幽灵线条：火星运河的兴亡

即使指出来，也不是每个人都能第一眼就看见这些微妙的特征，要感知更微小的细节则需要敏锐的眼睛加上训练，并在最好的条件下观察……这些就是火星运河。

——《火星及其运河》（Mars and Its Canals），

帕西瓦尔·洛厄尔（Percival Lowell, 1855–1916）

洛厄尔认为这种几何结构不可能因地质作用而产生。这些线条太直了，只有智慧生物才搞得出来。这是个我们都会同意的结论，唯一的争议在于智慧生物在望远镜的哪一头。

——《外星球文明的探索》（The Cosmic Connection），

卡尔 · 萨根（Carl Edward Sagan, 1934–1996）

/天文学家的狂欢

从火星极冠到火星运河

它们是自然形成的还是人工修建的呢？

人类对火星表面有意义的观测始于荷兰科学家克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens,1629–1695），他于1659年画出了火星上的一大块三角暗区，它在历史上被不同的人多次命名，最终得到公认的名字是大瑟提斯或大流沙（Syrtis Major）。利用这个望远镜中火星最显著的地理特征，惠更斯估计火星的自转周期约为24小时。火星在两极处有被称作极冠的明亮白色冰冠，容易让人想起它与地球的相似性。有些人根据惠更斯在1656年的观测草图认为他是火星极冠的最早发现者，不过这存在着争议。

1666年，法国天文学家乔瓦尼·卡西尼（Giovanni Domenico Cassini,1625–1712）没有争议地看到了火星两极的极冠，并给出了火星更精确的自转周期：24小时40分，只比实际值长两分多。后来的观测者们发现极冠会随着火星季节的变化而增大和缩小，他们认为这是冰雪的融冻，今天知道是二氧化碳的升华和凝华。

卡西尼之后，对火星观测贡献较大的天文学家是英国的威廉·赫歇尔（Frederick William Herschel,1738–1822）和有“德国的赫歇尔”之称的约翰·希罗尼穆斯·施罗特（Johann Hieronymus Schröter,1745–1816）。施罗特是个悲剧人物，他数十年如一日地勤奋观测，直到他68岁那年拿破仑的军队洗劫了他在利林塔尔（Lilienthal）的天文台，抢走了望远镜，烧毁了大量观测书籍和记录。1840年，威廉·沃尔夫·比尔（Wilhelm Wolff Beer,1797–1850）和约翰·梅德勒（Johann Heinrich von Mädler,1794–1874）合作绘制了第一张真正的火星图。在19世纪60年代，诺曼·洛克耶（Joseph Norman Lockyer,1836–1920）、道斯（William Rutter Dawes,1799–1868）、理查德 ·普罗克特（ Richard Anthony Proctor,1837–1888）、安杰洛·塞奇（Angelo Secchi,1818–1878）、弗雷德里克·凯瑟（Frederik Kaiser,1808–July 1872）等天文学家们又绘制了更加细致的火星图。

1840年，德国天文学家约翰·梅德勒与威廉·比尔是最早绘制火星地图的制图者，他们共同完成了这幅火星地图的绘制。其中，位于左侧、标注为“d”的小黑点即为“火星之眼”索利斯湖。

天文爱好者们知道火星是颗对观测时机很挑剔的行星。每隔780天左右，地球会运行到太阳和火星之间，三者排成近似的直线。这段时间火星离地球最近，最适合观测，这种现象叫作火星冲日。与地球接近正圆的公转轨道不同，火星的公转轨道明显呈椭圆形。所以当冲日发生在火星远日点附近时，地球与火星的距离约为一亿千米。如果发生在近日点附近，距离就只有不到六千万千米了，这一绝佳时机就是每隔15或17年发生一次的火星大冲。当火星离地球最远时，其视直径只有4角秒。在最差的冲日时，火星的视直径为14角秒。在最好的大冲时，火星的视直径可达25角秒，其实也不过是满月的七十几分之一。

火星大冲在今天只是爱好者们的狂欢，但是在人类能够向火星派出探测器之前，它有黄金般的科研价值。

1877年发生了火星大冲，全世界的望远镜纷纷指向了火星。此时美国天文学家阿萨夫·霍尔（Asaph Hall III,1829–1907）在美国海军天文台（United States Naval Observatory）使用26英寸（66厘米）口径的世界最大折射镜，寻找着火星可能存在的卫星。经历了数夜的徒劳无功后他决定放弃，妻子鼓励他再多看几夜，就在下一个晚上，他发现了火卫二，几天后又发现了火卫一。后世用霍尔妻子婚前的姓氏斯蒂克尼（Stickney）命名了火卫一上最大的陨石坑。

