第五章 古代天文学

在古代天文学中，太阳和地球哪个是宇宙的中心，是一个大问题，也是这一章的主体内容。

就历史而言，在六大基础学科中，天文学也许是第一个发展起来的，至少是最先发展起来的学科之一。

天文学的萌芽　这是可以理解的。古人们，从他们由愚昧走向文明起，就对天上的太阳、月亮、星星充满了好奇，其程度甚至要超过他们对于身边的动物、植物或者自身的好奇。于是，即使在最古老的文明里、在最原始的歌谣里，我们都能感觉到原始人对天体、对太阳与月亮的崇拜。我们可以将这些视为天文学的萌芽。

这样的崇拜在古老的埃及与两河流域文明里都可以分明地见到。例如，古代埃及的几份纸草书几乎就是专门的天文学文献，最令人惊奇的莫过于神秘的金字塔与天文学之间的关系了。近代的学者们考察发现，它们的位置、建筑方法等竟然都有着天文学的根据。例如金字塔底座往往呈南北方向，且十分精确。我们知道，当时埃及人是没有罗盘的，要达到这种准确度，运用天文方法几乎是唯一的途径。特别是位于北纬30°线附近的一座金字塔，在塔的北面有一个入口，从那里有一条通道可以走进金字塔的地下墓室，这个通道与地平线刚好成30°倾角，且正好对着北极星的位置。如此等等，类似的地方还有许多，这使许多现代人相信金字塔并非人类所造，而是外星人的杰作呢！

古代巴比伦人在天文上的成就与埃及人不相上下。到公元前2000年左右，他们已经把一年定为12个月、360天，又将一天分小时、分与秒，甚至还发明了日晷，就是用一根直立的杆来测量时间。他们还将肉眼可见的天空五大活动天体，即五大行星，与太阳、月亮合起来命名七天之时间，这就是星期计时法的起源。他们又把星星按区域分开，每一区用羊、螃蟹等兽、虫和神的名字来命名，这就是西方以星座来划分天区的方法之源头了。

古代埃及人和巴比伦人虽然造就了伟大的文明，但早已经淹没在历史的长河中，作为一个种族不复存在。然而他们的成就却没有随他们的身体一同消失，而是为另一个伟大的民族继承下来，发扬光大，绽放出万丈光芒，这就是希腊人。

在古希腊，天文学与哲学是双胞胎　在古希腊，几乎所有哲学家同时又是科学家，特别是天文学家。

例如古希腊第一位哲学家泰勒士，他就精通天文学，据传说曾利用自己的天文学知识制止过一场战争。

那时小亚细亚的美地亚人和吕底亚人之间爆发了残酷的战争，一直持续了五年，还没有平息的迹象。泰勒士看到老百姓受尽战争之苦，决心用他的天文学知识来让双方罢手。

一天，他跑过去告诉双方，神反对他们的战争，将会在某天用暂时夺走太阳的方法来惩罚他们。果真，到了那天，大白天时太阳突然慢慢从天空消失了，大地顿时像黑夜一样。吓坏了的吕底亚人和美地亚人立即化干戈为玉帛，好让神不要永远夺走他们的太阳。泰勒士之所以能这样“通神”，就是利用了自己的天文学知识，预知在那一天将会发生日食。

泰勒士以后，毕达哥拉斯、赫拉克利特、柏拉图、亚里士多德等都通晓天文。

例如毕达哥拉斯，他在天文学与数学上都有很大贡献。例如他发现大地是球形的，理由之一是如果在大海上眺望远方驶来的船只，一定会先看到它的桅杆。这个方法直到现在都是证明地球是一个球的最方便的办法。

