吳光節(jié)

(中國科學(xué)院云南天文臺，云南 昆明 650011)

CN 53-1189/P ISSN 1672-7673

從科普插圖看托勒密的地心說*

吳光節(jié)

(中國科學(xué)院云南天文臺，云南 昆明 650011)

古希臘著名天文學(xué)家托勒密一生著作很多，他和他的學(xué)說在天文學(xué)發(fā)展中無疑占有重要地位，其中最為著名、影響甚廣的，似乎是被誣蔑為 “臭名昭著” 的 “地心說”。不過，在中國的天文學(xué)科普書籍中，作者注意到有兩種不同版本的 “地心說” 插圖，兩者反映的科學(xué)含義有很大差別。試圖從這兩種不同版本的插圖來探討 “地心說” 為什么能夠統(tǒng)治那么多年。

科普插圖；托勒密；地心說

托勒密是1 800多年前古希臘著名天文學(xué)家，著作很多，其中巨著《天文學(xué)大成》十三卷，在1 400年間，都是天文學(xué)家的必讀書籍。他將前人解釋天體運(yùn)動的地球中心說加以系統(tǒng)化和細(xì)心論證，后世遂把這種地心體系冠以他的名字[1]。想象得出，在托勒密時代，關(guān)于地心說的圖解，可能比比皆是。不過時過境遷，自開普勒以后，地心說漸漸被越來越多的人所拋棄，要想找到一幅托勒密的原圖甚至 “真跡”，那一定是很有價值的古籍收藏。今天，在中國天文學(xué)科普書籍中，作者發(fā)現(xiàn)存在兩種不同類型的圖，而其中沒有一個是托勒密的原作，都是為了不 “侵害” 別人的版權(quán)，自己重新繪制的?？墒?，兩種不同類型的圖究竟是誰反映了托勒密的真實(shí)思想呢，一時無法判斷，作者認(rèn)真研究了 “地心說” 以及這兩種不同類型的插圖。最終，當(dāng)然有了自己的結(jié)論，而且明了了，科學(xué)上的歷史錯誤是需要用科學(xué)的真理來說服的。地心說的長期統(tǒng)治，固然有教會思想的強(qiáng)權(quán)影響，更不可忽視天文學(xué)家們并沒有找到科學(xué)上真正的突破口。

1 兩種不同的 “地心說” 插圖

近些年出版的天文學(xué)科普讀物中，可以在肖佐等人主編的 《人與自然百科·人與太空》 一書第38頁，看到 “托勒密的地心說” 插圖[2]。看來，這真算得上是一個純正的地心說體系，因?yàn)樗械奶祗w的確都只是繞著地球轉(zhuǎn)，并且體現(xiàn)了希臘天文學(xué)家的 “小輪體系”，即 “水、金、火、木、土” 五大行星，除了有繞地球軌道的 “均輪” 大圓，還有繞大圓軌道的 “小輪” ——即 “本輪”，以進(jìn)行對均輪軌道的修正。圖1取自李良主編的 《探索宇宙奧秘》 一書第85頁的圖 “托勒密的地心宇宙體系示意圖”[3]。因?yàn)槔盍家彩乔皶淖髡咧唬瑑蓵牟鍒D完全一樣，連5個 “本輪” 的方位角位置都沒有變，不過重新繪制了一下，線條比原來更加清晰了。余明主編的 《簡明天文學(xué)教程》 第148頁采用的圖 “托勒密地心體系簡圖”[4]，也進(jìn)行了重新繪制，與圖1可以說是完全相同，而且很有可能，它們都取自1980年出版的 《中國大百科全書·天文學(xué)》 卷第60頁的 “地心體系” 一節(jié)的插圖[5]。

可是，在1995年出版的崔振華等人的 《天文博物館》 一書第36頁[6]，卻可以看到另外一類 “托勒密的地心系統(tǒng)” 插圖(見圖2)。圖雖然簡單，卻有本質(zhì)的差別。

