2017-02-02 邹佩（北大信科）， 如下内容来自邹佩同学选修课《地球与空间》的期末论文
编者记：
科学史与音乐史作为看似平行的两条时间脉络，却在不同时期有着不同程度的交错。在科学家不断探索宇宙深处的奥秘的同时，音乐家也试图将自己对于空间、宇宙的认识与音乐创作相融合。天体运动作为从古希腊时期就被持续研究的科学概念，不单对科学家有着持久的吸引力，也激发起音乐家们无限的创造力。
本文主要探讨音乐史中各个阶段中体现的对空间、宇宙的认识，并重点讨论了音乐家们对天体运行和音乐创作之间神秘关联的认识以及当前空间探索对音乐艺术发展的意义。
早在古希腊时期，毕达格拉斯与柏拉图就认为，音乐与天文学密切相关，即乐音和节奏体系必然体现天体之和谐，并同宇宙相对应。
柏拉图在《天体音乐》的美妙神话中将这一创想用诗歌的形式表达出来——天体音乐是行星运转而产生的音乐，只是人类无法听到。
之后的十几个世纪中，人类对世界、宇宙的认识被宗教统治，对天体运行与音乐之间联系的探索陷入了停滞。在相当长的一段时间内，音乐的题材集中于宗教、神话和纯粹音乐的领域，从公元初的格里高利圣咏到文艺复兴后的巴洛克时代，再到之后的古典主义时期和浪漫主义时期，无数的伟大作曲家涌现了，却鲜有与天体、宇宙相关的音乐流传。当然，这期间并不乏对天体音乐的探索。
然而天体音乐的创作真正走向正轨出现在十九世纪后期到二十世纪，这时音乐史走向了从浪漫主义向现代音乐模糊过渡的阶段。这一时期随着启蒙运动影响的深入和工业革命的展开，科学的力量逐渐为文艺界所接受乃至推崇，一些音乐家开始将自己对宇宙、天体运行的想象融入到音乐的创作中，比如约瑟夫·施特劳斯(Josef Strauss)的《天体运行波尔卡》，到霍尔斯特的《行星组曲》、斯托克豪森(Stockhausen)研究天体运动尝试进行“天体音乐”创作的失败，再到利盖蒂(Ligeti)《大气层》的微复调技术伟大尝试，都体现了作曲家对于地球之外世界的向往。
近年还有不少天文学家把天文信号制作成人耳可听的声音，更涌现了利用电子音乐技术将太空船NASA Voyager 一号二号在银河系录下的各行星所发出的电波音频转换到我们的可听范围创作的太空音乐。可以看出，音乐家们对于探索宇宙与音乐本源关联的热情从未停歇。
1 天体音乐的起源与早期探索
“在古代的希腊，数学、音乐和天文学是学校学习的公共课程。毕达哥拉斯的信徒们把数和音乐的音阶相联系，基于他们的数学、音乐及行星轨道方面的知识，他们形成了一种“天体音乐”的观念，这种观念把音乐和天文学牵连在一起。”
1.1天体音乐的概念
在毕达哥拉斯学派的观点中，天体音乐是指星体在宁宙运行时激起的灵气所造成的旋律。我们知道毕达哥拉斯学派一贯信奉“万物皆数”的观点，他们从宇宙是由数的和谐关系构成的观点去研究音乐。认勾宇宙中存在着两种不同的音乐，一种是人间音乐，一种天体音乐。天体音乐是一种永恒和谐的音乐，它由星体按照数的和谐规律在宇宙中以和谐的距离、预定的速度遵照一定轨道运行时激起的灵气所形成，体现了宇宙的和谐与比例，也体现了美的本质。这样的观点确实存在太多的抽象与想象，但确实成为人们将音乐的本质与天体相联系的理论起源。
1.2 毕达哥拉斯的天体音乐理论
