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求月亮的陰影面積:月球探索與描繪小史
Dark Light
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求月亮的陰影面積:月球探索與描繪小史

月亮既是人類文明不可或缺的重要象徵,也承載人類以科學方式努力探索的重要標的。1969年阿波羅11號登月行動,不僅是科技發展的一大進展,也是人類對月球研究的里程碑。雖然月球上沒有玉兔與吳剛,也沒有嫦娥的廣寒宮,但人類對月球的著迷有增無減,更多的謎團也有待我們一一解明。
2010年用施密特卡塞格林式望遠鏡拍攝的月球「正面」照。因為月球繞地球公轉的周期和它繞著自己的軸心自轉的周期相同,因此地球上只能看見月球的一面。(© wikisource)
作為人類肉眼可清楚觀測的外星球,月亮自古以來便讓人們心醉馳騁,而月亮規律性的月相變化,也讓它對人類文化如曆法、藝術和神話產生重大影響。3萬5千年前,南非和斯威士蘭之間發現的狒狒腓骨,上面的29個凹口,被認為是月球計數的工具(月球的平均相位週期需要29.5天)。約莫1萬5千年前,克羅馬儂人在法國的拉斯科洞窟(Grotte de Lascaux)牆壁上,留下了用點構成的線條以及方格等圖案,像在描繪月球的相位─每一天的月亮都在天空中留下一個點,新月那天,則用一個空的正方形表示。若這些圖案確實代表早期的陰曆,它們反映出人類對時間、生命、死亡與重生週期的早期認識。5千年前,位於愛爾蘭米斯郡(County Meath)諾斯墓(Knowth)奇怪的圓形和螺旋形圖案,則被許多人認為在描繪月球的表面山脈與環形山的陰影。
法國拉斯科洞窟牆壁上的線條與方格,被認為是在描繪月球的相位。(© wikimedia commons)
反射陽光、球體形狀──早期掌握的月之知識
除了肉眼可見的觀察與推算,漸漸地人們對月亮,也開始有較為科學,乃至於接近「天文學」方面的認識。公元前428年,古希臘哲學家阿那克薩哥拉(Anaxagoras)發現月亮所發出的朦朧光亮,來自於太陽光的反射。公元前2世紀,潮汐與月亮的關聯,以及月亮的體積、與地球之間的距離、運動軌跡,都被希臘與希臘化時期的天文學家們計算出來。雖然畢達哥拉斯的傳統還是更傾向把月球視為靈魂的安息之地,而非環繞地球的天然衛星。在中國,漢代學者京房(B. C. 77-37)注意到月球的球體形狀,北宋科學家沈括則利用陽光照射在塗了白粉的銀球時光與影的反射,來解釋月的陰晴圓缺。
范.艾克(Jan van Eyck)約1430-40年繪製的雙聯畫《基督受難與最後的審判》(Crucifixion and Last Judgement diptych)。(© MET)
寫實與神聖之間─月亮的文藝復興
儘管東西方都各自用自己的方式探詢月球、叩問月輪之謎,並在天文學方面頗有斬獲,不過,似乎要到1440年左右,北方文藝復興時期的藝術家范.艾克(Jan van Eyck)繪製雙聯畫《基督受難與最後的審判》時,月球的模樣才被寫實地描繪出來。在中世紀和文藝復興時期,許多藝術家都用類似范.艾克在雙聯畫裡使用的方式來描繪月球:基督的臉側逼近月亮,以表明這一世界末日時刻,失序的混沌宇宙。然而,范.艾克身為粉碎宮廷畫派及後哥德式裝飾主義的法蘭德斯(Flemish)畫派第一人,在畫中加了很多自己的觀察,將寫實放在宗教需求之前。雙聯畫中的月亮,自然且略微傾斜地懸掛在天空之上。
1301–1306年喬托(Giotto di Bondone)繪製的濕壁畫《最後的審判》局部(Detail of the Last Judgment),現存義大利威尼托帕多瓦斯克羅威尼禮拜堂。(作者提供)
