“地心说”与“日心说”的比较

“地心说”与“日心说”的比较
日月星辰每天东升西落，已成为人们熟悉的天文现象。

然而对这些现象的认识，却经历了漫长曲折的道路。

这其中涌现出来的许多观点中，最有影响力和最重要的两种就是“地心说”和“日心说”。

前者以其影响范围之广、时间之长而闻明，后者则是被大多数人人为是揭示了事实真相的学说。

一、地心说
“地心说”最早起源于古希腊，早在公元前4世纪，古希腊人变产生了各种天体绕地球运转的思想。

这种思想经过几百年时间的补充完善，到公元前2世纪，由托勒密（生于埃及，但长期生活于亚历山大城）总结前人设想，首先创立了以“地球中心说”为基础的天文学理论体系。

他设想宇宙有“九重天”，即围绕地球运转的有九个同心的球壳。

它们的顺序是：月球天，水星天，金星天，太阳天，火星天，木星天，恒星天和原动天。

如下图所示：
月球天离地球最近；太阳位于第四重天上，是主宰宇宙的灵魂；恒星如同宝石一样镶嵌在第八重天（恒星天）的天界上；最外层的原动天是神灵居住的天堂。

全部球层受原动天推动，自东向西绕地球作周日运动，每一层球壳都很厚。

地球岿然不动地处于宇宙的中心。

以上所述的就是“地心说”的主要内容。

可以看出，这一学说的思想与神学论的看法有契合之处，所以它为神权统治者所接受，独霸欧洲天文界达上千年之久。

由于教庭势力极大，鲜有人敢于否定，恐怕遭到迫害。

十三世纪时，对天文学有一些了解的西班牙卡斯提那国王阿尔方梭十世感到托勒密的体系很复杂，发了一句牢骚说：“上帝创造世界时要是能征求我的意见，那天上的秩序可能安排得更好些。

”因此被指控为异教徒，连王位也被废黜。

由此可见，正是这种强权使得错误思想得以多活几百年，严重阻碍了人们对事实真相的了解。

二、日心说
十五世纪以后，欧洲长期以来的黑暗统治开始衰弱，资本主义开始兴起，生产、商业、航海等各行各业的发展，尤其是环球航行的成功，证实了地球是一个球体，使人们对天体结构进行进一步的研究。

1543年，波兰天文学家哥白尼提出"日心说"，认为太阳静止地位于宇宙的中心，而地球和其它的行星围绕着太阳作圆周运动。

由于害怕教会的迫害，哥白尼只能秘密地传播他的学说。

后来，伽利略观测木星时，发现木星的几个卫星围绕着木星旋转，这表明其它星球不一定围绕着地球旋转。

继而开普勒修正了哥白尼的理论，用椭圆轨道取代了圆周轨道，使其很好的符合观测结果。

他们的公开支持，最终宣告了亚里士多德学说的终结。

1687年，牛顿出版了举世闻名的《原理》，在书中提出了著名的引力定律。

《原理》一书解决了物体如何在空间和时间中运动的问题万有。

人们利用他的理论，可以精确地计算星球运行的轨道。

其中哥白尼的“太阳中心说”如下图：
三、行星运动的力学模型
行星运动由行星和太阳之间的万有引力决定。

太阳受行星的引力故亦在运动，中心非固定点。

但太阳的质量比各行星大得多，所以可以把太阳视为不动，这样一来问题就得到简化。

如上图选取太阳为极点的平面极坐标系，则行星受太阳的万有引力为
22m F mu r μμ=-=- 得轨道公式为
222
22()d u mh u u mu d μϕ-+=-，即222()0d u u d h μϕ+-=
令2z u h μ
=-，则
220d z z d ϕ+=
此方程为行同谐振方程，通解为0cos()z A ϕϕ=-
A 和0ϕ为两积分常数。

代入得
022cos()u z A h h μμϕϕ=+=-+ 故021cos()
r A h μϕϕ=
+- 若令
2h p μ=，2h e A μ=，则有 01cos()p
r e ϕϕ=+-，为一圆锥曲线。

且e=0时为圆，e<1时为椭圆，e=1时为抛物线，e>1时为双曲线。

如图
而算得e = 200
12m mv r μ-〈0，轨道为椭圆，
200
12m mv r μ-=0，轨道为抛物线， 200
12m mv r μ-〉0，轨道为双曲线。

由于200
12m mv r μ-〈0意味着行星的初动能不足以做功使其从0r 处移至无穷远处。

因此，在这种情况下，行星只能在圆或椭圆轨道上运动。

实际的九大行星的偏心率e 很小，相应地轨道也为近圆的椭圆轨道。

另一方面，任取一行星和太阳组成的系统，其质心必偏向太阳，故只能是行星围着太阳转。

通过分析，“日心说”更符合实际，当然实际的行星轨道的决定要更加复杂的多。

参考文献
《理论力学原理与方法》，刘焕堂，厦门大学出版社
《万有引力和引力场》，祝瑞琪 马见慈，高等教育出版社
《大学物理（力学）》，张三慧，清华大学出版社
论文总结
通过这次小论文，我一方面是对学过的知识进行了复习，加深了印象；另一方面是初步学习了怎样写科学论文，为以后的进一步学习做准备；还认识到从事科学研究工作的艰苦和曲折。

总而言之，这次可谓是一举数得了。

理论力学学习总结
作为一门工科基础课，我从中学习了如何以牛顿力学结合微积分等知识分析解决力学问题。

学习这么课时，发现理论力学与现实生活中所见到的器具等还是有很深的联系的，许多仪器的工作原理都可以从中得到解释。

学习中也锻炼了我思考和总结的能力，对于如何分析问题有了比较明确系统的思路。

通过这门课，我有了比较大的收获。

希望这门课以后会越来越受大家欢迎。