从科普插图看托勒密的地心说*

吴光节

(中国科学院云南天文台，云南 昆明 650011)

CN 53-1189/P ISSN 1672-7673

从科普插图看托勒密的地心说*

吴光节

(中国科学院云南天文台，云南 昆明 650011)

古希腊著名天文学家托勒密一生著作很多，他和他的学说在天文学发展中无疑占有重要地位，其中最为著名、影响甚广的，似乎是被诬蔑为 “臭名昭著” 的 “地心说”。不过，在中国的天文学科普书籍中，作者注意到有两种不同版本的 “地心说” 插图，两者反映的科学含义有很大差别。试图从这两种不同版本的插图来探讨 “地心说” 为什么能够统治那么多年。

科普插图；托勒密；地心说

托勒密是1 800多年前古希腊著名天文学家，著作很多，其中巨著《天文学大成》十三卷，在1 400年间，都是天文学家的必读书籍。他将前人解释天体运动的地球中心说加以系统化和细心论证，后世遂把这种地心体系冠以他的名字[1]。想象得出，在托勒密时代，关于地心说的图解，可能比比皆是。不过时过境迁，自开普勒以后，地心说渐渐被越来越多的人所抛弃，要想找到一幅托勒密的原图甚至 “真迹”，那一定是很有价值的古籍收藏。今天，在中国天文学科普书籍中，作者发现存在两种不同类型的图，而其中没有一个是托勒密的原作，都是为了不 “侵害” 别人的版权，自己重新绘制的。可是，两种不同类型的图究竟是谁反映了托勒密的真实思想呢，一时无法判断，作者认真研究了 “地心说” 以及这两种不同类型的插图。最终，当然有了自己的结论，而且明了了，科学上的历史错误是需要用科学的真理来说服的。地心说的长期统治，固然有教会思想的强权影响，更不可忽视天文学家们并没有找到科学上真正的突破口。

1 两种不同的 “地心说” 插图

近些年出版的天文学科普读物中，可以在肖佐等人主编的 《人与自然百科·人与太空》 一书第38页，看到 “托勒密的地心说” 插图[2]。看来，这真算得上是一个纯正的地心说体系，因为所有的天体的确都只是绕着地球转，并且体现了希腊天文学家的 “小轮体系”，即 “水、金、火、木、土” 五大行星，除了有绕地球轨道的 “均轮” 大圆，还有绕大圆轨道的 “小轮” ——即 “本轮”，以进行对均轮轨道的修正。图1取自李良主编的 《探索宇宙奥秘》 一书第85页的图 “托勒密的地心宇宙体系示意图”[3]。因为李良也是前书的作者之一，两书的插图完全一样，连5个 “本轮” 的方位角位置都没有变，不过重新绘制了一下，线条比原来更加清晰了。余明主编的 《简明天文学教程》 第148页采用的图 “托勒密地心体系简图”[4]，也进行了重新绘制，与图1可以说是完全相同，而且很有可能，它们都取自1980年出版的 《中国大百科全书·天文学》 卷第60页的 “地心体系” 一节的插图[5]。

可是，在1995年出版的崔振华等人的 《天文博物馆》 一书第36页[6]，却可以看到另外一类 “托勒密的地心系统” 插图(见图2)。图虽然简单，却有本质的差别。

究竟托勒密的原图是什么样子，作者开始完全是一头雾水。显然，上述插图都可能是图书的作者多少修改和重新绘制过的。作者终于在谭徽松主编的 《探索宇宙的奥秘》 丛书中，找到由高衡编著的 《穿魔鞋的宇宙》 第8页插图 “托勒密的地心体系”[7](见图3)。这是一张洋玩意儿，绘有洋人，注有洋文。高衡的文字注明：五大行星各自在自己的本轮上运行，而每个本轮的中心又在均轮上运行。从模糊不清的插图上看，地球之外的轨道至少有七八条，总体形态与图1类似。

图1 李良的图[3]

Fig.1 The graph from the book of Li liang[3]

图2 崔振华的图[6]

Fig.2 The graph from the book of Cui zhenhua[6]

2 问题在哪里

图2与图1的差别，主要在于水星和金星。在图2中，水星和金星已经成为 “绕太阳公转” 了，而且，水星比金星更靠近太阳。今天的天文学告诉我们，这才是太阳系的真理，水星的确比金星更靠近太阳。但是，从图1明显可见：水星比金星更靠近地球。而且，《人与太空》 一书的文字解释是：“宇宙按次序分成九层：地球、月亮、水星、金星、太阳、火星、…”。明确指出：水星比金星更靠近地球，而金星比水星更靠近太阳。

