前言：上一期寫完希臘化時代的數學成就，這一期小巖準備寫一個同樣是希臘化時代取得極重大進展的學術領域——天文學和宇宙模型。
天文學和數學一樣，在四大文明古國中的古巴比倫開始萌芽並獲得最早的重要成果。巴比倫人從有文字記載起就開始有系統地編制星表、發明星座、觀察及記錄夜空中出現的彗星，並發展出一套60進制的數字系統，進而奠定了1分等於60秒、1小時等於60分，以及一個圓360度的基礎。
古巴比倫的泥板
隨著公元前4世紀亞歷山大大帝征服美索不達米亞之後，大批巴比倫的泥板被翻譯並深遠地影響了希臘化時代的天文學發展。
而跟數學一樣，希臘化天文學家利用巴比倫長達千年的觀測數據，逐步完善了希臘的天文理論及宇宙模型，最終發展出地心模型和日心模型兩套影響後世極其深遠的理論。
阿基米德不僅是科學家、數學家、物理學家，還是一位思想前衛的天文學家，日心模型的其中一位倡議者
希臘化時代天文成果極其豐碩，而希臘人也在歷史上首次提出地球及星體的幾何形狀乃球體、計算出地球正確的半徑和周長、史上首次嘗試計算地月及地日之間的距離、發現潮汐系由月球引起、首次提出星星乃距離極遙遠的其他太陽、發現地球各地存在時差、以及發現天文學上的歲差現象(即地球自轉軸會緩慢地順一個圓形晃動)。
小巖在這一篇中會對上述天文學及宇宙模型在希臘化時代獲得的進步同發展一一嘗試著作出講解。
在希臘人之前，美索不達米亞的古人相信大地是一個圓形的平面，而在我們古代中國，長久以來也普遍接受世界模型是天圓地方的。
有記錄最早發現地球乃一個球體的是古希臘人。雖然希臘人如何發現地球是球體這點已經不可考，但普遍後人估計他們是因為觀察到遠處入港的船隻先看到桅杆然後才見到船身，以及月蝕時地球投影到月球上的圓形影子先至推斷出地球乃是圓形的。
在公元前3世紀末，希臘化天文學家埃拉託斯特尼(公元前276至194年，曾任亞歷山大圖書館館長，跟阿基米德為好友)進一步利用夏至中午時太陽光在亞歷山大港及塞耶尼城投下倒影的角度差，計算出地球正確的周長為252000斯塔德(古希臘長度單位)，約為40074公里，比現代計算僅誤差0.16%。
埃拉託斯特尼與阿基米德測量地球周長的方法
宇宙方面模型，古希臘時代的天文學家歐多克索斯(公元前約390年至337年)提出地心模型，認為地球是一個位於宇宙中央的球體，遠處不動的星星系位於一個不動的大球體之上，而行星則是位於地球和星星之間的轉動球體之上，這個宇宙模型獲得了亞里士多德的接納和推崇。
到希臘化時代，這個理論遭到質疑，因為同心圓模型解釋不了行星運行時速度的改變甚至逆行現象。
於是希臘化時代的天文學家提出了兩個理論來解釋：
一，在地心模型中加入本輪和均輪，這個模型由上期提到的希臘數學家阿波羅尼奧斯和公元前2世紀天文學家喜帕恰斯發展出來；
二，拋棄地心模型引入日心模型，他們認為太陽是自發光的恆星，將太陽置於宇宙的中心，地球和其他行星圍繞太陽轉動，而星星則是距離遙遠的其他恆星，這個理論則由前4至3世紀的天文學家阿里斯塔克斯提出，並被阿基米德認同、支持。
阿里斯塔克斯用作推算地日、地月距離以及日月半徑的幾何建構，10世紀抄本
因此可見，日心說及地心說兩個理論最早均由希臘人提出，並且當時太陽為宇宙中央的可能性已經由埃及傳到塞琉古王國，應該有不少人都已經知道。
事實上，早在哥白尼的1800年前，在亞歷山大港博物院的演講廳中，就曾經為了日心說和地心說而激烈辯論。
阿基米德《數沙者》書中更曾經利用日心模型推算出宇宙的直徑乃10^14斯塔德並計算出填滿宇宙所需的沙粒數量為10^63粒，並曾經研究心理物理學及計算太陽視差。
日心模型在托勒密王朝並未受到刻意的排斥及打壓，可見希臘化時代對新科學理論的寬容，然而，由於阿里斯塔克斯的日心理論其中一個重要條件：視差現象沒有被觀察到，加上當時沒有使用橢圓軌道而用圓形軌道均速運動的日心模型了推算行星位置時沒能比較地心模型有優勢，所以日心說在辯論中處於下風，沒被大多數天文學家接受。
