一口天文丨古希腊天文学之大成

公元2世纪，一位生活工作在罗马帝国埃及行省首府亚历山大的学者托勒密（Ptolemeus）写就了一部被认为是集古希腊天文学之大成的著作——《至大论》（Almagest），他本人也被视为古代天文学时期最为重要的人物之一。

公元2世纪罗马帝国版图

关于托勒密的生平我们如今知之甚少，甚至连他的生卒年都不能完全明确，只能从他著作中提及的天文观测记录推断其从事科学工作的年代大致在125—165年，生卒年代不会超出五贤帝时期。此外根据《至大论》当中提及的天文观测地点大多位于亚历山大来看，托勒密人生的大部分时间都居住在这个从希腊化时期开始崛起的港口城市。林德伯格认为“托勒密”这个姓氏表明了这位《至大论》的作者出身于亚历山大本土，而不是像他的一些前辈那样，从其他地方移居到亚历山大。

亚历山大的地理位置

托勒密一生著作颇丰，已知现存的作品（包括完整和不完整的）有11部，主题涵盖天文学、星占学、地理学、光学和数学等方面。《至大论》是他所有作品中最早（大约在公元150年前完成 ），也是最为著名的一部。《至大论》的古希腊名称是《数学汇编》（Synodix Mathematical），阿拉伯人将其译为“Al-mijisti”，并由此产生了该书的拉丁文名“Almagest”。

托勒密

《至大论》分为13卷，前两卷是关于框架的讨论，托勒密在此确定了两球框架是建立后续理论的基础。接下来，托勒密开始讨论具体的天体。首先是太阳（第3卷），然后是月球（第4、5卷），第5卷的内容还包括他制作的一些仪器以及有关日月距离的理论。第6卷讨论了日月食理论，也相当于对第3~5卷提出的日月运动理论的验证。第7、8卷中，托勒密讨论了与恒星相关的内容，他认为确定恒星的位置是继续讨论行星理论的前提。《至大论》的最后5卷是关于5颗行星的运动理论。托勒密通过建立一系列精巧的数学几何模型，描述了一个地心说宇宙图景。

《至大论》书影

托勒密在《至大论》中充分综合了古希腊天文学前辈的理论工作以及自公元前8世纪以来的各类观测记录。其中包括古巴比伦、古希腊天文学前辈们（主要是喜帕恰斯）的记录，以及托勒密本人所做的记录。例如，第3卷中关于回归年长的理论，就是托勒密在喜帕恰斯的太阳运动理论的基础上做出的进一步完善；在第4卷中讨论月球相关理论时，托勒密引用了古巴比伦的月食记录，记录中最早的一次月食发生在公元前721年3月19日晚，是一次月全食；在第7、8卷中讨论恒星时，托勒密引用了喜帕恰斯等人的观测记录。

在处理行星运动时，托勒密发现，利用偏心圆与本轮—均轮两大工具仍然不能完美解释行星的非匀速运动，于是他引入了一个新概念——偏心匀速点（equant）。所谓偏心匀速点，即该点偏离一个圆的圆心，当有物体在该圆圆周上运动时，从偏心匀速点观察，该物体呈匀速运动。在托勒密的行星运动模型中，地球的位置与偏心匀速点关于均轮的圆心对称（如下图）。

偏心匀速点

如此一来，在托勒密的宇宙体系中，地球既不是行星运动的中心（均轮中心），更不是匀速视运动的中心（偏心匀速点），某种程度上这已经违背了亚里士多德的物理学体系以及“拯救现象”最初的愿景。

对此，托勒密有自己的想法：

不要因为我们所采用（解释行星运动的）方法的复杂性，就断定这样的假说过于繁琐……诚然，人应该尽量去尝试用相对简单的假说去解释天体的运动，如果失败了，人们应该采用合适的其他假说。假如每一种现象都被这些假说充分地拯救了，说明这些复杂的假说能够解释天体运动……为何要对此感到奇怪呢？

《至大论》第7卷第5章以及第8卷第1章给出了一份含有全天1022颗恒星的星表。托勒密在星表中列出了48个星座，这是现代88星座的前身。描述恒星时，托勒密按照该星与附近恒星的相对位置，结合星座的形象给出了一个描述，标注了有具体名称的恒星的名字。以狮子座为例，托勒密把狮子座最亮星轩辕十四（狮子座α）称为“（狮子）心脏处的一颗星，名为‘Regulus’”，第二亮星五帝座一（狮子座β）是“（狮子）尾部末端的一颗”。

轩辕十四与五帝座一在狮子座中的位置

这份星表还给出了每一颗恒星的黄道坐标（黄经、黄纬），以及用星等标注恒星亮度。托勒密用数字1~6表示每颗星的亮度，1等星最亮，6等星最暗。星等的概念常被认为始于喜帕恰斯，但并没有直接的文献证据证明这一点，不过可以肯定在托勒密之前就出现了类似的给恒星亮度定等级的方法。

《至大论》深刻影响了公元2世纪到公元16世纪的西方天文学，托勒密的工作堪称天文学史上的一座巅峰，而这座巅峰在后来很长一段时间鲜有人能够超越。

往期热门