地心說和日心說 地心說是誰提出的
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地心說,天體學研究,外文名叫做The geocentric theory,提出時間是在古希臘時期,提出者是歐多克斯,是古人認爲地球是宇宙的中心,而其他的星球都環繞着它而運行的學說。
基本信息
概要
托勒密系統的主要架構:行星以偏心點爲圓心繞本輪(小圓)、均輪(大圓)兩個正圓轉動。
地心說在2世紀時被體系化了,是與地動說相異的學說,主張地球是位於宇宙中心的地球中心說。天動說(Geocentric model),中文又爲“地心說”。人類住在半球型的世界中心的世界觀。從13世紀到17世紀左右,是天主教教會公認的世界觀。
古代許多的學者就宇宙的構造開始有其他想法了。在古希臘亞里士多德和托勒密提出位於宇宙中心的地球周遭全天體公轉的想法,提出地球正是宇宙中心自轉的想法、太陽不是宇宙中心,提出正在自轉公轉的想法、位於宇宙中心的太陽繞地球公轉的想法。(關於古希臘之外的宇宙觀後述)
天動說,在宇宙中心有地球,包含太陽全部的天體大約1天繞地球公轉。但是,太陽和行星的速度不同,考慮根據這個,在不同時期看得見的行星都不同。有叫天球的硬邦邦的球,這包括地球和太陽、行星的全部天體。後考慮恆星應該是天球沾上了天球開的細小的孔,除天球以外的光泄漏都能看得見。所有變化只在地球和月球之間發生、聲稱比這個遠的天體,永遠地變化只是重複定期的運動不來臨。
天動說不是僅天文學上的計算方法。當時的哲學思想被加入。因爲神在宇宙中心安置地球這個人類住的特別天體。地球是宇宙中心的同時,也是全部的天體的主人。全部的天體是地球的,以跟着主人的形式運動。在中世紀歐洲作爲把當時亞里士多德哲學作爲那種體系的骨架,並汲取了的中世紀基督教神學上公認的東西,天動說被看作了正式的宇宙觀。在14世紀但丁發表的敘事詩神曲天堂篇,說月、太陽、木星等等的各行星同心圓狀包圍地球的周遭。
釋義
地心說(或稱天動說),是古人認爲地球是宇宙的中心,是靜止不動的,而其它的星球都環繞着地球而運行的一種學說。也是古代教會信仰的學說。
起源
地心說的起源很早,最初由米利都學派形成初步理念,後由古希臘學者歐多克斯提出,經亞里士多德完善,又讓托勒密進一步發展成爲托勒密“地心說”。在16世紀“日心說”創立之前的1300年中,“地心說”一直佔統治地位。 亞里士多德的地心說認爲,宇宙是一個有限的球體,分爲天地兩層,地球位於宇宙中心,所以日月圍繞地球運行,物體總是落向地面。
地球之外有9個等距天層,由裏到外的排列次序是:月球天、水星天、金星天、太陽天、火星天、木星天、土星天、恆星天和原動力天,此外空無一物。上帝推動了恆星天層,才帶動了所有天層的運動。人類居住的地球,則靜靜地屹立在宇宙中心。
理論
希臘哲學家們認爲,永恆的、神聖的天體只能相應於其高貴的地位作勻速圓周運動。但少數天體,如太陽,月亮和一些行星的視運動卻並不如此,甚至還描繪出複雜的雙紐線軌跡。柏拉圖給他的學生們提出了一個任務:怎樣用若干個特殊的勻速圓周運動的組合,去解決理想情況與現實的這個矛盾。這裏所提出的運動的合成和分解的思想,對後來物理學研究方法的發展起了啓示性的作用。
柏拉圖的學生,克尼道斯的歐多克斯(Eudoxus of Cnidos)約前409一前355)第一個致力於建立一個宇宙的幾何模型。他違背了柏拉圖不作觀測的規定,通過天文觀測爲他的幾何模型提供實際根據。他吸收了巴比倫人把天上覆雜的週期運動分解爲若干個簡單週期運動的思想,共用二十七個以地球爲中心的同心球殼解釋了附着於球殼上的天體的視運動。最外面的一個球層(遙遠的恆星天球)描述了天界的週日運動。行星的視運動很不規則,所以每個行星需用四個相互關聯的同心球殼的聯合旋轉來作出說明。太陽和月亮的運動各用三個球殼說明.較裏面的球殼的旋轉軸安裝在較外面的球殼上,所以必然參與外面球殼的運動。
進一步的觀測發現另外的週期現象。歐多克斯的學生卡里普斯(Callipus)給每個天體又加上一個新的球殼,使總數達到三十四個。亞里士多德又進一步增加了二十二個,使球殼總 數達五十六個,這二十二個是“不轉動的球層’,這是爲了避 免每個天球把自己特有的轉動都直接傳給它內層的天體,這就需要在載有行星的每一組球層之間插進若干“不轉動的球層”,它們和外面的球層作相反方向的運動,從而抵消了外球層的運動,只把週日運動傳給內層的行星。
