地球与太阳

地球和太阳，是人类认识世界的第一课。有两个最根本的问题：大地是圆的还是方的？太阳绕地球转还是地球绕太阳转？

各种古文明的开始，都以为大地是平的，平的才能有人住。最早想到地球是球形的，大概还是古希腊人。公元前 6世纪毕达哥拉斯（Pythagoras）认为，既然月亮和太阳都是球体，大地也必然是个球体。公元前 4 世纪的亚里士多德（Aristotle）注意到月食时月面出现的地影是圆形的，也同意这种见解。然而拿出测量数据来证明地球是圆的，要等到公元前3世纪。当时的埃及是希腊化时期，首都亚历山大有着世界上最大的图书馆，那里也是古希腊文化的中心。亚历山大图书馆馆长埃拉托色尼（Eratosthenēs，约公元前 276—前 194）是古希腊的地理学家，正是他第一个通过测量验证了地球表面是圆弧形的。

尼罗河上的塞恩城（也就是现在的阿斯旺）几乎就在北回归线上。埃拉托色尼发现，夏至那天（6月21日）太阳在塞恩正当头顶，阳光可以直射井底；而在其正北 800 千米外的亚历山大，太阳光却有点斜，和铅垂线之间夹了 7.2°的角（图 2.1），相当于圆周（360°）的 1/50。埃拉托色尼认识到：只能因为地球表面弯曲，才会产生这种差异。于是他派人用徒步测量的办法，得出从塞恩到亚历山大的距离大约是800千米。经过这段距离，地球表面弯曲了7.2°/360°，那么整个地球的周长应当是其50倍，即39 600千米。今天我们知道地球圆周长约40 000千米，因此不能不敬佩2300年前埃拉托色尼的水平。

可以有各种办法证明大地是圆的，但是决定性的证据来自麦哲伦（Ferdinand Magellan）的航行，由人类驾船开辟航道来证明大地的球形，不过那是1800年之后的后话。在东方，自古流行的是“天圆地方”，纵然有“浑天说”和“盖天说”的争论，但确实查不到古人有“地圆”的主张。大地是球形的概念，应当是明末清初由西方传教士引进的。17 世纪初，意大利人利玛窦（Matteo Ricci）将全球地图《坤舆万国全图》进献给万历皇帝，徐光启在《新法算书》中声明“地与海并浑得圆形”，这时候“地球”的概念才被一部分先进知识分子所接受。但是直到 1662 年康熙执政的初期，高官杨光先还在撰文反对“地球”说，理由十分经典：“球上国土人之脚心，与球下国土人之脚心相对”，岂不成了“倒立之人”。

至于“日心说”和“地心说”之争，也是从古希腊开始，两种观点早在公元前4—前 3世纪，相当于我们的战国时代就已经提出。“地心说”不稀罕，从直观出发，世界各种古文明最初都主张地心说。公元前4世纪柏拉图（Plato）的地心说最为著名；按中国的浑天说，地球也在中央。稀罕的是“日心说”，第一个提出这种思想的是古希腊早期天文学家阿里斯塔克（Aristarchus，约公元前 310—约前230），他最早推测太阳和月球对地球的距离相差大约19倍，太阳的直径是地球的 6—7 倍。尽管这些推测离实际数据相差很远，但已经足以使他提出了最早版本的“日心说”：恒星和太阳静止不动，地球和行星在以太阳为中心的不同圆形轨道上绕太阳转动，地球还每天绕轴自转一周。他的学说当然不可能被接受，反被指斥为亵渎神灵。

因为在当时，“地心说”属于信仰范畴。在柏拉图的学说里，永恒的、神圣的天体，必然是沿着最完美的圆形轨道绕地球做匀速运动。但是这样的“地心说”不过是个哲学模型，提出完整地心说的是公元 2世纪的托勒玫（Claudius Ptolemy，约公元 90—168）。托勒玫是说希腊话、写希腊文的学者，但是他并不在希腊，而是在埃及的亚历山大，所以说他是希腊、埃及甚至罗马学者的人都有。这位托勒玫是古代伟大的天文学家和地理学家，不但提出了完整的地心说，第一幅有经纬度的世界地图也是他的杰作。他和柏拉图一样，认为地球是中心，然而他确实总结了希腊古天文学的成就。至于教会利用托勒玫体系来打压日心说，那是1000多年以后的事情。

历史上的“日心说”和“地心说”之争，发生在 16—17世纪。在 1543年出版的《天体运行论》里，波兰的哥白尼（Nicolaus Copernicus，1473—1543）正式提出了“日心说”；1609年，意大利的伽利略（Galileo Galilei，1564—1642）首次用天文望远镜直接观察太阳系，揭示了太阳系的真相，直接冲击了《圣经》的迷信。这时候，教会迫害科学的凶相毕露。16 世纪的哥白尼幸亏走得早，他主张“日心说”的《天体运行论》迟迟不敢付印，直到他弥留之际才摸到了此书的样本。17世纪的伽利略就没有这样的运气，1632年他用对话形式发表了观点之后，当年秋天宗教裁判所就传讯了伽利略，要他到罗马受审，次年他被判处终身监禁，直到1992年，梵蒂冈教皇约翰·保罗二世（Ioannes Paulus II）才为这位蒙冤360年的科学家正式平反。

回顾这场争论，实质在于视野。假如天上只有太阳和月亮，从地面看每天的“日月经天”，日月确实像是在围绕地球转。问题是天上还有别的星，肉眼能看到的还有金、木、水、火、土这五颗行星，古人把它们和日、月一并看作“七曜”，唐朝时就用来纪日，传到日本、韩国后，至今还在使用，而我国从民国以来就改成了“星期”。无论地心说还是日心说，都需要回答这七曜的运行关系。然而从地面看这五颗行星，观察的结果相当复杂，有时候会逆行或者静止不动，用“地心说”的运行模式（图 2.2A）解释非常复杂，“日心说”才能正确清晰地回答七曜的运行关系（图2.2B）。

大凡争论有了规模，在对立的双方之间就会出现中间派，“日心说”和“地心说”中间也有过折中方案。当时丹麦有位天文学家第谷·布拉赫（Tycho Brahe，1546—1601），他既不接受“日心说”，又想要解释行星的运行，于是在1580年左右提出了介于“地心说”和“日心说”之间的折中方案——混合模型：太阳绕地球转，行星绕太阳转（图 2.2C），看起来有所进步，可是要害在于地球还是不能动。第谷的模型在当时影响不小，但是在科学史上就难以留下位置，这大概是各种“折中派”的共同归宿。 +LHYC2J8hbGdkQ81VllHbHkmPdiMoOEG4Z0IuLBFIaB0CT8sFpq9XlzTbRAWssGq