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2017-04-01從星系公轉速度測量中掀起－暗物質熱潮
568 期
Author 作者
曾耀寰／任職於中研院天文所，科學月刊社理事長。
大多數人都認為西方科學始於古希臘的智者，這些智者可略分為三個階段，若以蘇格拉底做為分界，從西元前600多年的泰勒斯（Thales）作為哲學史第一人，分別出現米利都（Miletus）學派、赫拉克利特（Heraclitus）、畢達哥拉斯（Pythagoras）學派、愛利亞（Elea）學派等等，統稱為「前蘇格拉底時期」，到第二階段的蘇格拉底時期，以及後來的柏拉圖和亞里斯多德。前蘇格拉底時期的智者大多沒留下著作，他們的學說理論都是藉由亞里斯多德的著作而流傳下來。
科學來自理性或經驗
一般談到古希臘哲學家，也都是先提泰勒斯，在他之前沒有任何紀錄可查。泰勒斯主張理性主義和唯物主義，在古希臘時期，人們信奉多神教，就像其他民族的早期文明，對大自然現象的解釋都是以神話為基礎，例如在夜晚星空的帶狀銀河，古希臘人把它視為天神宙斯老婆希拉的乳汁。在澳洲，帶狀的銀河從地表向上延伸，對當地土著來說，就像是造物者的營火冉冉上昇，而中國最有名的銀河故事就屬牛郎織女的淒美分離，牛郎星和織女星分立在銀河兩畔，唯有每年的七夕，才能在鵲橋上相會。而泰勒斯的理性主張，就是要打破神話故事，藉由觀察大自然的實際經驗和理性思考，來解釋大自然的現象。
古希臘哲學的流派學說百家爭鳴，對於自然的認識和了解有不同的想法。柏拉圖的洞穴寓言表示人的外在感知不可信，我們就像困在洞穴內的囚徒，感受到的所有經驗都只是印在洞穴牆壁上的光影，只從光影是無法得知洞穴外面的真實世界，唯有透過人類的理性，才能找到真理。柏拉圖的學生亞里斯多德則持不同的看法，亞里斯多德認為真實經驗的觀察才算數，柏拉圖和亞里斯多德對宇宙有全然不同的理解方式，現今科學還是以實際觀察的經驗為主，一切的理論都要用實驗觀測做驗證。
對於古老的銀河神話，我們要以怎樣的角度來理解呢？看似帶狀的銀河，到底是雲氣的分布，還是許多星星的集合，一直困惑著天文學家。在望遠鏡的輔助下，我們逐漸「看清」銀河當中有數不清的星光。但畢竟人類的壽命就像夏蟲不可語冰，對於銀河的演化完全無法理解，我們看到的 銀河就像最近流行的假人挑戰（Mannequin Challenge， 被拍攝者做出指定定格動作，與人體模型一樣靜止不動），凍結在宇宙當中。
星系觀察的開始
1845年，羅斯伯爵三世（William Parsons, 3rd Earl of Rosse）建造了當時最大的72吋反射望遠鏡（圖一）， 這個記錄一直維持到1917年才被100吋望遠鏡打破。雖有大型望遠鏡，但在羅斯伯爵三世的時代，天文觀測還缺乏追蹤系統和照相技術的配合，羅斯伯爵三世所看到的天體都是以手繪的方式記錄，即便如此，手繪星系（當時稱做星雲）的巨大螺旋臂已令人讚嘆不已（圖二）。
圖一：羅斯伯爵三世建造當時最大的反射式望遠鏡繪圖。（Public Domain）
圖二：羅斯伯爵三世在1850年發表論文中的M51手繪圖。 （Public Domain）
到了1899 年，望遠鏡的追蹤系統和照相設備技術日趨成熟，德國天文學家謝納爾（Julius Scheiner）利用波茨坦天文台望遠鏡觀測仙女座星系（M31）核心區域的光譜，光譜是彩虹版的星光，就像牛頓三稜鏡實驗，可將星光展開來。謝納爾在光譜中辨識出鈣的吸收譜線，再和一般恆星的光譜（例如太陽）比較，有很多相似之處，謝納爾認為仙女座星系的核心是一堆恆星組成的系統。這是一項很重要的證據，因為當時沒有星系的概念，銀河系就是整個宇宙，現在稱的星系在當時被視為銀河內的一團雲氣（星雲），或者是正要形成恆星的星雲。……【更多內容請閱讀科學月刊第568期】