简介哥白尼的“日心说”

简介哥白尼的“日心说”“地心说”在15世纪之前占据着天文学的绝对统治地位，但也难以遮掩日心说的曙光。跟“地心说”一样，最早提出“日心说”的人并不是家喻户晓的哥白尼，而是古希腊最伟大的天文学家、数学家阿里斯塔克斯。早在公元前3世纪，古希腊学者阿里斯塔克（Aristarchus，公元前320—前250）就提出“太阳位于宇宙中心，地球则围绕着太阳旋转”。阿基米德（Archimedes，公元前287—前212）也认为太阳是宇宙的中心，并给出相应论证。阿里斯塔克斯是人类历史上有记载的首位提倡日心说的天文学者。他将太阳而不是地球放置在整个已知宇宙的中心，认为太阳与固定的恒星不会运动，而地球绕着太阳运动。不幸的是，由于阿里斯塔克斯的宇宙观和日心说理论远远超出了当时人类的认知理念，因而在当时并未得到公众的承认，甚至还险些被人以亵渎神明罪起诉。直到1800多年后从地心说到日心说的伟大转折应归功于哥白尼，其《天体运行论》拉开了近代天文学序幕，极大推进了近现代科学的发展。1473年，哥白尼出生在当时属波兰王国普鲁士行省的小城托伦。虽然任职于教会，并到意大利学习神学，但哥白尼自幼对天空充满了好奇，曾私下学习天文学。据记载其第一次天文观测是在1497年3月9日。最初他试图通过天文观察来理解和诠释托勒密地心说理论。1513年3月31日，他在所任职教堂建成了一座小型天文观测台，并设计出3架较为精密的天文仪器。突破主观直觉臆想，用观察数据和科学事实来说话，这是揭示真理的第一步。在当时，天文学采用的是托勒密的地心说体系。在这个体系中，由于托勒密提出了本轮和均轮的复合，因此它可以预测日食、月食，也可以解释一些现象。但是，随着天文观测技术的进步，通过大量天文观察数据和一些天文现象，哥白尼开始质疑亚里士多德宇宙论，而据托勒密宇宙模型也无法对一些天文现象给出合理解释。人们发现在托勒密的宇宙模型中，需要在行星轨道上附加太多本轮来调整轨道的周期，以适应观测的结果（在文艺复兴时期，托勒密提出的本轮和均轮数目就达到了一百多个）。若是继续修补托勒密的地心说模型，只会让宇宙结构学说更加繁杂。是否古希腊先贤的天文理论有误？地球是运动的还是静止的？宇宙中心在哪里？当他尝试着把太阳确定为宇宙中心，大量天文现象都能得到合理的科学解释，而且宇宙模型也变得简洁起来，再也不需要那么多所谓的本轮和均轮。科学是追求完美的，宇宙也不例外！故他打破了传统天文学理论，而声称：宇宙中心实际上应是太阳，地球根本不是宇宙中心。我们人类居住的地球犹如其他任何行星一样，都在围绕着太阳旋转。后在大量天文数据支撑下，哥白尼构造出日心说宇宙模型。但这样的观点在当时是万万不敢提出的，因为上帝是在位于宇宙中心的地球上创造了人类，如果说太阳是宇宙的中心，那无疑会被认为是异端邪说。不过，哥白尼并未因外界的压力而放弃科学探索。1506年，在回国任教后不久，他就开始着手写作自己的天文学说著作《天体运行论》1512年，哥白尼还把他任职地的城堡西北角的箭楼修建为自己的小型天文台，用自己研制的简陋仪器来进行天文观测和计算。并于1514年完成了其第一部天文学著作手稿。为让教会职员理解其新天文学思想，他将此书稿呈献给教皇保罗三世，后者当时也未提出异议。1533年哥白尼曾在罗马做了一系列演讲，提出了其日心说理论，当时也未遭到教会的反对。因担心其天文学思想与宗教教义相悖，哥白尼迟迟没有出版其著作。1543年《天体运行论》出版，该书直到1616年，才被教会宣布为禁书。他的观念是：太阳静止地位于宇宙的中心，地球和行星都在围绕太阳做圆周运动。他指出、人类生存的地球只是围绕太阳的一颗普通行星，地球每天自转一周，由此形成天穹的旋转，而月球则在圆形轨道上绕地球转动。此外，太阳在天球上的周年运动是地球绕太阳公转运动的结果，地球上人们观测到的行星的倒退或者靠近现象都是地球和行星共同绕日运动产生的结果。当然，完整的日心体系在哥白尼1543年出版的《天体运行论》中得到了详细阐述，被认为是现代天文学的起步点。《天体运行论》中天体运动必须满足七个条件：并不存在一个所有天体轨道或天体的共同的中心。地球并不是宇宙的中心，它只是引力中心和月球轨道的中心。宇宙中的所有天体都绕太阳运转，宇宙的中心就在太阳附近。同天穹的高度相比，地球到太阳的距离是微不足道的。人们在天空中看到的任何运动，都是地球自身的运动引起的。人们看到的太阳运动的一切现象，都不是太阳本身运动产生的，而是地球运动引起的，地球同时进行着几种运动在地轴上的周日自转运动，环绕太阳的周年运动，用以解释二分岁差的地轴的回转运动。人们看到的行星向前和向后的运动，是由于地球运动引起的，地球的运动足以解释人们在空中见到的各种现象。大地是运动的，对古代人来说，这一观点是难以接受的。此外，“日心说”指出行星围绕太阳做圆周运动，但行星运动的观测结果并非完全符合圆周这一结论因此，在哥白尼的《天体运行论》出版后半个多世纪里，日心说仍然很少受到关注，支持者更是寥寥。在托勒密“地心说”处于天文学统治地位的社会大背景下，在没有天文望远镜的裸眼时代，哥白尼能够提出日心说理论，实属是一个伟大的天文学创举。然而，他并未全盘否定地心说，甚至还可以说他忠实于亚里士多德天体运动统一圆周运动理想，正是在地心说基础上，才提出了日心说理论。如地球既然是个球形，故其自转与公转运动也应是圆运动。若承认地球的圆运动，则周日运动亦应如此等。其创新之处就在于，行星不规则运动再也不必应用数目繁多的本、均轮相关体系来说明。直到1609年，伽利略使用刚发明的望远镜观测木星时发现