见过月亮，但你见过这样的月亮吗？

中科院半导体所 前天

以下文章来源于中科院地质地球所 ，作者叶一闻

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来源：中科院地质地球所

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康德在《纯粹理性批评》的结语中说：有两种东西越经常反复思考，就给人灌注了时时更新与日俱增的惊赞和敬畏：头顶的星空和内心的道德律。
当我们驻足郊区仰望星空时，或许无法分辨出哪一个是火星哪一个是土星，但一定能认出夜空最亮、离我们最近的天体——月球。
现有的考古发现，可以将人类对月球周期的观察记录往前推至两万五千年前。人类对月球的初步认识应该从最早的天体学发展开始说起。而说到天体学就不得不提——占星术。占星术源于历法系统，公元前约两千年的牧师靠研究天体的运动和相对位置与雨水、干旱、四季、潮汐等现象相关联，发展出了最早的“天体学”（人类已经开始意识到天体的运动是否与某些自然现象有关）。最早的西方占星术可以追溯至公元前19世纪的美索不达米亚，并且在很长的一段时间内被认为是传统的学术，通常与天文学，炼金术，气象学，医学密切相关，经常出入文学作品。不过后来随着近代科学的发展，占星术受到各种观测和理论研究的质疑，于是渐渐失去权威，淡出人们的视野。

图片图注：公元前164年巴比伦记录的关于哈雷彗星事件的石板。大英博物馆藏。




约公元前275年，希腊天文学家Aristarchus出版了《论日月的大小和距离》，他是第一个尝试测量太阳，月球与地球的大小与距离的人。经他测算，太阳的直径约为地球的六七倍大小，距离约是地球到月球距离的18-20倍，尽管这一数值与今天的数字相差甚远，但这让他意识到太阳要远比地球大且远得多。根据常识，他认为小的物体应该绕着大的物体做运动，太阳可能并不是绕着地球在转。但由于这一想法太过超前，并不能被大多数人接受，而且在当时，由克尼多斯学派的代表人物欧多克斯提出的地心说占据主流，世人对他的观点根本不予理睬。

图注：月球上名为Aristarchus的环形山，为纪念这一伟大的天文学家。

千百年来人类一直在想象月球的模样，无数的文学作品也就此诞生。有意思的是，在处于文艺复兴时期的欧洲，众多的艺术品中，鲜少有人尝试过直接绘制月球的容貌，即便是在达芬奇的笔记中，也只能依稀找到几幅粗略的草图。笔者唯一能找到的是1603年William Gilbert的作品，这应该是最早凭借肉眼的观察所绘制出的月球。

图注：William Gilbert绘制的月球表面图


伽利略在观察记录方面无疑比那个年代的许多学者都遥遥领先——1610年，《Sidereus Nuncius》的正式出版，人们得以一睹月球的“真容”。这本书中描述了一些诸如环形山，陨石坑等地貌特征，以及由他本人亲自绘制的草图，然而这些观测没有被打上具体的日期。科学史学家认为这些文章可能是在1609年12月1日，2日和3日连续三个晴朗的夜晚以及12月18日和19日的其他连续三个晚上写的，最后于1610年1月19日绘制了最后一幅月球图。


图注：伽利略绘制的月球表面图

不过也有“小道消息”称，伽利略并非最早对月球进行观测的第一人，早在他之前的Thomas Harriot已经观察多年之久。遗憾的是，Thomas Harriot本人的绘画并未正式出版过，因此Harriot是否为“第一人”依然存在较大的争议。

图注：Thomas Harriot手绘的月球

伽利略的手绘图中有大小不一的环形山，某些区域里线条不是那么密集的“月海”，以及一个超大号的第谷环形山（不禁让人怀疑伽利略是不是第谷的终极铁粉）。虽然这些手绘图离真实的月貌有不小的差距（就像某宝上的宣传图和买家秀一样）但这幅1909年的作品已经表现出了惊人的细节——第谷环形山以及澄海和静海等。

在伽利略之前，世人想象中的月面是平坦与光滑的——他们认为所有的行星作为上帝的造物都是完美的，唯独地球是有缺陷的。直至伽利略之后，1611年，Christopher Clavius在致红衣主教Robert Cardinal Bellarmine的信中提到：在克拉维斯神父看来，月球的表面更有可能是不均匀的，而且月球的密度也同样不均匀，有的地方稀疏有的地方较为密集。

