行星運(yùn)動(dòng)學(xué)說的建立與發(fā)展

行星運(yùn)動(dòng)學(xué)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(yùn)動(dòng)問題上，古希臘的偉大學(xué)者亞里士多德首先提出了地球是宇宙中心的學(xué)說。他主張地球是球形的，因?yàn)榍蛐问亲钔昝赖膱D形，是唯一能在自身所占據(jù)的空間范圍內(nèi)作任何方向的旋轉(zhuǎn)的圖形。亞里士多德并進(jìn)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(shí)來證明地球的球形。亞里士多德還運(yùn)用他的運(yùn)動(dòng)學(xué)理論來論證地球的形狀只能是球形。并估計(jì)了地球的大小。亞里士多德進(jìn)一步認(rèn)為，地球是不動(dòng)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(yùn)動(dòng)了，地球上的各種物體將如何運(yùn)動(dòng)也就很難想象了。他認(rèn)為天體的自然運(yùn)動(dòng)是圓周運(yùn)動(dòng)。因?yàn)榈厍蛱幱谟钪娴闹行?，所以地球必然是靜止不動(dòng)的。為了解釋天體的運(yùn)動(dòng)，亞里士多德以地球?yàn)橹行模延钪娣譃榫艂€(gè)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(gè)原動(dòng)天，它是第一推動(dòng)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?yàn)樵谒磥?，宇宙?yīng)當(dāng)是完美和諧的。他從美的觀點(diǎn)出發(fā)建立一個(gè)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(shí)期的天文學(xué)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(rèn)為恒星和太陽在空間并不變動(dòng)其位置；地球以太陽為中心沿著它的周圍旋轉(zhuǎn)。他推算出太陽的體積大約是地球體積的250—370倍，他認(rèn)為，太陽既然是宇宙中最大的一個(gè)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(jù)。但遺憾的是，他的日心說思想沒有得到進(jìn)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(cè)、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(xué)者，提出過相似的各種各樣的學(xué)說，日地關(guān)系的各種可能都有人試探過、討論過，但各種學(xué)說在爭論中都未能占優(yōu)勢(shì)。3.地心說的建立與發(fā)展古希臘天文學(xué)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(rèn)為，地球是宇宙的中央，所有的重物都朝著它運(yùn)動(dòng)。他吸收了當(dāng)時(shí)的一些新的思想，用圓周體系來代替天球?qū)芋w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(gè)新階段。托勒玫主張地球是靜止不動(dòng)的，并對(duì)阿利斯塔克的日心說提出了批評(píng)。他從太陽的升落、物體的下落、天上的浮云的飄動(dòng)、鳥的飛行等觀察到的事實(shí)來證實(shí)他的地球靜止的觀點(diǎn)。他提出本輪、均輪等重要概念來解釋行星視運(yùn)動(dòng)的不規(guī)則性，使地心說具有更強(qiáng)的生命力。由于托勒玫對(duì)地心說的發(fā)展與完善，再加上人們認(rèn)識(shí)上的原因以及教會(huì)的支持，使地心說在天文學(xué)界統(tǒng)治了將近十五個(gè)世紀(jì)。4.日心說的確立隨著科學(xué)的不斷發(fā)展，托勒玫地心說的錯(cuò)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(jì)中葉，當(dāng)年阿利斯塔克所埋下的火種，終于通過波蘭天文學(xué)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(xué)的序幕。哥白尼在大學(xué)學(xué)習(xí)期間就對(duì)托勒玫的地心說產(chǎn)生了懷疑，他認(rèn)為地球靜止不動(dòng)的觀點(diǎn)是不能成立的，人們總習(xí)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(xiàn)象和本質(zhì)，而將假象視為真實(shí)。由于感覺不到地球的自轉(zhuǎn)，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(shí)，往往感覺不到船在運(yùn)動(dòng)，而只見到岸上的東西往后移動(dòng)一樣。同樣，太陽繞地球轉(zhuǎn)是假象，地球圍繞太陽轉(zhuǎn)才是真象。哥白尼為了徹底搞清楚行星的運(yùn)動(dòng)問題，他在弗洛恩堡一所教堂的閣樓上對(duì)天象進(jìn)行了三十年艱苦觀測(cè)。哥白尼當(dāng)時(shí)的天文觀測(cè)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(cè)資料幾經(jīng)傳抄，錯(cuò)誤很多，有些數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，為他創(chuàng)立日心說提供了比較豐富、可靠的觀測(cè)資料。經(jīng)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(xué)的不朽巨著《天體運(yùn)行論》，這一科學(xué)巨著被恩格斯稱為“自然科學(xué)的獨(dú)立宣言”，“從此自然科學(xué)便開始從神學(xué)中解放出來……科學(xué)的發(fā)展從此便大踏步地前進(jìn)。”哥白尼在《天體運(yùn)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(rèn)為，地球的自身有三種運(yùn)動(dòng)，一是自西向東繞軸晝夜自轉(zhuǎn)，二是地球在金星與火星軌道間的黃道上從西向東運(yùn)行，三是傾斜面的運(yùn)動(dòng)，即赤道面或自轉(zhuǎn)軸相對(duì)于日——地聯(lián)線的運(yùn)動(dòng)。哥白尼正是依據(jù)地球的這三種運(yùn)動(dòng)與各個(gè)天體固有的自身運(yùn)動(dòng)，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(zhuǎn)、太陽與月亮運(yùn)動(dòng)的快慢變化、五大行星運(yùn)行中的逆行等復(fù)雜現(xiàn)象。這樣哥白尼便創(chuàng)建了一個(gè)以太陽為中心的宇宙結(jié)構(gòu)體系。哥白尼的日心說比托勒攻的地心說具有內(nèi)在的簡單性和和諧性，而且它表述了運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性思想，為理解行星的運(yùn)動(dòng)開辟了一條新的途徑——?jiǎng)恿W(xué)的途徑。哥白尼的“日心地動(dòng)”體系啟發(fā)了開普勒去發(fā)現(xiàn)行星運(yùn)