英文版导言

1609年秋季，帕多瓦大学（在威尼斯附近）45岁的数学教授伽利略·伽利雷把一架放大能力为20倍的望远镜指向月亮，从而引起一连串的事件，进而震动了欧洲智慧殿堂的基础。尽管伽利略并不是第一位使用望远镜进行天文观测的科学家，但他却是最成功的一位，远在他人之上。他用望远镜作出了第一批关键的发现，从而主导了这个新的求知领域，还从来没有人具有如此的影响。

当伽利略在1609年夏季第一次听说望远镜时，它还是一种崭新的事物。关于这种能够把远处的东西显得就像在眼前一样的新奇装置的报告，在上一年秋季已经从荷兰流传开来。不过，在跟踪这些事件之前，让我们先回顾一下背景。

我们的故事是从眼镜片开始的。早在大约1300年，年老的学者们遭受看不清近处的物体的折磨，这对他们的阅读和写作造成严重损害，今天我们知道这是功能的逐渐衰退，通常开始于四十多岁。⁽¹⁾这种情况被称为“老花眼”，极大缩短了学者的职业生涯。解决方法在13世纪后期出现了。方济各会修道士罗杰·培根（Roger Bacon，约1214—1292年）在他1267年出版的百科全书《大著作》（Opus Maius）写到了放大镜，把玻璃球比较厚的那部分放在阅读材料上可以让字变大从而容易阅读。他提到这样的玻璃对老年人有用，“这样他们就能看到文字了，不管多小的字，都能被充分放大”。⁽²⁾培根推测了这项技术的能力（因此他在当时被视为魔术师），并对利用玻璃能够达到的神奇效果下了许多过分夸张的断言。⁽³⁾

到13世纪末，意大利的工匠已经开始制造薄的双凸镜片，并装在框上以便戴在眼前。⁽⁴⁾这类镜片中间比边缘厚，形似扁豆（lentil，拉丁语为lens），因此英语中“镜片”一词就被称为“lens”。从这时候起，老年人就有阅读放大镜可用了，不过我们得知道这些早期的眼镜戴起来并不舒服，镜片的质量也不是很高。

到15世纪中期，意大利的眼镜制造商也能够制造凹透镜了，从而能够帮助“视力弱的年轻人”，也就是“近视眼”。⁽⁵⁾看来这些早期的只能矫正轻度近视，因为磨制和抛光高度弯曲的凹透镜很难。不过此时凸透镜和凹透镜都已经在销售，眼镜制造工艺（通常组织形成同业工会）也从意大利拓展到了欧洲其他地方，年轻人和老人都能够享受这些神奇仪器带来的益处。而且不仅仅大城市里有眼镜出售，巡回的小贩也在乡村的小型定居点、市场和集市上进行叫卖。

如果到1500年前后，凸透镜和凹透镜在全欧洲都有售卖了，为什么望远镜没有在这时候出现？毕竟，望远镜可以通过组合一片凸透镜和一片凹透镜，或者两片凸透镜而制造出来。这个答案可以从镜片的度数里找到。到那时为止，眼镜片一直是用吹出来的玻璃球制成的，仅抛光一个表面。这种镜片的光学质量对于眼镜来说已经足够好了，因为眼镜一次只会用到镜片很小的一部分。但是对于望远镜，经过初级接收器（即物镜）整个表面上所有的入射光都将聚集在焦点上。因此，多处较小的局部曲率畸变会导致在整个透镜表面上较大的不均匀性，因而导致图像模糊。在16世纪，眼镜制造商开始从平面玻璃毛坯开始，对镜片的两个表面进行打磨和抛光。由此，镜片的光学质量开始提高，但是仍然不可能在镜片整个表面上实现均匀的球面曲率。镜片几乎总是在边缘附近比在中心弯曲程度更高。而且，尽管欧洲有许多人熟悉放大镜片的各种组合方式，但这些组合始终会产生模糊的图像——除非有人做出反直觉的举动，将物镜的进光区域限制在仅仅取曲率最均匀的中心区域。当初级接受器的孔径减小到约半英寸时，才能通过结合低度数的凸透镜和高度数的凹透镜产生整体清晰、边缘清楚的放大图像。⁽⁶⁾

与此同时，随着“自然魔法”在16世纪兴盛，人们开始猜测可以通过透镜和镜面实现的奇妙效果。出于这个原因，有时人们一直认为，一些早期形式的望远镜在此期间可能已经被广泛使用。⁽⁷⁾一些16世纪炼金术士声称可以制造具有神奇力量的光学装置，但这些想法从来都没能转化为实际的望远镜或显微镜，因为它们并非基于对所涉光学原理的正确理解。然而，似乎很清楚的是，在意大利，到16世纪末期，透镜组合被用于某些装置（例如致力于矫正视力缺陷），而望远镜还只是个“未知数”。此外，在此期间，意大利玻璃工人把他们的专业知识传授到了欧洲其他地区，包括荷兰。⁽⁸⁾

望远镜时代开始于1608年9月末的荷兰。在9月25日，荷兰西南省份泽兰省政府的成员们，写信给他们在首都海牙的全国政府总议会的代表，说明在米德尔伯格（泽兰省首府）的一位眼镜制造商“通过一种仪器能够把非常远处的任何东西看起来就像在近旁一样”。⁽⁹⁾几天之后，总议会讨论了汉斯·李普希（Hans Lipperhey）关于这样一种仪器的专利申请。不过，两星期之内，又来了两份关于这项发明的声明，分别来自阿尔克马尔（阿姆斯特丹北部）的雅各布·梅提斯（Jacob Metius）和米德尔伯格的萨卡瑞斯·雅森（Sacharias Janssen）。总议会决定这项发明虽然有用，但由于太容易被复制，因此不应授予专利。⁽¹⁰⁾看来，大约在李普希在海牙申请专利的同时，一位荷兰商贩在法兰克福的年度秋季交易会上正在出售同样的设备，⁽¹¹⁾法兰克福位于海牙东南300英里。

