托勒密 古代天文学之大成

古代天文学之大成 《星空的琴弦》之第三篇

早在阿波罗尼之前，人们就注意到五大行星不仅是运动的方向经常发生变化，它们的亮度也会发生变化。阿波罗尼第一个指出，这个亮度变化是同心球理论的致命漏洞。阿波罗尼用他那颗非凡的数学脑袋，在同心球理论的基本框架下，又提出另外一个模型，完美的解决了行星亮度变化的问题。

阿波罗尼的本轮均轮理论指的是每个行星本身都绕着一个中心点，做匀速圆周运动，这个运动的轨迹形成的轮子，称之为本轮，而本轮的中心点又绕着地球做着匀速圆周运动，这个中心点的运动轨迹形成的轮子，称之为均轮。
在此后的400多年中，与阿波罗尼具备同样思想的天文学家并不多，本轮均轮理论和同心球理论，长期并存，并且一直处于下风，这种局面终于在四个多世纪之后发生彻底改变，这是因为又一个天才的出现，他是天文学界公认的古代天文学的教父级人物，也是第一个，能够正确预报日食，月食以及行星排列图形的天文学家，能做到这点，在当时的人类看来就是有着近乎上帝的能力。在他死后的整整15个世纪中，天文学的所有标准教科书都在教授他的理论，他就是克罗狄斯.托勒密（约90零~到168年）
托勒密的祖籍是希腊，他深受古希腊文明的熏陶，精通古希腊人发展出来的天文学，数学，哲学，物理等学科，他本人是罗马帝国的公民，生活在亚历山大城。托勒密痴迷天文学，并且是真正的实干派，醉心于天文观察观测。在他的观测室中摆满了别人或者他自己发明的各种观天文观测仪器。每到晴朗的夜晚，托勒密总是聚精会神的观测五大行星的运动，认真测量并记录各种数据。除了观测，托勒密对前人的理论也是如数家珍，但是他对天体运动的观测越深入，就越是对前人的理论感到不满，他有一种迫切的使命感，觉得非常有必要总结前人的所有理论，然后结合自己的实际观测数据，完成一部古往今来，盖棺定论式的天文学著作。

托勒密首先要思考的一个问题是：日月星辰每天都要东升西落，这是所有天体的共同规律。造成这个现象的数学原理是什么？托勒密查便所有的典籍，按照最正统的理论解释，原因是所有的天体都在一个每天转一圈的同心球或者本轮上。他也查到一些不同的见解，尤其是一个叫做阿里斯塔克斯的古希腊天文学家，数学家的大胆观点，引起了托勒密的特别注意。


托勒密果断抛弃了地球自转的想法，重新回到了正统的观点。在当时的年代，托勒密的思考完全是合乎逻辑的，他无法想象，假如地球自转抛出去的石子怎么会落回原地，这是一种非常朴素自然的观点。我想再次强调的是，古人的智商一点也不比我们低。你知道地球自转是从课本上学来的，可是你真的理解地球的自转吗？现在问你个问题，我们经常听说，从中国坐飞机到美国和同美国飞回中国需要的时间，不同，那造成这个现象的原因是什么？我回答你：因为地球自转，如果迎着地球自转的方向飞，当然会早一点到达目的地，反过来自然要晚一点到达，如果你对我的这个回答频频点头的话，那么我很遗憾的告诉你，你完全错了。如果把你放到2000年前的古代，你必定可以从抛起来的石子落回原地，这个现象得出地球绝不可能自转的结论。实际上情况是：坐飞机来回中美花费的时间和上面那个听上去合理的地球自转的解释刚好相反，迎着地球自转方向飞，反而花更多的时间，因为真正影响飞行时间的原因，其实是大气环流对飞行速度的影响。

一直到托勒密死后1500年才诞生一个叫做伽利略的伟大科学家（1564年~1642年），是他揭示了抛上天空的石头依然落回原地的物理规律，那是一个了不起的发现。后面我们会大篇幅介绍伽利略，现在你仍然需要点耐性，继续听我讲托勒密故事，人类的发现之旅远比你想象的更艰辛。

