哥白尼的日心说的故事，日心说是怎么被创立的

伤我心太深

　　以太阳为中心的宇宙模型：哥白尼的日心说

　　哥白尼的学说是人类宇宙观的一次彻底的革命，它使人们的整个世界观都发生了重大变化。

　　阿利斯塔克提出日心说

　　在古希腊，并非所有的人都相信亚里士多德的地心说。雅典著名的天文学家阿利斯塔克就提出了与之不同的观点，他认为，地球每天在自己的轴上自转，每年沿圆周轨道绕太阳一周，太阳和恒星都是静止不动的，而各行星则是以太阳为中心作圆周运动。这是古代最早的日心说思想，比哥白尼的“日心地动说”还要早上1800多年。




　　阿利斯塔克的这一学说，完全与当时人们对宇宙的观念相悖。以当时的天文学和力学知识的水平，人们根本无法理解这样的宇宙法则。虽然阿基米德非常拥护这个学说，并加以发展，使之产生了一定的影响。但是后来，这个学说被指责为亵渎神灵，一直受到基督教会的压制。

　　另外，阿利斯塔克还是最早测定太阳和月球到地球的距离的近似比值的人。




　　哥白尼创立日心说


　　随着时间的推移，天文观测的精确度不断提高，人们逐渐发现了地心学说的问题。到文艺复兴时期，拖勒密所提出的均轮和本轮的数目已多达80多个。这时，波兰人哥白尼经过长期的天文观测和研究，创立了更为科学的宇宙结构体系——日心说，从此否定了在西方统治达一千多年的地心说。

　　1543年，哥白尼的《天体运行论》出版发行，在书中他阐述了日心体系，提出地球只是围绕太阳的一颗普通行星。地球每天自转一周，天穹的旋转正是由此产生的。月球在圆轨道上绕地球转动。太阳在天球上的周年运动是地球绕太阳公转运动的反映。而地球上的人们观测到的行星的“倒退”或“靠近”则是地球和行星共同绕日运动的结果。





　　地心说与日心说


　　地心说(或称天动说)，是古人认为地球是宇宙的中心，而其他的星球都环绕着她而运行的一种学说。古希腊的托勒密将地心说的模型发展完善，且为了解释某些行星的逆行现象提出了本轮的理论，即这些星体除了绕地轨道外，还会沿着一些小轨道运转。后来，天主教教会接纳此为世界观的“正统理论”。 图为葡萄牙宇宙学家维利乌于1568年绘制的地心说宇宙模型，收藏于法国国家图书馆。





　　日心说，也称为地动说，是关于天体运动的和地心说相对立的学说，它认为太阳是宇宙的中心，而不是地球。 哥白尼提出的日心说，推翻了长期以来居于统治地位的地心说，实现了天文学的根本变革。 图为日心说的太阳系图。


　　从地心说，到日心说，人类的内心戏都经历了什么?


　　古时候人们观测天空，每天看到太阳、月亮从东边升起，在西边落下。所以就认为地球是宇宙的中心，日月星辰都是围绕地球运行的天体。古希腊的天文学家托勒密就持这种观点。当时人们已经注意到只有少数几个星星的位置是变化的，比如我们熟知的金木水火土，被称为行星。其他绝大多数位置不变的星星，我们称为恒星。
　　图1是早期的宇宙图像。地球是宇宙的中心，月球、水星、火星、太阳、金星、木星和土星依次处在从近到远的轨道上，围绕着地球转动。这个宇宙图像和当时基督教的思想符合，上帝创造了人，所以把人放在地球上——宇宙中心的位置。因此得到了广泛的传播和认可，也为后世推翻它增加了难度。





　　图1 地心说的宇宙构成


　　哥白尼之前，科学家就开始用一些工具比如六分仪来测量星星的位置。很快就发现，地心说很难正确地预测行星的位置，于是开始在原来的模型上做修正(图2)，因此有了本轮和均轮之说。简单地说，就是行星围绕地球运动，这个运动的轨迹是均轮。同时行星还绕着均轮上的一个点做圆周运动，这个运动的轨迹叫本轮。后来的观测发现，本轮、均轮都不足以描述行星的运动，于是圈越画越多。以至于有人抱怨，“如果我是上帝，也不会弄出这么复杂的宇宙”。


　　哥白尼的“日心说”观点符合现在现代天文学对太阳系的观测结果。太阳在中心，其他行星包括地球都在圆形轨道上围绕太阳公转(图4)。这一学说提出后并未被大多数天文学家采纳。一方面是因为宗教的原因，而且也没有很明显的直接证据显示地球是绕太阳公转的;另一方面则是因为哥白尼的圆轨道说也不能精确描述行星的运动。





　　图2 地心说的本轮和均轮


　　在日心说传播的历史上，值得一提的是布鲁诺。这位哲学家将哥白尼的日心说提高了另一个高度。他认为，宇宙是无限的，太阳不是宇宙的中心，只是众多的恒星中的一颗。其他恒星也和太阳一样，有类似的行星围绕着。这些观点后来都被现代的天文观测所证实。不过，和很多之前的记载不同，布鲁诺最后被宗教法庭判处火刑的原因并不是日心说，或者说主要不是因为日心说。作为一名天主教的牧师，他否认耶稣是神，圣母玛利亚是处女，还坚持认为除了我们人类的世界以外，还有平行的世界的存在。今天看来他的这些观点无疑更符合科学，不过当时他就是端着神的碗，却要砸神的锅，难怪宗教法庭判了他火刑。总的来说，布鲁诺是一个喜欢标新立异的人，这种标新立异的思潮推动着科学进步和发展。科学一定不能因循守旧，要敢于挑战传统观点，敢于质疑权威理论。

　　真正为日心说付出代价，差点被迫害的正是我们熟悉的意大利科学家伽利略，不过也正是伽利略给了地心说致命一击。伽利略第一次将望远镜用在天文观测上，因此取得很多重要的成果，比如发现了几颗木星的卫星。这一发现动摇了所有天体都是围绕地球公转的早期宇宙学的基础。

　　伽利略关于金星的观测研究彻底颠覆了地心说。根据托勒密天文学，太阳和金星保持在同一个方向围绕地球公转。因此我们通常看到的金星只有很少一部分被照亮，在地球上观测的到的金星应如同新月甚至是弦月。而实际观测的效果，金星和月亮一样，有从“新月”到“满月”的变化。这一结果彻底颠覆了托勒密天文学。





　　图3 月球的盈亏变化， 通常称为相变


　　虽然支持日心说，伽利略直到晚年才写了一本书——《关于托勒密和哥白尼两大世界体系对话》，用对话的方式来比较日心说和地心说，也因此得罪了教廷。在书出版后半年时间他就被捕下狱。所幸他没有被判重刑，最终还是得以安享晚年。




　　图4 日心说


　　人类对宇宙的认识总是在各种正确和错误的理论的斗争中不断前进的。今天的我们很幸运，不会因为坚持一个科学的观点受到打击。另一方面，我们也似乎有些不幸，因为那个只要将望远镜对准天空就能有重大发现的时代已经过去。今天的我们想要有新的发现，就必须使用更加复杂的地面装置，甚至借助航天器来实现。