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地心说
古希腊时代欧多克斯提出的理论
内容介绍
简介
宇宙时空之旅中地心说演示
古代许多的学者就宇宙的构造开始有其他想法了。在古希腊亚里士多德和托勒密提出位于宇宙中心的地球周遭全天体公转的想法，提出地球正是宇宙中心自转的想法、太阳不是宇宙中心，提出正在自转公转的想法、位于宇宙中心的太阳绕地球公转的想法。
天动说，在宇宙中心有地球，包含太阳全部的天体大约1天绕地球公转一周。但是，太阳和行星的速度不同，考虑根据这个，在不同时期看得见的行星都不同。有叫天球的硬邦邦的球，这包括地球和太阳、行星的全部天体。后考虑恒星应该是天球沾上了天球开的细小的孔，除天球以外的光泄漏都能看得见。所有变化只在地球和月球之间发生、声称比这个远的天体，永远地变化只是重复定期的运动不来临。
天动说不是仅天文学上的计算方法。当时的哲学和思想被加入。因为神在宇宙中心安置地球这个人类住的特别天体。地球是宇宙中心的同时，也是全部的天体的主人。全部的天体是地球的，以跟着主人的形式运动。在中世纪欧洲作为把当时亚里士多德哲学作为那种体系的骨架，并汲取了的中世纪基督教神学上公认的东西，天动说被看作了正式的宇宙观。在14世纪但丁发表的叙事诗神曲天堂篇，说月、太阳、木星等等的各行星同心圆状包围地球的周遭。
什么是地心说
地心说（或称天动说），是古人认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，而其它的星球都环绕着地球而运行的一种学说。也是古代教会信仰的学说
起源
托勒密
理论
希腊哲学家们认为，永恒的、神圣的天体只能相应于其高贵的地位作匀速圆周运动。但少数天体，如太阳，月亮和一些行星的视运动却并不如此，甚至还描绘出复杂的双纽线轨迹。柏拉图给他的学生们提出了一个任务：怎样用若干个特殊的匀速圆周运动的组合，去解决理想情况与现实的这个矛盾。这里所提出的运动的合成和分解的思想，对后来物理学研究方法的发展起了启示性的作用。
柏拉图的学生，克尼道斯的欧多克斯(Eudoxus of Cnidos)约前409一前355)第一个致力于建立一个宇宙的几何模型。他违背了柏拉图不作观测的规定，通过天文观测为他的几何模型提供实际根据。他吸收了巴比伦人把天上复杂的周期运动分解为若干个简单周期运动的思想，共用二十七个以地球为中心的同心球壳解释了附着于球壳上的天体的视运动。最外面的一个球层(遥远的恒星天球)描述了天界的周日运动。行星的视运动很不规则，所以每个行星需用四个相互关联的同心球壳的联合旋转来作出说明。太阳和月亮的运动各用三个球壳说明．较里面的球壳的旋转轴安装在较外面的球壳上，所以必然参与外面球壳的运动。
进一步的观测发现另外的周期现象。欧多克斯的学生卡里普斯(Callipus)给每个天体又加上一个新的球壳，使总数达到三十四个。亚里士多德又进一步增加了二十二个，使球壳总 数达五十六个，这二十二个是“不转动的球层’，这是为了避 免每个天球把自己特有的转动都直接传给它内层的天体，这就需要在载有行星的每一组球层之间插进若干“不转动的球层”，它们和外面的球层作相反方向的运动，从而抵消了外球层的运动，只把周日运动传给内层的行星。
同心球层体系一开始就招致了某些困难，因为它要求天体永远和地球保持同一距离。但行星亮度的变化以及日食有时是全食、有时是环食的现象说明，行星，太阳，月亮离地球的距离是不断变动的。为了摆脱这一困难，柏加的阿波罗尼阿斯(Apollonius of Perga，约前247--约前205)提出了另一种几何模型，他的模型中只有天体的轨道，而无实体的同心球，这是一个很大的进步。为了解释太阳和月亮与地球间的距离的变化，他设计了偏心轮——地球在天体圆轨道中心的一旁，为了解释行星的逆行现象，他提出了“本轮—均轮”结构——行星沿本轮怍圆周运动，本轮的中心又在另一均轮圆周上以地球为中心运行。