伽利略对土星、木星等天体的进一步观测，以及月球表面并不完美这一观念的渐渐普及，严重打击了教会对于天体的传统解释，从事实上支持了哥白尼的日心说，最终撼动了教会的权威。1642年，伽利略因此与当权的教会发生冲突，此后遭到教会的打压，他的辉煌成就反而导致他余生的孤独。

图注：Galileo的望远镜

 

 早期对月球的观察和描述，主要是为了解释月面的多山性与地球的关系。到了16世纪30年代，人们开始将注意力转移到其他方向——对月相的观察。不同于日蚀，月相并非只有在特定地区才能看见，全球在相近的时间都能看到同样的月相。月球穿过地球阴影的时间在不同地区都不相同，因此可以将不同地区的时间差异转化为经度的差异。但光凭口头去描述月球是远远不够的，最起码的是不够直观！不够形象！也不够好看！不够有精神！——实际上完全是出于实用的角度，精确的月面图才能帮助得到准确的数据。

AIX and Provence, Nicolas Claude Fabry de Perez以及他的朋友Pierre Gassendi决定绘制一张详细的月球地图。借助Claude Mellan的帮助Pierre Gassendi如愿得到了三张月亮的高清大图。值得一提的是Claude Mellan三幅作品无疑是最精美的月球照，可能与他本人并不是以天文家的身份去绘制这些作品，而是以一个艺术家的身份有关。其实早在Pierre Gassendi之前，比利时宇宙学家和天文学家Michael Florent van Langren曾在1645年也尝试绘制过一次月球的照片，而且这是记录最早的一次。

图注：这三张图分别是上弦月，满月和下弦月。这三张图的细节非常丰富！可以从图中注意到，在阳光垂直于月面的地方并没有出现阴影，但在倾斜的地方，则会产生长长的阴影，并且满月图可以清楚地分辨出第谷环形山，澄海，静海，丰海，酒海，云海等地区。

与Gassendi，Peiresc和Mellan相似，Michel Florent van Langren（米迦勒·弗洛伦特·范·朗伦）相信通过观察整个月相周期（不仅月食期间），月球上山峰和环形山的出现和消失，可以用来将不同地区的时间差异和经度相互关联。他本人也是首次给月球各种地貌特征命名的人，只是这些名字很少被普遍接受（都和西班牙王室有关）。为了纪念他的成就，位于丰海附近有一座以他名字命名的环形山——朗伦环形山。

图注：朗伦绘制的月球地形图

   意大利人Francesco Fontana在1629、1630和1646年用自己的望远镜观察月球，并得到了如下图。为纪念他，月球上留有以他名字命名的环形山（火星上也有以他名字命名的陨石坑哦）。

图注：By Francesco Fontana

1610年秋，一位酿酒商Johannes Hevelius收到了伽利略的《Sidereus Nuncius》副本后他对使用望远镜观察月球的兴趣再次产生。他于1642至1645年连续四年对月球观察与绘制，并且发现天平动这一现象，但是他本人并没有意识到这一天文现象（伽利略于1630年也曾注意到这一现象）并将其手绘图发表在《Selenographia》上，这使他被称为“月球地形学的奠基人”。这本书包括了一张由他个人观察绘制的详细的月球地图，可以说是比较接近真实图片的一张手绘图了。

图注：长达四年左右的观测时间，可以看到月球的大部分细节被保留下来，充分展现了他出色的观察力和绘画技能。这张图也展示出了一个非常有意思的天文现象——天平动。如果我们在地球的同一点去观察月球一个公转周期的变化，尽管因为潮汐锁定的原因，月球也并非永远都是一张臭脸对着地球（虽然幅度不是很大，大概可以多看到月球的9%）。


 

图注：请注意，这张月相动态图实际上是被赤道仪矫正过，并非肉眼所见，有兴趣的小伙伴可以看看这个视频（https://www.bilibili.com/video/BV19J411j77M/）

