古人探索宇宙真正的中心,细说地心说与日心说

我们的地球是宇宙的中心吗?这个问题在现在看起来可能有一点小儿科了,宇宙广袤无垠,小小的地球只不过是一颗行星,怎么可能是宇宙的中心呢?但是在遥远的古希腊时期,人们可不是这么认为的,当时的人们根本没有意识到宇宙的广袤,它们认为我们的地球在一个天球里面,同时也是这个天球的中心,而天上的繁星和太阳月亮,都是在这个天球上围绕着地球转的,这就是古希腊天文学家欧多克斯提出的地心说,后来经过亚里士多德和托勒密逐渐建立完善起来。直到16世纪,天文学家哥白尼提出了日心说,这个统治了1300年的地心说才被推翻。

古人探索宇宙真正的中心,细说地心说与日心说

那么在天文望远镜还没有出现之前,人们是怎么发现太阳系的中心是太阳而不是地球的呢?想知道这个问题的答案,吉安需要先给你讲一个很久很久以前的故事。3000年前,在美丽的爱琴海边,古希腊人经过了思考后,不仅发现了地球是圆的,还提出了一个可以表现宇宙是什么样子的模型,两球模型。两球是哪两个球呢?我们生活的地方是地球,在地球的上面有一个天球包围着我们居住的地球,我们能看到天上的太阳、月亮、星星就是在这个天球里绕着地球转动,东升西落,他们认为月亮以外的天上世界应该是完美的,这些行星应该绕着地球,在天上画着一个又一个标准的圆圈,这就是我们上面讲到的地心说天球。

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可是如果我们坚持观察行星的轨迹,就会发现每隔一段时间总会有几颗星星不听话,时不时就在天上停着好几天,甚至往回跑,人们把这种现象叫做行星逆行。行星逆行可破坏了古希腊人对于行星运动简洁而完美的想法,还有一年四季中,在不同季节时,日出和日落的时间是不一样的。这些问题都是简单的两球问题不能解决的问题,后来一位数学很厉害的科学家托勒密就提出了一个新的想法,它觉得金木水火土五颗行星都是独自在较小的轮子上转动的,然后太阳、月亮和这几个小轮子,又各自在更大的轮子上绕着地球转动。这就是托勒密体系的地心说了,这个理论解释了一些之前两球模型不能解释的问题,也能预测出行星的轨迹,所以一直被认为是十分正确的,并且流传了一千多年。

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后来古希腊被其他国家消灭了,这些古希腊人的知识成果也流落到了阿拉伯地区,在中世纪晚期时才回到欧洲大陆,欧洲的一些年轻人就组成了各种集体学习小组,共同来学习讨论这些知识。年轻的哥白尼也参加了一个学习小组,学习数学、天文、法律等等,在这里他学习到了必要的数学知识,学习到了流传下来的托勒密体系地心说,当然也继承了古希腊人简洁才是完美的思想,所以哥白尼觉得破密的体系太复杂了,不仅各种轮子的数量总共多达34个,地球居然还不在正中央,这实在是太不完美了。于是哥白尼开了个巨大的脑洞,如果是太阳在正中央。如果所有的行星,包括地球都绕着太阳转呢?

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当然哥白尼不是第一个提出这个想法的人,但哥白尼是第一个将其进行验证和完善的人。哥白尼用以往别人观测到的数据对这个理论进行了验证,结果却很不理想,因为简单的同心圆模型不可能精确的描述复杂的天体运动,于是哥白尼又借鉴了托勒密的做法,让行星在大圈套小圈的轨道上运行,结果最后哥白尼计算出了一个比托勒密体系更为复杂的体系,总共有48个圈。这让哥白尼十分郁闷,因此他也迟迟不肯出版,他描述这个体系的著作《天球运行论》,传说直到哥白尼临死那一天才收到这本书的封面样本。然而这个新的想法遭到了大部分人的反对,因为人们生活在地球上,眼看着太阳月亮星星都是围绕着我们转动的,现在说太阳是不动的,而脚下坚实的土地却在转动,实在是太违背直觉了。

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但是天文学家开普勒却觉得这个理论很有意思,他想如果地球不是完美的处在太阳系的中心,那么行星的轨迹也不一定是完美的圆形。他尝试用椭圆形的轨迹来表示行星的运动,却意外地发现,推算出来的行星轨迹变得十分简洁。托勒密和哥白尼提出的那些大大小小的轮子都不存在,而且这个模型也很好的解释了行星逆行现象,为什么行星会往回走呢?想象一下,你和朋友在操场上跑步,你在里面的圈跑,你的朋友在外面的圈跑,而且你跑得比他快,如果你在跑步的过程中回头去看,就会发现他被你超过之后,会被你甩的越来越远。而且虽然看上去他离你越来越远,但实际上它依然是向前跑的。

从简单的两球模型,到复杂的托勒密体系地心说,到哥白尼体系的日心说,再到简洁精确的开普勒体系日心说,人类对宇宙的认识是一步一步在增加的。我们现在知道,月球围绕着地球转,地球和其它行星围绕着太阳转,太阳系围绕着银河系转,银河系之外也有无数的星系。我们生活的这个宇宙真是太大太大了,科学家们不认为它存在一个边界,也不存在宇宙的中心,这些发现都是靠无数的天文学家的贡献积累起来的,但每个智者的认识也必然受到时代的限制,但是只要人类永不放弃,对星空的探索,我们就能一层一层揭开宇宙神秘的面纱了。


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