[物理史] 荷蘭天文學家法比利薩斯 (Johannes Fabricius) 觀測到太陽黑子

荷蘭天文學家法比利薩斯觀測到太陽黑子 (Dutch astronomer Johannes Fabricius observes sunspots)
國立臺灣大學物理學系 楊信男教授、蕭如珀
（譯自APS News，2015年3月）

凡爾納 (Jules Verne) 在他的古典科幻小說《從月球到地球》(From the Earth to the Moon) 中提及一位 17 世紀的天文學家法比利薩斯 (Johannes Fabricius)。在小說中，法比利薩斯 (Johannes Fabricius) 宣稱他曾從望遠鏡中看到居住於月球上的外星人。外星人是虛構的，但法比利薩斯卻真有其人。這位荷蘭人是最先從望遠鏡觀測到太陽黑子的其中一位，也是最早確認黑子的人，貢獻雖小但卻很重要，因當時天文學正處於兩個競爭的太陽系模型的抉擇關頭。

到底是誰最先觀測到太陽黑子，此議題在17世紀初爭論激烈，雖然經查證古時天文學家的許多早期紀錄，這些爭執似乎無關緊要。舉例來說，現存西元前364年的中國文獻顯示，可能已觀測到太陽黑子，而至西元前28年止，中國天文學家的官方文獻中也曾多次提過此現象。807年，一位名叫阿代慕斯 (Adelmus) 的聖本篤修會修士寫了一篇目睹水星行經太陽的報導，但事實上他看到的是太陽黑子。12世紀也有類似的觀測，同樣被誤解為行星凌日。克卜勒 (Johannes Kepler) 於1607年使用暗箱觀測到太陽黑子，但他也以為是水星凌日。

歷史學家一般都同意是英國天文學家哈里奧特 (Thomas Harriot) 於1610年末使用望遠鏡最先觀測到太陽黑子。伽利略 (Galileo) 大約同時也做了類似的觀測，他還畫了簡單精確的太陽黑子草圖，但一直到1612年他才認真研究這些太陽黑子，1613年才將他的發現發表出來。一位名叫謝納 (Christoph Scheiner) 的耶穌會數學家也在1611年10月將他的望遠鏡裝上塗色鏡片，做了相同的觀測，並於數月後以匿名發表了《給馬克三封有關太陽黑子的信》(Tres Episolae de Maculis Solaribus Scriptae ad Marcum)。謝納主張太陽黑子是太陽的衛星，他認為太陽表面不可能有黑子毀損其完好，和托勒密完美、不變的天空想法一致。

伽利略觀測太陽黑子所繪草圖之一

伽利略則持不同的意見，他於1612年所寫一系列三封信中堅決主張這些黑子比較類似氣雲，因此很可能在太陽大氣層或太陽表面找到。這樣說來，黑子的移動是太陽繞著它的軸自轉的証明，足以做為支持當時仍有爭議的哥白尼太陽系模型主張的證據。他的第三封信可能是這位偉大天文學家第一次對有爭議性的哥白尼太陽系統加以肯定。然而，他並非第一個對太陽黑子是衛星的說法提出挑戰的人，最先挑戰的是法比利薩斯 (Johannes Fabricius)。

1564年，法比利薩斯出生於德國西北部的村莊奧斯特爾 (Osteel)，他是家中長子，父親 (David Fabricius) 是馬丁路德教會牧師，也是天文學家，曾於1596年發現了第一顆變星「米拉」(Mira Ceti)，起先，他以為他看到的是典型的新星，但這顆星於 1609 年又亮了一次，所以他知道這是一顆新型的星球。

法比利薩斯早期的數學和科學教育大都是父親給予教導，後來一位富有的資助者讓他終能接受比較正式的教育。他最先至赫母斯提特大學 (University of Helmstedt)，之後到威登堡大學 (Univerdity of Wittenberg) 和來登大學 (University of Leiden) 就讀。就在來登大學，法比利薩斯第一次看到望遠鏡，在當時是很新奇的新發明，所以1610年的冬天他就帶一個回家給他父親看。

1611年3月9日，父子倆天一亮就起床，從望遠鏡偵測到太陽表面有幾個黑點。然而直接的觀測，甚至只在日出或日落前，都會讓他們的眼睛相當疼痛。正如法比利薩斯後來所寫：「因為真的很令人擔心，即使偵查黯淡的太陽時，只要一個不小心也會對眼睛造成莫大的傷害，甚至日落或日出時很弱的光線也時常會使眼睛怪異地紅腫發炎，還可能持續兩天，且影響到眼睛的外觀。」

由於觀測危及他們的視力，所以他們倆人在接下來數月的觀測都改用暗箱（基本針孔攝影機，天文學家克卜勒在觀測太陽時也常使用），還開始追蹤黑子的移動。這些黑子移動經過太陽表面，在西部邊緣消失，兩星期後又在東部邊緣出現。

法比利薩斯很正確地下結論說，這些黑子是在太陽表面，並不是氣雲或行星凌日的結果。他寫下他們的發現，出版了一本 22 頁的小冊子：《太陽黑子的觀測與黑子和太陽明確自轉的報導》(Account of Spots Observed on the Sun and of Their Apparent Rotation with the Sun)。他的父親不同意兒子的結論，仍堅持舊的托勒密的宇宙論。

法比利薩斯於1611年出版的22頁小冊子的封面

法比利薩斯的小冊子是有關太陽黑子最先發表的科學論文，然而無人注意它而漸遭遺忘，也許因為他缺乏有力的資助者，而且與當時主流的天文學家相當脫節。當克卜勒閱讀這本小冊子，讚嘆法比利薩斯的發現時，伽利略和謝納很可能都不知道有這本小冊子，而分別於1612年1月和3月發表他們自己有關太陽黑子的論文。

法比利薩斯於1617年因不明原因過世，年僅29歲。他的父親也於隔年在意想不到的情形下過世：他指控一位鄉下農夫偷了一隻鵝，這位盛怒的農夫於是拿鐵鏟敲牧師的頭致死。父子倆都沒獲得名望，但在奧斯特爾一處墓園為他們蓋了紀念碑。

所有那些太陽黑子的觀測，再加上木星的衛星以及其他所得到的證據，促成了天文學家的思考轉折，包括謝納也在10年間放棄之前認為太陽黑子是太陽衛星的立場。在一個世代中，哥白尼太陽系統模型就取代了舊有的托勒密模型，而太陽黑子也從此一直吸引著科學家。

譯者註：根據科學家的了解，黑子是太陽表面因局部高強度磁場造成的暫時性漩渦，有可能持續數個月。

延伸閱讀： Mitchell, W.M. (1916) “The History of the Discovery of Solar Spots,” Popular Astronomy 24: 22-ff.

原文刊載於物理雙月刊2016年4月號38卷第2期，感謝楊信男教授同意授權刊載。

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