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概要

托勒密系統(tǒng)的主要架構(gòu)：行星以偏心點(diǎn)為圓心繞本輪（小圓）、均輪（大圓）兩個(gè)正圓轉(zhuǎn)動(dòng)。

地心說(shuō)在2世紀(jì)時(shí)被體系化了，是與地動(dòng)說(shuō)相異的學(xué)說(shuō)，主張地球是位于宇宙中心的地球中心說(shuō)。天動(dòng)說(shuō)（Geocentric model），中文又為“地心說(shuō)”。人類(lèi)住在半球型的世界中心的世界觀(guān)。從13世紀(jì)到17世紀(jì)左右，是天主教教會(huì)公認(rèn)的世界觀(guān)。

古代許多的學(xué)者就宇宙的構(gòu)造開(kāi)始有其他想法了。在古希臘亞里士多德和托勒密提出位于宇宙中心的地球周遭全天體公轉(zhuǎn)的想法，提出地球正是宇宙中心自轉(zhuǎn)的想法、太陽(yáng)不是宇宙中心，提出正在自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)的想法、位于宇宙中心的太陽(yáng)繞地球公轉(zhuǎn)的想法。（關(guān)于古希臘之外的宇宙觀(guān)后述）

天動(dòng)說(shuō)，在宇宙中心有地球，包含太陽(yáng)全部的天體大約1天繞地球公轉(zhuǎn)。但是，太陽(yáng)和行星的速度不同，考慮根據(jù)這個(gè)，在不同時(shí)期看得見(jiàn)的行星都不同。有叫天球的硬邦邦的球，這包括地球和太陽(yáng)、行星的全部天體。后考慮恒星應(yīng)該是天球沾上了天球開(kāi)的細(xì)小的孔，除天球以外的光泄漏都能看得見(jiàn)。所有變化只在地球和月球之間發(fā)生、聲稱(chēng)比這個(gè)遠(yuǎn)的天體，永遠(yuǎn)地變化只是重復(fù)定期的運(yùn)動(dòng)不來(lái)臨。

天動(dòng)說(shuō)不是僅天文學(xué)上的計(jì)算方法。當(dāng)時(shí)的哲學(xué)思想被加入。因?yàn)樯裨谟钪嬷行陌仓玫厍蜻@個(gè)人類(lèi)住的特別天體。地球是宇宙中心的同時(shí)，也是全部的天體的主人。全部的天體是地球的，以跟著主人的形式運(yùn)動(dòng)。在中世紀(jì)歐洲作為把當(dāng)時(shí)亞里士多德哲學(xué)作為那種體系的骨架，并汲取了的中世紀(jì)基督教神學(xué)上公認(rèn)的東西，天動(dòng)說(shuō)被看作了正式的宇宙觀(guān)。在14世紀(jì)但丁發(fā)表的敘事詩(shī)神曲天堂篇，說(shuō)月、太陽(yáng)、木星等等的各行星同心圓狀包圍地球的周遭。

天動(dòng)說(shuō)的歷史

尤得塞斯的同心球

在公元前4世紀(jì)，古希臘的數(shù)學(xué)家尤得塞斯（Eudoxus of Cnidus）已想到一個(gè)以地球?yàn)橹行?，各個(gè)星體以多層同心球的方式環(huán)繞地球的宇宙體系了。鑲嵌了所有恒星的恒星同心球在最外層，以北天極為中心，用大約一天時(shí)間從東邊往西邊轉(zhuǎn)動(dòng)（日周運(yùn)動(dòng)）。而屬于太陽(yáng)的太陽(yáng)同心球則以跟恒星同心球相反的方向（從西邊往東邊），用大約一年時(shí)間轉(zhuǎn)動(dòng)（年周運(yùn)動(dòng)）。因?yàn)樘?yáng)同心球的自轉(zhuǎn)軸與恒星同心球的自轉(zhuǎn)軸并不重疊，所以在一年的時(shí)間內(nèi)，太陽(yáng)升到中天的高度不同，也由此解釋了四季的來(lái)源。在太陽(yáng)與恒星之間的，就是各個(gè)行星的同心球了。從地球上看，行星看起來(lái)好像在星座之間移動(dòng)，時(shí)快時(shí)慢，而且間中還會(huì)出現(xiàn)逆行的現(xiàn)象。為了解釋逆行，一個(gè)行星被配以多個(gè)不同轉(zhuǎn)動(dòng)方向和速度的同心球。因?yàn)檫@些同心球都以地球作為共同的中心，所以地球與各個(gè)行星之間的距離保持不變。尤得塞斯的同心球?qū)W說(shuō)后來(lái)被亞里士多德編入了他的宇宙觀(guān)中。