究竟托勒密的原圖是什么樣子，作者開始完全是一頭霧水。顯然，上述插圖都可能是圖書的作者多少修改和重新繪制過的。作者終于在譚徽松主編的 《探索宇宙的奧秘》 叢書中，找到由高衡編著的 《穿魔鞋的宇宙》 第8頁插圖 “托勒密的地心體系”[7](見圖3)。這是一張洋玩意兒，繪有洋人，注有洋文。高衡的文字注明：五大行星各自在自己的本輪上運(yùn)行，而每個本輪的中心又在均輪上運(yùn)行。從模糊不清的插圖上看，地球之外的軌道至少有七八條，總體形態(tài)與圖1類似。

圖1 李良的圖[3]

Fig.1 The graph from the book of Li liang[3]

圖2 崔振華的圖[6]

Fig.2 The graph from the book of Cui zhenhua[6]

2 問題在哪里

圖2與圖1的差別，主要在于水星和金星。在圖2中，水星和金星已經(jīng)成為 “繞太陽公轉(zhuǎn)” 了，而且，水星比金星更靠近太陽。今天的天文學(xué)告訴我們，這才是太陽系的真理，水星的確比金星更靠近太陽。但是，從圖1明顯可見：水星比金星更靠近地球。而且，《人與太空》 一書的文字解釋是：“宇宙按次序分成九層：地球、月亮、水星、金星、太陽、火星、…”。明確指出：水星比金星更靠近地球，而金星比水星更靠近太陽。

崔振華等人的圖取自何處，我們不知道，但是它有可能代表了某個時期的 “托勒密地心系統(tǒng)”。它

與圖1關(guān)鍵的不同之處是：不再是僅僅以地球?yàn)橹行?，簡單地層層套上各個天體的同心圓軌道，而是由太陽和水星、金星組成了一個三體系統(tǒng)，水星比金星距離太陽更近；由地球、月亮組成一個二體系統(tǒng)，之外再加上火星、木星、土星……。換句話說，今天我們知道，太陽系的 “地內(nèi)行星” 只有水星和金星，也就是說：圖2的地內(nèi)行星系統(tǒng)的圖像是符合太陽系真理的。

在介紹托勒密的地心體系的時候，絕大多數(shù)作者采用的插圖是圖1。作者沒有證據(jù)懷疑他們都是錯誤的；反之，圖1和圖3代表的很可能就是托勒密的本意，是最早建立的完整的托勒密地心體系。那么，圖2又作何解釋呢？顯然，它的太陽系地內(nèi)系統(tǒng)是正確的，有理由認(rèn)為它只能夠代表某個歷史時期的托勒密地心體系。

圖3 高衡的圖[7]

Fig.3 The graph from the book of Gao heng[7]

如果承認(rèn)歷史上曾經(jīng)有過的這一發(fā)展，那么就不應(yīng)該同意19世紀(jì)法國著名天文科普作家弗拉馬利翁的如下評論：“我們應(yīng)該驚異的，倒是他們的體系在以后傳授了十幾個世紀(jì)而沒有人敢做出重要的修改，多少代的教授和學(xué)生都恭順地接受了。”

3 關(guān)鍵還是在火星

圖1和圖2在地外行星系統(tǒng)方面還是完全一致的，都是以地球?yàn)橹行漠嬛髨A。火、木、土星究竟是繞太陽轉(zhuǎn)，還是繞地球轉(zhuǎn)？或者，繞地球和太陽之間的某一點(diǎn)轉(zhuǎn)？顯然，一個地外行星天體如果離開地球和太陽越遠(yuǎn)，就越難以判斷；越近，則越容易。比如說月球，天文學(xué)家早就發(fā)現(xiàn)它是在繞著地球轉(zhuǎn)，稱之為 “地球的衛(wèi)星”。就火、木、土三大行星而言，既然火星離地球最近，當(dāng)然很關(guān)鍵的就在于火星了。可是，火星距離太陽和地球依然非常遙遠(yuǎn)，在沒有望遠(yuǎn)鏡，甚至連非常精密的機(jī)械設(shè)備也沒有之前，高精度的火星位置觀測也是非常困難的！