1877年，火星大冲。美国天文学家阿萨夫·霍尔在美国海军天文台使用26英寸（66厘米）口径的世界最大折射镜，寻找着火星可能存在的卫星，发现了火卫二、火卫一。

在米兰的布雷拉天文台（ Brera Observatory），台长、意大利天文学家乔凡尼·斯基亚帕雷利（Giovanni Virginio Schiaparelli,1835–1910）也不会放过这次宝贵的火星观测良机。他使用一台口径8.6英寸（22厘米）的折射镜，比霍尔的小得多。他是个经验非常丰富的观测者，此时他的目标是画出一张全新的火星图。始料未及的是，他发现火星表面遍布着一种未曾见过的地貌特征：交织成网的线条。不同于地球上蜿蜒的河流，这些线条都很直。有些线条明显可见，而另一些像纤细的蛛丝般微妙。他称这些线条为canale（水道，复数为canali），在这次大冲时间段里，斯基亚帕雷利共记录了40条canali。

1877年，斯基亚帕雷利使用这台口径8.6英寸（22厘米）的折射镜，发现火星表面遍布着一种未曾见过的地貌特征：交织成网的线条。不同于地球上蜿蜒的河流，这些线条都很直。有些线条明显可见，而另一些像纤细的蛛丝般微妙。

复刻版，出自弗拉马里翁（C. Flammarion）约1898年出版的《天界的奇观》（De wonderen des hemels）。原版：斯基亚帕雷利先生根据他在1877年至1886年的观测绘制的火星双运河新地图。

canale在意大利语中可以指天然或人工的水道。这个模糊不清的词反映了斯基亚帕雷利心中的摇摆不定，它们是自然形成的还是人工修建的呢？这个发现在传播过程中也发生了扭曲，意大利语的canale被译成英语的canal（运河），线条被定性成了人造物。

运河在当时是个热门词汇，苏伊士运河于1869年通航，巴拿马运河和科林斯运河都是在1881年开始动工。斯基亚帕雷利早年也曾在都灵大学学过水利工程学。如果那些线条真的是运河，火星人就必定拥有地球人遥不可及的工程能力。

值得注意的是，霍尔用着比斯基亚帕雷利好得多的望远镜，但只发现了两颗火卫，没看到运河。此外，英国天文学家纳撒尼尔·格林（Nathaniel Everett Green,1823–1899）也观测了1877年大冲并绘制了火星图。他同时也是个画家，后来还为维多利亚女王和一些王室成员教过美术。

1877年，英国天文学家格林观测并绘制的火星。

格林的观测点在马德拉岛（距葡萄牙首都里斯本约1000千米的大西洋）上，观测条件很好，他用的是13英寸（33厘米）口径反射望远镜。在他绘制的图上没有出现斯基亚帕雷利那种纵横交错的线条。

格林根据1877年的观测所绘制的火星全图。

/诸神之战

火星运河，有，还是没有？

我绝对确信我所看到的。

在天文观测中，环境和器材之外还有人的因素。人与人的视力显然是不同的，大多数人或多或少都有视力缺陷。如果是近视或远视问题倒不大，它们靠望远镜调焦就能修正。散光需要在眼睛和目镜之间增加镜片来修正，但多出的镜片会给行星观测带来少许不利影响。此外还有色弱和色盲，斯基亚帕雷利就有色盲症。

但即使在视力没什么缺陷的人之间，观测能力也会有很大的不同。一个目标或者特征在一人眼中显而易见，而在另一人眼中渺无踪影，这一点儿也不奇怪。原因有先天因素也有后天因素，有的人天生视觉敏锐，不过对所有人来说，不断积累观测经验能增进察觉困难目标的能力。此外威廉·赫歇尔还说过，如果一个目标看不到，可以尝试在更好的望远镜中看一次，然后就可能会在原来的望远镜中看到它了。他是在说预知目标的位置和样子能让人更容易发现它，很多爱好者都有这种经历，而且不是因为心理作用而是确实看到了。

然而另一方面，没有看到目标，却因为有所期望而产生了看到的幻觉，这种事情也是层出不穷的。将“观测能力存在个体差异，有些人不愿被认为观测能力差”和“如果对目标或特征有所预期，可能会产生看到了它的幻觉”这两件事结合起来，可以想象“皇帝的新装”在天文观测中也有可能发生。

斯基亚帕雷利根据1877年火星大冲期间的观测绘制的首张地图。运河结构在这张地图上已经出现，尽管其轮廓尚不如后续观测中那般清晰。

天文学界对斯基亚帕雷利的发现看法不一。他最早的支持者是后来以撰写了《大众天文学》（Astronomie Populaire）而闻名的法国天文学家卡米耶·弗拉马里翁（Nicolas Camille Flammarion,1842–1925）和比利时天文学家弗朗索瓦·特尔比（François J.Terby,1846–1911）。弗拉马利翁多次在文章中引用斯基亚帕雷利的工作，特尔比翻阅了前人的观测记录，认为从1862年起许多观测者都看到了少许运河。英国天文学家托马斯·韦布（Thomas William Webb,1807–1885）评论了格林和斯基亚帕雷利的火星图，说格林的像一幅画，而斯基亚帕雷利的像一张图纸。他们在天文学之外的背景也确实是画家和工程师。格林对于两人作品之间的巨大差异提供了几种可能的解释。首先是斯基亚帕雷利观测火星的日期更晚，也许火星表面真的有一些变化。其次，也许两人在观测上并没有那么大的差异，但斯基亚帕雷利绘画水平欠佳，导致了图中都是生硬的线条。最后，斯基亚帕雷利有将一系列邻近的点连成直线的倾向，或者将不同明暗度区域间的边界看成线条。斯基亚帕雷利回复说，那些运河毫无疑问地存在，就像莱茵河一般真实。