这个思想后来又为罗德斯岛上的希帕克斯(Hipparrchus,约前161——约前126)所发展。他用一个固定的偏心轮解释太阳的表观运动，用一个移动的偏心轮解释月亮的表观运动，而行星的运动则用一套本轮一均轮来解释。他的模型与实际符合得较好。希帕克斯收集和比较了古人的观测记录，从而发现了分点岁差为36''(实际约为50'')。他测定丁约一千零八十颗恒星方位，编制了星表。他把恒显的亮度分为六等。他通过观测月孔在两个不同纬度的平纬度，确定月亮离地球的距离约为地球直径的三十六倍，月亮直径为地球直径的三分之一(实际分别为三十倍和零点二七)。这些成就表明，当时的天文学已达到相当高的水平。
托勒密
地心说体系由希腊晚期亚历山大城的数学家，天文学家托勒密(Claudius Ptolemy ，约90—168)所完成。他提出了进行理论研究的基本原则：力求以最简单的假设对各种现象作出统一的解释，这就是“简单性原则”，它在近代科学发展中起着重要的作用。在他所写的“天文大全”，后来用阿拉伯语简称为《至大论》(Almagest)一书的前言中，他明确提出：“……天宇是球形的并且作球体运动，大地就形状来说，显然是球状的……;就位置来说，它恰在天宇的中央，像几何中心一样，就大小和距离来说，[大地]与恒星比较就是一个点，它本身完全没有运动。”
托勒密根据当时人们所接受的动力学原理提出论证说，如果地球自身在转动，其周围的大气将不会被带走，因而云将向西离去，鸟和大气中的其他东西都会被带向西方，地球将会失掉它上面的所有东西。他正是根据这种判据否定地动思想的。于是他便由近及远地按照月亮，水星，金星、太阳、火星、木星、土星、最后是恒星天球的顺序，安排了他的地心说宇宙结构。
地心说学说示意图
地心说
同心球
尤得塞斯的同心球
在公元前4世纪，古希腊的数学家尤得塞斯(Eudoxus of Cnidus)已想到一个以地球为中心，各个星体以多层同心球的方式环绕地球的宇宙体系了。镶嵌了所有恒星的恒星同心球在最外层，以北天极为中心，用大约一天时间从东边往西边转动(日周运动)。而属于太阳的太阳同心球则以跟恒星同心球相反的方向(从西边往东边)，用大约一年时间转动(年周运动)。因为太阳同心球的自转轴与恒星同心球的自转轴并不重叠，所以在一年的时间内，太阳升到中天的高度不同，也由此解释了四季的来源。在太阳与恒星之间的，就是各个行星的同心球了。从地球上看，行星看起来好像在星座之间移动，时快时慢，而且间中还会出现逆行的现象。为了解释逆行，一个行星被配以多个不同转动方向和速度的同心球。因为这些同心球都以地球作为共同的中心，所以地球与各个行星之间的距离保持不变。尤得塞斯的同心球学说后来被亚里士多德编入了他的宇宙观中。
本轮说
三个观点
1.地球是球体。
2.地球是静止不动的，而且处于宇宙的中心。
3.所有日月星辰都围绕地球转。
历史原因
(1)．星体绕着某一中心的匀角速运动，符合当时占主导思想的柏拉图的假设，也适合于亚里士多德的物理学，易于被人们接受。
(2)．用几种圆周轨道不同的组合解释、预言了行星的运动位置，解释了行星的亮度变化，这与实际相差很小，相比以前的体系有所改进。
(3)．地球不动的说法，对当时人们的生活是令人安慰的假设，也符合基督教信仰。
被淘汰
地心说中的本轮——均轮模型，毕竟是托勒密根据有限的观测资料拼凑出来的，它是通过人为地规定本轮、均轮的大小及行星运行速度，才使这个模型和实测结果取得一致。但是，到了中世纪后期，随着观测仪器的不断改进，行星的位置和运动测量越来越精确，观测到的行星实际位置同这个模型的计算结果的偏差，就逐渐显露出来了。
但是，信奉地心说的人们并没有认识到这是由于地心说本身的错误造成的，却用增加本轮的方法来补救地心说。起初这种办法还能勉强应付，后来小本轮增加到80多个，但仍不能满意地计算出行星的准确位置。这不能不使人怀疑地心说的正确性了。到了16世纪，哥白尼在持日心地动观的古希腊先辈和同时代学者的基础上，终于创立了“日心说”。从此，地心说逐渐被淘汰。地心说之所以会被突破，是因为地心说的创始人和拥护者没有把地心说的语意和内涵无限扩大（在天体运行的阐述中毕竟还有非地心说的存活空间，即地心说能被“证伪”）。
历史意义
