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喬瓦尼·巴蒂斯塔·里喬利

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喬瓦尼·巴蒂斯塔·里喬利
出生(1598-04-17)1598年4月17日
 教宗國費拉拉
逝世1671年6月25日(1671歲—06—25)（73歲）
 教宗國博洛尼亞
國籍意大利
信仰Jesuit
科學生涯
研究領域天文學家

喬瓦尼·巴蒂斯塔·里喬利（意大利語：Giovanni Battista Riccioli[1]，1598年4月17日—1671年6月25日）是意大利天文學家和耶穌會天主教神父。除其他方面的事情外，最出名是他的鐘擺與落體實驗、有關126條地球運動論據的論述以及引入了現行月球的命名方案。

傳記

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里喬利出生於意大利費拉拉[註 1]，1614年10月6日進入耶穌會，1616年見習期結束後，先是在費拉拉，而後到皮亞琴察學習人文學科。

1620年至1628年，他在帕爾馬學院學習哲學和神學。帕爾馬耶穌會制定了嚴格的實驗課程，如落體實驗等。里喬利到達那兒時，當時最有名的意大利耶穌會會士之一"朱塞佩·比安卡尼"（1565年–1624年）就在帕爾馬學院教授哲學和神學。安卡尼接受了一些天文學新觀念，如月球山脈的存在和天空的流體性質等，並與耶穌會天文學家克里斯多夫·沙伊納（1573年–1650年）合作觀測太陽黑子。每當里喬利提及他時，總是帶着感激和欽佩的心情[註 2]。

1628年裏喬利完成學習後，接受了耶穌會授職儀式，他曾要求從事傳教工作，但遭拒絕，而被留在帕爾馬學院教書。從1629年至1632年，他在那裏教授邏輯、物理和形而上學，並進行了一些落體和鐘擺實驗。1632年他加入了由青年耶穌會會士組成的小組。1633至1634學年被派往曼圖亞，在那裏，與尼可羅·卡貝奧(1576年–1650年)一起對鐘擺運動作進一步的研究。1635年回到帕爾馬，在那裏教授神學並開始了對月球首次重要的觀察。1636年，他又被派往博洛尼亞擔任神學教授。

里喬利形容自己是一位神學家，自從跟隨比安卡尼學習的學生時代起，就對天文學抱有強力而持久的興趣。他說，許多耶穌會士都是神學家，但很少有天文學家。在他身上對天文學的熱情一旦燃起，就永遠不會熄滅，只會讓他變得更致力於天文而不是神學。最後，耶穌會的主事正式分配他從事天文研究任務。不過，他也繼續撰寫神學方面的文章。

里喬利在博洛尼亞聖盧西亞學院（St. Lucia）建立了一座天文台，配備了很多天文觀測儀器，包括望遠鏡、象限儀、六分儀等其它傳統設備。里喬利的研究並不只局限於天文學，還涉及物理、算術、幾何、光學、測時、地理和年代學。與他合作研究的是博洛尼亞最著名的耶穌會士弗朗切斯科·馬里亞·格里馬爾迪(1618年-1663年)。同時，他還與赫維留、惠更斯、卡西尼和基歇爾等其他人保持了頻繁的學術聯繫。

他曾被授予路易十四獎，以表彰他的貢獻及對當代文化的作用。

里喬利享年73歲，於博洛尼亞去世。直到去世前他都一直在不斷發表天文和神學方面的研究著作。

科學著作

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《新天文學大成》

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通過望遠鏡看到的新月階段的金星及外觀描述，出自1651里喬利《新天文學大成》。[3]

里喬利最出名的著作之一就是1651年發表的《新天文學大成》(Almagestum Novum)[4]，這部百科全書式的著作由超過1500對開頁(38厘米×25cm)上密密麻麻的文字、表格和插圖組成。成為歐洲各地天文學家的標準技術參考書。約翰·佛蘭斯蒂德，首位英國皇家天文學家、哥白尼學說者和新教教徒，將它用於自己的格雷沙姆講座(Gresham lectures)；巴黎天文台的傑羅姆·拉朗德[5]，廣泛地引用它，即便當時它已經是一本過時的舊書；1912年天主教百科全書稱它為17世紀耶穌會士最重要的文學著作[6]，這部兩卷十冊的「書籍」涵蓋了當時天文學及天文有關方面的所有科目：

