即使指出來，也不是每個人都能第一眼就看見這些微妙的特征，要感知更微小的細(xì)節(jié)則需要敏銳的眼睛加上訓(xùn)練，并在最好的條件下觀察……這些就是火星運河。
——《火星及其運河》（Mars and Its Canals），
帕西瓦爾·洛厄爾（Percival Lowell, 1855–1916）
洛厄爾認(rèn)為這種幾何結(jié)構(gòu)不可能因地質(zhì)作用而產(chǎn)生。這些線條太直了，只有智慧生物才搞得出來。這是個我們都會同意的結(jié)論，唯一的爭議在于智慧生物在望遠(yuǎn)鏡的哪一頭。
——《外星球文明的探索》（The Cosmic Connection），
卡爾 · 薩根（Carl Edward Sagan, 1934–1996）
/天文學(xué)家的狂歡
從火星極冠到火星運河
它們是自然形成的還是人工修建的呢？
人類對火星表面有意義的觀測始于荷蘭科學(xué)家克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens,1629–1695），他于1659年畫出了火星上的一大塊三角暗區(qū)，它在歷史上被不同的人多次命名，最終得到公認(rèn)的名字是大瑟提斯或大流沙（Syrtis Major）。利用這個望遠(yuǎn)鏡中火星最顯著的地理特征，惠更斯估計火星的自轉(zhuǎn)周期約為24小時。火星在兩極處有被稱作極冠的明亮白色冰冠，容易讓人想起它與地球的相似性。有些人根據(jù)惠更斯在1656年的觀測草圖認(rèn)為他是火星極冠的最早發(fā)現(xiàn)者，不過這存在著爭議。
1666年，法國天文學(xué)家喬瓦尼·卡西尼（Giovanni Domenico Cassini,1625–1712）沒有爭議地看到了火星兩極的極冠，并給出了火星更精確的自轉(zhuǎn)周期：24小時40分，只比實際值長兩分多。后來的觀測者們發(fā)現(xiàn)極冠會隨著火星季節(jié)的變化而增大和縮小，他們認(rèn)為這是冰雪的融凍，今天知道是二氧化碳的升華和凝華。
卡西尼之后，對火星觀測貢獻(xiàn)較大的天文學(xué)家是英國的威廉·赫歇爾（Frederick William Herschel,1738–1822）和有“德國的赫歇爾”之稱的約翰·希羅尼穆斯·施羅特（Johann Hieronymus Schr?ter,1745–1816）。施羅特是個悲劇人物，他數(shù)十年如一日地勤奮觀測，直到他68歲那年拿破侖的軍隊洗劫了他在利林塔爾（Lilienthal）的天文臺，搶走了望遠(yuǎn)鏡，燒毀了大量觀測書籍和記錄。1840年，威廉·沃爾夫·比爾（Wilhelm Wolff Beer,1797–1850）和約翰·梅德勒（Johann Heinrich von M?dler,1794–1874）合作繪制了第一張真正的火星圖。在19世紀(jì)60年代，諾曼·洛克耶（Joseph Norman Lockyer,1836–1920）、道斯（William Rutter Dawes,1799–1868）、理查德 ·普羅克特（ Richard Anthony Proctor,1837–1888）、安杰洛·塞奇（Angelo Secchi,1818–1878）、弗雷德里克·凱瑟（Frederik Kaiser,1808–July 1872）等天文學(xué)家們又繪制了更加細(xì)致的火星圖。
1840年，德國天文學(xué)家約翰·梅德勒與威廉·比爾是最早繪制火星地圖的制圖者，他們共同完成了這幅火星地圖的繪制。其中，位于左側(cè)、標(biāo)注為“d”的小黑點即為“火星之眼”索利斯湖。
天文愛好者們知道火星是顆對觀測時機很挑剔的行星。每隔780天左右，地球會運行到太陽和火星之間，三者排成近似的直線。這段時間火星離地球最近，最適合觀測，這種現(xiàn)象叫作火星沖日。與地球接近正圓的公轉(zhuǎn)軌道不同，火星的公轉(zhuǎn)軌道明顯呈橢圓形。所以當(dāng)沖日發(fā)生在火星遠(yuǎn)日點附近時，地球與火星的距離約為一億千米。如果發(fā)生在近日點附近，距離就只有不到六千萬千米了，這一絕佳時機就是每隔15或17年發(fā)生一次的火星大沖。當(dāng)火星離地球最遠(yuǎn)時，其視直徑只有4角秒。在最差的沖日時，火星的視直徑為14角秒。在最好的大沖時，火星的視直徑可達(dá)25角秒，其實也不過是滿月的七十幾分之一。