在毕达哥拉斯看来，从地球向外数到固定星辰的最外层天体也是以音程方式排列的。他将从地球到月球、水星、金星、太阳、火星、木星、土星演绎成一个由全音程、半音程、小调三度构成的音阶，而将宇宙看成一个巨大的竖琴，每一根琴弦上放置着一颗星球。他的宇宙理论被后人总结成为下面这样的一幅宇宙琴弦图。
毕达哥拉斯的宇宙琴弦图
毕达哥拉斯学派对天体音乐的研究更多地是以数学、比例上的和谐来解释宇宙、天体运行中的和谐，而音乐中声音组合之间的和谐恰恰也符合简单比例之美，因而在毕达哥拉斯学派的理论中，天文、音乐和数学被紧密联系在了一起，虽然主要是哲学化的探讨而并没有进入正式的创作，但这样的观念的创生对后世天体音乐的创作无疑是意义巨大的。
2 宗教统治下的停滞与文艺复兴后的复苏
“从公元初到十四世纪，西方长期处于宗教的统治下，在这相当长的一段时间内科学方面的研究没有出现革命性的进展，人们对宇宙的认识也束缚在宗教的解释中，而对天体音乐的尝试也完全陷入了停滞。如果我们去追溯音乐史中十四世纪以前的时期，我们会发现宗教圣咏性质的作品占据的绝对的统治地位。但转折发生了。文艺复兴活动的兴起打破了宗教对文艺到科学各界的统治，也带来了对天体音乐新的尝试与探索。”
2.1 思想史——科学史——音乐史
2.1.1 思想史
对于人类文明思想史上几次重要的活动，我们已经比较了解了。古希腊语古罗马时期以后，西方文明进入了漫长的“中世纪黑暗时期”。在这一时期，教会严格地控制了文化教育，科学思想的传播被严格地控制，一直到十三世纪末。
十三世纪末，文艺复兴开始兴起，涌现出了大批的哲学家、科学家与艺术家，他们开始挑战宗教对人类思想的控制，这里面就包含了哥白尼和开普勒两位对天文学做出重大贡献的科学家。之后到来的是启蒙运动的兴起。如果说文艺复兴是对宗教思想控制的挑战，它仍然是集中在文艺、科学界为主，而启蒙运动将科学、理性的观传播到真正广泛的人群中去，使人们对艺术的创作真正走向自由，开始出现多种多样的题材，这带给了天体音乐重要的生命力。
进入二十世纪，思想更加自由化，人类对艺术的表现方式也呈现多样化，这一时期真正涌现出了许多基于天体运动而创作的音乐作品，之后我们将详细讨论。
2.1.2 科学史
我们主要讨论天文学的几次重要发展。我们知道长期以来地心说统治了天文学界，直到哥白尼的日心说让人们认识到地球不是宇宙的中心，打破了人们以直观感受来衡量地外空间的误区。
随后，开普勒基于第谷长期积累的天文学观测材料历经二十余年的研究终于总结出了开普勒三定律。开普勒定律和牛顿力学的创立，为天体力学的创立奠定了基础，天文学终于摆脱了只能以想象和观察来得到结论的境地，成为了一门具有系统数学模型和理论的学科，人类认识宇宙和星体运行也走向了正轨。
之后天文学的发展也经历了许多的飞跃，人们逐步认识到太阳系也不是宇宙的中心、宇宙的非衡定，以及大爆炸学说等等。而现代以来，随着人们对空间探查的进一步深入，我们对宇宙的认识不再局限于视觉上的观察和理论上的推断，许多曾经难以采集的精确的数据今天已经可以为我们所获得。这也给当代天体音乐的发展提供了十分有利的条件。
2.1.3 音乐史
严格来说，我们讨论的西方音乐史是巴洛克时期以来的音乐。可以说真正对我们的讨论有意义的音乐史也是从此开始的。
巴洛克时期和古典主义时期伟大的作曲家们并没有脱离宗教的约束，如巴赫、亨德尔这样的伟大作曲家，他们的作品仍然有大量是宗教作品，此外还有许多无具体题材的器乐作品，而像莫扎特、海顿、贝多芬这三位古典主义时期的代表性音乐家，他们的音乐也不会标明具体的内容，也就是说他们在创作之时是以纯音乐的方式去思考、写作的。