还有亚里士多德，他的思想曾经深深地影响了西方人对宇宙的观念。

例如亚里士多德首先把整个宇宙天体分成好多层，各层天体都是完美的球形，越往上天体就越神圣，创造世界的神处于最高一层的天体。

地球是宇宙的中心，太阳、月亮等其他所有天体都在绕地球转圈子。

以月亮为界，月亮以上的所有东西都是无死亦无生的，按佛家的话，都脱离了生死的寂灭轮回，“涅槃”了。

月亮下面的东西则有生有死，地球上的万物，包括我们人，是月亮下面的，自然都属于有生有死之列。

亚里士多德还认为，宇宙万物都是由五种元素构成的，这五种元素分别是：水、火、土、气和第五元素。

以月亮为中心，月亮以下的所有东西都是由水火土气四种元素构成的，月亮以上的其他天体则是由第五元素构成的。

水火土气四种元素不是永恒的，它们彼此相克相生，有重有轻，如火是最轻的，所以它总是向上运动。土是最重的，所以它总是往下掉。气比较轻。水比较重。

这些理论现在看来只能用一个词来形容：胡说八道。但它们却统治了整个西方人的思想近千年之久，并且这种统治远非仅仅是思想控制，而是残酷的肉体暴政。罗马教会运用宗教裁判所，对胆敢怀疑伟大的亚里士多德的人进行残酷镇压、无情打击，伟大的物理学家伽利略就因为反对亚里士多德被害得够惨！

当然我们不能说是亚里士多德的地心说有多么坏，我们也不能怪亚里士多德没有提出正确的宇宙论，应该说，在他那个时代提出这类学说是完全正常的，虽然也有人提出过日心说，但那与地心说一样，只是猜测。可以打个比方说，那些天文学家们是爱用抛硬币来赌博的人，他们用字的一面代表地心说，以国徽的一面代表日心说，亚里士多德猜了字一面，便选择了地心说，而毕达哥拉斯猜了国徽一面，便选择了日心说。

原始的日心说　对于古希腊天文学，我们听说最多的就是日心说与地心说了，这二者可以看作是古希腊天文学思想之神髓。

在天文学诞生之后，人类面对的第一个大的天文学问题就是哪儿是宇宙的中心，地球还是太阳？关于这两个观念的争论很早以前就开始了，并成了古希腊天文学思想的主要脉络。

我们先来看日心说。

顾名思义，日心说就是认为太阳是中心的学说。特别要指出的是，这里的中心乃是整个宇宙的中心，也就是说，日心说认为太阳，而非任何别的天体，乃是整个宇宙之中心，除此之外的任何天体，包括地球与所有其他星星都在绕着太阳旋转。

日心说的提出者是阿利斯塔克。

阿利斯塔克生于爱琴海上的萨摩斯岛，与毕达哥拉斯是同乡，大约活动于公元前3世纪，曾因为自己的信仰被控罪，那使他受罪的学说就是日心说。他认为，太阳乃宇宙之中心，它是寂然不动的，地球在绕太阳运转，同时地球还在绕自己的轴旋转。地球每年绕太阳转一圈，同时每天又绕自己的轴转一圈，这就是年与天产生的原因。

阿利斯塔克还是第一个正儿八经地测量太阳、地球与月亮三者之间相对距离的人。测量的方法是用角距。例如，他设想月亮在上弦、下弦时，太阳、月亮、地球之间应当形成一个直角三角形，这样，只要再测量出另一个角，就能测量出三者之间的相对距离了，也就是距离之间的比值。他测量出地球与太阳及月亮之间的角距是87°，这样就算出了太阳与地球之间的距离是月亮与地球间距离的约20倍。他还用相似的方法测量了三者的体积，得出的结果是太阳的直径是地球的7倍，体积是地球的350倍。

阿利斯塔克的日心说虽然比地心说要正确得多，但当时根本没有得到应有的承认，相反，得到承认的是与他的理论截然不同的地心说。其原因十分简单：日心说与我们站在地球上的人所看到的景象不符。

我相信，因为这个原因，如果您对一个没上过学、不懂得科学的人说太阳是中心，地球是绕着太阳转的，他一定会哈哈大笑，说你瞎扯，太阳不是明明在天上绕着地球转吗！

古代天文学的高峰　与日心说相对，地心说就是认为地球是中心的学说。它认为地球是静止的，太阳、月亮、行星等都在绕地球转动，而且转动的轨道是正圆且匀速的。

地心说在古代很长一段时期里牢牢统治着西方人的思想，被认为是理所当然的，就像我们今天认为太阳是太阳系的中心一样理所当然。

地心说的提出者主要有三人：欧多克索斯、喜帕恰斯、托勒密。我们这里只讲集大成者托勒密。

欧多克索斯是天文学家与雅典立法官，大约活动于公元前4世纪上半叶，喜帕恰斯生于公元前194年左右，死于公元前127年左右，他提出了本轮与均轮，成为以后地心说的基石。

