天文学大成古希腊/托勒密/古希腊天文学思想的顶峰

背景介绍

在公元前4～前3世纪，对于天体的运动，希腊人有两种不同的看法。一种以欧多克斯为代表，他从几何的角度解释天体的运动，把天上复杂的周期现象，分解为若干个简单的周期运动。他又给每一种简单的周期运动指定一个圆周轨道，或者是一个球形的壳层，他认为天体都在以地球为中心的圆周上做匀速圆周运动，并且用27个球层来解释天体的运动。到了亚里士多德时，又将球层增加到56个。另一种以阿利斯塔克为代表，他认为地球每天在自己的轴上自转，每年沿圆周轨道绕日一周，太阳和恒星都是不动的，而行星则以太阳为中心沿圆周运动。但阿利斯塔克的见解当时没有人表示理解或接受，因为这与人们肉眼看到的表观景象不同。

托勒密画像

名著概要

托勒密在该书中通过系统的几何学证明，建立起宇宙地心体系，即我们通常所说的地心说。这部著作最初用古希腊文写成，后来流传到了阿拉伯人手中。827年，该书被译成阿拉伯文。12世纪后半期传入欧洲，被转译成拉丁文。元代时该书即传入中国，但直到明末，才在徐光启等人编写的《崇祯历书》中有简要介绍。

《天文学大成》共13卷，分别阐述地和天的概念，基本观测事实和数学基础。书中论证地为球形，居于宇宙中心，静止不动，其他天体均围绕地球运动；还叙述了太阳、月亮、行星运动规律，如何推算日食、月食，确定行星位置等。在《天文学大成》中托勒密总结并发展了前人的学说，建立了宇宙地心体系。这一体系的要点是：

1.地球位于宇宙中心静止不动。

2.每个行星都在一个称为“本轮”的小圆形轨道上匀速转动，本轮中心在称为“均轮”的大圆轨道上绕地球匀速转动，但地球不是在均轮圆心，而是同圆心有一段距离。他用这两种运动的复合来解释行星运动中的“顺行”、“逆行”、“合”、“留”等现象。

托勒密描绘的世界

这幅地图见于托勒密的《地理学指南》，图中绘有经度和纬度，四周的人头表示风吹来的方向。

3.水星和金星的本轮中心位于地球与太阳的连线上，本轮中心在均轮上一年转一周；火星、木星、土星到它们各自的本轮中心的直线总是与地球—太阳连线平行，这三颗行星每年绕其本轮中心转一周。

4.恒星都位于被称为“恒星天”的固体壳层上。日、月、行星除上述运动外，还与“恒星天”一起，每天绕地球转一周，于是各种天体每天都要东升西落一次。托勒密适当地选择了各个均轮与本轮的半径的比率、行星在本轮和均轮上的运动速度以及本轮平面与均轮平面的交角，使得按照这一体系推算的行星位置与观测相合。在当时观察精度不高的情况下，地心体系大致能解释行星的视运动，并据此编出了行星的星历表。按照这个理论预报日食、月食准确度达到一两个小时之内。

这样一本知识上参差交错且复杂的著作，不是单独一个人所能完成的。托勒密依靠了他的先驱者，特别是喜帕恰斯，这一点是无须掩盖的。他面对的基本问题是：在假设宇宙是以地球为中心的，以及所有天体以均匀的速度按完全圆形的轨道绕转的前提下，试图解释天体的运动。因为实际天体以变速度按椭圆轨道绕地球以外的中心运动，为了维护原来的基本假设，就要考虑某些非常复杂的几何形状。托勒密使用了3种复杂的原始设想：本轮、偏心圆和均轮。他能对火星、金星和水星等等的轨道分别给出合理的描述，但是如果把它们放在一个模型中，那么它们的尺度和周期将发生冲突。

托勒密的天体模型之所以能够流行千年，是有它的优点和历史原因的。它的主要特点如下：

1.绕着某一中心的匀角速运动，符合当时占主导思想的柏拉图的假设，也适合于亚里士多德的物理学，易于被接受。

2.用几种圆周轨道不同的组合预言了行星的运动位置，与实际相差很小，相比以前的体系有所改进，还能解释行星的亮度变化。

3.地球不动的说法，对当时人们的生活是令人安慰的假设，也符合基督教信仰。

阅读指导

《天文学大成》是古希腊天文学和宇宙学思想的顶峰，无论这个体系存在着怎样的缺点，它还是流行了1400年之久，直到16世纪才被哥白尼推翻。在当时的历史条件下，托勒密提出的行星体系学说，是具有进步意义的。首先，它肯定了大地是一个悬空着的没有支柱的球体。其次，从恒星天体上区分出行星和日、月是离我们较近的一群天体，这是把太阳系从众星中识别出来的关键性一步。