火星大沖在今天只是愛好者們的狂歡，但是在人類能夠向火星派出探測器之前，它有黃金般的科研價值。
1877年發(fā)生了火星大沖，全世界的望遠(yuǎn)鏡紛紛指向了火星。此時美國天文學(xué)家阿薩夫·霍爾（Asaph Hall III,1829–1907）在美國海軍天文臺（United States Naval Observatory）使用26英寸（66厘米）口徑的世界最大折射鏡，尋找著火星可能存在的衛(wèi)星。經(jīng)歷了數(shù)夜的徒勞無功后他決定放棄，妻子鼓勵他再多看幾夜，就在下一個晚上，他發(fā)現(xiàn)了火衛(wèi)二，幾天后又發(fā)現(xiàn)了火衛(wèi)一。后世用霍爾妻子婚前的姓氏斯蒂克尼（Stickney）命名了火衛(wèi)一上最大的隕石坑。
1877年，火星大沖。美國天文學(xué)家阿薩夫·霍爾在美國海軍天文臺使用26英寸（66厘米）口徑的世界最大折射鏡，尋找著火星可能存在的衛(wèi)星，發(fā)現(xiàn)了火衛(wèi)二、火衛(wèi)一。
在米蘭的布雷拉天文臺（ Brera Observatory），臺長、意大利天文學(xué)家喬凡尼·斯基亞帕雷利（Giovanni Virginio Schiaparelli,1835–1910）也不會放過這次寶貴的火星觀測良機。他使用一臺口徑8.6英寸（22厘米）的折射鏡，比霍爾的小得多。他是個經(jīng)驗非常豐富的觀測者，此時他的目標(biāo)是畫出一張全新的火星圖。始料未及的是，他發(fā)現(xiàn)火星表面遍布著一種未曾見過的地貌特征：交織成網(wǎng)的線條。不同于地球上蜿蜒的河流，這些線條都很直。有些線條明顯可見，而另一些像纖細(xì)的蛛絲般微妙。他稱這些線條為canale（水道，復(fù)數(shù)為canali），在這次大沖時間段里，斯基亞帕雷利共記錄了40條canali。
1877年，斯基亞帕雷利使用這臺口徑8.6英寸（22厘米）的折射鏡，發(fā)現(xiàn)火星表面遍布著一種未曾見過的地貌特征：交織成網(wǎng)的線條。不同于地球上蜿蜒的河流，這些線條都很直。有些線條明顯可見，而另一些像纖細(xì)的蛛絲般微妙。
復(fù)刻版，出自弗拉馬里翁（C. Flammarion）約1898年出版的《天界的奇觀》（De wonderen des hemels）。原版：斯基亞帕雷利先生根據(jù)他在1877年至1886年的觀測繪制的火星雙運河新地圖。
canale在意大利語中可以指天然或人工的水道。這個模糊不清的詞反映了斯基亞帕雷利心中的搖擺不定，它們是自然形成的還是人工修建的呢？這個發(fā)現(xiàn)在傳播過程中也發(fā)生了扭曲，意大利語的canale被譯成英語的canal（運河），線條被定性成了人造物。
運河在當(dāng)時是個熱門詞匯，蘇伊士運河于1869年通航，巴拿馬運河和科林斯運河都是在1881年開始動工。斯基亞帕雷利早年也曾在都靈大學(xué)學(xué)過水利工程學(xué)。如果那些線條真的是運河，火星人就必定擁有地球人遙不可及的工程能力。
值得注意的是，霍爾用著比斯基亞帕雷利好得多的望遠(yuǎn)鏡，但只發(fā)現(xiàn)了兩顆火衛(wèi)，沒看到運河。此外，英國天文學(xué)家納撒尼爾·格林（Nathaniel Everett Green,1823–1899）也觀測了1877年大沖并繪制了火星圖。他同時也是個畫家，后來還為維多利亞女王和一些王室成員教過美術(shù)。
1877年，英國天文學(xué)家格林觀測并繪制的火星。
格林的觀測點在馬德拉島（距葡萄牙首都里斯本約1000千米的大西洋）上，觀測條件很好，他用的是13英寸（33厘米）口徑反射望遠(yuǎn)鏡。在他繪制的圖上沒有出現(xiàn)斯基亞帕雷利那種縱橫交錯的線條。
格林根據(jù)1877年的觀測所繪制的火星全圖。
/諸神之戰(zhàn)
火星運河，有，還是沒有？
我絕對確信我所看到的。
在天文觀測中，環(huán)境和器材之外還有人的因素。人與人的視力顯然是不同的，大多數(shù)人或多或少都有視力缺陷。如果是近視或遠(yuǎn)視問題倒不大，它們靠望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦就能修正。散光需要在眼睛和目鏡之間增加鏡片來修正，但多出的鏡片會給行星觀測帶來少許不利影響。此外還有色弱和色盲，斯基亞帕雷利就有色盲癥。
