地心说和日心说

日心说的错误
• 日心说是一个学说，在 证明地球是围绕太阳转 的同时，也有错误： • 1.太阳并非宇宙中心， 而是太阳系的中心。 • 2.地球并非是引力的中 心。 • 3.天空中看到的任何运 动，不全是地球运动引 起的。 • 4.地球和其他行星的运 行轨道是椭圆而不是圆， 不做圆周运动。
因为这些错误，所 以日心说只能算是 学说，而较地心说， 却相对好一些。因 为它证明了地球是 围绕太阳进行公转。 但是也引起了人类 对宇宙的认识的巨 大变革和思想变革。
不幸的是，阿里斯塔 克斯的宇宙观和理论， 当时远远走在时代的 前面，因而得不到一 般公众的承认，克雷 安德斯竟要求希腊人 控告阿里斯塔克斯的 渎神之罪。之后阿里 斯塔克斯的思想学说 就像珍贵的戒指被扔 入大海般消失无踪。 直到哥白尼的出现。
哥白尼提出
• 那个时候，人们相信的 是1500多年前希腊科 学家托勒密创立的宇宙 模式。托勒密认为地球 是宇宙的中心且静止不 动，日、月、行星和恒 星均围绕地球运动，而 恒星远离地球，位于太 空这个巨型球体之外。 然而，经仔细观测，科 学家们发现行星运行规 律与托勒密的宇宙模式 不吻合。
阿里斯塔克斯还认为一个大 的东西不应该绕小的东西转 动，于是他提出了“日心地 动说”（可惜未被当代人接 受）。他认为地球一方面每 天自西向东转一周，导致天 体的东升西落景象。另一方 面它又在一年中绕太阳公转 一周，水、金、火、木、土 等行星也是一样绕着太阳公 转。他还认为与地球绕日公 转的轨道直径相比，恒星几 乎在无限远处。因此无法看 到由于地球公转而造成的恒 星视差现象。
绕着地球的外部行星的是 运动是以两种运动的合成 来描述的： 1）这个行星沿着一个称 之为本轮的小圆周所做的 年转动。 2）这个本轮的中心沿着 绕地球的第二个圆周所做 的运动。 这后一个圆周近似的描述 了行星绕着太阳运转的真 实轨道，而本轮运动只是 视运动而已。
日益衰微的地心说
• 地心说中的本轮——均轮模 型，是托勒密根据有限的观 测观测资料拼凑出来的，它 是通过人为地规定本轮、均 轮的大小及行星运行速度， 才使这个模型和实测结果取 得一致。但是，到了中世纪 后期，随着观测仪器的不断 改进，行星的位置和运动测 量越来越精确，观测到的行 星实际位置同这个模型的计 算结果的偏差，就逐渐显露 出来了。 但是，信奉地心说的人 们并没有认识到这是由于地 心说本身的错误造成的，却 用增加本轮的方法来补救地 心说。起初这种办法还能勉 强应付，可后来仍不能满意 地计算出行星的准确位置， 这不能不使人怀疑地心说的 正确性了。地心说之所以会 被随着历史而被突破，有一 部分是因为地心说的创始人 和拥护者没有把地心说的语 意和内涵无限扩大（在天体 运行的阐述中毕竟还有非地 心说的存活空间，即地心说 能被“证伪”）。
不断演绎的地心说
• 最初，古希腊学 者毕达哥拉斯认为大 地与天体都是球形的， 之后亚里士多德根据 月偏食时大地在月亮 上的圆形阴影证明了 大地是球形的，此观 点被最伟大的观测天 文学家希帕克和托勒 密完全接受。
亚里士多德的地 心说认为，宇宙是一个 有限的球体，分为天地 两层，地球位于宇宙中 心，所以日月围绕地球 运行，物体总是落向地 面。地球之外有9个等 距天层，此外空无一物。 上帝推动了恒星天层， 才带动了所有天层的运 动。人类居住的地球， 则静静地屹立在宇宙中 心。
• 托勒密据此进一步发展成 为“地心说”。他认为， 地球处于宇宙中心静止不 动。从地球向外，依次有 月球、水星、金星、太阳、 火星、木星和土星，在各 自的圆轨道上绕地球运转。 其中，行星的运动要比太 阳、月球复杂些：行星在 本轮上运动，而本轮又沿 均轮绕地运行。在太阳、 月球行星之外，是镶嵌着 所有恒星的天球——恒星 天。再外面，是推动天体 运动的原动天。
日心说
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日心说的观点 日心说的错误 不被重视的日心说 广为人知的错误 哥白尼眼中的天体运动 日心说的发展 对时代的意义
日心说的观点