世界的確應(yīng)該感謝偉大的丹麥天文學(xué)家第谷。第谷·布拉赫是在哥白尼的 《天體運(yùn)行論》 出版3年以后才出生的。對于宇宙的研究，他強(qiáng)調(diào)絕對不能 “基于冥想”，而應(yīng)該 “基于觀測和數(shù)學(xué)證明”。第谷十分重視對火星的觀測。他在丹麥汶島建立了當(dāng)時設(shè)備完善的一流天文臺，他的象限儀擁有半徑1.8 m、刻度精細(xì)的銅制圓弧。他特別注意火星的運(yùn)行位置表現(xiàn)出的與軌道計(jì)算的差異比任何天體都大得多。他長期堅(jiān)持每天晚上觀測火星。并且，在臨終的一年多以前，發(fā)現(xiàn)了才華出眾的約翰尼斯·開普勒，把他畢生對火星長期、精確的觀測資料，囑托給這位學(xué)生進(jìn)行整理研究。開普勒果然不負(fù)重

托：正是利用了當(dāng)時最先進(jìn)、最精確的火星觀測資料，不僅把太陽放在了火星軌道的中心，而且從 “火星的運(yùn)動并非是勻速的”，開始懷疑 “圓軌道的假設(shè)不當(dāng)”。開普勒三定律的問世，說明火星，包括木星、土星等其它行星的軌道，無疑是以太陽為中心的橢圓軌道。

第谷后來提出的 “折中宇宙” (見圖4)與 “日心說” 的差別，只是把地球 (包括地球的衛(wèi)星月球) 繪制在中心位置。這種 “折中”，或許只是逃避教會的懲罰。僅僅從天體力學(xué)計(jì)算軌道來看，不能說它有什么錯誤?？紤] “觀測” 和 “數(shù)學(xué)”，以地球質(zhì)心為坐標(biāo)原點(diǎn)，直到今天也常常采用。如果說第谷仍然在堅(jiān)持 “地心說”，那是因?yàn)樵诘诠葧r代，根本不知道太陽到底有多重，只有發(fā)展出了天體物理學(xué)，才能夠明確地告訴我們：地球比起太陽，實(shí)在太渺小了。

4 結(jié)束語

圖4 第谷的折中宇宙

Fig.4 A graph showing the eclectic view of the universe of Tycho Brahe

完整的 “地心說” 最早由托勒密在公元二世紀(jì)建立。其實(shí)，早在托勒密之前，哲學(xué)家阿里斯塔克就提出過 “地球有自轉(zhuǎn)，并且繞太陽公轉(zhuǎn)” 的觀念?！暗匦恼f” 和 “日心說” 的斗爭，至少持續(xù)了1 500年。其中固然有教會和統(tǒng)治者 “上帝選定的宇宙中心” 的政治干預(yù)的外部惡劣環(huán)境,但是從天文學(xué)內(nèi)部來說，科學(xué)的發(fā)展需要靈感，需要假設(shè)，需要信仰，也更需要科學(xué)研究的儀器和設(shè)備的進(jìn)步。特別是，從根本上來說，天文學(xué)是一門觀測科學(xué)，需要觀測的事實(shí)以及科學(xué)的論證。

古老的地心說無疑是科學(xué)的，是進(jìn)步的，是古代的真理。誠然，托勒密的地心說認(rèn)為 “水星比金星距離地球更近” 是錯誤的，并且與火星的逆行也存在明顯的矛盾。但是天文學(xué)家們并沒有屈服于教會的殘忍干涉，在歷史的長河中不斷發(fā)現(xiàn)著 “地心說” 的破綻，不斷修改、糾正著原初的 “地心說”。伽利略制造了望遠(yuǎn)鏡，看到了金星的盈虧，而圖2的地心體系顯然完全可以解釋金星和水星的盈虧，或許這樣的體系是產(chǎn)生在伽利略之后。從圖1到圖2，解決了內(nèi)太陽系的問題，無疑不是天文學(xué)的進(jìn)步。即使第谷又解決了地外行星的問題，究竟是太陽繞地球，還是地球繞太陽，如果僅僅從運(yùn)動學(xué) “相對運(yùn)動” 的角度來說，的確是無法判斷的。