由法国天文学家卡米耶·弗拉马里翁绘制的火星地图，刊载于其著作《天空的世界》（Terres du Ciel，1884 年）。

1879年火星再次冲日，观测条件虽然不及两年前的大冲，仍是研究火星表面的好机会。爱尔兰天文学家查尔斯·伯顿（Charles Edward Burton,1846–1882）在这次冲日期间独立发现了十几条运河，其中不少是斯基亚帕雷利曾经看到的。艾蒂安·特鲁夫洛（ Étienne Léopold Trouvelot,1827–1895）看到了九条运河。爱德华·克诺贝尔（ Edward BallKnobel,1841–1930）也看到了一些运河，但他直到1882年才上报。路易斯·尼斯滕（Louis Niesten,1844–1920）看到了一些类似运河的东西，但认为它们基本上是不同明暗度区域间的边界。斯基亚帕雷利除了新发现了一些运河外，还看到了一个更加奇异的现象：有一条运河变成了一对平行的双运河，原运河的位置没有变，旁边又多出了一条。他没有立刻公开这一发现。

1881年的火星冲日比1879年还要差些，斯基亚帕雷利在观测到更多双运河后公布了发现。到这一年为止，他总计发现了六十条运河，其中二十条有成双现象。斯基亚帕雷利强调无论运河还是双运河都不可能是错觉，因为他已经足够警惕了，“我绝对确信我所看到的。”1882年，格林在英国皇家天文学会的一次会议上发言，认为不同观测者所见的运河有时并不相同，所以接受它们时要慎重。这时，未来运河论战的反方主将之一的英国天文学家爱德华·蒙德（Edward Walter Maunder,1851–1928）出场了。蒙德说他也看过一些运河，但在不同的夜晚位置经常会有变化。他支持格林关于运河是不同明暗度区域间的边界的观点。会议结束后一个多月，作为运河主要支持者之一的伯顿倒戈了，表示赞同格林和蒙德。

1884年火星冲日的条件很糟糕。在1886年条件欠佳的火星冲日中，法国尼斯天文台（Nice Observatory）的亨利·佩罗坦（Henri Joseph Anastase Perrotin,1845–1904）和路易斯·托隆（Louis Thollon,1829–1887）用15英寸（38厘米）口径折射镜得到了与斯基亚帕雷利在1882年相似的观测结果，他们看到了运河网也看到了一些双运河，位置也和斯基亚帕雷利画的大致对得上。斯基亚帕雷利非常高兴，写信给特尔比说：“我非常重视这一证认，今后人们不会嘲笑我了。双运河很难解释，但必须承认它们的存在。”威廉·丹宁（William Frederick Denning,1848–1931）的观测也支持了斯基亚帕雷利。赫伯特·威尔逊（Herbert Couper Wilson,1858–1940）也看到了一些运河。这一年令斯基亚帕雷利高兴的事情还有他八年前向国家申请拨款购买的一台19.3英寸（49厘米）口径折射镜终于到手了，它的口径比之前一直用的那台大了一倍多。

1888年的火星冲日条件好转了不少。此时，尼斯天文台已经建成了口径30.3英寸（77厘米）的世界第二大折射镜。佩罗坦凭借此镜，发现火星上一块叫“利比亚”（Libya）的，面积比法国大一点的陆地完全消失了，他认为是被海水淹没了，这块陆地在之前的冲日中曾被斯基亚帕雷利观测到部分被淹没。这一年，霍尔也观测了火星，还是使用海军天文台那台发现了两颗火卫的26英寸口径（66厘米）折射镜，和1877年一样看不到运河。利克天文台（Lick Observatory）台长、美国天文学家爱德华·霍尔登（Edward Singleton Holden,1846–1914）发表了一些十九世纪70年代末他在海军天文台画的火星素描图，上面有一些运河，于是有传言说海军天文台的望远镜已经坏掉了。

美国海军天文台旧景。

此时，世界第一大折射镜就在利克天文台，它的口径达36英寸（91厘米），建成时宣称会终结火星运河争论。霍尔登和詹姆斯·基勒（James Edward Keeler,1857–1900）、约翰·舍贝勒（John Martin Schaeberle,1853–1924）两位同事对火星进行了观测，看到了一些运河，但没看到双运河，并看到“利比亚”完好存在着。霍尔登和基勒对火星的描绘都不同于斯基亚帕雷利，而且两人之间也存在着不少差异。弗拉马利翁在读过利克天文台的观测报告后心情沉重，他写道：“这些观测使我们绝望。越投入时间研究，仔细分析关于这颗神秘行星的无数各不相同的观测报告，越无法得出一个确定的结论。”