  1. 天球及科目，如天體運動、赤道、黃道十二宮等。
  2. 地球和它的大小、重力和擺動運動等。
  3. 太陽及大小、距離、運動及對它的觀察等。
  4. 月球、月相、大小和距離等(通過望遠鏡中所看到的詳細月球圖)
  5. 月食和日食
  6. 恆星
  7. 行星及運動等(包括每顆在望遠鏡所看到的)
  8. 彗星和新星
  9. 宇宙的結構-日心說和地心說理論等。
  10. 天文學相關的計算。

里喬利計劃的《新天文大成》應該是三卷，但只完成了第一卷(共1500頁，被分成兩卷)。

鐘擺和落體

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里喬利被認為是首位精確測量落體重力加速度的人[7]。里喬利《新天文學大成》第2冊和第9冊中，包含了大量自由落體和鐘擺運動的重要論述和實驗報告。

他對擺錘作為精確測時工具非常着迷。通過計算鐘擺在二個定點間的擺動次數[8]，里喬利證實了小角度擺動周期的常數為0.062%。還指出如果擺動幅度擴大到40度，則擺動周期就會增大。他試圖開發一種擺動周期恰好為1秒的鐘擺，這樣24小時內鐘擺將完成86400次擺動。他進行了兩次直接的測試，利用星星標記時間，並招集九名耶穌會會士來邦計數，維持鐘擺24小時不停擺動。其取得的最終結果分別達到目標值的1.85％和0.69％以內。對此，里喬利甚至還想做進一步的改善。當時秒擺主要被用作不同擺動周期鐘錶的校準標準。里喬利曾說過，鐘擺不是一個完美可靠的測時工具，但與其他方法比，它又是一個非常可靠的工具。

對月球的研究

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《新天文大成》中的月球圖。

里喬利和格里馬爾迪對格里馬爾迪繪製的月面圖進行了大量的研究。這些素材被列入《新天文學大成》第4冊中[9]。格里馬爾迪的月圖是基於更早的約翰·赫維留和米迦勒·弗洛倫特·范·朗倫繪製的月圖。里喬利在這些月圖中對月球的特徵進行了命名，它們是今天仍在使用的月球特徵命名的基礎。例如，靜海(寧靜之海，1969年阿波羅11號的着陸點)來自里喬利按天氣對月球大區所作的命名。他以著名天文學家的名字命名隕石坑，並將它們按哲學家和時代進行了分類[10]。儘管里喬利拒絕哥白尼的理論，但他卻以哥白尼的名字命名了一座突出的隕石坑，同時他也用其他哥白尼學說擁護者的名字如開普勒、伽利略和"蘭斯貝格"(Philippe van Lansberge)命名了另外一些重要的隕坑。因為他和格里馬爾迪命名的隕石坑大致都在相近的地方，而其他一些耶穌會天文學家命名的隕石坑在月球的另一處，接近非常醒目的第谷·布拉赫環形山，里喬利的月球命名在當時就已被認為是暗中表達了對哥白尼學說的同情和支持[11]。因為，作為一名耶穌會員，他不能公開支持。然而，里喬利卻說，他把哥白尼學說者們都放在了洶湧的波濤中(風暴洋中)[12]。該月圖另一個值得注意的特點是，里喬利表達了一個直接的聲明，那就是月球並非適居地，這與已有的庫薩的尼古拉斯、布魯諾，甚至開普勒的著作以及後來的貝爾納·勒·布耶·德·豐特奈爾和威廉·赫歇爾等著作中有關月球適居論的猜測完全相左[13]。

有關地球運行的論點

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里喬利1651年《新天文大成》卷首插圖。神話人物手拿望遠鏡觀察天空並權衡哥白尼的」日心說「和所針對的修改版的第谷·布拉赫」地心-日心「體系說(太陽、月亮、木星和土星環繞地球；水星，金星和火星環繞太陽)。托勒密的舊地心說被丟棄在地，通過望遠鏡的發現而廢棄。插圖的頂部包含了金星和水星、火星表面特徵(左)，木星的衛星、土星的環以及月球表面特徵(右)。里喬利的天平傾向「第谷」的系統。

