古人探索宇宙真正的中心,細說地心說與日心說

我們的地球是宇宙的中心嗎?這個問題在現在看起來可能有一點小兒科了,宇宙廣袤無垠,小小的地球只不過是一顆行星,怎麼可能是宇宙的中心呢?但是在遙遠的古希臘時期,人們可不是這麼認為的,當時的人們根本沒有意識到宇宙的廣袤,它們認為我們的地球在一個天球裡面,同時也是這個天球的中心,而天上的繁星和太陽月亮,都是在這個天球上圍繞著地球轉的,這就是古希臘天文學家歐多克斯提出的地心說,後來經過亞里士多德和托勒密逐漸建立完善起來。直到16世紀,天文學家哥白尼提出了日心說,這個統治了1300年的地心說才被推翻。

古人探索宇宙真正的中心,細說地心說與日心說

那麼在天文望遠鏡還沒有出現之前,人們是怎麼發現太陽系的中心是太陽而不是地球的呢?想知道這個問題的答案,吉安需要先給你講一個很久很久以前的故事。3000年前,在美麗的愛琴海邊,古希臘人經過了思考後,不僅發現了地球是圓的,還提出了一個可以表現宇宙是什麼樣子的模型,兩球模型。兩球是哪兩個球呢?我們生活的地方是地球,在地球的上面有一個天球包圍著我們居住的地球,我們能看到天上的太陽、月亮、星星就是在這個天球裡繞著地球轉動,東昇西落,他們認為月亮以外的天上世界應該是完美的,這些行星應該繞著地球,在天上畫著一個又一個標準的圓圈,這就是我們上面講到的地心說天球。

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可是如果我們堅持觀察行星的軌跡,就會發現每隔一段時間總會有幾顆星星不聽話,時不時就在天上停著好幾天,甚至往回跑,人們把這種現象叫做行星逆行。行星逆行可破壞了古希臘人對於行星運動簡潔而完美的想法,還有一年四季中,在不同季節時,日出和日落的時間是不一樣的。這些問題都是簡單的兩球問題不能解決的問題,後來一位數學很厲害的科學家托勒密就提出了一個新的想法,它覺得金木水火土五顆行星都是獨自在較小的輪子上轉動的,然後太陽、月亮和這幾個小輪子,又各自在更大的輪子上繞著地球轉動。這就是托勒密體系的地心說了,這個理論解釋了一些之前兩球模型不能解釋的問題,也能預測出行星的軌跡,所以一直被認為是十分正確的,並且流傳了一千多年。

古人探索宇宙真正的中心,細說地心說與日心說

後來古希臘被其他國家消滅了,這些古希臘人的知識成果也流落到了阿拉伯地區,在中世紀晚期時才回到歐洲大陸,歐洲的一些年輕人就組成了各種集體學習小組,共同來學習討論這些知識。年輕的哥白尼也參加了一個學習小組,學習數學、天文、法律等等,在這裡他學習到了必要的數學知識,學習到了流傳下來的托勒密體系地心說,當然也繼承了古希臘人簡潔才是完美的思想,所以哥白尼覺得破密的體系太複雜了,不僅各種輪子的數量總共多達34個,地球居然還不在正中央,這實在是太不完美了。於是哥白尼開了個巨大的腦洞,如果是太陽在正中央。如果所有的行星,包括地球都繞著太陽轉呢?

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當然哥白尼不是第一個提出這個想法的人,但哥白尼是第一個將其進行驗證和完善的人。哥白尼用以往別人觀測到的數據對這個理論進行了驗證,結果卻很不理想,因為簡單的同心圓模型不可能精確的描述複雜的天體運動,於是哥白尼又借鑑了托勒密的做法,讓行星在大圈套小圈的軌道上運行,結果最後哥白尼計算出了一個比托勒密體系更為複雜的體系,總共有48個圈。這讓哥白尼十分鬱悶,因此他也遲遲不肯出版,他描述這個體系的著作《天球運行論》,傳說直到哥白尼臨死那一天才收到這本書的封面樣本。然而這個新的想法遭到了大部分人的反對,因為人們生活在地球上,眼看著太陽月亮星星都是圍繞著我們轉動的,現在說太陽是不動的,而腳下堅實的土地卻在轉動,實在是太違背直覺了。

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但是天文學家開普勒卻覺得這個理論很有意思,他想如果地球不是完美的處在太陽系的中心,那麼行星的軌跡也不一定是完美的圓形。他嘗試用橢圓形的軌跡來表示行星的運動,卻意外地發現,推算出來的行星軌跡變得十分簡潔。托勒密和哥白尼提出的那些大大小小的輪子都不存在,而且這個模型也很好的解釋了行星逆行現象,為什麼行星會往回走呢?想象一下,你和朋友在操場上跑步,你在裡面的圈跑,你的朋友在外面的圈跑,而且你跑得比他快,如果你在跑步的過程中回頭去看,就會發現他被你超過之後,會被你甩的越來越遠。而且雖然看上去他離你越來越遠,但實際上它依然是向前跑的。

從簡單的兩球模型,到複雜的托勒密體系地心說,到哥白尼體系的日心說,再到簡潔精確的開普勒體系日心說,人類對宇宙的認識是一步一步在增加的。我們現在知道,月球圍繞著地球轉,地球和其它行星圍繞著太陽轉,太陽系圍繞著銀河系轉,銀河系之外也有無數的星系。我們生活的這個宇宙真是太大太大了,科學家們不認為它存在一個邊界,也不存在宇宙的中心,這些發現都是靠無數的天文學家的貢獻積累起來的,但每個智者的認識也必然受到時代的限制,但是隻要人類永不放棄,對星空的探索,我們就能一層一層揭開宇宙神秘的面紗了。


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