天文学第一问题

测定日地距离的方法，最容易想到的莫过于三角测量法，也就是测量太阳的视差。比如，在南半球和北半球两个相距很遥远的天文台同时观测太阳，把太阳在天空中的位置精确地测出来，再根据两座天文台的相隔距离计算出日地距离。但这个方法知易行难，讲讲原理简单得不得了，可是限制条件太多，远隔万里的两个天文台要协作，哪有那么容易？并且太阳在望远镜中的视面积很大，测量精确位置本就不易（一个点的坐标好测，一个圆的坐标反而不好测了），所以，用这个方法测量日地距离从来就没有真正成功过。看来，要想把天文学第一问题攻破得换个思路，想出新的招数来。

聪明的法国天文学家卡西尼（Giovanni Domenico Cassini,1625年～1712年）在开普勒发表第三定律的半个世纪后想出了一个办法。他说：“第一，不需要两个天文台，一个就够了，因为地球在不停地自转，任何一个天文台，在日出和日落时其实就已经相当于隔了一个地球直径的距离。”这个想法很棒，卡西尼的脑子真好使。他又说：“第二，干嘛非要去直接测量太阳呢？我们不是已经有了开普勒第三定律了吗？把地球到火星的距离测出来，不就能计算出日地距离了吗？一个简单的方程式而已。测量火星的视差可以这么做：以某颗遥远的恒星为背景，分别在日出和日落时测量火星相对于这颗恒星微小的位移，就能得出火星的视差了。”

卡西尼想到后马上就开始了行动，1672年，他宣布自己通过测量火星的视差计算出了日地距离。在天文学界，日地距离不是用多少千米来表示，而是表示为以地球的赤道直径为基线（也就是三角形的底边）时，太阳的视差角度。卡西尼宣布的结果为9.5角秒（今测值8.7941角秒），已经相当准确了，如果用千米表示的话，卡西尼的结果就是1.6亿千米（今测值为1.496亿千米）。过了几年，一个年轻的天文学家，我们的老朋友哈雷，提出了一个绝妙的新思路，震动了整个天文学界，甚至改变了后世的几位天文学家一生的命运。哈雷说，利用金星凌日的罕见天象，就可以测定日地距离。他提出的原理是这样的：

图10-1　利用金星凌日现象计算日地距离的原理图

在上图中，当金星（V）凌日的时候，从地球上的A、B两地同时观测，看见它投影在日轮上的V1、V2两点，循着A1′A2′和B1′B2′两条平行弦经过日轮。所以由观测求得∠AVB，通过几何计算可推出∠AV1B（或∠AV2B）。如果AB弦之长等于地球的直径，则∠AV1B（或∠AV2B）便是太阳的视差。

难怪让天文学界大为佩服，这确实是一个精妙的点子。可惜的是，下两次金星凌日的时间分别是1761年和1769年，哈雷活不到那时了。但天文学界不会忘记这个重要的时刻，在1761年来临的时候，一场国际大比拼拉开了序幕。

为了率先解决这个“最崇高的问题”，整个天文学界都在摩拳擦掌，等待着1761年金星凌日的到来，简直就像天文界的奥运会。为了能在比赛中拔得头筹，法国派出了32名选手，英国派出了18名，还有瑞典、俄罗斯、意大利、德国等国家也都派出了参赛选手。很遗憾，当时的中国人恐怕连听也没听说过这个天文学第一问题，自然也不会有人参赛。这些英勇的天文学家们奔赴地球的100多个角落（几乎就是一人一个地方），比如俄罗斯的西伯利亚，中国的青藏高原，美国威斯康星州的丛林等等。

在这些吃苦耐劳的天文学家们身上发生了很多“可歌可泣”的故事，这中间法国人勒让蒂的故事最让人唏嘘感慨，他也因此被称为“史上最悲剧的天文学家”。我给大家讲讲他的故事，也算是一种纪念吧，悲情英雄也是英雄。

勒让蒂从法国出发的时候决心非常大，他做足了物质上的准备，购买了最精良的器材，整整提前一年从法国出发，计划去印度的荒原上观测这次金星凌日。但是他运气很糟糕，由于英法两国正在开战（七年战争），在路上遇到了种种坎坷，1761年6月6日发生凌日的那天，倒霉的勒让蒂居然还在海上。这恐怕是对天文学家来说，所有能够想到的最糟糕的观测地点，因为船始终在颠簸，而天文观测需要极端平稳。勒让蒂与这次金星凌日无缘。

但是勒让蒂却并没有感到太伤心，因为他知道八年后金星凌日会再次上演，为了确保这次观测万无一失，他干脆决定就住在印度了。勒让蒂用了整整八年的时间建立了一个一流的观测站，添置了最精良的观测设备，并且不断地做着排练，调试设备，直到对每一个细节都确保满意。

勒让蒂在印度选取的观测地点也是精挑细选，他选的那个地方在6月份中晴天的比例非常高。1769年的6月4日终于到来了，勒让蒂在前一天晚上“焚香沐浴”，把所有设备擦得干干净净。你可以想象一下，一个人为了一个时刻整整等待了八年，做了八年的精心准备，这一夜将是什么样的心情。早上起来的时候，勒让蒂看到了一个完美的艳阳天，他激动坏了，就等着那个神圣时刻的来临。

果然，金星凌日如约而至，可正当金星刚刚开始从太阳的表面通过时，老天爷又开起了玩笑。一朵不大不小的乌云不知从何处飘来，刚好挡住了太阳，勒让蒂简直要疯掉了，他一边焦急地看表一边等待乌云飘走。最后当乌云飘走时，勒让蒂记录下来的时间是3小时14分7秒，这差不多恰好是此次金星凌日的持续时间。

勒让蒂八年的努力被一朵乌云完美地化为乌有，悲愤交加的他只好收拾起仪器启程回老家。但他的厄运并没有因此结束，他在港口患上了疟疾，一病就是整整一年，卧床不起。一年后他终于登上了一条船回国，可是没想到又遇上了飓风，差点儿失事。当勒让蒂九死一生终于回到法国老家时，已经离家出门整整11年了，但迎接他的不是一个温暖的家和亲属们的热烈拥抱。他早就被亲属们宣布死亡，妻子改嫁，所有财产也被亲属们抢夺一空。

这就是史上最悲剧的天文学家勒让蒂的故事，让我们为他默哀三分钟，但在我心目中，他依然是伟大的天文学家，他的精神在鼓励着我。

不过，其他参赛选手大都满载而归，这次国际大行动的成果是：1AU=1.33亿千米。

随着天文学第一问题的解决，太阳系的空间尺度终于初步搞清楚了。让我们来感受一下十八世纪的人类所知道的太阳系有多大：从地球到太阳是1.33亿千米，这是多远呢？当时的人类最快的交通工具是马，最快的马的时速大约是70千米，从地球跑到太阳大约需要224年，显然这是一个相当遥远的距离。太阳系最外面的一颗行星是土星，地球到土星的距离是15亿千米，马要跑2527年，这就是当时人们心目中太阳系的大小。那宇宙的大小呢？我们前文已经说了，恒星视差的测定是在1840年，也就是说在了解了太阳系的大小后，人们只知道恒星肯定是在更远的地方，到底有多远，还要等上70多年才能知道。在这70多年中，人类又有两个重要的天文发现，太阳系的尺度一下子扩大了十几倍。