6　古希腊人的宇宙观和天文学

从现代物理观点，天文学和宇宙学是两码事，但在古代，研究的学者都是同一批人，两者也没有明确界限，天空中就那么几个天体，也就是人类的整个宇宙。天文学多一些天体运动规律有关的计算，宇宙学多一些想象成分以及宇宙来源和演化的猜测。但我们在叙述中有时可能有所混淆。

希腊人很早就认识到地球是个“球”，这恐怕与他们是海洋民族有关。

古代人如何判断地是平的还是圆（球面）的呢？那时候没有精密的观测仪器，只能靠眼睛远远地望过去。例如，设想你站在一望无际的平原上，或置身于一望无垠的大海中，如果地是一个无限伸展的平面的话，你的视线可以一直伸展过去，物体将越来越小，看起来连续地变小直到你的眼睛看不见它为止［图1-6-1（a）］，但不应该是如同我们看见的太阳那样“上升、下降和消失掉”。如果地球是圆球，地面向下弯，你的视线却弯不了，那么，你只能看见某个圆圈以内的东西［图1-6-1（b）］，那个圆圈就是我们平时所说的地平线。

人们在生活实践中也都见过“地平线”，当你坐船航行在大海上，视野中是一望无际的海洋，一直延伸到很远的有一条线的地方，那是天和水的交接之处。你转一个圈，发现四面八方的线连在一起形成了一个圆圈。早上，太阳从圆圈的东方某处升起，黄昏时分掉向圆圈的另一边。这个标志着天地相接处的圆周，就是地平线。简言之，地平线就是人们的“可观测区域”与“不可观测区域”的分界线。图1-6-1（b）中的圆周将地球表面分成了两个部分，观察者可以看得到圆周以上的地球表面及其他物体，但看不到圆周以下的东西。

航海远行是海洋民族的生活方式，每天都能在广阔无垠的大海上观察地平线附近发生的事情。例如，你发现远方来了一艘帆船，你会先看到桅杆顶上的一小点，然后发现桅杆的长度逐渐增加，最后才慢慢地看到船身，就像从海下面升上来一样，其原因就是因为海平面有弧度。

活动在陆地上的中国古人就没有那么容易“极目楚天”了，树木和山丘挡住了他们的视线，恐怕很少看见地平线。但其实，从太阳的上升下落也很容易得出地面是弯曲球形的结论，否则，你如何解释太阳黄昏时就掉下去看不见了，而早上又升起来了呢？

无论如何，希腊人很早就建立了日、地、月这些天体都是球形的概念，并且试图建立天体运动的数学模型。米利都学派的阿那克西曼德，曾经绘制了世界上第一张全球图。他认为天空是一个完整球体，围绕着北极星转，而地球则是一个自由浮动的圆柱体，而稍后的毕达哥拉斯第一次提出地球是球形。

毕达哥拉斯学派的菲洛劳斯比他的前辈更上一层楼，他甚至认为地球不是宇宙的中心，而只是一个穿过空间自转运行的普通球体。菲洛劳斯提出，宇宙中共有10个天体。中间的叫作“中心火”，其他9个围绕着“中心火”运行。因为古人认为10才是完美数，而当时天文观测到8个星体（日、月、地、金、木、水、火、土），所以菲洛劳斯虚构了“中心火”和“对地星”这两个额外的天体。“中心火”不能被人直接看到，但人们看见的太阳是它对这火团的反射。“对地星”呢，就更看不到了，因为它永远藏在太阳的另一面，总是位于与地球相对应的位置上。

除了宇宙观之外，古希腊的天文学也很发达。古希腊天文最耀眼之处是它的数学特征，古希腊天文学家都是杰出的数学家。正因为如此，古希腊天文学不仅有天象变化星球移动的观察记录，还有不少以数学为基础的、设想天体如何运动的理论模型。

柏拉图时代的数学家、力学家和天文学家欧多克索斯，是第一个尝试对行星运动进行数学解释的人。

欧多克索斯使用一种同心球模型来描述星体的运动。例如，太阳、月亮的运动分别用3个同心球的合成运动来描述。五大行星——金、木、水、火、土，则分别用了4个同心球。

在数学方面，欧多克索斯证明了圆锥体体积是圆柱体的1/3，比阿基米德早很多。

稍后一些的另一位天文学家阿波罗尼奥斯，也是几何学家，对圆锥曲线进行了深入的研究。他著有《圆锥曲线论》八卷，其中详细讨论了以不同平面切割圆锥面得到的各种不同类型的圆锥曲线的特征，为1800多年后开普勒、牛顿、哈雷等学者研究行星和彗星轨道提供了宝贵的数学基础资料。

阿波罗尼奥斯在天文学中提出的本轮模型，成为希腊天文学最终的顶峰成果。他最早提出行星运动的“均轮和本轮”模型，之后，该模型被托勒密发表在《天文学大成》一书中，并用以解释当时所知五颗行星的逆行，以及从地球上观察行星显而易见的距离变化等天文现象。在哥白尼之前的天文学家都一直使用这个被阿波罗尼奥斯开创的“托勒密模型”。

希腊科学家很早就开始利用计算和测量估计地球、太阳、月亮的大小，以及它们之间的距离。充分体现出当时天文学家高超的数学水平。下举一例。

埃拉托斯特尼曾经设计出经纬度系统，计算出地球的直径。他曾经在亚历山大图书馆担任管理员和馆长，与阿基米德是好友。亚历山大图书馆位于埃及的亚历山大港，两者均因马其顿王国国王亚历山大大帝（亚里士多德的学生）而得名。

在他居住的亚历山大港附近的赛伊尼（现为埃及的阿斯旺）有一口深井，当一年之中夏至那天的正午时分，太阳位于天顶，光线直射入深井中，水中明显可见太阳之倒影。这时候，对于相距约500mile（805km）外的亚历山大港，太阳却偏离天顶一个角度。如果在地上立个标杆，测量标杆影子的长度便能测得这个偏离角，结果为7.2°左右，然后，埃拉托斯特尼经过简单的计算而得到地球周长，见图1-6-2。

现在普遍认为，当时埃拉托斯特尼计算出的地球周长在39 690～46 620km之间，作为2000多年前的结果，与现代测量实际周界40 008km比较，算是很不错了。

古希腊及希腊化时期，还有不少其他的数学家加天文学家。

宇宙学方面，古希腊有好几个天文学家偶然有过“太阳是中心”的思想。例如，公元前400年左右的菲洛劳斯的“中心火”模型，但最早有所记载、正式提出日心说的是阿里斯塔克斯。他在计算了地球和太阳大小及两者距离后，发现太阳比地球大很多，所以提出了日心说，因此被称为“希腊的哥白尼”。

塞琉西亚的塞琉古是希腊化时期的巴比伦天文学家。他继承了古希腊天文学的成果，也提倡日心说，并解释了潮汐形成的原因。塞琉古第一个说明了潮汐是由月球吸引产生，且潮汐的高度与月球和太阳的相对位置有关。

喜帕恰斯（或译希帕求斯）记载了1000多个恒星的位置和亮度，将这些星星从1等星到6等星分成6个等级。有“方位天文学之父”之称。

皮西亚斯是古希腊的航海家，他为了科学目的而航海探险到靠近北极，观察到北极极昼现象，发现夜晚只有两个小时，是第一位记载极昼、极冠的人。

最后的托勒密集希腊天文学之大成写成书，相关内容将在后文中介绍。