这种仪器很明显不是秘密。在李普希申请专利几周之后，这个消息通过外交渠道在荷兰以外传播开来，随着消息之后仪器本身很快被散布开来。到1609年春天，巴黎的眼镜制造商已经在出售小型窥镜（spyglass），到夏天这种仪器已经到了意大利。⁽¹²⁾这些小玩意儿是在管子里放入一个凸透镜和一个凹透镜，放大倍数只有三四倍。有些人本来被关于它们具有奇迹般效果的传言引起了极大的兴趣，但在实际考察之后又大为失望。⁽¹³⁾

没有泄气的人里有一个就是伽利略。关于这种新仪器的谣言在1608年11月传到了他在威尼斯的朋友神学家保罗·萨尔皮那里。⁽¹⁴⁾下一年春天萨尔皮神父写信到巴黎去询问雅克·巴多维尔（Jacques Badovere）进行确认，此人曾经是伽利略的学生。⁽¹⁵⁾正是在此时，伽利略首次投入精力关注这种新仪器。在《星际信使》中他告诉我们，他第一次听到传言大约是1609年5月，稍后巴多维尔的信证实了这个消息。我们怀疑他可能更早就听到过传言，只是没有关注（关于神秘仪器的夸张说法后来又被证明是骗局的事情是很常见的）。但当他从萨尔皮处听到巴多维尔证实这种仪器的存在，并可能报告说窥镜已经在巴黎广为销售的时候，他变得非常有兴趣了。对伽利略来说，拿到眼镜片、重现这项发明是非常容易的。实际上，他后来陈述说他从威尼斯返回的第一个晚上就完成了这件事⁽¹⁶⁾（很有可能是在威尼斯，萨尔皮给他看了巴多维尔的回信）。对于这个尝试，伽利略不是特例：有好几个人已经这样做过了。但是，在接下来六个多月里，他用这种新仪器做的事情，对天文学历史至关重要。

在托斯卡纳（Tuscany）出生的伽利略（生于比萨，长于佛罗伦萨），自1592年起在威尼斯共和国的帕多瓦大学教授数学。作为家中长子，他有非常重的经济负担（比如为两位妹妹准备嫁妆），虽然他没有结婚，但情妇给他生了两个女儿和一个儿子。他的薪水不能满足家庭支出，为了弥补，他招收寄宿学生，还雇了一名工匠制造科学仪器进行售卖。在这些繁忙的事务之余，他继续进行他的运动学研究。到1609年，当上述这些事件引起他注意的时候，他已经得到了几条重要的结论，包括划时代的自由落体定律。不过，像许多教授一样，他总是善于抓住机会提高经济地位，从而为研究争取更多时间。这回他抓住了“窥镜”。

伽利略第一次的成果，是用普通的眼镜片组装起来的，能放大3倍，他立即给自己定下了提高仪器放大倍数的任务。作为富有经验的数学教授，他非常熟悉光学理论，但当时光学这个学科还无法告诉他关于窥镜的工作原理。不过，伽利略是一位杰出的实验科学家，通过试错，他迅速发现，这件简单仪器的放大倍数取决于两个镜片的焦距之比。确定了这个关系之后，伽利略就知道了他需要度数较低的凸透镜和/或度数较高的凹透镜。麻烦在于，这样的镜片无法从眼镜制造商那里买到，因为那些手工艺人制造的镜片度数范围非常有限。因此伽利略只能自学磨制和抛光技术来制造所需的镜片，这是一项艰巨的任务，需要相当高水平的手工技巧。到1609年8月底，他已经成功造出了能放大八九倍的窥镜。比起那些运到威尼斯来的普通窥镜来说，性能有了极大的提高。⁽¹⁷⁾通过他的好朋友保罗·萨尔皮的职务关系，伽利略得以和威尼斯议会接洽，希望演示他的新仪器。在8月29日写的一封信中，他讲述了接下来发生的事情⁽¹⁸⁾：

……这是我被威尼斯总督召见之后的第6天，我在他和整个议会面前展示它，令所有人大为惊讶；有多位绅士和议员虽然年事已高，还是不止一次爬上威尼斯最高钟楼的台阶，来观察远处海上的帆船，它们正满帆驶向港口，如果没有我的窥镜，就得再过2小时甚至更多时间才能看到它们。实际上，举例来说，这件仪器的效果相当于把50英里远的物体，呈现为就像是只有大约5英里那么近。

绅士们对这件仪器明显的军事优势印象非常深刻。两天后，伽利略出现在议会，把他的仪器捐献给了共和国。跟这件礼物一起送上的，是他写给威尼斯总督也就是最高行政官的一封信，这封信的风格是按照当时向统治者说话的惯例写成的⁽¹⁹⁾：

最尊敬的君长，

伽利略·伽利雷是高贵的殿下您最谦卑的仆人，他孜孜不倦、专心致志，不仅履行了帕多瓦大学数学讲座的职责，而且还为殿下您带来了非凡的利益，一种有用的杰出发明，现在呈现在您面前的用眼镜做成的精巧设计，它来自对透视最深刻的推测，它能使那些远方的可见物体拉近到眼前，变得非常清晰，例如，9英里看起来好像只有1英里远。对于所有海上或陆地上的交易和事业来说，它带来的好处是不可估量的，它让我们在海上发现比通常在更远的距离就能发现敌人的帆船，这样在敌人发现我们之前，我们可以有2小时或更长时间去侦察对方，并区分船只的数量和种类，判断其兵力，从而作好追击、战斗或逃走的准备；同样地，它让我们在陆地上，尽管在远方，也能在高处看清敌人的堡垒、营房和防御力量，或者在开阔地上行军时看见对方并辨认细节，从而掌握对方的行动和准备情况，令我方获得巨大优势；除此之外的许多其他好处，所有明智的人都能清楚地看到。因此，我判断它值得呈送给殿下，您也会认为它非常有用，所以我决定将它献给您，并将这项发明的决定权交付于您的管辖之下，以便您可以掌控它，并根据您看到的上帝旨意，决定是否建造出来以供使用。

伽利略又说，他满怀感情地将之呈献给殿下您，作为他在帕多瓦大学过去17年所获得的科学成果之一，并希望继续他的研究以呈现给您更大的成就，如果这能够取悦上帝和殿下您，他渴望在为您的服务中度过他的余生。为此他谦卑地鞠躬致敬，并向威严的上帝为您祈求最大的幸福。

