為什麼伽利略無視於觀測結果?

為什麼伽利略無視於觀測結果?
知識通訊評論第90期

伽利略透過早期望遠鏡觀測星空，其結果顯示地球是靜止不動的。儘管如此，他還是力挺哥白尼的日心說。

伽利略力挺哥白尼的天體系統觀

伽利略的主張確實無誤；地球就像哥白尼早在一五四三年所說的那樣，繞著太陽運轉。但倘若伽利略當時按照他的觀測結果，所得到的邏輯結論，應該是要去支持另一套說法，也就是丹麥天文學家第谷(Tycho Brahe)在十六世紀所發展出來，認為地球並未移動，而是所有其他天體圍繞著地球與太陽轉動的看法。

這是美國傑佛遜社區技術學院物理學家格藍尼 (Christopher Graney) ，閱覽過另一位活躍於十六世紀晚期與十七世紀早期，跟伽利略身處同一年代的天文學家手稿後，所得出來的結論。

格藍尼在二○○八年就指出，伽利略的觀星結果，事實上是一種稱為「艾瑞盤」 (Airy disk) 的繞射現象。這種現象是光線從光源點（像是恆星）穿過一個洞的時候，所產生的同心圓光斑。繞射現象在伽利略時代還沒被發現，所以他並不知道有這現象的存在，因而會相信他的眼睛透過望遠鏡所看到的結果，並且用這些觀測結果來估算恆星的大小及距離。結果就是他算出來的恆星距離，會比事實的距離短了幾千倍。

艾瑞盤現象發生時，比較黯淡的物體邊緣會很難看見，使得它看起來會比較小，而比較明亮的恆星則會產生較大的艾瑞盤。由於伽利略認為所有恆星的大小及亮度都跟太陽一樣，所以他認為透過望遠鏡看到的那些比較小的恆星，一定就是距離比較遠。

格藍尼發現艾瑞盤現象擺了伽利略一道之後，就決定搜尋伽利略當代，透過儀器可能也看過類似現象的文獻資料。格藍尼說，當時除了伽利略以外，一定還有別人也有好望遠鏡。

這個人就是德國天文學家馬利烏斯 (Simon Marius) ，他是以替木星的衛星群命名著稱（也就是艾奧、歐羅巴、加尼未、以及卡利斯托），並宣稱他正好比伽利略搶先幾天發現這些衛星。不過格藍尼在一篇發表於《物理展望》期刊的論文中指出，馬利烏斯跟伽利略一樣，也把艾瑞盤誤認為恆星本身。

格藍尼閱讀了瑪利烏斯在一六一四年出版的著作《木星世界》 (Mundus lovialis) 的德文翻譯本後，發現伽利略仍然堅持他原本的哥白尼天體系統觀，但是馬利烏斯分析了觀星資料後，卻得出截然不同的結論。

據格藍尼所言，哥白尼的世界觀認為，恆星距離地球很遠，所以任何人觀測它們，看起來都會像是繁星點點，但是馬利烏斯認為他的觀測結果顯示，這些恆星距離地球太近，並不符合哥白尼的世界觀。當時很多人支持哥白尼的世界觀，荷蘭天文學家惠根斯 (Christiaan Huygens) 在一六五九年（伽利略逝世後十七年），出版了《土星系統》 (Systema saturnium) 一書，裡頭就寫道倘若望遠鏡鏡頭被煙塵蒙蔽，恆星就會以點點繁星的型態呈現。

格藍尼

馬利烏斯反而說，觀測恆星看到的艾瑞盤現象，證實了第谷的宇宙系統觀，也就是把地球置於系統中心不動，月球及太陽則繞著地球轉動。水星、金星、火星、木星及土星等行星，全都繞著太陽轉動，其他恆星則就座落在這些行星以外的固定球面上。

格藍尼說，馬利烏斯的論證比伽利略的更確實，事實上倘若伽利略確實遵照他自己的資料來做推論，也會得到同樣的結論。那麼伽利略為何執著於哥白尼的觀點呢？

美國奧克拉荷馬大學科學歷史學家維米耶 (Rienk Vermij) 表示，伽利略強烈支持哥白尼學說，他選擇不考慮反對論證，並不太令人訝異，雖然以現代科學標準來看，他或許應該要這麼做才是。維米耶補充說，不同的世界觀在當時激烈辯論了好幾年，關於恆星大小與分佈方式的論戰，只是其中之一而已，比起其他論戰的焦點，這顯然不一定會成為關鍵。

格藍尼無法理解，為何伽利略無視觀測結果，執著於後來證明正確無誤的觀點。他說伽利略是個非常聰明的傢伙，要說他從來沒有在腦裡多思索過這個問題，所以從來沒有行諸文字，令人費解。

不過據維米耶表示，第谷的宇宙系統，當時被視為哥白尼宇宙系統的強勁對手，馬利烏斯的結論看起來很合理。格藍尼說，當時一定是讓馬利烏斯看看這些觀測資料，然後經過窮追不捨的邏輯推論，才得到這樣的結論。