一口天文丨古希臘天文學之大成

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

公元2世紀羅馬帝國版圖

關于托勒密的生平我們如今知之甚少，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記錄推斷其從事科學工作的年代大致在125—165年，生卒年代不會超出五賢帝時期。此外根據《至大論》當中提及的天文觀測地點大多位于亞歷山大來看，托勒密人生的大部分時間都居住在這個從希臘化時期開始崛起的港口城市。林德伯格認為“托勒密”這個姓氏表明了這位《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，已知現存的作品（包括完整和不完整的）有11部，主題涵蓋天文學、星占學、地理學、光學和數學等方面。《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《數學匯編》（Synodix Mathematical），阿拉伯人將其譯為“Al-mijisti”，并由此產生了該書的拉丁文名“Almagest”。

托勒密

《至大論》分為13卷，前兩卷是關于框架的討論，托勒密在此確定了兩球框架是建立后續理論的基礎。接下來，托勒密開始討論具體的天體。首先是太陽（第3卷），然后是月球（第4、5卷），第5卷的內容還包括他制作的一些儀器以及有關日月距離的理論。第6卷討論了日月食理論，也相當于對第3~5卷提出的日月運動理論的驗證。第7、8卷中，托勒密討論了與恒星相關的內容，他認為確定恒星的位置是繼續討論行星理論的前提。《至大論》的最后5卷是關于5顆行星的運動理論。托勒密通過建立一系列精巧的數學幾何模型，描述了一個地心說宇宙圖景。

《至大論》書影

托勒密在《至大論》中充分綜合了古希臘天文學前輩的理論工作以及自公元前8世紀以來的各類觀測記錄。其中包括古巴比倫、古希臘天文學前輩們（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卷中關于回歸年長的理論，就是托勒密在喜帕恰斯的太陽運動理論的基礎上做出的進一步完善；在第4卷中討論月球相關理論時，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，托勒密引用了喜帕恰斯等人的觀測記錄。

在處理行星運動時，托勒密發現，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動，于是他引入了一個新概念——偏心勻速點（equant）。所謂偏心勻速點，即該點偏離一個圓的圓心，當有物體在該圓圓周上運動時，從偏心勻速點觀察，該物體呈勻速運動。在托勒密的行星運動模型中，地球的位置與偏心勻速點關于均輪的圓心對稱（如下圖）。

偏心勻速點

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

對此，托勒密有自己的想法：

不要因為我們所采用（解釋行星運動的）方法的復雜性，就斷定這樣的假說過于繁瑣……誠然，人應該盡量去嘗試用相對簡單的假說去解釋天體的運動，如果失敗了，人們應該采用合適的其他假說。假如每一種現象都被這些假說充分地拯救了，說明這些復雜的假說能夠解釋天體運動……為何要對此感到奇怪呢？

《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個星座，這是現代88星座的前身。描述恒星時，托勒密按照該星與附近恒星的相對位置，結合星座的形象給出了一個描述，標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（黃經、黃緯），以及用星等標注恒星亮度。托勒密用數字1~6表示每顆星的亮度，1等星最亮，6等星最暗。星等的概念常被認為始于喜帕恰斯，但并沒有直接的文獻證據證明這一點，不過可以肯定在托勒密之前就出現了類似的給恒星亮度定等級的方法。

《至大論》深刻影響了公元2世紀到公元16世紀的西方天文學，托勒密的工作堪稱天文學史上的一座巔峰，而這座巔峰在后來很長一段時間鮮有人能夠超越。

往期熱門