地心说(或稱天动说),是古人認為地球是宇宙的中心,而其他的星球都環繞著她而運行的一種學說。 由於古代人缺乏足夠的宇宙觀測數據,以及懷著以人為本的觀念,因此他們誤認為地球就是宇宙的中心,而其他的星體都是繞著她而運行的。古希臘的托勒密(Claudius Ptolemy)將地心說的模型發展完善,且為了解釋某些行星的逆行現象(即在某些時候,從地球上看那些星體的運動軌跡,有時這些星體會往反方向行走),因此他提出了本轮的理論,即這些星體除了繞地軌道外,還會沿著一些小軌道運轉。後來,天主教教會接納此為世界觀的「正統理論」。 托勒密的理論能初步的解釋從地球上所看到的現象,但是在文藝復興時代,隨著科學技術的進步,一些支持日心說的證據逐漸出現,且有些證據無法以地心說解釋,地心說逐漸占了下風。在現代世界,支持地心說的人已經寥寥無幾了。
概要
天動說的歷史 在西元前4世紀,古希臘的數學家尤得塞斯(Eudoxus of Cnidus)已想到一個以地球為中心,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,以北天極為中心,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)。 因為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。為了解釋逆行,一個行星被配以多個不同轉動方向和速度的同心球。 因為這些同心球都以地球作為共同的中心,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。
尤得塞斯的同心球 西元前3世紀左右的阿波羅尼奧斯或西元前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。 這個小圓被稱為本輪,而本輪環繞地球運動的軌道則稱為均輪。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為明顯。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(這概念為現在絕大部份人所認同)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複雜,若要用地心說正確地記述所有行星的運動,則需要更複雜的體系。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,為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。最後因為使用的極度不方便,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。
阿波羅尼奧斯的本輪
日心說 |