地心说与日心说,天文科技:地心说与日心说

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地心说(或称天动说),是古人认为地球是宇宙的中心,而其他的星球都环绕着她而运行的一种学说地心说与日心说。古希腊的托勒密将地心说的模型发展完善,且为了解释某些行星的逆行现象提出了本轮的理论,即这些星体除了绕地轨道外,还会沿着一些小轨道运转。后来,天主教教会接纳此为世界观的“正统理论”。图为葡萄牙宇宙学家维利乌于1568年绘制的地心说宇宙模型,收藏于法国国家图书馆。

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日心说,也称为地动说,是关于天体运动的和地心说相对立的学说,它认为太阳是宇宙的中心,而不是地球。哥白尼提出的日心说,推翻了长期以来居于统治地位的地心说,实现了天文学的根本变革。图为日心说的太阳系图。

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尼古拉·哥白尼积极推动日心说,作为解释行星运动的模型。

日心说(下图)与地心说(上图)二者模型之比较。

天文学概述:从“地心说”到“日心说”

#科学史#

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“地心说”最早由古希腊偶多克斯提出,后经过亚里士多德完善,最终由托勒密发展成为“地球是宇宙中心”的理论模型。随着天文观测的经验积累,人们发现有的行星并不是安装托勒密“预设”的轨道运行,于是又开开始思考其他可能性。早在古希腊时代,阿里斯塔克斯就提出“太阳有可能是宇宙的中心“,并非日月星辰围绕地球转动,而是地球与星辰一起围绕太阳转动。但由于亚里士多德的学说过于“慎密”,一直被奉为权威。这种观点很快就被埋没了,直到1800年之后再次被哥白尼提出。

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亚里士多德的地心说亚里士多德认为,宇宙是一个有限的球体,分为天球和地球两层。地球是静止不动地,位于宇宙中心,而地球之外的其他行星,都镶嵌在天球之上,随着天球的运动一起运动。从内到外依次是:月球天、水星天、金星天、太阳天、火星天、木星天、土星天、恒星天和原动力天。除此之外,宇宙里面在没有其他东西了,在月球一下的“月下天”由四元素构成,月上天由第五元素“以太”构成。

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托勒密的地心说托勒密时期,已经发现了“行星逆行”现象,为了解释这个现象,托勒密提出“均轮”和“本轮”的理论。这种观点认为:每个行星都围绕一个较小的圆周运动,而每个小圆周又都围绕地球运动,这种行星自己运动的轨道叫做“本轮”,本轮围绕着地球作圆周运动,这个轨道叫做“均轮”。

本轮和均轮的提出,很好的解释了“行星逆行”问题,同时托勒密经过周密的计算,可以大致推算日食、月食的发生。至于宇宙外面是什么?没人说得清楚,当时的天文观测也还没有达到那个地步。这就为后来的基督教提供了很大的解说空间,在教会的推崇下,托勒密的《至大论》一度成为学术权威。

哥白尼的日心说经过一千多年的积累后,人们采用托勒密提供的宇宙模型来观测天文,到了哥白尼时期被天文发现和数学计算过的本轮和均轮多达80多个。而在月球的计算中,出现了一个跟观测不相符的数据,即分别计算均轮轨道和本轮轨道,在某个特定时期月球的距地距离应该是另一时期的两倍。人们虽然见识过超级月亮,但是一千多年都未曾见过大两倍的超级月亮。

哥白尼为了解释这两个困惑,提出了“日心说”的假设。如果所有的行星,包括地球都在围绕太阳旋转,那么就不需要分别计算每个天体的“本轮”了。而且通过这种“绕日运动”模型也可以解释清楚“行星逆行”的现象。从1506年准备到1514年,哥白尼托人发表了关于天体运行的假说。正式版的著作《天体运行论》直到1543年才正式出版,科学家将这一年是为现代天文学的开端。

从今人的视角来看,以然无法有效的论证“地心说”和“日心说”就是错误的,这是人类认识宇宙之外所参考物不同,和天文观测水平落后导致的。但是无论托勒密,还是哥白尼,都可以通过着体系来预测日食、月食的发生,这说明阶段性认识是具有阶段性的正确性的。哥白尼的著作出版后,人们依然是以“某种假说”来对待,权当是看科幻小说了,直到开普勒重新计算了天体运行的轨道。

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