中的一個星雲,就不能解釋為什麼銀河系一小部分中的新星要比其他部分的多。對此,他傾向於認為,仙女座星系是一個獨立的星系,它擁有自己的年齡,和新星出現率。

Galaxy Cluster MACS J1149.6+2223 and Supernova Refsdal. Credit: NASA Hubble.

柯蒂斯提出,通過比較仙女座星雲中觀測到的一些新星和我們銀河系中的類似星體,便可以獲得關於它們之間距離的數據。儘管他在運用這一方法時出現了問題,但他的思路是正確的。倫德馬克延續了柯蒂斯的方法,1919年和1920年,他嘗試利用新星作為標尺對仙女座星雲的距離進行估算。通過比較仙女座星雲中的新星和銀河系中新星的光度,得出了該星雲到我們的距離約為65萬光年的結果(約現代最好結果的1/4),據此,我們對仙女座星系在銀河系中的位置得出了一個相對明確的結論。

柯蒂斯的荷蘭同事雅各布斯·科普泰恩(Jacobus Kapteyn)對銀河系和其他信息的星數進行了詳細的統計,在這一基礎上,他極力贊同柯蒂斯等人的觀點。柯蒂斯在1921年的論文中,對銀河系施加排斥力導致這種較高後退速度的說法表示懷疑,至於漩渦星雲中恆星爆發的亮度,柯蒂斯認為,將仙女座星雲中的新星和銀河系中的新星劃分為兩個種類並非不可能的。當然,我們現在知道它們中的大多數是超新星,它們的亮度平均而言是普通新星的一萬倍。至於漩渦星系的旋轉速度,柯蒂斯認為沙普利此處的測量是錯誤的。

原有的範式仍在延續,直到1921年,沙普利等人仍然認為旋渦星系是外太空的氣體旋渦。但上面提到的這些反常為新理論的出現提供了必要條件。不久之後沙普利在威爾遜山上的同事哈勃成功拍攝了仙女星系雲中的單個恆星,並於1923年10月,在仙女座星系外部發現了一顆造父變星——這類天體在1912年,由亨麗埃塔·萊維特發現。哈勃的發現證明瞭仙女座星雲是位於約100萬光年距離的河外星系。

現在,歡迎來到新世界,在這個世界中,銀河系失去了他在宇宙中心的位置,成為數十億類似星系中的一個普通成員。更大的宇宙里有更多故事——一切不再靜止不動,星系在狂奔,時間有其開始與終結。而對這一切的探索,都先從那些爆發的星星開始。

4. SN1054 當星星走向它生命的盡頭 SN 1054 When a Star Reaches the End of its Life

至和元年(1054)五月晨出東方,守天關,晝見如太白,芒角四出,色赤白,凡二十三日。

——《宋會要》

 天喜二年四月中旬以後,丑時,客星出觜參度,見東方,孛天關星,大如歲星。

——《明月記》

SN 1054 on Jun 4th. Credit: Alain r.

克拉克曾在他的《星》中,這樣描述過這點燃了一整個星系的光:

我們的太空船穿越了六千年前爆發開來的氣體。這氣體是熾熱的,仍在迸發出紫色的光輝,只是它非常稀薄,不足以傷害我們。層層如象牙球的氣體被爆炸的星體使勁拋出,至今仍在向外飛馳。恆星的引力也無力將它們拉回去。氣體包含的空間容得下數千個太陽系,而盤踞中心的是一個怪異的天體,一個只有地球般大小,卻比地球重數百萬倍的白矮星。

太空船周圍氣體的光輝驅散了平常星際空間的黑暗。我們的目標如同一個被引爆的太空炸彈,幾千年過去了,其火熱的碎片還在四散飛開。爆炸規模之大,使星體的碎片散布於數十億公里的空間中,恍若凝固。或許幾個世代之後,肉眼可以察覺出那些混沌的氣體和糾纏的旋渦有些微移動。但此刻星雲的澎湃氣勢,已夠懾人心魄了。

——阿瑟·克拉克《星》譯者:遲卉

現在,我們看看來自中國的早期觀察者們,他們記錄了1054年超新星爆發的場面,它的殘骸——宇宙中的大螃蟹,蟹狀星雲,是首個被確認為是超新星爆發遺跡的天體,也是人類研究最多的太空目標之一,從這裡開始瞭解超新星爆發的歷史,是一個合適的選擇。

Crab Nebula in Multiple Wavelengths. Credit: Wikimedia commons.