Johannes Hevelius创立了月面学（Selenography，源自月亮女神Selene）——一种专门研究月球表面及物理特征的学科。同时Johannes Hevelius开创的新的命名法一直和Giovanni Battista Riccioli的系统命名法，也一直在并行使用（Hevelius曾命名过的285个地标，但仅有少部分保留下来）。后者将月面低暗的地区称为海或洋，尽管这些地区并不“低”但受当时技术的限制，才被误以为是海洋，不过这一做法诞生了许多诗意的名字，包括这次嫦娥五号着陆地——风暴洋，此外还有雨海，静海，虹湾等两百多个名字。值得一提的是Riccioli的著作《Almagestum Novum（新天文学大成）》着重反驳伽利略和哥白尼主张的日心模型和行星运行轨道，遗憾的是这本书唯一被保存下来的是他开创的月球命名体系。但他本人在命名的时候不偏不倚，将月球正面最显眼的环形山给了哥白尼和开普勒，甚至伽利略（笔者对着月面地图找了半个多小时才看到）也得到了应有的位置。Riccioli的命名方法之所以能被西欧的天文学家接受，很大一部分原因应该是使用了科学家和哲学家的名字，因而获得了较多的认可和称赞。受制于当时望远镜技术的限制，很多地形和环形山都没有被完全发现，所以到今天新的地形名字一直在增加。

图注：月面上主要的地区，这仅仅只是按照大概做的图，实际上可能细到每个环形山都有自己的名字。因为伽利略环形山实在是太小了（惨 伽利略 惨），所以用红色箭头做醒目处理。

 

 图注：实际上伽利略环形山的命名是一大片区域，如图都是以他命名的环形山。或许是因为伽利略在其他方面的天文成就过于闪耀，使得他在月球观测方面的成就“不值一提”。

1612年罗马大学的哲学教授Cesare Lagalla在威尼斯出版了《Disputatio physica de phaenomenis in orbe lunae（德语）》应该存在相对接近真实月球的插图，但可惜的是，我们对这位学者知之甚少，所以这里只是简单提及。Charles Malapert（1619年），Christopher Borri（1620年初），Guiseppe Biancani（1627年）这三位学者都曾出版过有关月球的手绘图，但质量都较差，无法与伽利略等人的作品相比较。
Gerolamo Sersale于1650年7月绘制过非常精确的满月地图，遗憾的是存了很久才被发现——因为它仅在Riccioli的书中被提到过，并且失踪了许久。现被保存于圣费尔南多海军博物馆。
1664年10月，Robert Hooke（也就是胡克定律那个胡克，也是发明显微镜那个胡克）公开发表了一张月球火山口的图画。胡克使用了一组焦距30英尺的望远镜，对月面进行了观察绘制。他的更多详细照片记录于《Micrographia》一书。

图注：By Robert Hooke

Giovanni Domenico Cassini（卡西尼）于1650年至1669年在博洛尼亚担任天文学教授，时任巴黎天文台台长。他曾尝试绘制一张尽可能精确的月球图，为此聘用了Jean Patigny和Sébastien Leclerc这两位法国艺术家。卡西尼使用的透镜望远镜开口分别为8cm和10cm，焦距为550cm。一段时间后，这幅3.6m的作品终于完成，并且由卡西尼本人制作了一份直径约50cm的铜板，但最终卡西尼放弃了出版，具体原因尚不知晓。直到1787年，它才被发现于皇家印刷厂，并最终得以出版。

 



1750年，约翰·迈耶创建了首个可靠的月球坐标系，使天文学家可以定位月球上的特征。  

 1824年天文学家Wilhelm Gotthelf Lohrmann在《Topographie der sichtbaren Mondoberfläche》一书中计划将月球划分为25个区块，每个区块边长为19.3cm，然后依次绘制，最终绘成一张直径为96.5cm的月球地图。遗憾的是，这项发端于1824年的计划，随着Lohrmann1840年死于伤寒而被迫中止。计划中的25个区块只完成了4个。幸运的是，后来这个计划被Johann Friedrich Julius Schmidt接手，并于1877年以Wilhelm Gotthelf Lohrmann的名字出版，他在柏林工作了七年之后，发表了名为《Charte der Gebirge des Mondes》的作品。现在，你可以在这个网站（https://www.der-mond.org/mondkarte/historische-mondkarte-von-julius-schmidt）上看到详细的图片。这张前前后后用去53年才破壳的图，让人心生感慨。

