古希臘天文學

古希臘天文學是指古典時期用希臘語記錄的天文學，涵蓋古典希臘時期、希臘化時期、羅馬希臘時期、古典時代晚期等時期的天文學。它不局限於地理上的希臘或種族上的希臘人，因為在亞歷山大大帝的南征北戰之後，希臘語已經成為希臘化世界學術界的通用語言。這一時期的希臘天文學又被稱為希臘化天文學，而希臘化時期之前的希臘天文學則被稱為古典希臘天文學。在希臘化和羅馬時期，許多追隨希臘傳統的希臘和非希臘天文學家都曾在托勒密埃及的繆塞昂和亞歷山大圖書館進行過研究。

古典希臘和希臘化時期天文學家發展的天文學被歷史學家認為是天文學史上的一個重要時期。古希臘天文學從一開始就以尋求天象的理性、物理的解釋為特徵。北天的多數星座以及很多恆星、行星和小行星的名稱都來源於古希臘天文學。古希臘天文學主要受到巴比倫天文學的影響，也部分受到埃及天文學的影響；其本身則影響了印度天文學、阿拉伯伊斯蘭天文學和西歐天文學。

## 古風時代的天文學

關於可以辨別的恆星和星座的記載早在現存最早的古希臘文學作品——荷馬和赫西俄德的作品中就出現了。在《伊利亞特》和《奧德賽》中，荷馬提到了這些天體：牧夫座、畢星團、獵戶座、昴星團、天狼星和大犬座。

活躍於公元前七世紀的赫西俄德則在《工作與時日》中提及了大角星。儘管荷馬和赫西俄德的作品本身並不是科學著作，它們傳達了一種原始的宇宙學——平坦的大地被一條大洋河所包圍。一些恆星會升起和落下（從古希臘人的觀點來看，落下即是消失在海洋中）；而其它恆星則是不落的。根據一年中時候的不同，有些恆星會在日出或日落的時候升起或落下。

公元前五、六世紀的前蘇格拉底哲學中關於宇宙的推測相當普遍。阿那克西曼德（約前 610—前 546）描述了一個懸在宇宙中心、被火圈包圍的圓柱形大地。畢達哥拉斯學派的菲洛勞斯（約前 480—前 405）認為宇宙由恆星、行星、太陽、月亮、地球和反地球等十個圍繞一團看不見的中心火焰旋轉的天體組成。這些觀點表明公元前五、六世紀的古希臘人已經認識到行星的存在，並且對宇宙的結構進行了推測。

### 行星

西方語言中「行星」這個名稱來源於希臘語「πλανήτης」（轉寫成拉丁字母即是「planētēs」），意思是「漫遊者」。行星被稱為「漫遊者」的原因是古代天文學家注意到它們在天空中移動的軌跡相對於其他天體有所不同。水星、金星、火星、木星、土星這五顆行星可以裸眼觀察到；有時候太陽和月亮也被歸類成裸眼行星。由於行星在接近太陽時時常會被太陽的光芒掩蓋，要識別出全部五顆行星需要進行仔細的觀察。金星的觀察就是這樣一個例子。早期的古希臘人認為在傍晚和清晨出現的金星分別是兩個不同的天體，直到畢達哥拉斯發現它們其實是同一個行星。

古希臘人用希臘神話中的人物為行星命名，羅馬神話中對應的人物名字則是現在英語中各個行星名字的基礎。

### 曆法

許多古代曆法都以太陽或月亮的運行周期為基礎。古希臘曆法中也包含這兩個周期。然而，同時基於太陽和月亮的周期的陰陽曆並不容易編制。一些古希臘天文學家創造出了基於食的周期的曆法。

## 古典希臘天文學

在古典希臘，天文學是數學的一個分支，天文學家的研究目的是創造可以模擬天體運動現象的幾何模型。這個傳統始於畢達哥拉斯學派。畢達哥拉斯學派將天文和算術、幾何、音樂並舉為四種數學技藝。後來由這四種技藝組成的數學研究就被稱為「四藝」。

儘管不是一位創造性的數學家，柏拉圖（前 427—前 347）在《理想國》中將四藝作為哲學教育的基礎。他鼓勵了比他更年輕的數學家歐多克斯（約前 410—約前 347）去發展一套古希臘的天文學體系。現代科學史家大衛·林德伯格說道：

「在他們的工作成果中我們可以看到：(1) 關注的重點從恆星轉向行星，(2) 「雙球模型」這種幾何模型被創造出來用以表示恆星和行星現象，(3) 統領用以解釋行星觀測的理論的準則被建立起來。」