1.地球是球形的。如果在 船桅顶放一个光源，当 船驶离海岸时，岸上的 人们会看见亮光逐渐降 低，直至消失。 2.地球在运动，并且24小 时自转一周。因为天空 比大地大的太多，如果 无限大的天穹在旋转而 地球不动，实在是不可 想象。 3.太阳是不动的，而且在 宇宙中心，地球以及其 他行星都一起围绕太阳 做圆周运动，只有月亮 环绕地球运行。
地心说与日心说
人类的天性中就有 着对未知世界的探 索，尤其是那神秘 的星空。从古至今， 天文学家从未停止 过幻想与研究。他 们曾经困惑过，失 败过，但这无一不 是他们用心血竭力 维护的信念。
地心说
日心说
地心说
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不断演绎的地心说 备受推崇的地心说 “不动摇”的地心说 “本轮—均轮” 日益衰微的地心说 遗留的影响
由于古代人缺乏足够的宇宙 观测数据，以及怀着以人为 本的观念，因此他们误认为 地球就是宇宙的中心，而其 他的星体都是绕着她而运行 的。托勒密将地心说的模型 发展完善，且为了解释某些 行星的逆行现象(即在某些 时候，从地球上看那些星体 的运动轨迹，有时这些星体 会往反方向行走)，因此他 提出了本轮的理论，即这些 星体除了绕地轨道外，还会 沿着一些小轨道运转。后来， 天主教教会接纳此为世界观 的“正统理论”。
不被重视的日心说
• 坚实的大地是运动的这 一点在古代是令人非常 难以接受的，而另一方 面托勒密的地心说体系 可以很好的和当时的观 测数据相吻合，因此即 使在《天球运行论》出 版以后的半个多世纪里， 日心说仍然很少受到人 们的关注，支持者更是 非常稀少。
广为人知的错误
• 这里必须指出 的一点是，近代以 来关于罗马梵蒂冈 的地心说和哥白尼 的日心说的斗争是 被严重夸大的。布 鲁诺1600年遭受 的火刑，并非因为 他支持日心说，而 是因为他的反神论 等令宗教恼火的反 宗教思想。
• 古希腊天文学晚期最著 名的是亚历山大学派， 阿里斯塔克斯是这一学 派早期的代表人物。他 Байду номын сангаас述了从日食、月食中 月球和地球的阴影比例 大小，推测出太阳实际 上比地球大得多、月球 比地球小。又由月球在 上弦和下弦间的夹角， 推测出太阳距离地球是 月球距离地球的十倍。 阿里斯塔克斯认为太阳， 月球和地球在每个月的 首个或最后的四分之一 时期内，构成了一个近 似的直角三角形。他估 计最大角约为87°。 尽管他应用的几何理论 没有错，但由于观测数 据有偏差，他得出了日 地距离是月地距离的 20倍的结论。事实上， 前者是后者的390倍。
• 阿里斯塔克斯提出日心论 的论文已经遗失。我们之 所以知道它的存在，是因 为一些后代学者曾经提起， 其中最著名的是阿基米德 与普鲁塔克 （Plutarch）。阿基米 德指出阿里斯塔克斯日心 宇宙模型的重点为： • * 太阳与固定的恒星不会 运动。 • * 地球绕太阳运行。 • * 地球的轨道为圆形。 • * 太阳位于该圆的中心。 • * 固定的恒星距离太阳与 地球极为遥远。
• 哥白尼想用“现代” （16世纪的）技术来 改进托勒密的测量结 果，以期取消一些小 轨道。 • 在长达近20年的时间 里，哥白尼不辞辛劳 日夜测量行星的位置， 但其测量获得的结果 仍然与托勒密的天体 运行模式没有多少差 别。
哥白尼用以支持他的学 说的论据，主要属于数 学性质。他认为一个科 学学说是从某些假说引 伸出来的一组观念。他 认为真正的假说或者定 理必须能够做到下面两 件事情： • 它们必须能够说明天体 所观测到的运动。 • 它们必须不能违背毕达 哥拉斯关于天体运动是 圆周的和均匀的论断。
日心说的发展
阿里斯塔克斯提倡
• 事实上，直到 1609年伽利略发 明了天文望远镜， 并以此发现了一些 可以支持日心说的 新的天文现象后， 日心说才开始引起 人们的关注。
这些天文现象主要是指： 木卫体系的发现直接说明 了地球不是唯一中心，金 星满盈的发现也暴露了托 勒密体系的错误。然而， 由于哥白尼的日心说所得 的数据和托勒密体系的数 据都不能与第谷的观测相 吻合，因此日心说此时仍 不具优势。直至开普勒以 椭圆轨道取代圆形轨道修 正了日心说之后，日心说 在于地心说的竞争中才取 得了真正的胜利。