图注：Charte der Gebirge des Mondes，共分为25个区块

 

图注：Schröter制作的地图无疑是十九世纪以来最好的月面图。它直径195cm，包括30000多个独立的环形山。如图为其在网页上的截图。在这个网站里，你可以看到每一块区域的详图。

1839年，一位14岁的少年得到了一本由Johann Hieronymus Schröter出版的《月球地形片断》，这颗兴趣的种子就此埋藏在这位少年的心底。为了表达自己对月球深沉的爱，他将自己的一台小型望远镜放在灯柱上，方便时时刻刻观察月球。

图注：By Johann Hieronymus Schröter

但在这粒种子完全发芽前，我们先来聊聊Johann Heinrich Mädler（大佬的朋友都是大佬）。
   Johann Heinrich Mädler在青少年时期，因为双亲的去世，为承担起养家的重任，年仅19岁的他做起了私人家教，并认识了银行家Wilhelm Wolff Beer——暨天文学家。Wilhelm Wolff Beer也很厉害，1840年的他曾绘制过一张火星的地图，并且计算出火星的自转周期为24h37m22.7s，而今天这一数字为24h39m35.244s。
1834年到1836年Johann Heinrich Mädler出版了四幅《月面图》(Mappa Selenographica)以及1837年出版的《通用月面学》(DER MON)，直到19世纪70年代（剧透：上文提到的那位少年）的月面图出现前，这两件作品都是几十年来最好的月面图。Beer和Mädler都坚信月球上的地貌不会发生改变，更没有空气和水的存在。 

图注：为纪念Mädler的诸多成就，如图是以他命名的环形山，不仅在月球，火星也有一处。图片由阿波罗16号拍摄。

图注：左上稍大的是Feuillée，居中靠下的就是以Beer命名的环形山。图片由阿波罗十五号拍摄。

1842年-1845年间Johann Friedrich Julius Schmidt师从Carl Ludwig Christian Rümker（Rümker翻译为吕姆克。嫦娥五号着陆地区吕姆克山脉就是以他命名的）。1858年，他被任命为雅典国家天文台台长，在此他度过了后半生的职业生涯。从年轻时开始，他的大部分工作时间都忙于绘制月面图，到1868年时，他的作品几乎接近完成（在做了在做了别催了），然而直到1874年才完成最后的收尾工作。这幅细致的作品超越了Beer和Mädler的月面图，这张图上一共标记了32856个陨石坑。

图注：可以找到的公开资料显示，这个模型制作于1898年，但那个时候Schmidt早已去世多年，所以猜测这个模型可能是后人为了纪念他的成就所做的复制品。由116块石膏和木头制成，可以一窥细节。 

图注：这个位于静海西南的撞击坑名为施密特环形山，其名字不单单是纪念Schmidt，更是为了纪念其余两位与他同名的科学家。图片由阿波罗十号拍摄。

1826年，Joseph Nicéphore Nièpce通过将沥青涂抹在铅锡合金板上，经过八小时的曝光，拍摄了人类的第一张天文照片。此后随着摄影技术的出现，凭笔杆子去制作天文图片的时代即将结束。1840年，Henry Draper拍摄了人类第一张月面图，1863年，他又拍摄了许多组高质量的月面照片。不仅如此，他还于1872年8月尝试拍摄织女星的光芒，这是人类拍摄的第一张恒星照片。

   1882年，德雷伯因肺炎去世，终年45岁。去世后，他的遗孀Anna Mary Palmer设立了Henry Draper Medal，奖励在天文学上做出杰出贡献的人。

图注：按照惯例，这是两个以Draper命名的环形山，左上C和右下A。由Lunar Orbiter 4拍摄。

后来，人类对月球的探索也不再局限于单纯观察。1865年，儒勒凡尔纳创作了经典科幻小说：《从地球到月球》，1969年，人类就在月球上留下了第一个脚印——这短短的一个世纪，幻想就照进了现实，新的故事，慢慢拉开帷幕。



 编辑：Lemon
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