地心说是世界上第一个行星体系模型。尽管它把地球当作宇宙中心是错误的，然而它的历史功绩不应抹杀。地心说承认地球是“圆形”的，并把行星从恒星中区别出来，着眼于探索和揭示行星的运动规律，这标志着人类对宇宙认识的一大进步。地心说最重要的成就就是运用数学计算行星的运行，托勒密还第一次提出了“运行轨道”的概念，设计出了一个本轮一个均轮模型。按照这个模型，人们能够对行星的运动进行定量计算，推测行星所在的位置，这是一个了不起的创造。在一定时期里，依据这个模型可以在一定程度上正确的预测天象，因而在生产实践中也起过一定作用。虽然托勒密的地心体系后来被日心说取代，但是它在诞生至今1500多年的时间里，带给西方人的东西远远多于哥白尼的日心说。地心说，是世界上第一个行星体系模型，是世界上最早的假说—演绎体系。在建立理论的过程中，自始至终使用数学工具去研究和证明，开创了构建精确性理论的先河。在地心说占统治地位的上千年间，由于地心说的统治地位和广泛影响，它塑造了西方人的分析式的思维方式，和不包含伦理观的实体自然观，以及自然研究中应用数学工具。
学家迫害
受到地心说迫害的近代科学家
布鲁诺（Giordano Bruno）1548年-1600年，意大利哲学家和思想家。1583年，布鲁诺到英国，批判经院哲学和神学，反对亚里士多德——托勒密的地心说，宣传哥白尼的日心说。1585年去德国，宣传进步的宇宙观，反对宗教哲学，进一步引起了罗马宗教裁判所的恐惧和仇恨。1592年，布鲁诺在威尼斯被捕入狱，在被囚禁的八年中，布鲁诺始终坚持自己的学说，最后被宗教裁判所判为“异端”烧死在罗马鲜花广场。布鲁诺的主要著作有《论无限宇宙和世界》，书中捍卫哥白尼的日心说，并明确指出：“宇宙是无限大的”，“宇宙不仅是无限的，而且是物质的”。还著有《诺亚方舟》，抨击死抱《圣经》的学者。
伽俐略1564年-1642年
1609年伽俐略通过自制的望远镜观察发现：月亮不是一个光滑的球体，它的表面矗立着无数座火山口和高山。于是他得出结论说从总体来看，天体不是平滑完美的，而是和地球同样，具有凸凹不平的表面。通过观察，他看到从整体来讲银河并不是一片银色的云体，而是由众多的个体星星组成的，这些星星距离我们如此遥远以致用肉眼看上去就成了模糊的一片。通过对行星的观察，他发现有些环带包围着土星，有四个卫星绕着木星运行。这显然说明了地球以外的行星周围也可能会有运行的天体。通过观察他发现了太阳黑子（事实上在他以前就有人观察到了太阳黑子，但是他公布的观察结果更有说服力，因而引起了科学界的重视）。他发现金星这颗行星的盈亏和月亮的盈亏十分相似。这对于说明地球和所有其他行星都绕太阳运行的哥白尼学说是一项重要的证据。由于支持哥白尼学说而遭致了有势力的教会的反对，1616年他被下了一道禁令，不准讲授哥白尼学说。1632年，他出版了《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》。1633年，他被罗马梵蒂冈宗教裁判所判处8年软禁，并再次被逼表示和哥白尼学说决裂。1642年1月8日，伽利略病逝。
地心说是长期盛行于古代欧洲的宇宙学说。它最初由古希腊学者欧多克斯提出，后经亚里多德、托勒密进一步发展而逐渐建立和完善起来。
托勒密认为，地球处于宇宙中心静止不动。从地球向外，依次有月球、水星、金星、太阳、火星、木星和土星，在各自的圆轨道上绕地球运转。其中，行星的运动要比太阳、月球复杂些：行星在本轮上运动，而本轮又沿均轮绕地运行。在太阳、月球行星之外，是镶嵌着所有恒星的天球——恒星天。再外面，是推动天体运动的原动天。
地心说是世界上第一个行星体系模型。尽管它把地球当作宇宙中心是错误的，然而它的历史功绩不应抹杀。地心说承认地球是“球形”的，并把行星从恒星中区别出来，着眼于探索和揭示行星的运动规律，这标志着人类对宇宙认识的一大进步。地心说最重要的成就是运用数学计算行星的运行，托勒密还第一次提出“运行轨道”的概念，设计出了一个本轮均轮模型，依据这个模型可以在一定程度上正确地预测天象，因而在生产实践中也起过一定的作用。
地心说中的本轮均轮模型，毕竟是托勒密根据有限的观察资料拼凑出来的，他是通过人为地规定本轮、均轮的大小及行星运行速度，才使这个模型和实测结果取得一致。但是，到了中世纪后期，随着观察仪器的不断改进，行星位置和运动的测量越来越精确，观测到的行星实际位置同这个模型的计算结果的偏差，就逐渐显露出来了。
但是，信奉地心说的人们并没有认识到这是由于地心说本身的错误造成的，却用增加本轮的办法来补救地心说。最初这种办法还能勉强应付，后来地心说便逐渐被淘汰了。
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作者