进入浪漫主义时期，音乐创作走向多样化，许多新的体裁被创造出来，而音乐的题材也开始丰富。最为重要的是，这一时期在柏辽兹、李斯特等人的努力下诞生了标题音乐，作曲家的创作开始出现了具体的主题。也正是在这样的环境下，最早的系统化的天体音乐出现了。之后进入二十世纪，更多的作品涌现出来，天体音乐真正从理论走向了现实。
2.2 开普勒与天体音乐
在天体音乐的复苏中，是开普勒重新拾起了这一为人们所遗忘的想法。开普勒感到需要找出一些宇宙所遵从的规则及概念间的内在联系。他在1618年出版的《世界的和声》一书中，将行星在它们椭圆轨道上的速度跟音乐的和声联系起来。他将行星的最大与最小速度跟音乐的音阶发生关系，认为使古希腊“天体的音乐”理想化是最大的成就之一。
他对天体音乐的热衷来源于他本人空间观中神秘主义的一面。在与第谷合作进行天文观测与计算之前，他就试图以正多面体嵌套的模型来解释宇宙空间与太阳系星体运行的轨道。这种试图以几何上的和谐来描绘宇宙再推广到音乐的尝试与毕达哥拉斯学派一脉相承，但是建立在了精密的天文数据的基础上，从哲学的意义上来说，他与古希腊的学者们都是在以宇宙来解释音乐，以和谐来解释声音。从这一层面上说，他们的研究还没有进入到将宇宙和艺术连接在一起的层面，只是试图在认识音乐本质的层面上探寻更加深入的理解。
3 十九到二十世纪大量成熟作品的涌现
“天体音乐真正从一个概念演变为具有成熟作品的音乐体系经历了长期的过程，而这一过程的关键阶段出现在十八到十九世纪，人们开始审视理性的重要性，同时浪漫主义运动也得到了深入的发展。这一方面导致了崭新的科学知识在人群中的传播，另一方面也扩大了艺术家们创作的选择空间。也正是在这样一种环境中，科学化主题的音乐作品进入到音乐创作者的视野中，他们把全新的对宇宙的认识融入到音乐作品中，这成为最早天体音乐作品诞生的契机。”
3.1 《天体运行波尔卡》——天体音乐的先锋
这部作品是我们目前仍有上演的作品中最早的以宇宙天体为主题的音乐作品。它的创作者是著名的圆舞曲之王约翰·施特劳斯的弟弟约瑟夫·施特劳斯，不出我们意料，这首出自圆舞曲家族的作品是一首为维也纳1868年一月底的医学生舞会而作的圆舞曲。
从内容上来说，作为一首取用科学化曲题的圆舞曲，它试图表现出宇宙间和谐的运行。全曲由和缓的序奏开始，再引入由五段圆舞曲组成的主部。这是雄伟流畅，而且颇富变化的音乐，最后是起伏很大的尾奏。
从这部作品中各个变奏间的演变来看，星体的运行被转化为和谐的旋律线条融入音乐作品中，这其实代表了一种从用宇宙来解释音乐到用音乐来表现宇宙的目的的变化。
3.2 对比中的《黄道天体图》
黄道指的是从地球的角度来看太阳运行的轨道。显然，这个概念的产生源自古老的地心说。但是在音乐作品中这个概念不再局限于传统的错误概念，而是反映一种以自身的角度观察宇宙的观念。约翰凯奇和斯托克豪森两位二十世纪著名的先锋派音乐家各自借用这个概念创作了自己的天体音乐作品。
约翰凯奇的《黄道天体图》1912