《新天文學大成》(第9冊，共有343頁)相當一部分是專門針對世界體系問題的分析：宇宙屬於地心說？還是日心說？地球是運動的？還是靜止的？科學史學家愛德華·格蘭特將第9冊形容為可能是針對「十六和十世紀所有學者」所提問題的「最詳盡、最精闢、最權威的」的分析[14]。在他看來，該書甚至取代了伽利略的《托勒密和哥白尼-有關兩大世界體系的對話》。事實上，某位作家近期曾說過第9冊像「伽利略應該寫的書」[15]。在第9冊中，里喬利逐一論證了有關地球運動說正反兩方面共126條論據，支持的49條、反對的77條。里喬利的問題並不是世界體系到底屬於托勒密的地心說，還是為哥白尼的日心說，因為望遠鏡的使用早已排除了托勒密的體系；而是介於第谷·布拉赫在16世紀70年代創立的地-日體系說(太陽、月球和恆星環繞固定不動的地球轉，而行星則圍繞太陽轉-有時被稱為「地-日」或「混合」體系)與哥白尼的日心體系說[16]。根據《新天文學大成》卷首插圖(見右圖)，可看出里喬利更偏向修改版的第谷·布拉赫系統；在此他對該體系進行了描述：當他在帕爾馬時該想法就「出現在[他的]心中」，它與第谷的體系共享一切，除了土星和木星軌道；[對我來說它們的中心並不是太陽，而是地球本身」。

許多作家都引用了里喬利的分析和126條論據。然而，現代學者們極少翻譯《新天文學大成》中的論據並展開任何程度的討論：126條論據中僅3條被依樣翻譯和討論[17]。其中：第一條是被裏喬利稱為「物理-數學論據」，這與伽利略的一個推測有關；第二條論據基於現今所稱的「科里奧利效應」；第三條是基於望遠鏡中所看到的恆星形狀[18]。

「物理-數學」論據

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里喬利論證了支持及反對地球運行說兩類論據中的物理-數學論據。伽利略在他1632年的對話中提出了一個推測，從塔樓下落的石塊呈現的線性加速是由兩個統一的圓周運動共同作用的結果：地球的自轉和石塊從塔樓獲得的一致的圓周運動[19]。伽利略說：

石塊的真實運動是沒有加速，但始終是穩定、均勻的…因此，我們不需要尋找任何其他加速的原因或任何其他運動，運動的物體，無論是留在塔上還是落下，運動始終以相同的方式；即以相同的速度循環，並具有相同的均速性…如果一個直線下落的物體不是完全如此，它也是非常接近…根據這些考慮，直線運動完全是從窗口中看去的，但自然中決不會如此[20]。

里喬利解釋說，這個推測不能成立：它可能不適用於地球兩極附近下落的物體。在那裏，地球自轉引起的圓周運動可能很小或根本沒有；甚至在會因地球自轉帶來更快速度的赤道上，按伽利略的想法所預測的物體下落速度也太慢[21]。里喬利認為，伽利略推測的問題恰恰是反哥白尼世界體系的標誌，但現代學者們並不認同里喬利在這一點上的推理[22]。

「科里奧利效應」論據

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里喬利1651年《新天文學大成》中的插圖，顯示了地球自轉對彈丸產生的影響例證[23]。大炮朝東面的目標B發射後，在炮彈飛行過程中，大炮和目標都以相同的速度向東運行。地球相當於靜止不動，而彈丸將擊中目標。當大炮向北面的目標E發射時，目標移動的速度慢於大炮和空中的彈丸，因為在更北的緯度(極點附近地面幾乎不移動)地面移動更慢。因此，彈丸循着一條彎曲的線路飛過地面，而不是對角線，擊中東邊(或右邊)的目標G。

里喬利也認為，飛行炮彈的將會揭示地球自身的運動，因為地球的旋轉會在不同緯度形成不同的地面移動速度。他寫道：

如果一顆球沿子午線射向極點(而不是向東或西)，地球的自轉運動將會帶離該球[即球的軌跡會偏離]，所有的事情都是相同：靠近極點的同緯度地區，地面移動緩慢，而靠近赤道的地方，地面移動則更快。[24]

