从哥白尼到开普勒

从哥白尼到开普勒
武际可:科技史选讲之四
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夫天文者，朝廷之实政、儒者之实学，非
比一人一事，可以掉三寸之舌、立地雌黄、 洒笔端之墨，依稀形似者也。此其道在于测 验。

南怀仁：《不得已辨》
丁福保等，《四部总录算法编》，商务 印书馆，1957年，《补遗》，第46页
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温家宝说（2007,5,16）
在天球上徘徊地从西向东运行， 399日一徘徊
在天球上徘徊地从西向东运行， 378日一徘徊
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水 星
晨 星
)
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金 星
太 白
)
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地 球
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火 星
荧 惑
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木 星
岁 星
)
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毕达哥拉斯提出地球是球形的见解并给出了论证。 提出天球是多个透明球的见解，这些球带着5大行星旋 转。
阿里斯塔恰斯（Aristarchus,310-230BC）第一个尝试 测量太阳、月亮的大小及其与地球的距离。他知道月 亮反光，如以三角形EMS中，E为地球、M为月亮、S 为太阳，当正好为半月时，角M为直角，测得角E的值 为87°（准确值为89.87°），由此估出太阳与月亮的 距离的比值为18－20（准确值是346）。他的这个测量 月亮、太阳距离之比的简单方法一直被天文界使用到 15世纪。他第一个提出过日心说。
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哥白尼自画像
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中世纪后，在认识论上有很大的进步， 英国教士培根（Roger Bacon,?－1250） 最早喊出号召实验与观察，“看看这世 界”，“结束教条和权威的统治”的口 号。这种思想为广大学者所赞同，从而 逐渐跳出中世纪以纯思辨作为真理标准 的方法论的约束。正是在这些背景下， 新的天文学才得以诞生。
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奥赛安德尔为了此书能安全发行，擅自增加了 一篇《关于本书的假说告读者》的未加署名的 前言，大意说书中的理论并不代表行星在空间 的真实运动，而是为编算星表、预推行星位置 的一种人为的设计。当时哥白尼已经身患重病， 无力反对这篇前言。后来这篇前言一直被当作 哥白尼的亲笔，多次出版都被保留在书中。直 到上一世纪中叶，有人在布拉格的图书馆里发 现了《天体运行论》的原稿才搞清楚，在以后 再版时将它删去了。1543年5月24日哥白尼收 到刚印好、飘着油墨香味的《天体运行论》的 样书时，已经不能说话了，不久，他便离开了 人世。
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哥白尼在30岁时回到波兰，那时他舅父在一个大教堂 里当教士，他也就在舅父的教堂里当一名博学教士。 此后他就一直在那里工作到去世。在教堂里，他的任 务是记帐、看病等教堂事务，在余下的时间就去思考 他的宇宙模式。
1512年，他的舅父去世了，他继续在那里工作，并且 在教堂附近的平台上安装了一些简陋的天文仪器，以 供他观察之用。
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在唯一的学生雷蒂库斯与其他朋友的极力劝说之下， 哥白尼终于同意出版《天体运行论》了，雷蒂库斯以 极大的热情帮他缮写手稿并且以这本书的编辑的身份 前往纽伦堡联系出版事宜。在纽伦堡，雷蒂库斯收到 了哥白尼补写的将此书献给教皇保罗三世的献词。这 份献词的目的是向教皇阐述此书绝无亵渎之意，以求 得教皇的谅解和庇护。在献词中，哥白尼提到他出版 这本书的忧虑是怎样被他的一些好友消除的，但是， 由于疏忽，哥白尼没有一处提到雷蒂库斯。也许是由 此引起雷蒂库斯的不快，从而丧失了对出版此书的热 情，并放弃了此书的编辑工作，转由纽伦堡的出版商 奥赛安德尔（A.Osiander, 1498－1552）继续。
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从幼年到青年时期他在当地求学，除了学习古典著作 以外，还研究天文学，并且学会了使用简单的天文仪 器。之后，他的舅父本来想培养他成为教职人员，所 以送他到意大利游学，在那里他学习了教会法律、希 腊文，并且得到了博士学位。在意大利，他继续对天 文学保持浓厚的兴趣，除了阅读拉丁文的天文著作之 外，他还学会阅读希腊文的天文著作。他26岁时，来 到罗马，在那里教授天文学与数学。后来又学习了两 年医学。
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2002年2月的 星图
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太 阳
金 乌 ）
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月亮由西向东运行一周时间为27.3日（即每日 运行12°－13°）每周运行约90°。朔（月亮 暗的时候）、望（月亮圆的时候）周期（与运 行周期不同）为29.5306日。如果仔细观察可 发现月亮在天空中的运行不是等速的。
有一句哲言，一个民族有一 些关注天空的人，他们才有 希望；一个民族只是关心脚 下的事情，那是没有未来的。 我们的民族是大有希望的民 族，希望同学们经常地仰望 天空，学会做人，学会思考， 学会知识和技能，做一个关 心国家命运的人。”
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竺可祯先生：
为什么中国古代没有产生自然科学，原载《科学》28卷第3期（1946 年9月）
2． 预言它们以后的位置； 3． 讨论它们可能的真实运动图形。
这些一直是17世纪之前天文学追求的 目标。
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•1．2 在托勒密以前古希腊天文学 的成就
• 图2 阿里斯塔恰斯测日月距离比的示意图
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古希腊在托勒密之前的天文学已经相当发达，资料也 已相当多。
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•§1 古希腊人的天文学和托勒密系统
天文学作为自然科学最早的学科，它的 任务主要是描述、记载和观测天体的运 动。也可以说，主要是天体这种特殊物 体的运动学。近代精密力学的最早萌芽 即是从天文学开始的。
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•1．1 天体的视运动
从远古起，人类就注意并观察日、 月、星辰的运动和变化。世界各民 族都是这样。所观察到的这些变化 大致可以归纳如下：
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阿波罗尼对行星运动提出均轮（deferent 即行星匀速 地绕地球运动的圆形轨道）与本轮（epicycle即行星 以匀速绕均轮上匀速运动点的又一种圆周运动）的方 案。根据这一方案可以正确解释行星的。
伊巴谷(Hiparchus,?-126BC)测得四季长短不等、一年为 365.25日。他还得到月亮的距离，他将太阳、月亮运动 编制了精密的表，用以推算日月食。他发现了岁差， 即黄道和赤道之间的交点在缓慢地改变，每年为46.8〃 （现今为48〃）。他编制了星图、发明了球面三角学。 他曾被称为天文学之父，是古代在有成就的天文学家 逆行。
在引用钱宝琮先生当年在 浙江大学《吾国自然科学 不发达的原因》演说里的 几句话：“我国历史上亦 曾提倡过科学，而科学所 以不为人重视者，实因中 国人太重实用。而外国人 则注重实用之外，尚能继 续研究，由无用而至有用， 故自然科学能大有发展。”
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1. 古希腊人的天文学和托勒密系统 2. 尼古拉·哥白尼及其贡献 3. 开普勒的行星运动三大定律