换句话说，伽利略给了总督和参议院唯一制造他的仪器的权利，作为回报，他非常巧妙地要求提升他在大学里的职位。在他的演讲之后，伽利略被告知他在大学的合同将终身续订（换句话说，他获得了终身职位），并且他的工资将从目前的每年480弗罗林增加到1000弗罗林。⁽²⁰⁾（然而，当他收到正式通知时，他失望地发现，在现有合同到期，也就是1609—1610学年结束之前，新工资不会生效，并且该奖励排除了进一步加薪的可能性。）⁽²¹⁾

如前所述，伽利略并不是威尼斯共和国唯一拥有窥镜的人。来自其他地区的旅行者来往于威尼斯，出售了数量可观但只能放大三到四倍的简单窥镜。通过将所有的聪明才智和精力投入到提升设备性能中，伽利略凭借其更强大的仪器，成功地在竞争中获得了巨大的领先优势。如果在此时的狂热活动中，他花时间把这种装置指向天空，他也不是第一个这样做的人了。在1608年秋天，荷兰的第一批窥镜之一已经被指向了群星⁽²²⁾；还有，在伽利略把他的仪器献给总督前几周，英国的托马斯·哈里奥特用一架放大六倍的窥镜观察了月亮，画出了那个天体的第一个望远镜画像——比肉眼所能达到的效果好不了多少⁽²³⁾。与此同时，伽利略显然更关心从改进后的仪器中获得的俗世利益，而不是什么天文优势。

也许是由于进一步改善自身状况的雄心壮志，这次他把希望投向了他家乡托斯卡纳的宫廷，伽利略继续努力制造出了更好、更强大的窥镜。那个秋天的某个时候，他开始通过这些仪器研究天空，特别是月亮，我们可以假设他此时开始意识到这种仪器将彻底改变天文学和宇宙论。1609年11月某日，他完成了一架放大20倍的仪器，是他8月那个成果的2倍还多——他进行了他的第一个天文研究项目，对月球的一次彻底研究。在11月30日至12月18日期间，他观察并绘制了我们这颗卫星历经的月相变化，留下不少于8张绘图。⁽²⁴⁾

关于月亮，触动伽利略的，还有后来其他人的，是新仪器所揭示的月面凹凸不平。根据当时流行的亚里士多德地心宇宙论，天界是完美无瑕、永不改变的，天体是完全光滑的，呈球形。月亮上裸眼可见的大斑点，通过特殊设计一般可以解释。例如，人们可以假设完全光滑的月亮上那些部分吸收、然后发出的光与其他部分不尽相同。⁽²⁵⁾但是，哥白尼理论已经，这么说吧，把地球置于诸天之中，也就开始模糊了充满变化和腐败的地上与不变和完美的天界之间的区别。此外，1572年出现的一颗新的星星（超新星）和1577年的彗星被证明是在天界而不是（如亚里士多德所说的）在地球大气范围之内，都已经对天界的不变性和完美性造成了沉重的打击。然而，很少有人完全认同这些新发展对其概念工具的影响。当伽利略用他放大20倍的窥镜察看月球时，它的表面似乎没有任何光滑之处：它看起来粗糙而且不均匀。光明和黑暗之间的分界线（明暗界线）根本不是一条光滑的曲线，人们以往认为，如果月球的表面非常光滑的话，界线也应该是光滑的。窥镜里看到的正好相反，它是非常不规则的。在明亮的部分，月面特征明显由黑色线条勾勒出来，随着太阳光线变化，黑色线条有的会变宽阔，有的会变窄；在黑暗的部分，也有一点点的光斑。伽利略得出的结论是，就像地球的表面一样，月球的表面也布满了山脉、峡谷和平原。在1610年1月7日的一封信中，也是描述望远镜观测结果的第一封信，他这样写道⁽²⁶⁾：

……极其明确地可以看出，月亮根本没有一个平坦、光滑和规则的表面，很多人相信它和其他天体都是光滑的，但恰恰相反，它是粗糙的、不均匀的。简而言之，观察证明，理智的推理只能得出这样的结论，月亮上布满了凸起和空洞，类似于地球表面上散布的山脉和山谷，但尺寸还要更大。

伽利略接下来相当详细地描述这些现象，就好像为数月之后出版《星际信使》做的排练，只是书中发表的观察和结论更为详尽。他还提到他即将完成一架可以把物体放大30倍的仪器，并补充说：“上述所有的观察，都不曾被人看到过，没有精巧的仪器也没人能看到，因此我们可以相信，这是世界上第一次如此近距离地、如此清晰地发现关于天体的情况。”⁽²⁷⁾

因此，在这个时候他已充分意识到他所观察现象的历史重要性。不过，在1月7日他还不知道的是，他提到的另一个观察结果将使他在未来三个月后一举成名⁽²⁸⁾：

除了对月球的观察之外，我还在其他星星那里观察到以下情况。首先，用窥镜看到了许多恒星，而在没有窥镜的情况下是看不到它们的；仅仅在今天晚上我才看到，木星旁边伴随着三颗恒星，由于它们太小而（用裸眼）完全是不可见的；它们的布局呈现为以下形式：

如上所述，有别人已经注意到了，用窥镜比起用裸眼可以看到更多的恒星。但伽利略在这里画出了他认为是木星附近的三颗恒星的布局。他的注意力被它们吸引住了，因为它们与木星形成一条直线，而且就其大小来说它们显得非常明亮。在接下来的几天里，他发现它们根本不是位置固定不变的恒星。

这封信还提到，行星用窥镜看起来呈现为小球的形状，就像小小的月亮一样，而恒星不是这样——他在《星际信使》中详尽地指出，恒星仍是一个点。为了避免我们认为所有这些观察都很容易，伽利略提醒他的通信对象⁽²⁹⁾：

……仪器必须保持稳固，因此，为了避免因血液在动脉里流动和呼吸本身两者引起的手部颤动，最好把窥管固定在某个稳定位置。应该用布擦拭玻璃，使之保持干净清晰，否则它们会因为呼吸、潮湿或有雾的空气，或从眼睛蒸发的水汽本身而变得模糊，特别是在天气温暖的时候。