因此，一門直接向北瞄準的大炮，發射後，由於地球的自轉，炮彈將會略微偏向目標東(右)側[25]。但，如果大炮發射到東邊而沒有偏離目標，這是因為大炮和目標都按相同的方向移動了相同的距離。里喬利說，最好的炮手可以將炮彈射進敵人的炮口中；如果這一偏轉效果存在於朝北的射擊中，他們會發現它。里喬利認為，這種效果的缺乏表明，地球是不轉動的。他所作推理其實是正確的，所描述效果確實發生了。這就是今天以19世紀物理學家"賈斯帕-古斯塔夫·科里奧利"(1792年–1843年)命名的所謂「科里奧利效應」[26]。因為，無論大炮指向何方，實際都會發生右偏[25](這遠非里喬利所處年代的物理學所能解釋的)[27]，所以炮手們是無法注意到任何方向上的差異。

恆星大小的論據

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里喬利還通過望遠鏡的天體觀察來反駁哥白尼理論。從當時的小望遠鏡觀看恆星，所看到的都是各式各樣的小盤狀星星。這些盤狀形實際是進入望遠鏡中的光波產生的繞射。今天已知是以19世紀天文學家艾里（1801–1892）命名的艾里斑現象，真正的恆星盤即使用現代望遠鏡來觀察通常也都很小。但在十七個世紀，人們都認為望遠鏡中所看到的這些圓盤都是恆星實際的本身 [28]。在哥白尼學說中，一年中無視差變化的恆星，唯一的解釋就是它們距離地球極其遙遠。里喬利和格里馬爾迪用一架望遠鏡測量了很多恆星盤數據，並將詳細步驟公之於眾，以便所有想要的人都可重複他們的操作。里喬利進而計算了那些既符合望遠鏡所觀察到的大小，又符合哥白尼學說中無視差恆星所需遙遠距離的恆星尺寸，所有情況下的結果是，恆星極其巨大–而太陽被矮化了。從測量數據反映，某些情況下，一顆單個恆星的尺寸將超過第谷·布拉赫等地心論者們所估計的整個宇宙。哥白尼學說中望遠鏡中恆星外觀的問題早在1614年就被西門·馬里烏斯注意到了，他曾說望遠鏡中觀察到的恆星盤是支持第谷理論的。哥白尼學說的擁護者如馬丁·范登霍夫（Martin van den Hove,1605–1639）也承認了這一問題，他也測量了恆星並承認，巨大的恆星尺寸問題可能會導致人們拒絕接受哥白尼理論[29]。

其它論據

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在《新天文學大成》第9冊中里喬利提出了多種多樣的其它論據，如：假如地球旋轉的話，建築物能否矗立或鳥兒還能否飛翔；對於重物體來說，怎樣的運動才是自然的；什麼造成了更為樸素和簡潔的天體排列；天空和大地哪個更適合運動，哪個更容易和高效地移動；宇宙的中心是否處於一個更高或更低尊貴的位置以及其它等等。《新天文學大成》中許多反哥白尼理論的論據成為了第谷·布拉赫反哥白尼學說的論據根源[30]

其它研究

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1644年和1656年間裏喬利主要與格里馬爾迪一道研究地形測量，測定赤道周長以及水域與大地的比率。然而，由於方法上的缺陷，所得出的子午線弧度值較數年前威理博·司乃耳給出的數值精度更低。司乃耳的誤差約為4000米，而里喬利達1萬多米[31]。

他經常被認為是首位用望遠鏡觀察開陽星並注意到它是一雙星的人，但實際上"貝內代托·卡斯泰利"(Benedetto Castelli)和伽利略都比他更早[31]。

「阿爾弗雷多·迪尼斯」(Alfredo Dinis)說過：

無論在意大利還是國外，里喬利都享有崇高的威望，是一位了不起的辯手，他不僅是一位百科全書式之人，而且還是一位能理解和探討所有當代有關宇宙、天文觀測和地理問題之人[32]。

選擇的著作

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里喬利的著作是拉丁文。

天文

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神學

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里喬利有關韻律學的選擇版書籍

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里喬利有關韻律學的書籍被多次修改，並經歷了許多版本。

註釋

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  1. ^ His books sometimes bear the mention "Ricciolus Ferrariensis" (Riccioli of Ferrara).
  2. ^ He was later to name a lunar crater after Biancani.