然而，阿里斯塔克斯就曾經為自己提出的理論辯護，提出由於星星距離太陽太遠因此視差沒能被觀察到；而他的模型將在18個世紀之後復活併為哥白尼所提倡，開普勒則引入橢圓軌道，發現開普勒三大定律改良日心模型令該模型比起地心模型更能準確預測行星位置，終於取代地心模型成為標準的宇宙模型。17世紀科學革命的種子，其實早在公元前的希臘化時代已經種下。
除了提出日心模型之外，阿里斯塔克斯還曾經嘗試利用幾何原理計算地日和地月之間的距離，同樣是人類史上首次。他計算出太陽視直徑為0.5度(現代為1920角秒，稍多0.5度)，地球的半徑為月球的2.85倍(現代計算為3.5倍)、太陽半徑為地球的6.7倍(現代為109倍)、地月距離為地球半徑20倍(現代為60.32倍，喜帕恰斯利用相同的幾何建構估算出67倍，羅馬時代的托勒密進一步估算出59倍的數字，已經相當接近真實值)、地日距離為地球半徑380倍(現代為23500倍)。
雖然阿里斯塔克斯的計算和真實數字相差甚遠，但以那個年代計系劃時代的成果，而他利用作推斷出了個結論的幾何建構也都被證實無誤，他成功利用嚴密的邏輯證明太陽比地球大、月球比地球小的成果，並用來作為地球繞日運行、月球繞地運行的證據。阿里斯塔克斯也成功區分了恆星年和迴歸年。
到了公元前2世紀，根據羅馬時代地理學家斯特拉波，塞琉西亞的塞琉古（約前190年—？希臘化的巴比倫天文學家）進一步點出潮汐強度和時間長短在世界各地有所不同，從而推斷出潮汐源於月球引力的成果。
差不多同一時間，喜帕恰斯(約公元前190年至120年)計算出一年的長度為365.25減1/300日，準確至跟現代估算只有14分鐘的誤差，且算出一個朔望月週期為2953058天，跟現代估算僅相差0.00001天，為曆法學作出重大貢獻，他也建基於阿里斯塔克斯的成果，於公元前127年發現歲差現象，即地球自轉軸既晃動，並計算出一個週期為36000年。
歲差現象，希臘化時代天文學家首次發現地球自轉軸會緩慢地晃動
喜帕恰斯繪製出包含1025顆恆星的星圖、創立星等劃分星星光度的概念，挑戰亞里斯多德星星不生不滅的理論，並第一次嘗試利用日心模型作幾何計算，以及地球上四季的長度並不相等，挑戰行星均速運行的傳統智慧，得出行星繞日運行軌道並不是完美的圓形既推論，因此可以說喜帕恰斯幾乎發現了行星以橢圓軌道繞行太陽這個事實。
喜帕恰斯古希臘最偉大的天文學家、數學家
可惜喜帕恰斯他始終沒有夠大膽提出這個理論，因為當時希臘哲學對天體運行軌道為圓形的理念是根深蒂固的，他最終回到利用均輪本輪以及地球位置偏離圓形軌道的圓心來解釋夏至離太陽較遠，冬至離太陽較近的觀察。
除此之外，喜帕恰斯也利用天體模型驗證巴比倫的日月蝕觀察，發現阿里斯塔克斯所計算出的地月距離過小，並以數學預測日月蝕等等。
除托勒密埃及外，塞琉古的天文學雖然較少人知道，但仍作出過若干創新性貢獻，例如一塊年代可以追溯到希臘化時代(公元前350年至前50年)的巴比倫天文學泥板中，塞琉古治下的巴比倫天文學家就在歷史上首次利用木星的速度—時間曲線以下的面積計算出木星在特定時間內的位移。如今的的物理學家仍然利用相同的原理計算物件在特定時間內的位移。
希臘化時代巴比倫天文學家利用速度—時間曲線計算出木星在特定時間內的位移
總結：公元前1世紀，希臘化時代的天文學因羅馬對地中海東部希臘化世界的征服傳入羅馬，公元2世紀，羅馬治下埃及亞歷山大港的希臘天文學家托勒密將當時已知的天文知識編集成書，雖然書中沿用地心模型而沒有采用更革命性的日心模型，但在歐洲直到公元16世紀他的宇宙模型(托勒密模型)仍然是學術界主流的標準模型。
在伊斯蘭世界，阿里斯塔克斯的日心模型則更獲得更大的重視，但普遍地講，一直到19世紀的1838年，德國天文學家弗裡弗里德里希·威廉·貝塞先第一次成功觀察到視差，托勒密模型才被確鑿的證據和嚴謹的論證所推翻，阿里斯塔克斯的日心模型才最終被得到證實。
而希臘化天文學和宇宙模型的成果，不少都獲得證實，例如關於潮汐的起源、歲差現象等等。希臘化天文學短短200年間所取得的成就，以距今2000多年之前的世界來講，可以稱得上是前無古人，直到16、17世紀的科學革命都是後無來者。
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