约翰凯奇是二十世纪著名的美国现代派音乐家。他以创作随机音乐而出名，在创作中采用大量随机化过程，比如他最著名也是最受争议的作品《四分三十三秒》就是一部典型的随机音乐。在这部作品中指挥家和乐队完全不演奏任何音乐，只有几个形式上的动作，之后就保持4分钟33秒的沉默。而在这一时期中，观众们发出的各种各样的声音——议论声、咳嗽声等等，都成为音乐的一部分。这看似荒谬，实际上反映了作曲家的一种观点：音乐蕴含于外部世界中。这种观点让我们想到从自然界、人群乃至宇宙中收集乐源，成为具象音乐的核心思想。
作曲家创作这部作品时使用一份星图集作为作曲的素材，利用星空的复杂无序来实现他的作品。
事实上，作者依据他的星图创作了八十六个分部，具体演出时可以选取其中任意数量、任意长度演出，包含的乐器涵盖了短笛、长笛、中音长笛、双簧管、英国管、萨克管、单簧管、大管、圆号、小号、定音鼓、竖琴、各种提琴以及各种各样样无名无音高的打击乐器。
在创作过程中，他通过随机的方法从星图上选取一个区域，将其中的星体分布映射到乐队的演奏中，宇宙中这些星体分布的复杂与不确定性和相互之间引力关系构成的隐秘的秩序共同构造出音乐的内容，而音乐中反映出的正是宇宙的广阔而神秘与不确定。
斯托克豪森的《黄道带》1975
斯托克豪森的音乐理念中，空间是非常重要的一部分。他的创作以电子音乐为主，在演奏时他使用了空间参数，在开始时规定各个顺序（如麦克风的位置及使用等等）以产生音响，有时事先将乐曲的基本素材及形式筹划好，但把具体实现这些细节留给别人。
他的另一个创举是宇宙音乐。在他晚期的创作中通过音乐来达到冥想一样的仪式性效果，在音乐中上升自己而接近宇宙。这些音乐给人以空旷、神秘的感觉，接近人们对宇宙的感性认识。
他的《黄道图》由12首旋律组成，对应宝瓶座、双鱼座、白羊座、金牛座、双子座、巨蟹座、狮子座、室女座、天秤座、射手座、摩羯座，体现作者对太空世界的想象与探索，模仿整个天体系统运行，表现一个音乐盒中的银河。
从音乐上来说，凯奇的黄道图显得更为无序一些，而斯托克豪森的音乐保留了一定程度的旋律性。但从天体音乐的概念上来说他们都反映了作曲家对宇宙的认识，试图表现一个作曲家感知中的宇宙。
不同点在于，凯奇侧重于利用宇宙的复杂性来实现音乐，而斯托克豪森的目的性更为明确——以音乐来表现宇宙、接近宇宙。
3.3 霍尔斯特的《行星组曲》
这可能是这类作品中最为成熟的作品，表现的内容也更为具体化，就是作曲家眼中的太阳系行星。
这是一部七乐章的管弦乐组曲：
第一乐章《火星——战争之神》，由打击乐和弦乐弓杆击弦奏出蛮横激昂的渐强节奏型，暗示出军队在行进，给人以一种咄咄逼人的紧迫感。
第二乐章《金星——和平之神》，与火星形成对比，宁静安谧。由长笛、法国号、竖琴、钢片琴、小提琴等演奏出一派和平安乐的景象。
第三乐章《水星——飞行使者》，是一首急板谐谑曲，音乐十分活泼。传说中水星是带有翅膀的信使的象征，而天体中水星也是距离太阳最近，公转周期最短的行星。
第四乐章《木星——欢乐使者》这一乐章构思宏大，篇幅也较长，可分为三部分：第一部分气势浩荡，欢乐的情绪此起彼落，绵亘不绝。这一乐章经常被单独演奏，成为受人喜爱的通俗音乐作品。它又分为三个主题：第一主题为C大调，快板，2/4拍，喜悦的情绪十分明显；第二主题充满生机，热情洋溢，富有气势；第三主题转为3/4拍，象一首民间舞曲，气氛热烈。第二部分由原来的快板转为行板，为一首雄壮的“欢乐颂歌”，类似东方五音音阶的旋律，亲切感人，朴实生动，又不失庄严与伟岸。第三部分为第一部分的反复，又体现了宇宙的辽阔与未知的神秘。