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“本轮—均轮”
• 阿波罗尼阿斯（约前 247--约前205)提出了 一种几何模型，他的模型 中只有天体的轨道，而无 实体的同心球。为了解释 太阳和月亮与地球间的距 离的变化，他设计了偏心 轮——地球在天体圆轨道 中心的一旁，为了解释行 星的逆行现象，他提出了 “本轮—均轮”结构—— 行星沿本轮怍圆周运动， 本轮的中心又在另一均轮 圆周上以地球为中心运行。
备受推崇的地心说
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天动说不是仅天文 学上的计算方法。当时 的哲学和思想被加入。 因为神在宇宙中心安置 地球这个人类住的特别 天体。希腊哲学家们认 为，永恒的、神圣的天 体只能相应于其高贵的 地位作匀速圆周运动， 天动说被看作了正式的 宇宙观。但少数天体， 如太阳，月亮和一些行 星的视运动却并不如此， 甚至还描绘出复杂的双 纽线轨迹。
哥白尼眼中的天体运动
哥白尼为阐述自己关 于天体运动学说的基 本思想撰写题为《短 论》的论文。他规定 地球有三种运动： • 一种是在地轴上的周 日自转运动 • 一种是环绕太阳的周 年运动 • 一种是用以解释二分 岁差的地轴的回转运 动。
哥白尼在他的《天体运行论》 一书中认为天体运动必须满 足以下七点： 1.不存在一个所有天体轨道 或天体的共同的中心 2.地球只是引力中心和月球 轨道的中心，并不是宇宙的 中心 3.所有天体都绕太阳运转， 宇宙的中心在太阳附近 4.地球到太阳的距离同天穹 高度之比是微不足道的 5.在天空中看到的任何运动， 都是地球运动引起的 6.人们看到的行星向前和向 后运动，是由于地球运动引 起的 7.地球的运动足以解释人们 在空中见到的各种现象
柏拉图给他的学 生们提出了一个任务： 怎样用若干个特殊的 匀速圆周运动的组合， 去解决理想情况与现 实的这个矛盾。这里 所提出的运动的合成 和分解的思想，对后 来物理学研究方法的 发展起了启示性的作 用。
“不动摇”的地心说
• (1)．星体绕着某一 中心的匀角速运动， 符合当时占主导思想 的柏拉图的假设，也 适合于亚里士多德的 物理学，易于被人们 接受。 (2)．用几种圆周轨 道不同的组合解释、 预言了行星的运动位 置，解释了行星的亮 度变化，这与实际相 差很小，相比以前的 体系有所改进。 (3)．地球不动的说 法，对当时人们的生 活是令人安慰的假设， 也符合基督教信仰。
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阿里斯塔克斯指出，月球和 太阳有几乎相同的视角，因 此他们的直径与他们到地球 的距离是成正比的。这符合 逻辑。阿里斯塔克斯指出了 太阳明显大于地球，恰恰可 以用来证明日心说模型。阿 里斯塔克斯观察到月球穿过 地球的阴影需要一个恒星月 的时间。因此他估计到地球 的直径是月球的三倍。根据 埃拉托色尼所计算的 42000公里的地球周长， 他认为月球的周长应为 14000公里。事实上，月 球的周长约为10916公里。
遗留的影响
• 是世界上第一个行星体 系模型,是世界上最早 的假说—演绎体系。尽 管它把地球当作宇宙中 心是错误的，然而它的 历史功绩不应抹杀。地 心说承认地球是“圆形” 的，并把行星从恒星中 区别出来，着眼于探索 和揭示行星的运动规律， 这标志着人类对宇宙认 识的一大进步。 地心说最重要的成就就 是运用数学计算行星的 运行，托勒密还第一次 提出了“运行轨道”的 概念，设计出了一个本 轮一个均轮模型。按照 这个模型，人们能够对 行星的运动进行定量计 算，推测行星所在的位 置，这是一个了不起的 创造。在一定时期里， 依据这个模型可以在一 定程度上正确的预测天 象，因而在生产实践中 也起过一定作用。
一些科学家修正了托勒密 的宇宙轨道学说，在原有 的轨道（或称小天体轨道） 上又增加了更多的天体运 行轨道。这一模式称每颗 行星都沿着一个小轨道作 圆周运行，而小轨道又沿 着该行星的大轨道绕地球 作圆周运动。几百年之后， 这一模式的漏洞越来越明 显。科学家们又在这个模 式上增加了许多轨道，行 星就这样沿着一道又一道 的轨道作圆周运动。