而喬托(Giotto di Bondone)於1301–1306年為托帕多禮拜堂繪製的《最後的審判》濕壁畫,雖使用了9世紀「論月輪之面」的傳統月亮臉,但符合球體的弧面陰影和不尋常的五官分布,似乎也留下了畫家觀察月球的餘韻。彎月形狀是由月球未照射到陽光的陰暗面所切割而成,而月球表面其實並不平滑。也有學者將此「謎之微笑」,視為畫家觀察月球的初次嘗試。
達文西約1506-08年的鏡像筆記The Codex Arundel,f.104r一頁可見以地球中心論為基礎,月光的反射原理和月球表面的樣子。(© the British Museum)
喬托和范.艾克之後,針對月球表面所描繪的圖像,漸漸地寫實、豐富起來。約1506年,望遠鏡發明前一百年,達文西在他有名的《鏡像筆記》裡,以托勒密地球中心論為基礎,藉著他對透視學的認識和光學的熱誠,大篇幅地介紹了月光的反射原理和月球表面。在豐富的筆記裡,達文西藉著地球表面和月球表面的細緻對照,推翻當時的月球想像。當時普遍認為月球是一個平滑的鏡子,上面凹凹凸凸的斑點,是地球地貌的反射。「在我們半球運作時,月亮的斑點也並未改變」,相信當時達文西放下他自製、能放大月球數倍的望遠設備,肯定地說出了這個結論。筆記上的Fa ochiali da vedere la luna grande(戴上眼鏡,放大月亮),是否能將望遠設備的發明時間推前至16世紀初,至今仍是學者們津津樂道的談論話題。
《星際信使》(Sidereus Nuncius)記錄了伽利略使用第一架伸縮望遠鏡所描繪的月球。月球表面並不光滑,有著環形山與山脈。(© Eidgenössische Technische Hochschule Zürich)
有了望遠鏡之後……
1609年,望遠鏡發明隔年,天文學家伽利略(Galileo Galilei)則藉由月球表面上並不平滑地明暗界線,推測月球上的山脈可達4英里(約6,500公尺)高。伽利略筆下的月球表面提供眾人一種嶄新的視覺印象,並開啟月面學─研究月球上物理特徵─的研究。直至1969年7月20日阿姆斯壯登陸月球前,荷蘭天文學家暨製圖師朗倫(Michael van Langren)繪製了首張《月球地圖》(Map of the Moon)、義大利天文學家里喬利(Giovanni Battista Riccioli)則用眾古代、現代天文學家的名字為月球各地理特徵取名,奠定了如今月球的地名基礎。其中如Mare Tranquillitatis(寧靜之海,阿波羅11號登陸地),至今仍在使用。
荷蘭天文學家暨製圖師朗倫在1645年繪製的《月球地圖》(Map of the Moon)。(© wikimedia commons)
約翰羅素與女兒一同製作的《月球儀》(Selenographia Moon Globe)。(© The History of Science Museum, Oxford)
月亮既是人類文明不可或缺的重要象徵,也承載人類以科學方式努力探索的重要標的。1969年阿波羅11號登月行動,不僅是科技發展的一大進展,也是人類對月球研究的里程碑。雖然月球上沒有玉兔與吳剛,也沒有嫦娥的廣寒宮,但人類對月球的著迷有增無減,更多的謎團也有待我們一一解明。
英國洛可可畫家約翰羅素於1795年繪製的巨大月亮粉彩畫。(© The History of Science Museum, Oxford)
英國著名的洛可可畫家約翰.羅素(John Russell),在女兒的幫助下,耗費20年的光陰,製造數顆宛若地球儀的《月球儀》。羅素對月亮的熱情不僅於此,對色彩有濃厚興趣的他,在有生之年繪製了至少數百幅月球圖。圖中直徑超過5英尺的粉彩畫《月》,已與2010年,由施密特卡塞格林式望遠鏡,用20幀照片疊合成的月球照片,十分相似。
義大利天文學家里喬利在1651年繪製的《月球地圖》(Map of the Moon)。(© wikimedia commons)
闕宇彤( 11篇 )

中央研究院數位文化中心助理

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