第五乐章《土星——老年使者》，音乐显得沉重，单调，符合我们对土星的感性认识。乐章以长笛、大管和两架竖琴奏出的由两个邻音交替构成的固定节奏开始，象征老年人蹒跚、滞重而单调的步态。
第六乐章《天王星——魔术师》，采用变幻无常的调性、配器色彩和力度。 The Planets: Suite for Orchestra Op. 32, Uranus: The Magician
第七乐章《海王星——神秘主义者》，在给人以寂静温柔之感的同时，又表现出神秘莫测与朦胧的太空景象，渲染出迷茫的神奇景象。 The Planets: Suite for Orchestra Op. 32, Neptune: The Mystic
这些音乐鲜明地对应到了不同行星的特性中，在反映作曲家对宇宙的想象和认识的同时，也深刻影响了后来的科幻秘莫测与朦胧的太空景象，渲染出迷茫的神奇景象。这些音乐鲜明地对应到了不同行星的特性中，在反映作曲家对宇宙的想象和认识的同时，也深刻影响了后来的科幻音乐中对宇宙的刻画，比如《异形》、《星球大战》等电影的配乐，成为科幻音乐的鼻祖。
4 当代天体音乐的前沿发展
在人们对宇宙的探索进一步深化的今天，我们从宇宙获取的信息变得更加丰富，出现了许多基于宇宙中信号的音乐创作。这里简单介绍一种十分前沿的天体音乐创作思想——基于脉冲星时序信号的整体序列主义算法，来自于一位杰出的先锋派二十一世纪作曲家褚慈。
这种想法来源于具象音乐的思想。所谓具象音乐，是一种取材于乐器演奏，人声，甚至自然界的声音，然后利用电子合成器以及各种数字信号处理过程进行声音处理，从而得到完整的音乐的方法。受此启发，我们可以利用从宇宙中获取的信号作为音源进行创作。
我们对音源有着一些要求，比如其持续性、稳定性和易获得性。在这些限制的影响下，脉冲星成为一种非常合适的音源——它们小体积、高密度的特性产生的高强磁场在高速旋转是产生的强烈的电脉冲提供给我们大量音源信号，经过特定算法的转换就可以成为音乐作品。
在这里我们采用整体序列主义来创作音乐，因为序列主义以音高的作为基本乐元素，在给定的音高序列上进行数学操作（例如逆行、倒影对位、节奏变化等）从而创作出完整的音乐作品，这让我们可以将脉冲星的时序信号转化为音高序列，从而运用计算机技术实现算法作曲。
回顾我们对天体音乐的发展的梳理，我们看到，天体音乐从理论到现实经历了相当漫长的过程，其中固然有宗教统治的影响，事实上也与人们对宇宙认识的局限性有关。
最初的时期，人们对宇宙的认识十分有限，广袤的天空充满了神秘感，于是人们试图用自己的想象去构造一个和谐的宇宙模型，并以此解释万物的和谐，这也是为什么早期天体音乐的理论侧重于以借助宇宙来表现声音、音乐的这一方面——在他们的眼中，宇宙并不成为一种实际存在，而是更多地以一种概念形式参与到音乐的解释中。
随着我们对宇宙的认识和探索的深入，在今天，我们看到，宇宙已经成为我们音乐表现的对象，并进一步成为我们音乐创作的工具。这是一个崭新的领域，超脱于传统的音乐表现范畴，也是一个潜力巨大的领域，随着我们对宇宙认识的进一步深入，它会扩展出更加丰富的形式与内容。
参考资料：
1.褚慈 《基于脉冲星时序信号的整体序列主义算法作曲》
2.朱立元 《美学大辞典 修订本》
3.理查德·帕多万 《比例：科学·哲学·建筑》
另注：人物介绍及图片部分来自百度百科