崔振华等人的图取自何处，我们不知道，但是它有可能代表了某个时期的 “托勒密地心系统”。它

与图1关键的不同之处是：不再是仅仅以地球为中心，简单地层层套上各个天体的同心圆轨道，而是由太阳和水星、金星组成了一个三体系统，水星比金星距离太阳更近；由地球、月亮组成一个二体系统，之外再加上火星、木星、土星……。换句话说，今天我们知道，太阳系的 “地内行星” 只有水星和金星，也就是说：图2的地内行星系统的图像是符合太阳系真理的。

在介绍托勒密的地心体系的时候，绝大多数作者采用的插图是图1。作者没有证据怀疑他们都是错误的；反之，图1和图3代表的很可能就是托勒密的本意，是最早建立的完整的托勒密地心体系。那么，图2又作何解释呢？显然，它的太阳系地内系统是正确的，有理由认为它只能够代表某个历史时期的托勒密地心体系。

图3 高衡的图[7]

Fig.3 The graph from the book of Gao heng[7]

如果承认历史上曾经有过的这一发展，那么就不应该同意19世纪法国著名天文科普作家弗拉马利翁的如下评论：“我们应该惊异的，倒是他们的体系在以后传授了十几个世纪而没有人敢做出重要的修改，多少代的教授和学生都恭顺地接受了。”

3 关键还是在火星

图1和图2在地外行星系统方面还是完全一致的，都是以地球为中心画着大圆。火、木、土星究竟是绕太阳转，还是绕地球转？或者，绕地球和太阳之间的某一点转？显然，一个地外行星天体如果离开地球和太阳越远，就越难以判断；越近，则越容易。比如说月球，天文学家早就发现它是在绕着地球转，称之为 “地球的卫星”。就火、木、土三大行星而言，既然火星离地球最近，当然很关键的就在于火星了。可是，火星距离太阳和地球依然非常遥远，在没有望远镜，甚至连非常精密的机械设备也没有之前，高精度的火星位置观测也是非常困难的！

世界的确应该感谢伟大的丹麦天文学家第谷。第谷·布拉赫是在哥白尼的 《天体运行论》 出版3年以后才出生的。对于宇宙的研究，他强调绝对不能 “基于冥想”，而应该 “基于观测和数学证明”。第谷十分重视对火星的观测。他在丹麦汶岛建立了当时设备完善的一流天文台，他的象限仪拥有半径1.8 m、刻度精细的铜制圆弧。他特别注意火星的运行位置表现出的与轨道计算的差异比任何天体都大得多。他长期坚持每天晚上观测火星。并且，在临终的一年多以前，发现了才华出众的约翰尼斯·开普勒，把他毕生对火星长期、精确的观测资料，嘱托给这位学生进行整理研究。开普勒果然不负重

托：正是利用了当时最先进、最精确的火星观测资料，不仅把太阳放在了火星轨道的中心，而且从 “火星的运动并非是匀速的”，开始怀疑 “圆轨道的假设不当”。开普勒三定律的问世，说明火星，包括木星、土星等其它行星的轨道，无疑是以太阳为中心的椭圆轨道。

第谷后来提出的 “折中宇宙” (见图4)与 “日心说” 的差别，只是把地球 (包括地球的卫星月球) 绘制在中心位置。这种 “折中”，或许只是逃避教会的惩罚。仅仅从天体力学计算轨道来看，不能说它有什么错误。考虑 “观测” 和 “数学”，以地球质心为坐标原点，直到今天也常常采用。如果说第谷仍然在坚持 “地心说”，那是因为在第谷时代，根本不知道太阳到底有多重，只有发展出了天体物理学，才能够明确地告诉我们：地球比起太阳，实在太渺小了。

4 结束语

图4 第谷的折中宇宙

Fig.4 A graph showing the eclectic view of the universe of Tycho Brahe

完整的 “地心说” 最早由托勒密在公元二世纪建立。其实，早在托勒密之前，哲学家阿里斯塔克就提出过 “地球有自转，并且绕太阳公转” 的观念。“地心说” 和 “日心说” 的斗争，至少持续了1 500年。其中固然有教会和统治者 “上帝选定的宇宙中心” 的政治干预的外部恶劣环境,但是从天文学内部来说，科学的发展需要灵感，需要假设，需要信仰，也更需要科学研究的仪器和设备的进步。特别是，从根本上来说，天文学是一门观测科学，需要观测的事实以及科学的论证。