歐洲的文藝復(fù)興解脫了束縛人們頭腦的枷鎖，哥白尼的眼光飛越地球，推出了歷史上最科學(xué)的 “日心說”。布魯諾更加認(rèn)為太陽只是地球和行星的中心，是天空中千千萬萬顆恒星中平常的一員。他們的思想極具哲學(xué)意義，但是他們并沒有能夠以完整的科學(xué)事實(shí)來說服人們。因?yàn)槟菚r候還不知道太陽的質(zhì)量，人們很難想象，這么 “又大又重” 的地球，會圍繞一個看起來小小的太陽旋轉(zhuǎn)。只有隨著天體物理學(xué)的發(fā)展，在開普勒過世大約百年之后，“地球圍繞太陽運(yùn)動” 的真理才能夠被人們普遍接受和宣傳。

“地心說” 本身并沒有過錯,被教會的利用也無需托勒密來承擔(dān)責(zé)任。教會維護(hù) “地球是宇宙的中心”，而信奉 “太陽教” 的邪教今天依然大有人在。事實(shí)上，無論 “地心說” 還是 “日心說”，都只是天文學(xué)發(fā)展中的過客。發(fā)射于1977年的旅行者1號，是宇宙中飛離地球最遠(yuǎn)的人造探測器。2012年8月25日，旅行者1號沖出了包圍太陽系的日球?qū)訁^(qū)域，正式進(jìn)入了恒星際空間。它當(dāng)時距離地球大約121個天文單位。未來的數(shù)十億年內(nèi)，旅行者1號將和地球、太陽以及其它數(shù)千億顆恒星一起，圍繞銀河系的中心旋轉(zhuǎn)。托勒密在一千多年以后不得不讓位給哥白尼,而哥白尼也要讓位給布魯諾,這就是一代又一代天文學(xué)家對真理的追求。

[1] 席澤宗. 托勒密[M]//中國大百科全書編輯委員會<天文學(xué)>編輯委員會. 中國大百科全書. 上海: 中國大百科全書出版社, 1980: 423-424.

[2] 肖佐, 秦瑜, 李良. 人與自然百科·人與太空[M]. 沈陽: 遼寧人民出版社, 2000.

[3] 李良. 探索宇宙奧秘[M]. 鄭州: 河南科學(xué)技術(shù)出版社, 2002.

[4] 余明. 簡明天文學(xué)教程[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2001.

[5] 戴文賽, 胡中為. 地心體系[M]//中國大百科全書編輯委員會<天文學(xué)>編輯委員會. 中國大百科全書. 上海: 中國大百科全書出版社, 1980: 60-61.

[6] 崔振華. 當(dāng)代博物館叢書·天文博物館[M]. 鄭州: 河南教育出版社, 1995.

[7] 高衡. 穿魔鞋的宇宙[M]. 昆明: 晨光出版社, 1997.

Understanding the Geocentric Model from Illustrationsin Popular-Science Books in China

Wu Guangjie

(Yunnan Observatories, Chinese Academy of Sciences, Kunming 650011, China, Email: yawugj@163.com)

Claudius Ptolemaeus, a well-known astronomer of the Ancient Greece, wrote many books in his life time. He and his writings are certainly important in the history of astronomy. His most influential idea is the ‘notorious’ Geocentric Model. From some popular-science books about astronomy in China the author has found two highly different versions of illustrations about the Geocentric Model. In this paper the author discusses which version is closer to the original idea of Claudius Ptolemaeus. In addition, the author argues that the eventual replacement of the long-held Geocentric Model by the Heliocentric Model owes to advancements in astronomical observations.

Illustrations in popular-science books; Claudius Ptolemaeus; Geocentric Model

2014-10-28；修定日期：2014-11-20 作者簡介：吳光節(jié)，男，研究員. 研究方向：恒星和太陽系天體. Email: yawugj@163.com

P1-09

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1672-7673(2015)03-0381-04