阿波羅尼奧斯的本輪

公元前3世紀(jì)左右的阿波羅尼奧斯或前2世紀(jì)左右的喜帕恰斯，都想到行星僅是以圓周運(yùn)動(dòng)環(huán)繞地球運(yùn)行，并不足以完全解釋行星多樣化的運(yùn)動(dòng)。所以他們都想出是一個(gè)想像的小圓（而不是行星本身）在環(huán)繞地球作圓周運(yùn)動(dòng)，而行星就在這個(gè)小圓上運(yùn)動(dòng)。這個(gè)小圓被稱(chēng)為本輪，而本輪環(huán)繞地球運(yùn)動(dòng)的軌道則稱(chēng)為均輪。整個(gè)概念就好像游樂(lè)場(chǎng)的機(jī)動(dòng)游戲“咖啡杯”：從整個(gè)游戲設(shè)施的中心看，各個(gè)咖啡杯耳的運(yùn)動(dòng)都混合了兩種以上的圓周運(yùn)動(dòng)；多種圓周運(yùn)動(dòng)混合起來(lái)，便產(chǎn)生了杯耳行進(jìn)的速度和方向看起來(lái)經(jīng)常變化的現(xiàn)象，特別在杯耳接近機(jī)械中心時(shí)的變化更為明顯。行星運(yùn)動(dòng)中的“留”和“逆行”就是能用這個(gè)模型來(lái)粗略地解釋。

如果現(xiàn)實(shí)上行星環(huán)繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)（這概念為現(xiàn)在絕大部分人所認(rèn)同）的軌道是完美的圓形，地心說(shuō)就應(yīng)該只需用一個(gè)本輪和一個(gè)均輪，就能完全解釋從地球上看到的行星運(yùn)動(dòng)了。不過(guò)實(shí)際上行星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律比這更復(fù)雜，若要用地心說(shuō)正確地記述所有行星的運(yùn)動(dòng)，則需要更復(fù)雜的體系。后來(lái)，天文觀(guān)測(cè)的準(zhǔn)確度愈來(lái)愈高，地心說(shuō)所構(gòu)成的體系慢慢地不能配合實(shí)際的的觀(guān)測(cè)，為了使地心說(shuō)體系能符合觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，所以天文學(xué)家把本輪一個(gè)一個(gè)地加到既有的體系上；甚至到后期，各個(gè)天文學(xué)家都不知道每個(gè)行星應(yīng)該有多少個(gè)本輪。最后因?yàn)槭褂玫臉O度不方便，引發(fā)出哥白尼提出地動(dòng)說(shuō)——一個(gè)后來(lái)發(fā)展到基于牛頓萬(wàn)有引力的法則而運(yùn)行的宇宙模型。

參考文獻(xiàn)

Dreyer, J. L. E.，《A History of Astronomy from Thales to Kepler》，第二版。New York：Dover Publications，1953。

Evans, James，《The History and Practice of Ancient Astronomy》，New York：Oxford University Press，1998。

Heath, Thomas，《Aristarchus of Samos》，Oxford：Clarendon Press，1913。

參見(jiàn)

日心說(shuō)

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