古老的地心说无疑是科学的，是进步的，是古代的真理。诚然，托勒密的地心说认为 “水星比金星距离地球更近” 是错误的，并且与火星的逆行也存在明显的矛盾。但是天文学家们并没有屈服于教会的残忍干涉，在历史的长河中不断发现着 “地心说” 的破绽，不断修改、纠正着原初的 “地心说”。伽利略制造了望远镜，看到了金星的盈亏，而图2的地心体系显然完全可以解释金星和水星的盈亏，或许这样的体系是产生在伽利略之后。从图1到图2，解决了内太阳系的问题，无疑不是天文学的进步。即使第谷又解决了地外行星的问题，究竟是太阳绕地球，还是地球绕太阳，如果仅仅从运动学 “相对运动” 的角度来说，的确是无法判断的。

欧洲的文艺复兴解脱了束缚人们头脑的枷锁，哥白尼的眼光飞越地球，推出了历史上最科学的 “日心说”。布鲁诺更加认为太阳只是地球和行星的中心，是天空中千千万万颗恒星中平常的一员。他们的思想极具哲学意义，但是他们并没有能够以完整的科学事实来说服人们。因为那时候还不知道太阳的质量，人们很难想象，这么 “又大又重” 的地球，会围绕一个看起来小小的太阳旋转。只有随着天体物理学的发展，在开普勒过世大约百年之后，“地球围绕太阳运动” 的真理才能够被人们普遍接受和宣传。

“地心说” 本身并没有过错,被教会的利用也无需托勒密来承担责任。教会维护 “地球是宇宙的中心”，而信奉 “太阳教” 的邪教今天依然大有人在。事实上，无论 “地心说” 还是 “日心说”，都只是天文学发展中的过客。发射于1977年的旅行者1号，是宇宙中飞离地球最远的人造探测器。2012年8月25日，旅行者1号冲出了包围太阳系的日球层区域，正式进入了恒星际空间。它当时距离地球大约121个天文单位。未来的数十亿年内，旅行者1号将和地球、太阳以及其它数千亿颗恒星一起，围绕银河系的中心旋转。托勒密在一千多年以后不得不让位给哥白尼,而哥白尼也要让位给布鲁诺,这就是一代又一代天文学家对真理的追求。

[1] 席泽宗. 托勒密[M]//中国大百科全书编辑委员会<天文学>编辑委员会. 中国大百科全书. 上海: 中国大百科全书出版社, 1980: 423-424.

[2] 肖佐, 秦瑜, 李良. 人与自然百科·人与太空[M]. 沈阳: 辽宁人民出版社, 2000.

[3] 李良. 探索宇宙奥秘[M]. 郑州: 河南科学技术出版社, 2002.

[4] 余明. 简明天文学教程[M]. 北京: 科学出版社, 2001.

[5] 戴文赛, 胡中为. 地心体系[M]//中国大百科全书编辑委员会<天文学>编辑委员会. 中国大百科全书. 上海: 中国大百科全书出版社, 1980: 60-61.

[6] 崔振华. 当代博物馆丛书·天文博物馆[M]. 郑州: 河南教育出版社, 1995.

[7] 高衡. 穿魔鞋的宇宙[M]. 昆明: 晨光出版社, 1997.

Understanding the Geocentric Model from Illustrationsin Popular-Science Books in China

Wu Guangjie

(Yunnan Observatories, Chinese Academy of Sciences, Kunming 650011, China, Email: yawugj@163.com)

Claudius Ptolemaeus, a well-known astronomer of the Ancient Greece, wrote many books in his life time. He and his writings are certainly important in the history of astronomy. His most influential idea is the ‘notorious’ Geocentric Model. From some popular-science books about astronomy in China the author has found two highly different versions of illustrations about the Geocentric Model. In this paper the author discusses which version is closer to the original idea of Claudius Ptolemaeus. In addition, the author argues that the eventual replacement of the long-held Geocentric Model by the Heliocentric Model owes to advancements in astronomical observations.

Illustrations in popular-science books; Claudius Ptolemaeus; Geocentric Model

2014-10-28；修定日期：2014-11-20 作者简介：吴光节，男，研究员. 研究方向：恒星和太阳系天体. Email: yawugj@163.com

P1-09

A

1672-7673(2015)03-0381-04