在西方历史上有名的“托勒密”足有十多个，大都是统治埃及的托勒密王朝诸帝，这个天文学家被称为“亚历山大港的托勒密”。

这位亚历山大港的托勒密是古代西方最伟大的天文学家，他在科学界的地位犹如亚里士多德在哲学界的地位，在漫长的从古代到中世纪的千年岁月里无人能与之比肩。

我们对于托勒密的生平所知甚少，例如不能确定他是什么地方人，可以肯定的仅仅是他的科学活动主要在埃及的亚历山大城进行，但讲血统他是希腊人，讲政治身份他是罗马公民。

他的出生与去世年份同样不详，唯一可以断定的是他活跃于2世纪上半叶，因为在他的基本著作《天文学大成》里记载了他的天文观测记录，最早的一次是公元127年，最晚的一次是公元141年，并且是在亚历山大完成的，这时正是罗马帝国强盛无比之时，著名的贤帝哈德良在位。

托勒密是一个多产的作家，仅仅流传到现在的著作就有14卷。其中最有名的是《天文学大成》《地理》《光学》，尤其是前二者，在千年岁月里都是西方人的“科学圣经”。

《天文学大成》有两个主要特色：一是用数学来解释天文学现象，并力图为诸天文学现象建立一个数学模型，使之可以通过这一模型得到明晰的了解与解释。二是论述清楚、逻辑严密，在文字上也是不可多得的珍品。

《天文学大成》全书共分13卷，第一、二卷是绪论。第一卷主要论述了他对于天地的总的观念以及他所运用的数学方法。其基本观念是地球是宇宙之中心，也就是他的地心说；第二卷是一些基本定义和基础理论；第三卷阐述了太阳的不规则运动和一年的长度；第四卷论述月亮的运动和每个月的长度；第五卷有他对太阳、地球和月亮面积的估计；第六卷论述了日食与月食的计算方法；第七、八两卷是恒星目录，记录了一千多颗恒星在天球上的经纬度与亮度等；第九卷直至结束都是介绍有关行星运动的理论。

我们在这里只简单述说一下他的地心说。

我们先看一下图5-1这张图，它形象地说明了托勒密的地心说：

托勒密地心说的要点如下：

一、地球位于宇宙之中心，并且静止不动。

二、每颗行星都在本轮上匀速运动，本轮的圆心在均轮上运动，月亮则在一个特别小的本轮上运动，看上去只是一个点。太阳直接在均轮上运动。地球不在各个均轮之中心，而是偏离了中心的某点。运用这样的法子，托勒密就能够解释行星的各种古怪行为，例如顺行、逆行、静止等了。

三、水星与金星的本轮中心位于地球与太阳的连线上，本轮中心一年绕地球运行一圈，其轨迹当然就是均轮。火星、木星、土星在运行时，与其本轮中心之间的连线总平行于地球与太阳之间的连线，它们每年绕其本轮中心运行一周。

四、所有恒星都居于“恒星天”。这个“恒星天”像屋顶、蛋壳或者皮球，是一个固态的壳体，恒星们都牢牢地粘在这层壳上，就像我们把一些纸星星贴在墙面上做装饰一样。这个“恒星天”乃是天体运动的总动力，它每天要绕行地球一圈。不但如此，它还会带动所有的其他天体，就是太阳、月亮、行星等，每天也绕地球一圈，这就是我们看到的太阳、月亮和星星每天的东升西落。

这就是托勒密地心说的几个要点，这现在看起来虽然有点儿荒唐。然而如果你仔细考量，会发现它的优越之处。它几乎能够解释所有我们用肉眼所看到的天文现象，一些本来用地心说比较难以解释的现象经托勒密这样一弄也能得到解释了，如行星的逆行与顺行等。还有，我们在观测水星与金星时，总看到它与太阳相距不远，这是一个比较复杂的天文现象，托勒密也轻而易举地解释了：这是因为它们本轮的中心点永远与地球、太阳构成直线，而这本轮又不大，因此两星与太阳的距离就总是很小了，这我们一看上面的图就明白。

如此等等，看上去都十分合理，难怪托勒密的地心说能够流传那么长的时间了。