同心球層體系一開始就招致了某些困難,因爲它要求天體永遠和地球保持同一距離。但行星亮度的變化以及日食有時是全食、有時是環食的現象說明,行星,太陽,月亮離地球的距離是不斷變動的。爲了擺脫這一困難,柏加的阿波羅尼阿斯(Apollonius of Perga,約前247--約前205)提出了另一種幾何模型,他的模型中只有天體的軌道,而無實體的同心球,這是一個很大的進步。爲了解釋太陽和月亮與地球間的距離的變化,他設計了偏心輪——地球在天體圓軌道中心的一旁,爲了解釋行星的逆行現象,他提出了“本輪—均輪”結構——行星沿本輪怍圓周運動,本輪的中心又在另一均輪圓周上以地球爲中心運行。
這個思想後來又爲羅德斯島上的希帕克斯(Hipparrchus,約前161——約前126)所發展。他用一個固定的偏心輪解釋太陽的表觀運動,用一個移動的偏心輪解釋月亮的表觀運動,而行星的運動則用一套本輪一均輪來解釋。他的模型與實際符合得較好。希帕克斯收集和比較了古人的觀測記錄,從而發現了分點歲差爲36''(實際約爲50'')。他測定丁約一千零八十顆恆星方位,編制了星表。他把恆顯的亮度分爲六等。他通過觀測月孔在兩個不同緯度的平緯度,確定月亮離地球的距離約爲地球直徑的三十六倍,月亮直徑爲地球直徑的三分之一(實際分別爲三十倍和零點二七)。這些成就表明,當時的天文學已達到相當高的水平。
由此可知,日心地動說的思想在古希臘也已明確地提出來。如前所述,畢達哥拉斯學派提出了地球繞“中央火”運動的思想,其他人也提出過無數世界的觀點,都認爲地球是運動的。赫拉克利特曾就水星和金星從不遠離太陽的事實,設想它們沿圓軌道繞日運轉,併產生亮度變化。
同心球
尤得塞斯的同心球
在公元前4世紀,古希臘的數學家尤得塞斯(Eudoxus of Cnidus)已想到一個以地球爲中心,各個星體以多層同心球的方式環繞地球的宇宙體系了。鑲嵌了所有恆星的恆星同心球在最外層,以北天極爲中心,用大約一天時間從東邊往西邊轉動(日周運動)。而屬於太陽的太陽同心球則以跟恆星同心球相反的方向(從西邊往東邊),用大約一年時間轉動(年周運動)。因爲太陽同心球的自轉軸與恆星同心球的自轉軸並不重疊,所以在一年的時間內,太陽升到中天的高度不同,也由此解釋了四季的來源。在太陽與恆星之間的,就是各個行星的同心球了。從地球上看,行星看起來好像在星座之間移動,時快時慢,而且間中還會出現逆行的現象。爲了解釋逆行,一個行星被配以多個不同轉動方向和速度的同心球。因爲這些同心球都以地球作爲共同的中心,所以地球與各個行星之間的距離保持不變。尤得塞斯的同心球學說後來被亞里士多德編入了他的宇宙觀中。
本輪說
阿波羅尼奧斯的本輪
公元前3世紀左右的阿波羅尼奧斯或前2世紀左右的喜帕恰斯,都想到行星僅是以圓周運動環繞地球運行,並不足以完全解釋行星多樣化的運動。所以他們都想出是一個想像的小圓(而不是行星本身)在環繞地球作圓周運動,而行星就在這個小圓上運動。這個小圓被稱爲本輪,而本輪環繞地球運動的軌道則稱爲均輪。整個概念就好像遊樂場的機動遊戲“咖啡杯”:從整個遊戲設施的中心看,各個咖啡杯耳的運動都混合了兩種以上的圓周運動;多種圓周運動混合起來,便產生了杯耳行進的速度和方向看起來經常變化的現象,特別在杯耳接近機械中心時的變化更爲明顯。行星運動中的“留”和“逆行”就是能用這個模型來粗略地解釋。
如果現實上行星環繞太陽運動(這概念爲現在絕大部分人所認同)的軌道是完美的圓形,地心說就應該只需用一個本輪和一個均輪,就能完全解釋從地球上看到的行星運動了。不過實際上行星的運動規律比這更復雜,若要用地心說正確地記述所有行星的運動,則需要更復雜的體系。後來,天文觀測的準確度愈來愈高,地心說所構成的體系慢慢地不能配合實際的的觀測,爲了使地心說體系能符合觀測數據,所以天文學家把本輪一個一個地加到既有的體系上;甚至到後期,各個天文學家都不知道每個行星應該有多少個本輪。最後因爲使用的極度不方便,引發出哥白尼提出地動說——一個後來發展到基於牛頓萬有引力的法則而運行的宇宙模型。
歷史原因
星體繞着某一中心的勻角速運動,符合當時佔主導思想的柏拉圖的假設,也適合於亞里士多德的物理學,易於被人們接受。
用幾種圓周軌道不同的組合解釋、預言了行星的運動位置,解釋了行星的亮度變化,這與實際相差很小,相比以前的體系有所改進。
地球不動的說法,對當時人們的生活是令人安慰的假設,也符合基督教信仰。
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