天球论

为了搞清楚整个宇宙的运行机制，古希腊人首先做出了一个逻辑上的推断——如果地球是个球体，那么天空也应该是球体。柏拉图在他的著作中描述道：“造物主将地球塑造成一个圆圆的球体，……他将整个宇宙构建成一个圆球，宇宙的运动无外乎圆周运动。”还有亚里士多德，这个十几岁便赴雅典柏拉图学院学习，一直学到37岁的思想家，也认为宇宙是球体。而且，正如现代的天文学家必须确立“外层空间”的边界一样，亚里士多德也努力回答“天空是从哪里开始的”这个问题。他认为由四种元素组成的地球及其上的物质，是无序、无常的，而天空是由“第五元素”（即以太）构成的，拥有完美几何形状的界域，就这样亚里士多德敲定了天空和地球的界限。他在《气象学》中指出，天空中发生的所有异常现象都与地球有关。比如彗星就是地球上的某处向外喷了火，而在高层大气中引发的一种局部现象；他还认为银河及一些光学现象（如北极光）的产生也不外乎是同样的原理。

希腊人认为是固态天球层带动着天体运行，策拉留斯的这个作品试图用立体多维度的方式来展示行星的运动轨道。左下角小图展示的是托勒密体系传统的扁平地心宇宙体系，右下角是第谷·布拉赫的宇宙结构体系。

亚里士多德的宇宙四大元素，图摘自巴托洛梅乌斯·安格利克斯编纂的百科全书《物之属性》（1491年）。

为了弄清行星的运动模式，柏拉图邀请他的门徒们来解决这个问题。来自尼多斯的青年数学家欧多克索斯（公元前400—公元前347）接受了这个挑战。他用一个简单的方案就解决了关于行星运动的各种难题：欧多克索斯在柏拉图的模型基础上又增加了一些互相嵌套的同心球层。他给已知的五颗行星分别增加了四个由以太构成的快速旋转的同心球层，每个球层的旋转方向不同，这套多球层体系就解释了为什么行星会出现逆行（行星在地心天球上自东向西的视运动）的现象，也解释了为什么行星的位置每天、每年都会发生变化。在他的模型中，太阳和月亮分别有三个以太同心球层，而恒星在最大的那个同心球层中运动。欧多克索斯的天空模型一共有27个大大小小的同心球层。为了方便理解，请先想象一个透明的水晶球，其内部有一个略小的水晶球，每个球内部都嵌套着一个更小的，依此类推。这个层层嵌套的水晶球层和俄罗斯套娃有些类似。每个球层都牵动球层上的天体运动，离地球最远的那颗行星在最大的球层中。在这个包含很多旋转着的水晶玻璃球的多层同心宇宙体系中，地球位于正中心，人类在地球上抬头向上看的时候，就由内向外一眼望穿了这个不停旋转的宇宙结构。

木版画插图，图中展示了柏拉图和尼多斯的欧多克索斯在著述中构建的“两球”1地心宇宙模型，摘自彼得鲁斯·阿皮亚努斯在1524年出版的《宇宙志》。

亚里士多德对欧多克索斯的观点十分认可，还在此基础上将同心球层的数量增加到了55个，大大增强了模型对天体运动的解释能力，使这个非同凡响的球层结构宇宙观盛行了相当长的时间。亚里士多德认为，凡是无休止运动的事物必然有持续不断的推动力，他将维持这个极其宏大体系运动的力量归结为一种神秘的原动力。这是一股看不见的强大力量，也完美契合了后来基督教教义中对上帝之力的形容。

欧多克索斯的原著已不可寻，幸亏热爱传授知识的希腊诗人索利的阿拉托斯于公元前276—公元前274年间，将欧多克索斯的原作改写成732行六音步格律韵文长诗《物象》，他的观点才得以流传下来。这首天文学长诗影响深远，还被译成了拉丁文和阿拉伯文（要知道只有极少数早期希腊诗篇才享有跨文化流传的殊荣），不断地再版、翻印，一直流传至中世纪。（甚至在《新约》“使徒行传”第17章中，使徒保罗抵达雅典后，也引用了这首长诗。）《物象》对各个星座、恒星群起落规律进行了介绍和描述，使读者能够利用这些规律来判断夜晚的时间。诗中还详细介绍了欧多克索斯的球形宇宙结构、太阳在黄道十二宫中的运动路径，以及预测天气的方法。不过，阿拉托斯并不是科学家，所以他在《物象》开头几行坚称这一切的一切，最终都是宙斯在执掌。也许就是这些神话典故和文学的魅力让天文数据不再那样生硬，使得《物象》如此引人入胜，并最终让它能够广泛流传。

射手座和摩羯座，图中橙色点代表了恒星。西塞罗用韵文翻译了阿拉托斯的《物象》，图片摘自西塞罗译本《阿拉蒂亚》中的一份制作于11世纪中叶的（即诺曼底征服前夕）手抄本。

《物象》所述也并非完全正确，实际上伟大的天文学家、天文观测者、三角学的奠基人喜帕恰斯（公元前162—公元前127）在他唯一流传于世的著作——《评注阿拉托斯和欧多克索斯的〈物象〉》中就指出了《物象》中存在的天文学错误，他还批评了阿拉托斯和欧多克索斯对星座的描述。我们在此罗列喜帕恰斯取得的各项成就，希望读者们能感受到在古老的巴比伦推崇观测的方法论影响下，希腊天文学当时经历着怎样的翻天覆地的变革。喜帕恰斯怀疑某颗恒星莫名其妙发生了位移，于是在公元前129年编制完成了西方天空的第一份综合星表，以便后世在发现类似的恒星位移时，能有个参照。在星表中，他将恒星按亮度分成六等，并由此建立了第一套恒星星等标体系。现代天文学使用的依然是这套体系，只不过精确度比当时要高一些。

除文中提到的成就之外，学者们还认为欧多克索斯造出了世界上第一个天球仪，可惜原物已经遗失了。图中雕塑是“法尔内塞的阿特拉斯”，阿特拉斯是希腊传说中的泰坦巨神，一般认为，这件雕塑中阿特拉斯背负的球体就是现存最古老的天球仪。欧多克索斯的研究和公元前2世纪的天文学家喜帕恰斯的成果都在这个天球仪的浮雕上有直接的体现。

喜帕恰斯的成就还包括：发现了一颗新星，发现了第一套用来预测日食的可靠方法，根据巴比伦的天文观测记录运用数学技术设计出了现存最早的太阳和月球运动的定量模型。而他最著名的发现，是春分、秋分点岁差（现在普遍称作“轴向岁差”），从地面观测者的视角来看，恒星天球每年都要整体向后转一个小角度，差不多每25 772年旋转一周回到原来的位置。据喜帕恰斯测算，天球每个世纪转1度——实际数值是每72年转1度。这样一个早期发现，即便数据不是那么精确，也实在令人赞叹。

1 译者注：“两球”指地球和天球。