參考文獻

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引用

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  1. ^ Also "Giambattista" and "Giovambattista"
  2. ^ Material in the "Biography" section has been compiled from Dinis 2003; Dinis 2002; Catholic Encyclopedia: Giovanni Battista Riccioli.
  3. ^ Riccioli 1651 (Volume 1, p. 485) （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）.
  4. ^ The old Almagest was Ptolemy's 2nd-century book.
  5. ^ But not necessarily favorably—some discussion of Lalande citing Riccioli is available in Galloway 1842 (pp. 93-97).
  6. ^ Van Helden 1984 (p. 103); Raphael 2011 (pp. 73-76), which includes the quote about "no serious seventeenth century astronomer" on p. 76; Campbell 1921 (p. 848); Catholic Encyclopedia: Giovanni Battista Riccioli.
  7. ^ Koyré 1955 (p. 349); Graney 2012.
  8. ^ Meli 2006 (pp. 131-134); Heilbron 1999 (pp.180-181).
  9. ^ Riccioli 1651, pages 203 - 205 including map pages （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）.
  10. ^ Bolt 2007 (pp. 60-61).
  11. ^ Whitaker 1999 (p. 65).
  12. ^ Bolt 2007 (p. 61).
  13. ^ Crowe 2008 (pp. 2, 550).
  14. ^ Grant 1996 (p. 652).
  15. ^ The TOF Spot.
  16. ^ Gingerich 1973.
  17. ^ Synopses of the 126 arguments have been translated into French (Delambre 1821, pp. 674-679) and English (
    arXiv:1103.2057v2
    2011, pp. 37-95), but these are very abbreviated, reducing hundreds of pages of Latin text down to some few pages or tens of pages.
  18. ^ （拉丁文） New Almagest （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）, Book 6 De Sole
  19. ^ Dinis 2002 (p. 63); arXiv:1103.2057v2 (p. 21).
  20. ^ Dialogue 2001 (pp. 193-194).
  21. ^ Koyré 1955 (pp. 354-355).
  22. ^ Dinis (2002) says Riccioli misrepresented Galileo's conjecture, stating that

    The whole "Galilean proof" [of Earth's immobility] as constructed and "proved" by Riccioli is nothing but a caricature even of Galileo's [conjecture] – let alone Galileo's true thought on the matter!

    and declaring that Riccioli's "proof" could never be anything more than another conjecture (pp. 64-65). Koyré (1955) concurs that Riccioli's "physico-mathematical" argument was weak, but says Riccioli simply had difficulty grasping new ideas, or adapting old ones (such as the relativity of motion) to new conceptions, such as the motion of the Earth. Koyré emphasizes that this was a problem shared by many in the seventeenth century, so the argument could impress even an "acute mind" of the time (pp. 354, 352 including notes). Graney (arXiv:1103.2057v2 2011) states that Galileo's conjecture suggested a possible new physics that would explain motion in the Copernican theory in an elegant and coherent manner and therefore would strengthened the theory. By undermining Galileo's conjecture, Riccioli's experiment-based argument deprived the theory of that coherence and elegance (pp. 21-22).
  23. ^ Riccioli 1651 (Volume 2, p. 426) （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）.
  24. ^ Graney 2011
  25. ^ 25.0 25.1 (in the northern hemisphere)
  26. ^ Grant 1984 (p. 50); Graney 2011; New Scientist 2011; Discovery News 2011.
  27. ^ Wikipedia: Coriolis Effect.
  28. ^ Graney & Grayson 2011.
  29. ^ Graney 2010a.
  30. ^ Grant 1984; arXiv:1103.2057v2.
  31. ^ 31.0 31.1 Hoefer 1873.
  32. ^ Dinis 2003 (p. 216).
  33. ^ 存档副本. [2007-02-03]. （原始內容存檔於2007-02-03）. 

來源

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外部連結

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參見

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