“火星运河”概念的形成

在去年初的本专栏中，我已经谈到，火星在19、20世纪之交曾经是天文学界乃至科学界的大热门。这个热门的形成，最主要的原因就是“火星运河”。

“火星运河”在今天听起来很像一个科幻题材，但它当年却曾是一个彻头彻尾的天文学课题。这个概念的形成过程中，每一步都有充分的科学基础。

威廉·赫歇尔可以说是这一概念的奠基者。那时欧洲的望远镜越造越大，越造越好，而且欧洲的天文学家们带着这些望远镜去往世界各地进行观测，提供了丰富的观测资料。威廉·赫歇尔就是这些人中重要的一员，他在1784年的一篇论文中，从火星的公转及自传运动、轨道倾角、公转周期等方面和地球作了比较，指出“在整个太阳系中，火星和地球的相似性可能是最大的”，他的这些意见都得到了后来天文学发展的证实。

赫歇耳还相信“火星有着充沛而又非常适宜的大气条件，它上面的居民享受的环境在许多方面和地球是一样的”，这一点虽然未能被后来的发现所支持，但在当时和前面各点结合在一起，给人以“火星是另一个地球”的强烈印象，也建构出了巨大的想象空间，期望中的“火星人”简直就呼之欲出了。

1877年火星大冲，这是特别宜于观测火星表面的机会（尽管此时火星的视圆面还不到满月的70分之一），意大利天文学家夏帕雷利（G. Schiaparelli）在由他担任台长的米兰布雷拉天文台，观测到了火星表面有许多纵横交错的网状结构。在次年一篇冗长的论文中，夏帕雷用意大利文“canali”指称他所观测到的这种现象。在意大利文中，“canali”既可以表示“河道”（channel），也可以表示“运河”（canal）。这两者实有巨大差别：“河道”当然是自然地理现象，而“运河”就是人工挖掘建造的了。

这时一个非“科学”的环节在这里出现了——尽管夏帕雷利本人认为他观测到的网状结构只是火星表面的天然地貌，但“canali”这个词不知为何在翻译成英语时被译成了“canal”——运河。这个词汇强烈暗示着火星上有智慧生命，因为它们能够挖掘建造运河。考证这个误译的起因是困难的，但可以猜测的是，它多半与当时人们期盼在火星上发现智慧生命的主观愿望有关。

至此“火星运河”概念建构完成。它将让许多天文学家神魂颠倒。

狂热的洛韦尔和天文学家们的站队

夏帕雷利持续进行火星观测，在稍后发表的火星观测报告中，他宣称又观测到了一种新的火星地貌“双运河”，并附上了他根据观测新绘制的火星地图。夏帕雷利的火星观测结果引发了无数争论，但他最重要成果，也许是引发了波士顿的美国富翁洛韦尔（P. Lowell）的好奇心。

1894年，火星再次接近有利于观测的大冲位置，洛韦尔居然放下了手中的大部分生意，在亚利桑那旗杆镇建立起一个装备精良的私人天文台，并自任台长，全力进行火星观测。看来此时他对天文学的热爱早已超过了对生意的关注。

这时已经有越来越多的人开始对火星表面观测发生兴趣，其中包括业余的和职业的天文学家。进行这种观测需要精良的望远镜，还需要稳定的大气条件，以及足够的观测技巧和耐心。洛韦尔原是不折不扣的业余天文学家，职业天文学家也不大看得起他，但他以他的勤奋和狂热，最终似乎硬挤进了职业天文学家的行列——毕竟，当一个商人放下生意，改任天文台台长之后，他为什么不可以算“职业”的呢？

洛韦尔15年间拍摄了数千张火星照片，在他绘制的火星地图上有500多条“运河”。他先后出版《火星》（Mars 1895）、《火星和它的运河》（Mars and Its Canals，1906）和《作为生命居所的火星》(Mars As the Abode of Life，1908）等书，汇集他的观测成果。洛韦尔坚信：火星上确实有智慧生物。由于《火星》一书的畅销，洛韦尔的观点比看不起他的职业天文学家有更多机会被公众了解。

这里不妨顺便提到洛韦尔的另一项重要工作——他计算一颗当时尚未被发现、但他坚信存在着的“X行星”。当时太阳系所知最远的行星是海王星，洛韦尔坚信他的“X行星”还在海王星之外。天文台的研究人员曾付出艰巨努力，试图找到这颗“X行星”，但当洛韦尔1916年辞世时，“X行星”仍未找到。后来冥王星的发现，当然可以给九泉之下的洛韦尔以巨大安慰。然而前几年冥王星“行星资格”的失去，恐怕又会使洛韦尔泉下深感遗憾了。

“火星运河”当然不是业余天文学家或私人天文台的禁脔，“职业天文学家”在这个大热门上也没闲着。据我的已经毕业的学生穆蕴秋博士考证，当时天文学家在“火星运河”问题分成两大阵营。

在支持洛韦尔信念，坚信火星上有高等智慧生命开掘建造运河的阵营中，今天看来名头最大的或许当数法国的弗拉马利翁（C. Flammarion）了——他其实也是从“业余”开始最终硬挤进“职业”行列的。弗氏在他的私人天文台上进行了大量火星观测。宣称他发现了60余条“火星运河”和20余条“双运河”，并且在他自办的杂志上和自己撰写的书中，大力宣传他的发现和信念。此外还有托德（D. Todd）、斯莱弗（V. M. Slipher）、布伦纳（L. Brenner）等人。

反对洛韦尔观点的阵营中，明显以职业天文学家居多，包括在天文学史上名头很大的纽康（S. Newcomb）、英国叶凯士天文台台长海耳（G. E. Hale）等人，甚至还有著名的生物学家华莱士（A. R. Wallace）。比较戏剧性的有道格拉斯（A. Douglass）和安东尼亚第（E. M. Antoniadi）两人——前者曾是洛韦尔的追随者，后者则曾是弗拉马利翁的追随者，他们后来都“反叛”了。反对派大多认为，那些被观测到的“火星运河”，或者是视觉幻象，或者是火星上的自然地貌。

“火星运河”的科学史意义

“火星运河”是一个被后来的科学发展否定的概念，围绕这个概念所进行的一系列观测、发现、争论等等，在传统科学史框架中也就被归入“错误”、“失败”之列。而按照传统的科学史观念，科学史是只处理“善而有成”之事的，“火星运河”属于“无成”之事，所以它不仅被清除出科学史殿堂，而且被逐出科学史视野。你如果去读一本传统框架的科学史著作，“火星运河”至多只是被作为天文学发展过程中走过的“弯路”而提到一句，甚至完全不被提起。不仅“火星运河”是如此，几乎所有被后来发展所否定的概念，都难逃同样的命运。

但是，这样的待遇是公平的吗？

首先，“火星运河”问题是和一系列科学问题如火星生命、火星大气、火星上的水等等密切相关的，它们一度成为19、20世纪之交天文学领域最被关注的问题。所以“火星运河”争论的启发意义是勿庸置疑的。

其次，在很多情况下，如果没人走“弯路”，人们能知道“直路”在哪里吗？如果只看“善而有成”的部分，只承认“善而有成”的才算科学的历史，这实际上和寓言中造三层楼却不要底下两层、三个饼吃饱后认为不需要吃前面两个是一样的。看寓言故事时大家都知道这样想的是蠢人，但在面对科学的历史时却往往意识不到这一点。

最后，说到底，人类对火星的了解还远远不够，谁知道在数十亿年的时间长河中，那颗行星上曾经发生过什么呢？

载《新发现》杂志2013年第3期

科学外史（81）