应该注意的是，伽利略所使用的那种类型的望远镜，是以凹透镜作为目镜，呈现的目标是倒立的，视野非常小。在放大20倍或更多的情况下，这样的仪器最多显示月亮直径的一半。这样小的视场使仪器难以使用，特别是在没有牢固支撑的时候。像木星这样的小天体用窥镜绝对不容易找到，而且极难使其保持在视野之内。

1月7日的这封信是关于望远镜观测天象的第一次科学讨论，除了提到木星的卫星之外，它还是9星期之后出版的《星际信使》的大纲。但正是伽利略发现的那些天体引发了使伽利略成为著名人物的一连串事件。

伽利略放大20倍的窥镜用于观测地上物体和月亮是足够的，但当应用到像恒星和行星这样非常小而明亮的天体时，它们的光学缺陷严重限制了它们的效果。甚至具有完美均匀曲率的球面透镜也受限于球差和色差的缺陷⁽³⁰⁾（伽利略对这些缺陷一无所知），更何况这些早期透镜具有非常不均匀的曲率。结果，图像，特别是相比于其大小显得非常明亮的目标，例如蜡烛火焰或星星，边缘很不清晰，并被杂乱的颜色包围。

在为了观察恒星和行星而改善成像的努力中，伽利略想到了缩小望远镜口径的装置，通过在物镜前面放置硬纸板的环洞，从而将入射光限制在该区域在光轴附近，此处的透镜曲率更均匀。在1月7日的那封信中，他写道：“凸透镜，也就是离眼睛远的那片玻璃，应该被部分覆盖，留出的开口应该是椭圆形的，这样的好处是目标物体能看得更清楚。”孔径环的椭圆形状必然意味着，在这种特殊的仪器中，物镜存在研磨散光，这恰恰说明这些透镜是多么原始。这一时期的幸存至今的仪器孔径被大幅度缩小，因此20倍窥镜的孔径通常为1.5到2.5厘米，也就是说，它只让眼睛的聚光能力增加几倍而已。由于这些物镜的焦距大约为1米，这些窥镜的焦比为50或更高，17世纪后来的时间里依然保持这个规则。毫无疑问，伽利略是第一个以这种方式调整望远镜的人，我们可以假定这件事儿发生是在他1月7日写那封信之前不久。

这样改善了小型明亮目标的成像质量之后，伽利略开始了观察行星和恒星的规划。他现在看到行星可以分辨出来显示为小球或圆盘，而恒星，或者当时被称为“固定的星星”（fixed star）⁽³¹⁾，没有显示出任何盘面。这是对哥白尼假说的重要证实，伽利略已经悄悄地认同了一段时间了⁽³²⁾，根据哥白尼的看法，恒星的距离比行星要远得多。

并非所有的行星当时都位于有利的观察位置。1610年1月初，金星出现在早晨的天空，而土星和火星在挨着太阳很近但距离地球最远的位置。除了它们展示的圆盘之外，伽利略几乎没有注意到这些行星的其他情况。对于木星的情况则有所不同。这颗行星刚刚通过了冲的位置（此时它与地球和太阳位于一条直线上，因而最接近地球），所以是夜空中最亮的目标。当伽利略于1月7日晚上将他新改进的望远镜转向它时，他的注意力被前面展示的布局所吸引。

当然，他以为他看到了排成一列的三颗小恒星，而那天晚上木星恰巧正在穿过它们的队列。在冲的位置附近，木星相对于恒星的运动是逆行，即从东向西移动⁽³³⁾，因此，当伽利略第二天晚上再次寻找木星时，他原本期望是看到那些恒星的队形不变，木星相对于它们向西移动。事实上他所看到的却是木星向东移动了，它们仍在同一条直线上。这使他感到困惑，他以为也许是天文星表错了，木星已经回到顺行方向，也就是自西向东移动。木星看似异常的行为极大地引起了他的兴趣。

1月9日那天是个阴天，但到10日，他又可以观察这颗行星了。令他惊讶的是，他当天看到只有两颗星星，木星在它们两个的西边。显然，行星的运动依然是逆行的。但它们的表现为何以这种方式变化？在接下来一星期的观察过程中，他发现那里实际上有四颗小星星，木星并没有离开它们，而是一直在它们附近，跟它们保持在一条直线上，而且那些恒星沿着直线彼此相对移动，也相对木星移动。到了1月15日，他最终找到了这种奇怪行为的答案：木星有四个卫星！

这一发现的新颖性和重要性无论怎么说都不算夸大。自远古以来，天上只有七个“漫游者”，月亮和太阳、水星、金星、火星、木星，还有土星。现在，突然之间，它们中的一个被证明有四个同伴，古代伟大的哲学家们从来都不知道的四个漫游者。而且它们的发现回答了对哥白尼理论的一个主要批评：如果地球是一颗行星，为什么地球会是唯一拥有一颗卫星绕行的一颗行星，宇宙中又怎么会有两个运动中心？现在显而易见的是，地球不是唯一拥有卫星的行星，无论人们赞成什么世界体系学说，宇宙都有不止一个运动中心。如果木星的卫星更富有魅力，那么不平整的月球表面就更具有哲学意义。这就是表明天体并不完美的客观证据。

再过多长时间就会有别人发现同样的现象？伽利略知道他必须尽可能快地发表他的发现。如果一位优秀的观测者，即使所用的仪器不如他的强大，也会观察到月球表面的粗糙不平。而且，木星卫星在这颗行星周围形成了明亮而引人注目的排列，对于成功改进望远镜放大倍数的任何人来说都是显而易见的。⁽³⁴⁾显然，时间至关重要。伽利略不想被别人抢先发表，更迫切的原因是他还没有放弃改善生活地位的希望。威尼斯议会没能提供进一步发展的希望。伽利略多年来一直与他的家乡托斯卡纳保持非常紧密的联系。几年前，在1605年的夏天，他担任年轻的科西莫·德·美第奇（Cosimo de'Medici）的数学导师，这个年轻人在1609年成为托斯卡纳大公科西莫二世，伽利略跟美第奇宫廷保持着密切接触。这些令人眼花缭乱的新发现为伽利略提供了从他家乡的统治者那里获得赞助的机会。

