一口天文丨古希臘天文學(xué)之大成

公元2世紀(jì)，一位生活工作在羅馬帝國(guó)埃及行省首府亞歷山大的學(xué)者托勒密（Ptolemeus）寫就了一部被認(rèn)為是集古希臘天文學(xué)之大成的著作——《至大論》（Almagest），他本人也被視為古代天文學(xué)時(shí)期最為重要的人物之一。

公元2世紀(jì)羅馬帝國(guó)版圖

關(guān)于托勒密的生平我們?nèi)缃裰跎?，甚至連他的生卒年都不能完全明確，只能從他著作中提及的天文觀測(cè)記錄推斷其從事科學(xué)工作的年代大致在125—165年，生卒年代不會(huì)超出五賢帝時(shí)期。此外根據(jù)《至大論》當(dāng)中提及的天文觀測(cè)地點(diǎn)大多位于亞歷山大來(lái)看，托勒密人生的大部分時(shí)間都居住在這個(gè)從希臘化時(shí)期開始崛起的港口城市。林德伯格認(rèn)為“托勒密”這個(gè)姓氏表明了這位《至大論》的作者出身于亞歷山大本土，而不是像他的一些前輩那樣，從其他地方移居到亞歷山大。

亞歷山大的地理位置

托勒密一生著作頗豐，已知現(xiàn)存的作品（包括完整和不完整的）有11部，主題涵蓋天文學(xué)、星占學(xué)、地理學(xué)、光學(xué)和數(shù)學(xué)等方面。《至大論》是他所有作品中最早（大約在公元150年前完成 ），也是最為著名的一部。《至大論》的古希臘名稱是《數(shù)學(xué)匯編》（Synodix Mathematical），阿拉伯人將其譯為“Al-mijisti”，并由此產(chǎn)生了該書的拉丁文名“Almagest”。

托勒密

《至大論》分為13卷，前兩卷是關(guān)于框架的討論，托勒密在此確定了兩球框架是建立后續(xù)理論的基礎(chǔ)。接下來(lái)，托勒密開始討論具體的天體。首先是太陽(yáng)（第3卷），然后是月球（第4、5卷），第5卷的內(nèi)容還包括他制作的一些儀器以及有關(guān)日月距離的理論。第6卷討論了日月食理論，也相當(dāng)于對(duì)第3~5卷提出的日月運(yùn)動(dòng)理論的驗(yàn)證。第7、8卷中，托勒密討論了與恒星相關(guān)的內(nèi)容，他認(rèn)為確定恒星的位置是繼續(xù)討論行星理論的前提。《至大論》的最后5卷是關(guān)于5顆行星的運(yùn)動(dòng)理論。托勒密通過(guò)建立一系列精巧的數(shù)學(xué)幾何模型，描述了一個(gè)地心說(shuō)宇宙圖景。

《至大論》書影

托勒密在《至大論》中充分綜合了古希臘天文學(xué)前輩的理論工作以及自公元前8世紀(jì)以來(lái)的各類觀測(cè)記錄。其中包括古巴比倫、古希臘天文學(xué)前輩們（主要是喜帕恰斯）的記錄，以及托勒密本人所做的記錄。例如，第3卷中關(guān)于回歸年長(zhǎng)的理論，就是托勒密在喜帕恰斯的太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)理論的基礎(chǔ)上做出的進(jìn)一步完善；在第4卷中討論月球相關(guān)理論時(shí)，托勒密引用了古巴比倫的月食記錄，記錄中最早的一次月食發(fā)生在公元前721年3月19日晚，是一次月全食；在第7、8卷中討論恒星時(shí)，托勒密引用了喜帕恰斯等人的觀測(cè)記錄。

在處理行星運(yùn)動(dòng)時(shí)，托勒密發(fā)現(xiàn)，利用偏心圓與本輪—均輪兩大工具仍然不能完美解釋行星的非勻速運(yùn)動(dòng)，于是他引入了一個(gè)新概念——偏心勻速點(diǎn)（equant）。所謂偏心勻速點(diǎn)，即該點(diǎn)偏離一個(gè)圓的圓心，當(dāng)有物體在該圓圓周上運(yùn)動(dòng)時(shí)，從偏心勻速點(diǎn)觀察，該物體呈勻速運(yùn)動(dòng)。在托勒密的行星運(yùn)動(dòng)模型中，地球的位置與偏心勻速點(diǎn)關(guān)于均輪的圓心對(duì)稱（如下圖）。

偏心勻速點(diǎn)

如此一來(lái)，在托勒密的宇宙體系中，地球既不是行星運(yùn)動(dòng)的中心（均輪中心），更不是勻速視運(yùn)動(dòng)的中心（偏心勻速點(diǎn)），某種程度上這已經(jīng)違背了亞里士多德的物理學(xué)體系以及“拯救現(xiàn)象”最初的愿景。

對(duì)此，托勒密有自己的想法：

不要因?yàn)槲覀兯捎茫ń忉屝行沁\(yùn)動(dòng)的）方法的復(fù)雜性，就斷定這樣的假說(shuō)過(guò)于繁瑣……誠(chéng)然，人應(yīng)該盡量去嘗試用相對(duì)簡(jiǎn)單的假說(shuō)去解釋天體的運(yùn)動(dòng)，如果失敗了，人們應(yīng)該采用合適的其他假說(shuō)。假如每一種現(xiàn)象都被這些假說(shuō)充分地拯救了，說(shuō)明這些復(fù)雜的假說(shuō)能夠解釋天體運(yùn)動(dòng)……為何要對(duì)此感到奇怪呢？

《至大論》第7卷第5章以及第8卷第1章給出了一份含有全天1022顆恒星的星表。托勒密在星表中列出了48個(gè)星座，這是現(xiàn)代88星座的前身。描述恒星時(shí)，托勒密按照該星與附近恒星的相對(duì)位置，結(jié)合星座的形象給出了一個(gè)描述，標(biāo)注了有具體名稱的恒星的名字。以獅子座為例，托勒密把獅子座最亮星軒轅十四（獅子座α）稱為“（獅子）心臟處的一顆星，名為‘Regulus’”，第二亮星五帝座一（獅子座β）是“（獅子）尾部末端的一顆”。

軒轅十四與五帝座一在獅子座中的位置

這份星表還給出了每一顆恒星的黃道坐標(biāo)（黃經(jīng)、黃緯），以及用星等標(biāo)注恒星亮度。托勒密用數(shù)字1~6表示每顆星的亮度，1等星最亮，6等星最暗。星等的概念常被認(rèn)為始于喜帕恰斯，但并沒(méi)有直接的文獻(xiàn)證據(jù)證明這一點(diǎn)，不過(guò)可以肯定在托勒密之前就出現(xiàn)了類似的給恒星亮度定等級(jí)的方法。

《至大論》深刻影響了公元2世紀(jì)到公元16世紀(jì)的西方天文學(xué)，托勒密的工作堪稱天文學(xué)史上的一座巔峰，而這座巔峰在后來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間鮮有人能夠超越。

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