6　古希臘人的宇宙觀和天文學

從現代物理觀點，天文學和宇宙學是兩碼事，但在古代，研究的學者都是同一批人，兩者也沒有明確界限，天空中就那么幾個天體，也就是人類的整個宇宙。天文學多一些天體運動規律有關的計算，宇宙學多一些想象成分以及宇宙來源和演化的猜測。但我們在敘述中有時可能有所混淆。

希臘人很早就認識到地球是個“球”，這恐怕與他們是海洋民族有關。

古代人如何判斷地是平的還是圓（球面）的呢？那時候沒有精密的觀測儀器，只能靠眼睛遠遠地望過去。例如，設想你站在一望無際的平原上，或置身于一望無垠的大海中，如果地是一個無限伸展的平面的話，你的視線可以一直伸展過去，物體將越來越小，看起來連續地變小直到你的眼睛看不見它為止［圖1-6-1（a）］，但不應該是如同我們看見的太陽那樣“上升、下降和消失掉”。如果地球是圓球，地面向下彎，你的視線卻彎不了，那么，你只能看見某個圓圈以內的東西［圖1-6-1（b）］，那個圓圈就是我們平時所說的地平線。

人們在生活實踐中也都見過“地平線”，當你坐船航行在大海上，視野中是一望無際的海洋，一直延伸到很遠的有一條線的地方，那是天和水的交接之處。你轉一個圈，發現四面八方的線連在一起形成了一個圓圈。早上，太陽從圓圈的東方某處升起，黃昏時分掉向圓圈的另一邊。這個標志著天地相接處的圓周，就是地平線。簡言之，地平線就是人們的“可觀測區域”與“不可觀測區域”的分界線。圖1-6-1（b）中的圓周將地球表面分成了兩個部分，觀察者可以看得到圓周以上的地球表面及其他物體，但看不到圓周以下的東西。

航海遠行是海洋民族的生活方式，每天都能在廣闊無垠的大海上觀察地平線附近發生的事情。例如，你發現遠方來了一艘帆船，你會先看到桅桿頂上的一小點，然后發現桅桿的長度逐漸增加，最后才慢慢地看到船身，就像從海下面升上來一樣，其原因就是因為海平面有弧度。

活動在陸地上的中國古人就沒有那么容易“極目楚天”了，樹木和山丘擋住了他們的視線，恐怕很少看見地平線。但其實，從太陽的上升下落也很容易得出地面是彎曲球形的結論，否則，你如何解釋太陽黃昏時就掉下去看不見了，而早上又升起來了呢？

無論如何，希臘人很早就建立了日、地、月這些天體都是球形的概念，并且試圖建立天體運動的數學模型。米利都學派的阿那克西曼德，曾經繪制了世界上第一張全球圖。他認為天空是一個完整球體，圍繞著北極星轉，而地球則是一個自由浮動的圓柱體，而稍后的畢達哥拉斯第一次提出地球是球形。

畢達哥拉斯學派的菲洛勞斯比他的前輩更上一層樓，他甚至認為地球不是宇宙的中心，而只是一個穿過空間自轉運行的普通球體。菲洛勞斯提出，宇宙中共有10個天體。中間的叫作“中心火”，其他9個圍繞著“中心火”運行。因為古人認為10才是完美數，而當時天文觀測到8個星體（日、月、地、金、木、水、火、土），所以菲洛勞斯虛構了“中心火”和“對地星”這兩個額外的天體。“中心火”不能被人直接看到，但人們看見的太陽是它對這火團的反射。“對地星”呢，就更看不到了，因為它永遠藏在太陽的另一面，總是位于與地球相對應的位置上。

除了宇宙觀之外，古希臘的天文學也很發達。古希臘天文最耀眼之處是它的數學特征，古希臘天文學家都是杰出的數學家。正因為如此，古希臘天文學不僅有天象變化星球移動的觀察記錄，還有不少以數學為基礎的、設想天體如何運動的理論模型。

柏拉圖時代的數學家、力學家和天文學家歐多克索斯，是第一個嘗試對行星運動進行數學解釋的人。

歐多克索斯使用一種同心球模型來描述星體的運動。例如，太陽、月亮的運動分別用3個同心球的合成運動來描述。五大行星——金、木、水、火、土，則分別用了4個同心球。

在數學方面，歐多克索斯證明了圓錐體體積是圓柱體的1/3，比阿基米德早很多。

稍后一些的另一位天文學家阿波羅尼奧斯，也是幾何學家，對圓錐曲線進行了深入的研究。他著有《圓錐曲線論》八卷，其中詳細討論了以不同平面切割圓錐面得到的各種不同類型的圓錐曲線的特征，為1800多年后開普勒、牛頓、哈雷等學者研究行星和彗星軌道提供了寶貴的數學基礎資料。

阿波羅尼奧斯在天文學中提出的本輪模型，成為希臘天文學最終的頂峰成果。他最早提出行星運動的“均輪和本輪”模型，之后，該模型被托勒密發表在《天文學大成》一書中，并用以解釋當時所知五顆行星的逆行，以及從地球上觀察行星顯而易見的距離變化等天文現象。在哥白尼之前的天文學家都一直使用這個被阿波羅尼奧斯開創的“托勒密模型”。

希臘科學家很早就開始利用計算和測量估計地球、太陽、月亮的大小，以及它們之間的距離。充分體現出當時天文學家高超的數學水平。下舉一例。

埃拉托斯特尼曾經設計出經緯度系統，計算出地球的直徑。他曾經在亞歷山大圖書館擔任管理員和館長，與阿基米德是好友。亞歷山大圖書館位于埃及的亞歷山大港，兩者均因馬其頓王國國王亞歷山大大帝（亞里士多德的學生）而得名。

在他居住的亞歷山大港附近的賽伊尼（現為埃及的阿斯旺）有一口深井，當一年之中夏至那天的正午時分，太陽位于天頂，光線直射入深井中，水中明顯可見太陽之倒影。這時候，對于相距約500mile（805km）外的亞歷山大港，太陽卻偏離天頂一個角度。如果在地上立個標桿，測量標桿影子的長度便能測得這個偏離角，結果為7.2°左右，然后，埃拉托斯特尼經過簡單的計算而得到地球周長，見圖1-6-2。

現在普遍認為，當時埃拉托斯特尼計算出的地球周長在39 690～46 620km之間，作為2000多年前的結果，與現代測量實際周界40 008km比較，算是很不錯了。

古希臘及希臘化時期，還有不少其他的數學家加天文學家。

宇宙學方面，古希臘有好幾個天文學家偶然有過“太陽是中心”的思想。例如，公元前400年左右的菲洛勞斯的“中心火”模型，但最早有所記載、正式提出日心說的是阿里斯塔克斯。他在計算了地球和太陽大小及兩者距離后，發現太陽比地球大很多，所以提出了日心說，因此被稱為“希臘的哥白尼”。

塞琉西亞的塞琉古是希臘化時期的巴比倫天文學家。他繼承了古希臘天文學的成果，也提倡日心說，并解釋了潮汐形成的原因。塞琉古第一個說明了潮汐是由月球吸引產生，且潮汐的高度與月球和太陽的相對位置有關。

喜帕恰斯（或譯希帕求斯）記載了1000多個恒星的位置和亮度，將這些星星從1等星到6等星分成6個等級。有“方位天文學之父”之稱。

皮西亞斯是古希臘的航海家，他為了科學目的而航海探險到靠近北極，觀察到北極極晝現象，發現夜晚只有兩個小時，是第一位記載極晝、極冠的人。

最后的托勒密集希臘天文學之大成寫成書，相關內容將在后文中介紹。