行星運動學說的建立與發(fā)展

行星運動學說的建立與發(fā)展1.地心說的初步形成在人們探討地球、太陽及行星的運動問題上，古希臘的偉大學者亞里士多德首先提出了地球是宇宙中心的學說。他主張地球是球形的，因為球形是最完美的圖形，是唯一能在自身所占據的空間范圍內作任何方向的旋轉的圖形。亞里士多德并進一步列舉月食的成因，向北向南微小的遷移所看到的天空等事實來證明地球的球形。亞里士多德還運用他的運動學理論來論證地球的形狀只能是球形。并估計了地球的大小。亞里士多德進一步認為，地球是不動的宇宙中心。他解釋說，既然地球上所有的重物都要落向地心，那么地球所在的位置必定是宇宙的中心，否則地球就要向宇宙的中心運動了，地球上的各種物體將如何運動也就很難想象了。他認為天體的自然運動是圓周運動。因為地球處于宇宙的中心，所以地球必然是靜止不動的。為了解釋天體的運動，亞里士多德以地球為中心，把宇宙分為九個等距的層次，分別有月亮、水星、金星、太陽、火星、木星、土星和恒天星，第九層是一個原動天，它是第一推動力。從這里可看出，亞里士多德所追求的是一種完美、和諧的理論。因為在他看來，宇宙應當是完美和諧的。他從美的觀點出發(fā)建立一個宇宙體系，然后再盡量用邏輯來證明。2.日心說的萌芽亞里山大里亞時期的天文學家阿利斯塔克（前310—前230年）被恩格斯稱為“古代的哥白尼”。他認為恒星和太陽在空間并不變動其位置；地球以太陽為中心沿著它的周圍旋轉。他推算出太陽的體積大約是地球體積的250—370倍，他認為，太陽既然是宇宙中最大的一個天體，那么宇宙的中心只能是太陽，這是提出太陽中心說的根據。但遺憾的是，他的日心說思想沒有得到進一步的繼承與發(fā)展。日心說在阿利斯塔克那里，只能是一種天才的猜測、智慧的火花，這顆萌芽卻未能長成一棵參天的大樹。歷史上除亞里士多德，阿利斯塔克外，還有許多學者，提出過相似的各種各樣的學說，日地關系的各種可能都有人試探過、討論過，但各種學說在爭論中都未能占優(yōu)勢。3.地心說的建立與發(fā)展古希臘天文學家托勒玫一方面繼承了亞里士多德的地心說，另一方面把它加以發(fā)展和完善。他也認為，地球是宇宙的中央，所有的重物都朝著它運動。他吸收了當時的一些新的思想，用圓周體系來代替天球層體系，從而克服了亞里士多德體系所無法解決的一些困難，把地心說推向了一個新階段。托勒玫主張地球是靜止不動的，并對阿利斯塔克的日心說提出了批評。他從太陽的升落、物體的下落、天上的浮云的飄動、鳥的飛行等觀察到的事實來證實他的地球靜止的觀點。他提出本輪、均輪等重要概念來解釋行星視運動的不規(guī)則性，使地心說具有更強的生命力。由于托勒玫對地心說的發(fā)展與完善，再加上人們認識上的原因以及教會的支持，使地心說在天文學界統(tǒng)治了將近十五個世紀。4.日心說的確立隨著科學的不斷發(fā)展，托勒玫地心說的錯誤日益暴露出來，這就客觀上要求用新的理論體系來代替它。十六世紀中葉，當年阿利斯塔克所埋下的火種，終于通過波蘭天文學家哥白尼之手而燃燒成熊熊烈火，從而揭開了近代自然科學的序幕。哥白尼在大學學習期間就對托勒玫的地心說產生了懷疑，他認為地球靜止不動的觀點是不能成立的，人們總習慣于把自己看作是世界的中心，這也是一種偏見。他說，托勒玫由于沒有區(qū)別現象和本質，而將假象視為真實。由于感覺不到地球的自轉，以致只感覺到太陽每天從東方升起而在西方下落。這正象人們坐在大船上行駛時，往往感覺不到船在運動，而只見到岸上的東西往后移動一樣。同樣，太陽繞地球轉是假象，地球圍繞太陽轉才是真象。哥白尼為了徹底搞清楚行星的運動問題，他在弗洛恩堡一所教堂的閣樓上對天象進行了三十年艱苦觀測。哥白尼當時的天文觀測條件很差，弗洛恩堡的緯度偏北，靠近海洋、空氣潮濕、儀器簡陋等。而且過去的觀測資料幾經傳抄，錯誤很多，有些數據甚至是偽造的。但哥白尼不畏困難，持之以恒，三十年終于取得了可觀的數據，為他創(chuàng)立日心說提供了比較豐富、可靠的觀測資料。經過哥白尼一生的努力，終于在1512年寫成了初稿，1543年終于出版了天文學的不朽巨著《天體運行論》，這一科學巨著被恩格斯稱為“自然科學的獨立宣言”，“從此自然科學便開始從神學中解放出來……科學的發(fā)展從此便大踏步地前進?！备绨啄嵩凇短祗w運行論》中，明確地把地球從宇宙中心的位置排除出去，把它降為普通行星的一員。他認為，地球的自身有三種運動，一是自西向東繞軸晝夜自轉，二是地球在金星與火星軌道間的黃道上從西向東運行，三是傾斜面的運動，即赤道面或自轉軸相對于日——地聯線的運動。哥白尼正是依據地球的這三種運動與各個天體固有的自身運動，簡單而統(tǒng)一地解釋了從地面上觀察到的天體的周日旋轉、太陽與月亮運動的快慢變化、五大行星運行中的逆行等復雜現象。這樣哥白尼便創(chuàng)建了一個以太陽為中心的宇宙結構體系。哥白尼的日心說比托勒攻的地心說具有內在的簡單性和和諧性，而且它表述了運動的相對性思想，為理解行星的運動開辟了一條新的途徑——動力學的途徑。哥白尼的“日心地動”體系啟發(fā)了開普勒去發(fā)現行星運