雙球模型是一個地心說模型。它把宇宙分成兩個區域：

- 處於中心、靜止不動的地球
- 多個由以太組成、圍繞地球旋轉的球體構成的球形天空

柏拉圖關於宇宙學的主要著作是《蒂邁歐篇》和《理想國》。在這兩部作品中，他描述了雙球模型，並說有八個球體搬運著七個行星和恆星。他按從地球從近到遠的順序把天體排列成：

- 月亮
- 太陽
- 金星
- 水星
- 火星
- 木星
- 土星
- 恆星

根據《理想國》中的「伊爾神話」，宇宙就是，由塞壬掌管、被統稱為摩伊賴或命運三女神的必然女神的三個女兒旋轉的「必然」的紡錘。

根據辛普利丘斯（公元 6 世紀）講述的一個故事，柏拉圖向同時代的古希臘數學家提出了一個問題：「行星的視運動可以通過假設怎樣的均勻、有序運動來解釋？」。柏拉圖提出，行星表面上的不規則運動可以通過以球形大地為中心的勻速圓周運動的組合來解釋。這在公元 4 世紀是一個新穎的觀點。

歐多克斯對柏拉圖的問題的解答是為每個行星指定一組同心球。通過傾斜球體的旋轉軸，為每個球指定不同的旋轉周期，歐多克斯得以逼近天體的「出沒」。這使得他成為嘗試給出行星運動的數學描述的第一人。他關於行星的著作《論速度》的主要思想可在亞里斯多德的《形上學》（第七章第 8 節）以及辛普利丘斯對亞里斯多德的另一部著作《論天》的一部評著中得以一瞥。由於歐多克斯的著作都已失傳，人們對他的認識都來自二次文獻。阿拉托斯關於天文學的詩作即是基於歐多克斯的成果；西奧多修斯的《球面幾何學》可能亦是如是。這說明歐多克斯的工作除行星運動外對球面天文學亦有涉獵。

公元 4 世紀的古希臘天文學家卡利普斯在歐多克斯的 27 個球體（26 個屬於行星，1 個屬於恆星）之外又添加了 7 個球體。亞里斯多德描述了歐多克斯和卡利普斯的同心球體系，但是認為每組同心球中需要加入額外的球體來抵消外層球體的運動。亞里斯多德的動機是對同心球體系的物理本質的考量：如果沒有這些額外的球體，外層球體的運動就會被轉移到內層球體上。

## 希臘化天文學

### 行星模型和觀測天文學

歐多克斯的同心球體系有幾個重要的缺陷。第一，它不能精確地預測行星運動。卡利普斯的工作可能就是修正這項缺陷的一次嘗試。第二，它不能解釋行星視運動中的速度變化。第三，它不能解釋在地球上看到的行星亮度的變化，因為歐多克斯的球體是同心的，行星和地球之間的距離是不變的。這個問題在古典希臘時期就已被奧托呂科斯（約前 310 年）指出。

針對這些缺陷，阿波羅尼奧斯（約前 262—約前 190）提出了兩種新機制使得行星的距離和速度都可以變化：偏心圓（偏心本輪）模型和本輪—均輪模型。本輪是一個運載行星圍繞地球運動的圓。（「本輪」一詞來源於拉丁語「ferro」、「ferre」，意即「搬運」。）偏心本輪即是中心稍微偏離地球的本輪。在本輪—均輪模型中，本輪運載一個較小的圓形均輪，均輪本身則運載行星。阿波羅尼奧斯定理證明，本輪—均輪模型可以模擬偏心圓模型。本輪—均輪模型還可以解釋逆行，即行星相對黃道的視運動在一段短時間內方向逆轉。現在天文史學家已經確定歐多克斯的模型只能粗略地近似部分行星的逆行，其它行星的逆行則完全不能解釋。

公元前 2 世紀，喜帕恰斯在得知巴比倫天文學家可以精確地預測行星的運動之後，認為古希臘天文學家也應達到同樣的水平。他根據巴比倫的觀測或預測記錄創造了更好的行星運動的幾何模型。對於太陽，他根據對晝夜平分點的觀測使用了一個簡單的偏心輪模型。這使得他可以解釋太陽運動速度和季節長短的變化。對於月亮，他使用了一個本輪—均輪模型。對於其他的行星，他未能給出精確的模型，比且批評其他古希臘天文學家創造了不精確的模型。

喜帕恰斯也編織了一份星表。根據老普林尼，喜帕恰斯還觀測到了一顆新星。為了使後世可以知道星體的出現、消失、移動以及亮度變化，他記錄星體的位置和亮度。托勒密把這份星表和喜帕恰斯發現歲差聯繫起來。（歲差即是由地球自轉軸的偏移導致的晝夜平分點沿黃道的緩慢移動。）喜帕恰斯認為歲差是由運載恆星的球體的運動導致的。