但即使在視力沒什么缺陷的人之間，觀測能力也會有很大的不同。一個目標(biāo)或者特征在一人眼中顯而易見，而在另一人眼中渺無蹤影，這一點兒也不奇怪。原因有先天因素也有后天因素，有的人天生視覺敏銳，不過對所有人來說，不斷積累觀測經(jīng)驗?zāi)茉鲞M(jìn)察覺困難目標(biāo)的能力。此外威廉·赫歇爾還說過，如果一個目標(biāo)看不到，可以嘗試在更好的望遠(yuǎn)鏡中看一次，然后就可能會在原來的望遠(yuǎn)鏡中看到它了。他是在說預(yù)知目標(biāo)的位置和樣子能讓人更容易發(fā)現(xiàn)它，很多愛好者都有這種經(jīng)歷，而且不是因為心理作用而是確實看到了。
然而另一方面，沒有看到目標(biāo)，卻因為有所期望而產(chǎn)生了看到的幻覺，這種事情也是層出不窮的。將“觀測能力存在個體差異，有些人不愿被認(rèn)為觀測能力差”和“如果對目標(biāo)或特征有所預(yù)期，可能會產(chǎn)生看到了它的幻覺”這兩件事結(jié)合起來，可以想象“皇帝的新裝”在天文觀測中也有可能發(fā)生。
斯基亞帕雷利根據(jù)1877年火星大沖期間的觀測繪制的首張地圖。運河結(jié)構(gòu)在這張地圖上已經(jīng)出現(xiàn)，盡管其輪廓尚不如后續(xù)觀測中那般清晰。
天文學(xué)界對斯基亞帕雷利的發(fā)現(xiàn)看法不一。他最早的支持者是后來以撰寫了《大眾天文學(xué)》（Astronomie Populaire）而聞名的法國天文學(xué)家卡米耶·弗拉馬里翁（Nicolas Camille Flammarion,1842–1925）和比利時天文學(xué)家弗朗索瓦·特爾比（Fran?ois J.Terby,1846–1911）。弗拉馬利翁多次在文章中引用斯基亞帕雷利的工作，特爾比翻閱了前人的觀測記錄，認(rèn)為從1862年起許多觀測者都看到了少許運河。英國天文學(xué)家托馬斯·韋布（Thomas William Webb,1807–1885）評論了格林和斯基亞帕雷利的火星圖，說格林的像一幅畫，而斯基亞帕雷利的像一張圖紙。他們在天文學(xué)之外的背景也確實是畫家和工程師。格林對于兩人作品之間的巨大差異提供了幾種可能的解釋。首先是斯基亞帕雷利觀測火星的日期更晚，也許火星表面真的有一些變化。其次，也許兩人在觀測上并沒有那么大的差異，但斯基亞帕雷利繪畫水平欠佳，導(dǎo)致了圖中都是生硬的線條。最后，斯基亞帕雷利有將一系列鄰近的點連成直線的傾向，或者將不同明暗度區(qū)域間的邊界看成線條。斯基亞帕雷利回復(fù)說，那些運河毫無疑問地存在，就像萊茵河一般真實。
由法國天文學(xué)家卡米耶·弗拉馬里翁繪制的火星地圖，刊載于其著作《天空的世界》（Terres du Ciel，1884 年）。
1879年火星再次沖日，觀測條件雖然不及兩年前的大沖，仍是研究火星表面的好機會。愛爾蘭天文學(xué)家查爾斯·伯頓（Charles Edward Burton,1846–1882）在這次沖日期間獨立發(fā)現(xiàn)了十幾條運河，其中不少是斯基亞帕雷利曾經(jīng)看到的。艾蒂安·特魯夫洛（ étienne Léopold Trouvelot,1827–1895）看到了九條運河 。 愛德華·克諾貝爾 （ Edward BallKnobel,1841–1930）也看到了一些運河，但他直到1882年才上報。路易斯·尼斯滕（Louis Niesten,1844–1920）看到了一些類似運河的東西，但認(rèn)為它們基本上是不同明暗度區(qū)域間的邊界。斯基亞帕雷利除了新發(fā)現(xiàn)了一些運河外，還看到了一個更加奇異的現(xiàn)象：有一條運河變成了一對平行的雙運河，原運河的位置沒有變，旁邊又多出了一條。他沒有立刻公開這一發(fā)現(xiàn)。