伽利略继续他对木星卫星的观察，还绘制了已知一些星座和星群中用望远镜可见无数恒星的几个例子，与此同时，伽利略详细记述了他的各项发现。早些时候，大概是在秋天到佛罗伦萨的一次短暂访问期间⁽³⁵⁾，他向大公展示了从他的一架早期窥镜中看到的月亮的样子。他这时又向托斯卡纳宫廷写了一份关于他的发现（截至1月30日）的简要报告⁽³⁶⁾：

我目前在威尼斯已经印刷了有关天体的一些记录图，它们是我用我的一架窥镜发现后做出来的，而且因为它们令人大为惊奇，我无限地把恩典归于上帝，这使他欢喜从而让我独自成为值得赞美之事的首位观测者，它们在过去这些年代里一直隐藏不显。关于月亮是一个与地球非常相似的天体之事，我已经进行了确认，并部分地展示给了我们最尊敬的殿下，虽然不完美，因为当时我还没有我现在拥有的性能卓越的窥镜。除了月亮，这架窥镜让我发现了前所未见的大批恒星，它们的数量比我们自然可见恒星数量的十倍还多。更重要的是，我已经独自弄清楚了哲学家们之间一直存在的一个争议，那就是，银河是什么。但是，超越所有奇迹的是，我发现了四颗新的行星，并观察了它们规则和特殊的运动，它们之间运动的区别以及它们与所有其他星辰运动的区别；而这些新行星围绕另一个非常大的星星⁽³⁷⁾运动，就像金星和水星⁽³⁸⁾，可能还有其他已知的行星，围着太阳运动一样。一旦小册子完成了，我就将之作为公告发送给所有的哲学家和数学家，我还会把一本小册子，连同一架优良窥镜一起，呈送给最尊敬的大公，这样他就可以验证所有这些事实。

伽利略很快听说科西莫大公和他的三个兄弟“对（他）这种近乎超自然智慧的新证据感到惊讶”⁽³⁹⁾，这时他做了一个非常精明的举动。2月13日，他给大公的秘书写了如下一封信⁽⁴⁰⁾：

至于我新的观察，我确实会把它们作为公告发给所有哲学家和数学家，但也不能没有我们最尊敬大公的支持。因为既然上帝喜悦我，让我能够通过这样奇异的迹象，向我的主人显示我的奉献和我要使他光荣的名字与群星一样长存的愿望，因为我是第一个发现者，为这个新行星取什么名字取决于我，我希望效仿把那个时代最卓越的英雄置于星空的那些古代智者，用最尊敬的大公的名字来铭记它们。我只剩下一点犹豫不决，我是否应该把所有四颗星都献给大公一人，以他的名字称之为“科西莫之星”（Cosmian ［Cosmica］）⁽⁴¹⁾，或者，既然它们的数目正好为四，所以把它们献给大公所有的四兄弟，称之为“美第奇之星”（Medicean Stars）。

大公秘书回复邮件告诉他，后一个选项是更让人喜欢的。⁽⁴²⁾然而，伽利略之前以为大公会更喜欢“科西莫之星”（也是“宇宙之星”的意思），而且在秘书的回函到来之前印刷已经开始了。因此，在文本的第一页上，这些新行星被称为拉丁文的“科西莫之星”（Cosmica Sydera）。在此书大多数（如果不是全部）的复本中，通过贴上印有拉丁文“Medicea”的纸条覆盖“Cosmica”来纠正这个错误⁽⁴³⁾。在印刷过程中，伽利略继续观测那些新行星。他的最后一次观测日期是1610年3月2日。在最后一刻，他还决定扩展固定恒星的部分，添加一些恒星排列的真实插图（和解释性文字）。包含这些材料的四个页面被添加在了书的中间，没有编页码。看起来在印刷工作接近完成之际，伽利略仍然对稿件进行了最后的修改，因为现存的手稿最后几页上到处是补充和更正，看起来仅仅是一份初稿。⁽⁴⁴⁾

《星际信使》的献辞上写的日期为1610年3月12日，而且第二天，伽利略向托斯卡纳宫廷寄出了一本未经装订的样书，并附上了一封信。⁽⁴⁵⁾3月19日，他将正规装订的一本书，连他作出这些发现的那架窥镜一起寄出，以便大公能够亲眼看到新的天象。他还提到印制好的550份已经售罄，并宣布了他推出新的、扩充版本的计划。⁽⁴⁶⁾但这个计划没有任何结果。

经过一番考虑之后，伽利略选择了《星际信使》（Sidereus Nuncius）作为他这本小书的书名。正如前言中所解释的，单词nuncius既可以表示信使，又意味着信息。因为在通信中提到了这本书的时候，他使用的是意大利语avviso，即公告或快信（甚至是Avviso Astronomico 即“天文公告”这样的名字）⁽⁴⁷⁾，我们可以假定他本意是这个词的后一种意思，我们因此应该把书名翻译“星际信息”（Starry Message或Sidereal Message）。但是伽利略同时代的许多人，包括约翰内斯·开普勒，都认为nuncius的意思是使者，伽利略多年来并没有反对这种解释。因此，将他这部著作称为《星际使者》的传统就扎根了，因此我并没有偏离这个传统。

这本书以一封用词华丽的献辞开始，伽利略在其中称赞高贵的科西莫二世，并将新行星献给了他。这类题献之作直到19世纪依然是常见做法，因为那时候的科学资金严重依赖个人赞助。伽利略正是为两类观众写作，一是他预期的赞助人科西莫二世，还有他的科学同行们。正如我们将要看到的，这种方法取得了成功。

《星际信使》的正文以标准的注重修辞的介绍开始，简要介绍了各项发现的卓越性和新颖性。接下来简要介绍了该仪器以及它是怎样发挥作用的，只有这样，伽利略才为讨论他的发现做好了准备。这个讨论由两个很长的部分组成，一部分是关于月球的，一部分是关于木星卫星的，两部分之间插入了对恒星，还有恒星与行星之间的外观差异的简短讨论。结论部分的内容非常少，鉴于这部作品是匆忙赶出来的，这并不令人感到奇怪。