托勒密的系统是：

地球处于天球的中心；

各行星与日、月绕地球作等速圆周运动，而且还
进行沿着绕自己平均位置为中心的小圆（本轮）作等
速运动。对行星的轨道圆来说，地球的位置是偏心的；

星空是一个以地球为中心的24小时旋转一周的球
体。
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托 勒 密 地 心 说 系 统 图
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托勒密的系统建立后，被人们普 遍认可，被宗教统治者定为天经 地义一成不变的真理。经过了一 千多年，到16世纪由哥白尼开始 的天文学革命打破了整个人类追 求知识的长期沉寂。这个重大时 代变革的时代背景是：
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§2 尼古拉·哥白尼及其贡献
2．1 哥白尼的生平简历
尼 古 拉 · 哥 白 尼 （ Nicholas Copernicus,1473－1543）出生于波兰的普 鲁士地区，10岁时他父亲去世，由他舅 父抚养长大。他的舅父是这个地区的主 教，在当时政教合一的西方，实际上是 这个地区的最高统治者。
哥白尼最大的贡献是他积数十年如一日撰写的著作 《天体运行论》，这本书提出了日心说，从而结束了 一千多年的地心说的统治。
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《天体运行论》定稿之后，一直未付印，因为他意识 到他的体系与教会所提倡的地心说是根本对立的，必 为教会所不容，所以踌躇再三。
1539年，有一位名叫雷蒂库斯（G. J. Rheticus, 1514－ 1574）的青年数学家专程到波兰拜访哥白尼，在两年 之中学会了哥白尼的学说，成为哥白尼的热烈的拥护 者和亲密的朋友。雷蒂库斯写了一篇《天体运行论浅 说》，这篇文章是以写信的方式介绍了《天体运行论》 的基本要点。文中对这本书赞美备至，但未提作者的 名字，称作者为“托伦的神父”。大约在1540－1541 年间，这篇文章以单行本的形式出版了，并且引起了 社会上强烈的反响。
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(
土 星
镇之四
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5大行星运行规律，从表中可 发现，前2个和后3个不同，前 者称为内行星，后者称为外 行星。