地心说

地心说

托勒密的宇宙体系图

葡萄牙宇宙学家和制图师巴尔托洛梅乌·维利乌于1568年绘制的地心说宇宙模型，收藏于法国国家图书馆。  

地心说（或称天动说），是古人认为地球是宇宙的中心，而其他的星球都环绕着它而运行的学说。

由于古代人缺乏足够的宇宙观测数据，以及怀着以人为本的观念，因此他们误认为地球就是宇宙的中心，而其他的星体都是绕着她而运行的。古希腊的托勒密（Claudius Ptolemy）将地心说的模型发展完善，且为了解释某些行星的逆行现象（即在某些时候，从地球上看那些星体的运动轨迹，有时这些星体会往反方向行走），因此他提出了本轮的理论，即这些星体除了绕地轨道外，还会沿着一些小轨道运转。后来，天主教教会接纳此为世界观的“正统理论”。

托勒密的理论能初步的解释从地球上所看到的现象，但是在文艺复兴时代，随着科学技术的进步，一些支持日心说的证据逐渐出现，且有些证据无法以地心说解释，地心说逐渐占了下风。在现代世界，支持地心说的人已经寥寥无几。

概要

托勒密系统的主要架构：行星以偏心点为圆心绕本轮（小圆）、均轮（大圆）两个正圆转动。

地心说在2世纪时被体系化了，是与地动说相异的学说，主张地球是位于宇宙中心的地球中心说。天动说（Geocentric model），中文又为“地心说”。人类住在半球型的世界中心的世界观。从13世纪到17世纪左右，是天主教教会公认的世界观。

古代许多的学者就宇宙的构造开始有其他想法了。在古希腊亚里士多德和托勒密提出位于宇宙中心的地球周遭全天体公转的想法，提出地球正是宇宙中心自转的想法、太阳不是宇宙中心，提出正在自转公转的想法、位于宇宙中心的太阳绕地球公转的想法。（关于古希腊之外的宇宙观后述）

天动说，在宇宙中心有地球，包含太阳全部的天体大约1天绕地球公转。但是，太阳和行星的速度不同，考虑根据这个，在不同时期看得见的行星都不同。 有叫天球的硬邦邦的球，这包括地球和太阳、行星的全部天体。后考虑恒星应该是天球沾上了天球开的细小的孔，除天球以外的光泄漏都能看得见。所有变化只在地球和月球之间发生、声称比这个远的天体，永远地变化只是重复定期的运动不来临。

天动说不是仅天文学上的计算方法。当时的哲学思想被加入。因为神在宇宙中心安置地球这个人类住的特别天体。地球是宇宙中心的同时，也是全部的天体的主人。全部的天体是地球的，以跟着主人的形式运动。在中世纪欧洲作为把当时亚里士多德哲学作为那种体系的骨架，并汲取了的中世纪基督教神学上公认的东西， 天动说被看作了正式的宇宙观。在14世纪但丁发表的叙事诗神曲天堂篇，说月、太阳、木星等等的各行星同心圆状包围地球的周遭。

天动说的历史

尤得塞斯的同心球

在公元前4世纪，古希腊的数学家尤得塞斯(Eudoxus of Cnidus)已想到一个以地球为中心，各个星体以多层同心球的方式环绕地球的宇宙体系了。镶嵌了所有恒星的恒星同心球在最外层，以北天极为中心，用大约一天时间从东边往西边转动(日周运动)。 而属于太阳的太阳同心球则以跟恒星同心球相反的方向(从西边往东边)，用大约一年时间转动(年周运动)。 因为太阳同心球的自转轴与恒星同心球的自转轴并不重叠，所以在一年的时间内，太阳升到中天的高度不同，也由此解释了四季的来源。 在太阳与恒星之间的，就是各个行星的同心球了。 从地球上看，行星看起来好像在星座之间移动，时快时慢，而且间中还会出现逆行的现象。为了解释逆行，一个行星被配以多个不同转动方向和速度的同心球。 因为这些同心球都以地球作为共同的中心，所以地球与各个行星之间的距离保持不变。尤得塞斯的同心球学说后来被亚里士多德编入了他的宇宙观中。

阿波罗尼奥斯的本轮

公元前3世纪左右的阿波罗尼奥斯或前2世纪左右的喜帕恰斯，都想到行星仅是以圆周运动环绕地球运行，并不足以完全解释行星多样化的运动。所以他们都想出是一个想像的小圆(而不是行星本身)在环绕地球作圆周运动，而行星就在这个小圆上运动。 这个小圆被称为本轮，而本轮环绕地球运动的轨道则称为均轮。整个概念就好像游乐场的机动游戏“咖啡杯”：从整个游戏设施的中心看，各个咖啡杯耳的运动都混合了两种以上的圆周运动；多种圆周运动混合起来，便产生了杯耳行进的速度和方向看起来经常变化的现象，特别在杯耳接近机械中心时的变化更为明显。行星运动中的“留”和“逆行”就是能用这个模型来粗略地解释。

如果现实上行星环绕太阳运动(这概念为现在绝大部份人所认同)的轨道是完美的圆形，地心说就应该只需用一个本轮和一个均轮，就能完全解释从地球上看到的行星运动了。不过实际上行星的运动规律比这更复杂，若要用地心说正确地记述所有行星的运动，则需要更复杂的体系。后来，天文观测的准确度愈来愈高，地心说所构成的体系慢慢地不能配合实际的的观测，为了使地心说体系能符合观测数据，所以天文学家把本轮一个一个地加到既有的体系上；甚至到后期，各个天文学家都不知道每个行星应该有多少个本轮。最后因为使用的极度不方便，引发出哥白尼提出地动说——一个后来发展到基于牛顿万有引力的法则而运行的宇宙模型。

参考资料

• Dreyer, J. L. E.，《A History of Astronomy from Thales to Kepler》，第二版。New York：Dover Publications，1953。

• Evans, James，《The History and Practice of Ancient Astronomy》，New York：Oxford University Press，1998。

• Heath, Thomas，《Aristarchus of Samos》，Oxford：Clarendon Press，1913。