关于月球的部分本身就是一篇小论文。它代表了伽利略第一次用望远镜进行的研究，因此，毫不奇怪，就论证的连贯性和说服力而言，它是本书最好的部分。读者可以欣赏到对月球表面上的光线和阴影运动的描述，这种运动揭示了它崎岖不平的性质。这是对我们这颗卫星令人信服的口头描绘，得到了视觉证据的支持。版画的质量有令人不能满意的地方，但它们表现效果仍然令人印象深刻。在伽利略对月球现象的描述中，他与地球上的现象进行了比较，从而有力地强调了月球具有与地球类似的性质。有一处，他甚至将一个巨大的圆形中央山谷（很可能是阿尔巴塔尼环形山，Albategnius）与波希米亚（地球上一个被山脉环绕的大平原）进行对比。此外，月球和地球之间的类似性显然与毕达哥拉斯学派宇宙观有直接联系，当时毕达哥拉斯学派的观点经常（尽管是错误地）被指为哥白尼理论。

伽利略充分了解这些发现的革命性，预期到会有争议。如果月球上有山脉，那么为什么其边缘看起来不像齿轮的轮廓？他正确地解释道，可见半球边缘的山谷被它们前后相连山脉的那些山峰所填充。因此，圆形轮廓中的不完美性在很大程度上被消除了。

事实上，要再过50年，望远镜性能才能变得足够好，才能显示月球轮廓中仍存在的微小不规则性。⁽⁴⁸⁾作为另一种不完全的解释，伽利略提出了这样的可能性，就像地球一样，月球被一种比以太密度更大的物质包层所环绕（不过他后来撤回了这个解释）。月球上的山脉有多高？用一种漂亮的几何算法，伽利略根据阴影的长度得出了一个数字。他的结论是山脉高度超过了4英里（6.44千米），在他看来，这比地球上的山脉要更高。

月亮的黑暗部分并不总是显得完全是黑的。在新月（也就是与太阳距离最近，称为“合”）之前和之后的一段时间，黑暗的部分看起来被一种灰光照亮。几个世纪以来，对这种现象已经提出了好几种解释，但只要思想家们还相信地球是一个黑色且不反射光的基体，那么就无法找到目前的解释。伽利略给出了正确的解释。当月亮是新月时，从月球上看到的地球是“满”的。来自太阳的光线被地球反射，从而照亮了月球上的黑暗部分，这样从地球上看来，月亮细镰刀形这部分被“抱”在阳光直接照亮，从而出现这种“新月抱旧月”的现象。伽利略并不是第一个给出这种解释的人：莱昂纳多·达·芬奇（Leonardo da Vinci）在一个未发表的笔记中首先提出了这种解释，是在一个世纪以前⁽⁴⁹⁾；约翰内斯·开普勒说，他的老师迈克尔·马斯特林（Michael Maestlin），一位哥白尼学说的拥护者，在1596年发表如今已经佚失的一套论文中已经提出过它了⁽⁵⁰⁾；而且开普勒本人在他1604年出版的《天文学中的光学》（Astronomia pars Optica）一书中给出了完整的解释⁽⁵¹⁾。

伽利略接下来把注意力转向了恒星和行星。首先，他指出，恒星不会像月亮那样被望远镜放大。它们的亮度会增加，但它们的尺寸只是略微被放大了。另一方面，行星会被望远镜分解成具有清晰轮廓的圆盘，就像小个儿的月亮一样。在这里，在对这些小尺寸、而与其尺寸相比显得非常明亮的天体的观测中，伽利略在望远镜技术方面的领先地位最为明显。但是，我们不能让这种工具的优越性掩盖伽利略作为观察者的不可思议的才能。他抓住了这样一个事实，即他的望远镜所呈现的恒星放大图像至少大部分是虚假的，是像差所致。他之后的天文学者们很多自身也是天才的观测者，也使用了更好的望远镜，有时仍然相信他们正在观察的是已经被分辨出来的、测量直径的恒星盘面。

因此，恒星和行星之间的大小存在着巨大的差异，合乎逻辑的结论是，恒星虽然常常非常明亮，但与我们的距离要比行星到我们远得多。这就支持了哥白尼理论，在哥白尼理论中，因为看不到恒星周年视差，因而把恒星放到了离太阳和地球非常遥远的位置，在当时被认为是最远的行星土星和恒星天球之间留下了巨大的间隔。但伽利略在这部分内容里并没有提到哥白尼理论。

该节继续描述通过望远镜可以看到不计其数的恒星。伽利略展示了两个例子，即猎户座的腰带和剑的区域，以及昴宿星团，这两个都是众所周知的形状组合。他曾计划绘制整个猎户座星图，但其中有太多恒星，迫使他选择了一个较小的区域。该节以对银河系和其他云状斑块的讨论作为结束。伽利略认为，这些星云能被望远镜分解成许多小星星的聚集体，并以猎户座头部区域的星云以及巨蟹座的鬼星团，也就是蜂巢星团（古代称为马槽）作为实例证明。

本书最冗长的部分是关于在木星周围发现的新行星。在这里，伽利略呈现了直截了当的事实记录，讨论了他从1月7日到3月2日期间所有的观测。如果他只是描述了他的发现并给出了关于木星及其同伴队形的一两个例子，那么他的主张就不那么令人信服了。按顺序展示的漫长的观测结果使读者熟悉了那些卫星的运动，以及整个队形相对于恒星的运动，并证明了他进行这些观测时的细致。伽利略总结了他的结果如下：有四颗卫星绕木星转，同时木星围绕世界中心运行；这些卫星在大小不同的轨道上绕木星运行，轨道越小，周期越短。尽管伽利略尚未能确定这些周期，但他指出最近卫星的周期约为一天左右，而最远的周期约为半个月。

在这里，伽利略利用这个机会支持了哥白尼体系，尽管他没有声明他对该世界体系的忠诚。在托勒密体系中，地球是所有天体运动的唯一中心；在哥白尼体系中，运动有两个中心，即太阳和地球（行星围绕太阳转，月球是地球的卫星）。为什么，哥白尼体系的反对者问，地球是否是唯一拥有卫星的行星？此时望远镜提供了答案：地球不是唯一有卫星的行星；木星有不少于四颗卫星。