托勒密在认真思考和总结了前人的思想，画出了一个基本的宇宙图像。在这幅宇宙图像中，托勒密阐述了他的基本宇宙观
1.球形的地球在宇宙的中心静止不动
2.月亮和五大行星在本轮和均轮上做着运动
3.太阳只有均轮，没有本轮
4.水星和木星，金星的本轮中心始终位于日地连线上，该连线一年中绕地球转一圈
5.火星土星，木星到他们各自本轮中心的直线总是与日地连线平行，这三颗行星每年绕各自的本轮中心转一圈
6.恒星天每天绕地球转一周
7.日月和五大行星除了各自的本轮均轮运动外，还会跟着恒星天一起绕地球转一周

其实画一幅宇宙的图像，并不是什么真正了不起的事情，在托勒密之前，不知道有多少人画过各种各样的宇宙图像。只要愿意是个人，就可以拿起树枝在地上画一个他心中的宇宙图像，并阐述自己的理由。

人人都可以用哲学思辨的方式思考宇宙的图像，然而普通人只能停留在思辨上，思辨并不能带来真正的科学发现。除了哲学思辨，我们更需要的是数学计算和观测实证。托勒密的伟大之处就在于它并不是仅仅停留在哲学思辨上，他为每个本轮均轮都根据自己的天文观测，详细设计了大小，角度，和速度值，并且以此来计划预测天体的位置。如果自己的预测和实际观测到的现象不相符，他就会修正各种参数，或者增加本轮的数量，随着计算和观测的输入，本轮的数量越加越多，到后面本轮的总数已经增加到了80个之多。然而即便是有80个本轮，羊皮纸都已经被画的没法看了，天体位置的预测仍然有着不小的误差，托勒密为此恨恨不已。

转机来自一次偶然的发现，这一天托勒密徜徉在浩瀚的古籍中。真正引起托勒密注意的是依巴古的另外一项重大发现，按照正统的观点，太阳绕着地球运动的轨迹是一个正圆，那么一年四季应当是完全均分的。依巴古对春分夏至，秋分冬至的时间点都做了精确的观测记录，这些时间点其实就是太阳在天空中视位置仰角来回摆动的变更偏心的位置。

一语点醒梦中人，托勒密看到依巴古的这个发现后，犹如醍醐灌顶，他立即修正了自己的宇宙模型，把地球的位置同镇中心挪开一点点，放到一个偏心的位置上，做出这个小小的改变之后，奇迹出现了计算值和观测记录的相符程度大大的增加了，天地的一切运动似乎都回到了合理的范围。在这个新模型中，托勒密对天体预测的精度大大增加，他为此兴奋得手舞足蹈，终于可以动笔写书啦。

在公元2世纪中叶，托勒密的晚年，耗费了他一生心血鸿篇著作《天文学大成》终于完成，这是一部里程碑式的天文学著作，总共13卷。第一卷，基本内容概述，第二卷预备知识，第三卷太阳运动，第四届月亮运动，第五卷测定和推算月地距离和日地距离，第六卷日月食计算第七八卷，岁差恒星星表，第9-13卷五大行星的运动。这部天文学著作是人类历史上第一部系统阐述天文学的著作，它是集古代天文学之大成之作，在此后的1500多年中，它将成为无人敢于挑战的成熟理论，同时也成为天文学的教科书。一本教科书1500年不改版，这在人类历史上不敢说空前绝后，但肯定是极为罕见的了。

虽然我们都知道托勒密的宇宙观已经被修正了，然而这在当时依然是人类智慧的伟大胜利，用托勒密的理论，可以相当准确的预报日食和月食误差时间在一小时以内，也可以基本预报五大行星的运动位置，误差时间只在几天之内。

从毕达哥拉斯到托勒密，至此古代天文学的发展基本上就画上了句号，柏拉图提出的拯救现象这一世界难题也基本上得到了完美的解决。

我知道此时你心里很有可能问一个问题：那我们中国人的呢？中国人创造了那么灿烂辉煌的中华文明，在这几千年中中国人又是如何思考我们的宇宙的呢？