太阳的故事（七）物理自助游自上一节开始，我们的太阳故事已延伸到了物理领域。由于我们有关太阳的现代知识几乎全都来自物理手段，因此在本节及以后的多数章节中，我们将继续与物理“亲密接触”。说到物理，很多读者的脑海里也许会浮现出中学物理课上学过的一些基本概念，这其中很重要的一个就是被牛顿称为“物质的量”(quantityofmatter)，并在其名著《自然哲学的数学原理》的第一页上就试图定义的概念：质量。这样一个重要概念当然也适用于太阳。本节的第一个任务，就是要查一查太阳的“资产”——它的“物质的量”。对于我们日常生活中接触到的普通物体来说，测定质量是一件毫不困难的事情。天平、杆秤、磅秤等都可以帮我们达到这一目的。这些测量手段有一个共同特点，那就是借助于所谓的静力学平衡手段。在历史上，早在质量的含义还仅仅停留在字面意义上那个“物质的量”，而不涉及象惯性和引力那样的动力学性质的年代里，人们就是用这类手段来测定质量的。但是，就象大小和远近这样的简单测量一涉及到太阳就变得不再轻而易举一样，质量的测定一涉及到太阳，也就立刻变得棘手了。无论天平、杆秤还是磅秤，想用来测定太阳的质量，都无异于是白日做梦。怎么办呢？我们想起了上一节的思路。在上一节中我们介绍过，为了探索太阳的化学组成，科学家们研究了阳光，它给我们带来了远在1.5亿公里以外的太阳的信息。那么，除阳光外还有没有别的什么东西也能够不受遥远距离的阻隔，为我们带来有关太阳的信息呢？有，那就是引力，它不仅能向我们申报太阳的“资产”，而且还采取了一种我们自己就能实践的方式，为我们再次开展“自助游”活动提供了便利。我们这次自助游所采用的将是物理手段，其中首先要利用的就是引力。与上次自助游所采用的几何手段不同，人们对引力的了解要晚得多。如果我们想再玩一次重返古希腊之类的游戏的话，我们要重返的将不是古希腊，而是十七世纪。另外，与阳光能够直接产生视觉不同，引力本身是看不见摸不着的。了解引力的主要途径，是研究它所导致的物体——尤其是天体——的运动，这正是十七世纪科学家们曾经做过的事情。不过十七世纪毕竟不同于古希腊。古希腊的很多推理在今天已是一些中小学生都能理解或反驳的，但十七世纪的某些科学成就即便在今天，也足以难倒不少理工科的大学生。因此本节虽也号称“自助游”，却不能象上一次那样“徒步”进行，而需要先介绍一些十七世纪的东西，作为代步工具。当然，这样做的另一个目的是让整个系列的内容更加完整。我们刚才提到，了解引力的主要途径，是研究它所导致的物体——尤其是天体——的运动。这种研究曾经导致了象日心说那样的重大天文进展。但对于了解引力本身而言，真正的进展却是出现在十七世纪初期的1609年。那一年，一位德国天文学家发表了几项重大成果。此人的大名我们在第三节中已经提到过，他就是开普勒。是他，发现了行星运动的椭圆轨道，将沿用两千年的超级教条——天球——送进了历史博物馆；同样也是他(而不是哥白尼)，使日心说在精度上超越了地心说。但在作出这些辉煌成就的同时，他也亲手葬送了一个十三年前(1596年)由他自己提出，且受他钟爱的模型。那个模型将当时已知的太阳系六大行星(水星、金星、地球、火星、木星、土星)的天球用三维空间中仅有的五种正多面体(正八面体、正二十面体、正十二面体、正四面体、正六面体)以内切和外接的方式相分隔。那个模型不仅让开普勒一度以为发现了上帝创世计划中最宏伟的几何设计，而且还引起了当时已富盛名的丹麦天文学家第谷(TychoBrahe，1546-1601)的注意[注一]。1600年，开普勒应邀成为了后者的助手。一年后，第谷去世，他的职位及观测数据都被开普勒所继承。在望远镜时代来临之前，第谷的观测数据堪称举世无双。正是有那样精密的数据做后盾，加上自己的常年努力，开普勒才发现了他的行星运动定律，追根溯源起来，很多缘分都来自他当年那个模型。可惜再珍贵的模型如果与观测不符，也只能被放弃。假如科学研究本身也有定律的话，这或许就是第一定律，而开普勒很了解这一定律。<imgclass="aligncentersize-fullwp-image-71921"src="http://songshuhui.net...