还有一个小问题。在伽利略看来，木星卫星的表观大小似乎随着时间而变化。他给出的解释是，假设木星像地球和月球一样，有一个比其他地方以太的密度更大的物质包层，当这个包层介于卫星和观测者的眼睛之间时，它会部分遮挡卫星。

在这里，正如他在关于月球那部分所做的那样，伽利略承诺在未来一本关于“世界体系”作品中为读者提供更丰富的讨论。那本书要一直到1632年才能出版。与此同时，他以很快将会把更多信息带给读者的承诺，结束了这本小册子。

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(1)　在眼睛中，光被角膜、房水、晶状体和玻璃体折射，但只有晶状体可以调整。当晶状体比较扁平时，无需调整形状，来自远处物体的光会聚焦在视网膜上；当它比较凸出时，形状已经过调整，来自附近物体的光会聚焦在视网膜上。晶状体的适应性会逐渐降低，并且在四十多岁时，大多数人开始出现对距离大约2英尺以内物体聚焦的困难。此时，阅读变得困难，从而必须使用由单片凸透镜做成的阅读眼镜，能为近距离工作提供额外的屈光能力。参见简·F.科瑞兹（Jane F.Koretz）和乔治·H.昂德尔曼（George H.Handelman），《人眼如何聚焦》，《科学美国人》第259卷第1期（1988年7月），第92—99页。

(2)　罗杰·培根，《大著作》，翻译罗伯特·B.伯克，第2卷（费城：宾夕法尼亚大学出版社，1928年），第574页。

(3)　同上，第582页。

(4)　爱德华·罗森，《眼镜的发明》，《医学史和相关科学杂志》1956年第11期，第13—46、183—218页。

(5)　文森特·吉拉迪，《15世纪佛罗伦萨和米兰的眼镜和凹透镜：新文件》，《文艺复兴季刊》1976年第29卷，第341—360页。在近视眼中，角膜和晶状体组合具有过多的屈光力，所以来自远处物体的光线在视网膜前面聚焦。因此，近视的人无法清晰地看到远处的物体，但把物体拿到非常靠近眼睛的位置，就能看清楚了。

(6)　罗尔夫·维拉赫（Rolf Willach），《发明望远镜的漫漫长途》（The Long Journey to the Invention of the Telescope），《美国哲学学会学报》2008年第98期第5部分，第93—99页。

(7)　对于此类主张的检验，参见阿尔伯特·范海登（Albert Van Helden），《望远镜的发明》，《美国哲学学会学报》1977年第67卷第4部分，第5—16页。

(8)　同上，第24页。

(9)　同上，第20、35—36页。

(10)　同上，第20—25、35—44页。

(11)　同上，第21—23页。

(12)　对于此类主张的检验，参见阿尔伯特·范海登，《望远镜的发明》，《美国哲学学会学报》1977年第67卷第4部分，第25—28页。

(13)　同上，第44—45页。

(14)　《保罗·萨尔皮致弗朗切斯科·卡斯特里诺》（Paolo Sarpi to Francesco Castrino）（1608年12月9日），见曼利奥·杜里奥·布斯内利《保罗·萨尔皮神父与胡格诺教徒致弗朗切斯科·卡斯特里诺的往来书信》，《威尼斯皇家科学、人文和艺术研究所学报》（1927—1928年，第87期，第2部分），第1069页；转载自《保罗·萨尔皮神父》《给新教徒的信》，布斯内利编，2卷本。（巴里：朱斯、拉特尔扎父子出版社，1931年），第2卷，第15页。另见《萨尔皮致杰罗姆·格罗斯洛·德·艾尔》，1609年1月9日，同上，第1卷，第58页。

(15)　萨尔皮致巴多维尔的信，1609年3月30日。见布思尼利，《未发表的通信》，1610。萨尔皮写完信后3到5周收到了巴黎的回信。因此，我们可以认为，在5月中旬之前不多久，巴多维尔的答复才刚到达他的手中。这与伽利略的陈述非常吻合，他听到了传言，并且“大约在10个月之前”得到了证实，那么从1610年3月中旬算起，证实的时间就可定为1609年5月中旬。

(16)　伽利略《试金者》（1623）。见斯蒂尔曼·德雷克和C.D.奥马利（C.D.O'Malley），《关于1618年彗星的争论》（The Controversy on the Comets of 1618），（费城：宾夕法尼亚大学出版社，1960年），第211页。

(17)　《伽利略著作集》第10卷，第250、255页。

(18)　同上，第253页。此处除了些许修改，我遵从了斯蒂尔曼·德雷克的译文，见《伽利略科学传记》（Galileo at Work：His Scientific Biography），（芝加哥：芝加哥大学出版社，1978年），第141页。另见爱德华·罗森《伽利略致兰杜齐信函的真实性》，《现代语言季刊》1951年第12卷，第473—486页。

(19)　《伽利略著作集》第10卷，第250—251页。

(20)　《伽利略著作集》第10卷，第254页。

(21)　同上，第9卷，第116—117页。

(22)　《驻暹罗王国大使馆致最杰出的莫里斯亲王》，1608年9月10日抵达海牙（海牙，1608），第11页。见斯蒂尔曼·德雷克，《被埋没的记者和望远镜起源》（The Unsung Journalist and the Origin of the Telescope），（洛杉矶，泽特林和冯·布鲁日出版社，1976年）。

(23)　泰莉·布鲁姆（Terrie Bloom），《借来的洞察力：哈里奥特的月球绘图》（Borrowed Perceptions：Harriot's Maps of the Moon），《天文学史杂志》1978年第9期，第117—122页。