1881年的火星沖日比1879年還要差些，斯基亞帕雷利在觀測到更多雙運河后公布了發(fā)現(xiàn)。到這一年為止，他總計發(fā)現(xiàn)了六十條運河，其中二十條有成雙現(xiàn)象。斯基亞帕雷利強調(diào)無論運河還是雙運河都不可能是錯覺，因為他已經(jīng)足夠警惕了，“我絕對確信我所看到的。”1882年，格林在英國皇家天文學(xué)會的一次會議上發(fā)言，認(rèn)為不同觀測者所見的運河有時并不相同，所以接受它們時要慎重。這時，未來運河論戰(zhàn)的反方主將之一的英國天文學(xué)家愛德華·蒙德（Edward Walter Maunder,1851–1928）出場了。蒙德說他也看過一些運河，但在不同的夜晚位置經(jīng)常會有變化。他支持格林關(guān)于運河是不同明暗度區(qū)域間的邊界的觀點。會議結(jié)束后一個多月，作為運河主要支持者之一的伯頓倒戈了，表示贊同格林和蒙德。
1884年火星沖日的條件很糟糕。在1886年條件欠佳的火星沖日中，法國尼斯天文臺（Nice Observatory）的亨利·佩羅坦（Henri Joseph Anastase Perrotin,1845–1904）和路易斯·托?。↙ouis Thollon,1829–1887）用15英寸（38厘米）口徑折射鏡得到了與斯基亞帕雷利在1882年相似的觀測結(jié)果，他們看到了運河網(wǎng)也看到了一些雙運河，位置也和斯基亞帕雷利畫的大致對得上。斯基亞帕雷利非常高興，寫信給特爾比說：“我非常重視這一證認(rèn)，今后人們不會嘲笑我了。雙運河很難解釋，但必須承認(rèn)它們的存在?！蓖さ帲╓illiam Frederick Denning,1848–1931）的觀測也支持了斯基亞帕雷利。赫伯特·威爾遜（Herbert Couper Wilson,1858–1940）也看到了一些運河。這一年令斯基亞帕雷利高興的事情還有他八年前向國家申請撥款購買的一臺19.3英寸（49厘米）口徑折射鏡終于到手了，它的口徑比之前一直用的那臺大了一倍多。
1888年的火星沖日條件好轉(zhuǎn)了不少。此時，尼斯天文臺已經(jīng)建成了口徑30.3英寸（77厘米）的世界第二大折射鏡。佩羅坦憑借此鏡，發(fā)現(xiàn)火星上一塊叫“利比亞”（Libya）的，面積比法國大一點的陸地完全消失了，他認(rèn)為是被海水淹沒了，這塊陸地在之前的沖日中曾被斯基亞帕雷利觀測到部分被淹沒。這一年，霍爾也觀測了火星，還是使用海軍天文臺那臺發(fā)現(xiàn)了兩顆火衛(wèi)的26英寸口徑（66厘米）折射鏡，和1877年一樣看不到運河。利克天文臺（Lick Observatory）臺長、美國天文學(xué)家愛德華·霍爾登（Edward Singleton Holden,1846–1914）發(fā)表了一些十九世紀(jì)70年代末他在海軍天文臺畫的火星素描圖，上面有一些運河，于是有傳言說海軍天文臺的望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)壞掉了。
美國海軍天文臺舊景。
此時，世界第一大折射鏡就在利克天文臺，它的口徑達(dá)36英寸（91厘米），建成時宣稱會終結(jié)火星運河爭論。霍爾登和詹姆斯·基勒（James Edward Keeler,1857–1900）、約翰·舍貝勒（John Martin Schaeberle,1853–1924）兩位同事對火星進(jìn)行了觀測，看到了一些運河，但沒看到雙運河，并看到“利比亞”完好存在著。霍爾登和基勒對火星的描繪都不同于斯基亞帕雷利，而且兩人之間也存在著不少差異。弗拉馬利翁在讀過利克天文臺的觀測報告后心情沉重，他寫道：“這些觀測使我們絕望。越投入時間研究，仔細(xì)分析關(guān)于這顆神秘行星的無數(shù)各不相同的觀測報告，越無法得出一個確定的結(jié)論?！?/p>
1890年，經(jīng)過兩次大沖的觀測后，斯基亞帕雷利利用他新購置的 Repsold-Merz 望遠(yuǎn)鏡描繪出了一整套運河網(wǎng)絡(luò)。值得注意的是，“雙運河”的數(shù)量有所增加，且整個網(wǎng)絡(luò)已擴(kuò)展至火星北半球。
關(guān)于火星上是否真的存在運河的戰(zhàn)爭從未停止，伴隨著火星智慧生命的猜測，伴隨著天體攝影術(shù)加入戰(zhàn)局，那些火星運河存在的脆弱證據(jù)最終將敗于60英寸巨鏡……直至1965年，水手4號傳回首張近距離拍攝的火星照片，才徹底終結(jié)了這場三百多年的火星運河之爭，這場人類天文學(xué)史上曠日持久的“集體幻覺”也最終破滅。
來源：中國國家天文
原標(biāo)題：幽靈線條 | 火星運河的興亡
編輯：月
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