不妨想像這樣的畫面:古代的天文學家們,仔細的審視天空中的每一個角落,關注著不尋常現象的發生。7月4日清晨,在東方靠近地平線的金牛座附近,出現了一顆新的星星,它的亮度和木星差不多,以至於在23天的時間里,即便是白天,它也清晰可見。他們驚訝於這一切的發生,將這顆星的形態、持續時間準確的記錄下來,而後鎮定的,為這一事件尋找合理的解釋。這顆超新星距離我們6500光年,當它被宋朝的人見到時,就已經是發生在6500年前的事情了。而對於今天的我們來說,這場爆炸發生在7500年前。它距離我們如此之遠,卻仍然和金星、木星一樣亮。

伴隨著劇烈的爆炸,一顆恆星走向了它生命的終點。象徵死亡的光持續數周甚至數月,這場爆炸將以高達十分之一光速的速度向外拋射出大量物質,形成由膨脹的氣體和塵埃構成的殼狀結構。像蟹狀星雲一樣,向我們證明宇宙中曾發生過什麼事情,成為天文學研究者瞭解宇宙演化過程中重要的一環。

1921年,克努特·倫德馬克在他的研究中首次提出了1054超新星與蟹狀星雲在位置上的相關性。此後,1937年,梅奧(Mayall)使用克羅斯利星雲攝譜儀獲得了蟹狀星雲的整體光譜,通過分析,他發現蟹狀星雲作為一個整體正在膨脹,且其光譜中的亮線與赫馬森(M. L. Humason)在英仙座新星2號周圍膨脹的星雲中發現的非常相似,此後,科學家們將蟹狀星雲是由一顆古老新星演化而來的觀點重新提上討論桌。梅奧的計算結果表明蟹狀星雲可能誕生於新星爆發後800年,從時間上與中國人在公元1054年觀測到的新星一致。

1938年,倫德馬克在對中國與日本的客星記錄進行研究之後,發表了一篇名為「Was the Crab Nebula formed by a supernova in 1054 A.D.?」的論文,他嘗試證實梅奧的觀點,並認為AD 1054是一顆超新星。不久後的1941年,.J.L.Duyvendak與Jan Oort最終證認出,蟹狀星雲是1054超新星爆發留下的遺跡。

這顆特殊天體後來成了射電天文學發展中的一個關鍵節點,1949年,John G. Bolton與Gordon James Stanley,Owen Bruce Slee一起證實了蟹狀星雲是射電源,此後,許多研究者開始結合天文學研究成果調查超新星、射電源與第一類星雲(多是超新星的遺跡)之間的關係。他們開始重新調查歷史上關於新星爆發的記錄。古代的客星記錄曾為建立1054年超新星與蟹狀星雲之間的聯繫提供了重要支持。天文學家希望通過對這些記錄進行更近一步的調查、篩選與分析,將其轉化為更準確的觀測數據,使其能為驗證超新星爆發與射電源之間相關性的研究提供更多幫助。

4. 結語

我受到了Johan Kärnfelt寫作的 I stjärnans skugga 一文的影響,產生了寫作這篇文章的想法。Kärnfelt曾在他的文章中介紹倫德馬克以天文學史為背景的劇本,1937年,倫德馬克在他的劇本I stjärnans skugga中,以新星等異常現象為線索,從東方三博士追隨伯利恆之星,阿提拉(Attila, 406-453)的軍隊在彗星帶領下向羅馬前進,在哈雷彗星的照耀下征服者威廉登陸英格蘭為序幕,圍繞著被新星事件影響的第谷·布拉赫、哥白尼及莫切尼柯以及伽利略的人生經歷展開敘事,他希望通過這些內容展現人類行動與天文現象之間的關係,他相信宇宙對人類認知有著巨大的影響,因此,我們每個人都生活在星光的陰影下。

新星、彗星這些發生在遙遠地方的天體事件,影響著每一個願意仰望星空的人,啓發著喜帕恰斯製作星表,在赫列瓦德修道院上點起一盞燈,叫醒布拉赫敲碎透明的水晶球殼,獨立的新星出現率讓人們大膽猜測我們之外還有其他的星系,通過比較兩個星系中新星光度的區別,天文學家開始推算宇宙中最廣闊的距離,最終讓我們意識到我們自己的位置,近一千年前,觀測者們記錄下了1054超新星的爆發,它的遺跡被發現是射電源,如今,研究者們還在尋找AD185,AD1006和AD1181這些記錄與射電源之間的聯繫。這些天體事件發生在更久遠的年代里,標誌著星辰消亡的光走了上千年的距離抵達這裡,它點燃了一整個星系,也如燈塔般指引著我們探索宇宙的路。

這些歷史材料,等待著某個仰望星空的人翻開,舊日之光會在不久後重新降臨在他們身上。

CC BY-NC-ND 4.0

謝謝鼓勵!

Loading...

Comment