(24)　关于古列尔莫·里吉利（Gugleilmo Rigihini）检查伽利略月球观测日期的问题，见《对伽利略月球观测新考察》（New Light on Galileo's Lunar Observations），收入《科学革命中的理性、实验和神秘主义》（Reason，Experiment，and Mysticism in the Scientific Revolution），玛利亚·路易莎·里内利·博纳利（Maria Luisa Righini Bonelli）和威廉·谢（William Shea）编（纽约：科学史出版社，1975年），第59—76页。 也参见欧文·金格里奇，《里吉利教授关于〈星际信使〉的论文》（Dissertatio cum Professore Righini at Sidereo Nuncio），同上，第77—88页。斯蒂尔曼·德雷克，《伽利略最初的望远镜观测》（Galileo's First Telescopic Observations），《天文学史杂志》1976年第7期，第153—154页。还有里吉利，《伽利略的天文著作为科学解释做出的贡献》（Contributo alla Interpretazione Scientifica dell'Opera Astronomica di Galileo），专著第2辑，《科学史学会和博物馆纪事》（佛罗伦萨，1978年），第26—44页。我这里采用了埃文·A.惠特克《伽利略的月球观测和〈星际信使〉完成日期》里的结论，见《天文学史杂志》1978年第9期，第155—169页。

(25)　罗杰·阿里厄（Roger Ariew），《在中世纪月球理论背景下的伽利略月球观测》，《科学史和科学哲学研究》1984年第15期，第213—226页。

(26)　《伽利略著作集》第10卷，第273页。我采用了德雷克在《伽利略最初的望远镜观测》的翻译，见《天文学史杂志》1976年第7期，第153—168页，其中第155页。

(27)　《伽利略著作集》第10卷，第277页；德雷克，《伽利略最初的望远镜观测》，第157页。我对德雷克的翻译略作了改动。

(28)　《伽利略著作集》第10卷，第277页；德雷克，《伽利略最初的望远镜观测》，第157页。我对德雷克的翻译略作了改动。

(29)　《伽利略著作集》第10卷，第277—278页；德雷克，《伽利略最初的望远镜观测》，第158页。

(30)　对于具有球面曲率的透镜，平行于光轴的入射光线不会完全汇聚在同一点上。这种缺陷被称为球面像差（球差），当时的几位作者已经知道了。尽管伽利略可能也熟悉它，但他在此时的作品中并未提及它。此外，入射光通过透镜过程中被分解成多种颜色的光谱，且不同的色光在不同的距离处聚焦。这种缺陷被称为色差，最初是由艾萨克·牛顿于1672年指出的。对于穿过镜片外缘部分的光线，这两种缺陷更为明显。

(31)　在亚里士多德的宇宙论中，天体与地上的物体完全不同。但是所有的天体都是由相同的天界材质构成的。因此，所有的天体都被称为星星。绝大多数“固定恒星”以不变的形式围绕地球转动。它们形成了七颗“游荡的星星”（wandering star）运动的背景，后者在黄道带穿行的路线可以被绘制出来。我们“行星”（planet）一词来源于希腊语“游荡者”。

(32)　斯蒂尔曼·德雷克，《伽利略走向彻底哥白尼主义的过程和忏悔》（Galileo's Steps to Full Copernicanism and Back），《科学史和科学哲学研究》1987年第18期，第93—105页。

(33)　包括地球在内的所有行星都以相同的方向绕太阳运行，从西向东，内侧行星比外部行星运动更快。当地球外侧的一颗行星处于“冲”位时，地球的快速运动使得那颗行星看起来好像正在沿着黄道带向后运动，也就是从东向西移动。

(34)　在接近“冲”位时，木星的四颗伽利略卫星具有的星等在5到6之间。如果忽略木星的亮度，凭借裸眼就能看到它们。有证据表明，至少有一颗曾在中国用裸眼观察到过。见席泽宗，《伽利略前二千年甘德对木卫的发现》，《中国天文和天体物理学杂志》1981年第5期，第242—243页；和大卫·W.休斯，《伽利略晚了2000年了吗？》，《自然》第296期（1982年3月18日），第199页。

(35)　斯蒂尔曼·德雷克，《伽利略科学传记》（Galileo at Work），第142页。

(36)　《伽利略著作集》第10卷，第280—281页。

(37)　木星。

(38)　在托勒密地心体系的一个变体中，金星和水星围绕着太阳运行。

(39)　《伽利略著作集》第10卷，第281页。

(40)　同上，第283页。

(41)　科西莫大公名字的意大利语Cosimo，拉丁化之后是Cosmus。Cosmica是其形容词形式，也是希腊语中的“宇宙”或“世界”。Cosmica意思可以是“科西莫的”“宇宙的”或“世界的”。这种含糊导致大公秘书贝利萨里奥·文塔（Belisario Vinta）更倾向于Medicean。在即将发表的一篇名为《徽章制造者伽利略》（Galileo the Emblem Maker）的文章中，马里奥·比亚焦里记下了木星在美第奇家族神话中的重要性。

(42)　《伽利略著作集》第10卷，第284—285页。

(43)　安东尼奥·法瓦罗（Antonio Favaro），《伽利略和他在帕多瓦的研究》，第2版（帕多瓦：安特诺尔出版社，1966年），第1卷，第299—300页。

(44)　《伽利略著作集》第3卷第1部分，第46—47页。还要注意，在本书的最后两页中是缩印，有很多缩写词。 见《星际信使》（威尼斯，1610年），f版本，第28页。

(45)　《伽利略著作集》第10卷，第288—289页。

(46)　同上，第300页。

(47)　同上，第283、288、298、300页。

(48)　乔凡尼·多米尼克·卡西尼于1664年第一次看到了它们。参见朱塞佩·坎帕尼（Giuseppe Campani），《新观测到的两个细节》（Ragguaglio di due Nuove Osservazioni）（罗马，1664年），第38—40页。

(49)　莱昂纳多·达·芬奇（1452—1519），莱克斯抄本，已拍卖，f卷第2页。 参见珍·罗伯茨（Jane Roberts），《已拍卖的莱昂纳多·达·芬奇抄本：水、大地和宇宙》（Le Codex Hammer de Leonard de Vinci，les eaux，les terre，l'univers），（巴黎：雅克·安德烈出版社，1982年），第12、30页。

(50)　爱德华·罗森，《开普勒〈与伽利略星际信使的对话〉》 （纽约：约翰逊出版社，1965年），第32卷，第117—119页。

(51)　《天文光学》（1604），《约翰内斯·开普勒文集》第2卷，第223—224页。