### 日心說和宇宙尺度

公元前 3 世紀，阿里斯塔克斯提出了另外一種宇宙學——一個太陽系的日心說模型，把太陽而非地球放置在已知宇宙的中心（因此有時他也被稱為「古希臘的哥白尼」）。但他的天文學觀點並不被廣泛接受，只有少數簡略的描述流傳下來。現在人們知道阿里斯塔克斯的一個追隨者是塞琉古。

阿里斯塔克斯撰寫了《論日月的大小和距離》，這是他唯一一部傳世著作。在書中，他計算了太陽和月亮的大小以及以地球半徑為單位的它們和地球之間的距離。之後不久，埃拉托斯特尼計算了地球的大小，為阿里斯塔克斯的計算結果提供具體的數據。喜帕恰斯撰寫了另外一部《論日月的大小和距離》，但已失傳。阿里斯塔克斯和喜帕恰斯都低估了太陽和地球之間的距離。

## 羅馬希臘時期和古典時代晚期的天文學

托勒密是公元 2 世紀在羅馬埃及的亞歷山卓工作的一位數學家。他的天文學和占星學著作包括《天文學大成》《行星假說》《占星四書》《實用天文表》《坎努帕斯碑文》等等。

### 托勒密天文學

《天文學大成》是西方天文學史上最具影響力的著作之一。在書中，托勒密通過引入一個新的數學工具——偏心勻速點——解釋了行星運動的預測方法，這是喜帕恰斯所未能做到的。《天文學大成》是一部系統性的天文學論著，綜合了許多前人的地理、模型和觀測結果。這可能正是使得它得以流傳下來，而不像其他專門性著作一樣被忽視和失傳的原因。托勒密把各個行星按順序排列成：

- 月亮
- 水星
- 金星
- 太陽
- 火星
- 木星
- 土星
- 恆星

這個順序在被日心說體系和第谷體系取代之前一直是天文學的標準觀點。

托勒密對其他數學家的成果的依賴程度，尤其是喜帕恰斯星表的使用，自 19 世紀以來一直是一個有爭議的問題。Robert R. Newton 在 1970 年代提出了一個特別具爭議性的觀點。在《The Crime of Claudius Ptolemy》一書中，他聲稱托勒密偽造了觀測結果，並把喜帕恰斯編制星表的工作成果據為己有。但是，Newton 的觀點並不為多數天文史學家所接受。

古典時期晚期的一些數學家為《天文學大成》撰寫了評註，這其中包括帕波斯、賽翁以及他的女兒希帕提婭。托勒密天文學一直是中世紀西歐和伊斯蘭天文學的標準學說，直到在 16 世紀之前被馬拉格、日心說、第谷等學說體系取代為止。但是，最近發現的一些手稿顯示古典時期的希臘占星學家仍然用托勒密體系以前的方法進行計算。

## 對印度天文學的影響

早在公元前 3 世紀，希臘化天文學已經在印度附近的希臘—巴克特利亞王國的阿伊·哈努姆城得到實踐。在當地進行的考古發掘已經發現了數個日晷，包括一個根據鄔闍衍那城的緯度校正的赤道日晷。希臘人與孔雀帝國的多次接觸以及後來印度—希臘王國擴張至印度境內都表明這一時期可能發生了知識傳播。

數部希臘羅馬時期的占星學著作在公元後的前幾個世紀已經傳入印度。公元 2 世紀，Yavaneśvara 在西郡太守的塞克族國王魯陀羅達曼一世的資助下從希臘語翻譯了梵文的《希臘人的占星術》。魯陀羅達曼一世在位時的國都鄔闍衍那「成為了印度天文學家的格林尼治、阿拉伯以及拉丁天文學著作的世界中心，因為正是魯陀羅達曼一世和他的繼任者們促進了希臘占星學和天文學在印度的傳播」。

後來在 6 世紀，伐羅訶密希羅在《五大曆數全書彙編》中收錄了《羅馬伽悉檀多》和《普利沙悉檀多》，兩部基於羅馬和希臘天文學的曆數書。伐羅訶密希羅在《廣集》中寫道：「希臘人雖然不純潔，但是必須受到尊敬，因為他們鑽研科學，並因而超越了其它的民族。」《伽嘎贊》中也有類似記載：「希臘人是野蠻人，但是天文學起源於他們，因此必須像神一樣崇拜他們。」

## 外部連結

- Almagest Planetary Model Animations
- MacTutor History of Mathematics Archive