本文参加百家号#科学了不起#系列征文赛。
-简介｜古希腊四项天文学成就：地球绕日运行,月球的大小,地球的周长,天象计算｜
希罗多德的历史(公元前年至年)为公元前五纪中叶的古希腊人了解这个世界提供了一扇非凡的窗口。
然而,他们所不知道的几乎和他们所知道的一样有趣。这为他们在今后几个世纪中认知上取得的显著进步奠定了基础——仅依靠并相信他们用肉眼所能观察到的事物和世界。
希罗多德斯曾声称非洲几乎完全被海洋包围着。那么他是怎么知道的？他讲述了埃及法老尼科二世(约公元前年)派遣腓尼基水手从红海开始沿非洲大陆以顺时针方向航行的故事。这个故事,如果属实,就是已知的最早讲述环游非洲的故事,同时也包含了对古世界天文学知识的有趣见解。
此次航行历时数年。在绕过非洲南端并向西航行之后,水手们观察到太阳在他们的右手边,也就是在北边地平线上方。当时这一简单的观察根本没有意义,因为他们还不知道地球呈球形,并且也意味着有一个南半球。
-01-
行星沿轨道围绕太阳运行
几个世纪后,人们对宇宙的认知有了很大的进步。来自希腊萨摩斯岛的天文学家——阿里斯塔克(公元前年至前年)提出太阳是在视作为有序体系的宇宙中的“中心火焰”,并将所有当时已知的行星按照正确的距离顺序排列在其周围。这是关于太阳系最早已知的日心说。
不幸的是,关于他提出这一论点的原始文本已经被历史遗忘,因此我们无法确定他是如何得出这个结论的。阿里斯塔克知道太阳比地球或月球大得多,因此他很可能由此推测出太阳应该在太阳系中处于中心位置。尽管如此,这仍是一个令人瞠目结舌的发现,尤其是考虑到它直到16世纪才被尼古拉·哥白尼重新发现,他甚至在其本人的研究过程中承认阿里斯塔克这一理论对他的帮助。
-02-
月球的大小
阿里斯塔克确有的一本幸存下来的书是关于太阳和月亮的大小和距离的。在这一引人注目的专著中,阿里斯塔克列出了已知最早的计算方法,以尝试计算到太阳和月亮的相对大小和距离。
自很久以前,人们就观察到太阳和月亮在天空中看起来大小相同,而且太阳距离更远。他们通过日食意识到了这一点,即是由于月球在距地球一定距离的地方经过太阳前方而造成的。
并且,在月球经第一季度或第三季度的那一刻,阿里斯塔克推断太阳,地球和月亮将形成一个直角三角形。
毕达哥拉斯在几个世纪前就确定了三角形三边长之间的关系,阿里斯塔克便利用三角形来估计从地球到太阳的距离是到月球距离的18到20倍。他还基于对月食出现时间细致的观察,估计了月球的大小约为地球的三分之一。
(一幅10世纪阿里斯塔克绘制的图表复制品,展示了他在计算中使用到的一些几何图形。图源:维基百科。)
尽管由于当时的望远镜缺乏精确度导致他估计从地球到太阳的距离太小(实际比例是),但他计算的从地球到月球的尺寸之比的值令人惊讶地准确(月亮的直径是地球的0.27倍)。
时至今日,我们可以通过各种手段准确地知道月球的大小和距离:包括精确的望远镜,雷达观测以及阿波罗宇航员在月球表面上留下的激光反射器。
-03-
地球的圆周周长
埃拉托斯特尼(公元前年至公元前年)是亚历山大大图书馆的首席图书管理员,也是一位热忱的实验主义者。在他的众多成就中,最著名的是对地球周长的计算。毕达哥拉斯通常被认为是最早的关于地球呈球形的的支持者,尽管显然不是在其大小这一方面。埃拉托斯特尼既著名而又简单的测量方法便是依靠在夏至的正午,在不同纬度上,测量垂直插入地面的电线杆投射的阴影的不同长度。
太阳距离地球足够远,以至于无论光线到达地球上的哪个地方,它们实际上都是平行的,正如阿里斯塔克所展明的的那样。所以阴影的差异显示了地球表面弯曲的程度。埃拉托斯特尼以此来估计地球的周长约为千米。这个数值与根据现代大地测量学(研究地球形状的科学)所确定的实际数值相差不到百分之几。
后来,另一位名为波塞多纽的科学家(公元前年至公元前51年)使用了略微不同的方法,也得出了几乎完全相同的答案。波塞多纽一生中的大部分时间都生活在希腊的罗德岛上。就在这个岛上,他观察到天空中非常明亮的一颗恒星—老人星就在非常靠近地平线的地方。然而,当他在埃及的亚历山大时,他注意到那颗明亮的老人星会上升到地平线以上7.5度。考虑到7.5度是一个圆的1/48,他将罗德岛到亚历山大的距离乘以48,得出的值也约为公里。
-04-
第一个天文计算器
世界上现存的最古老的机械计算器是安提基特拉机械装置。这款神奇的机械装置是在年于希腊安提凯希拉岛附近的一艘古沉船残骸中发现的。
随着时间的流逝,这个装置现在已经变得支离破碎,但是当它完好无损时,它看起来就像是一个里面装有数十个精细加工的青铜齿轮的盒子。当手动旋转把手时,齿轮会在外部的刻度盘表上显示月相,月食时间以及当时已知的五个行星(水星,金星,火星,木星和土星)的位置在一年中的不同时间段。这甚至可以解释它们的逆行运动—是行星在天空中运动的幻觉变化。
我们不知道是谁制造的此装置,但是关于它的历史可以追溯到公元前3世纪到1世纪之间,甚至可能是阿基米德的作品。但带有安提基特拉机械如此精密的齿轮传动技术在此后一千年之内来再没有出现过。
遗憾的是,这些作品中的绝大部分都已经被历史遗忘了,我们的科学觉醒也就被推迟了几千年。作为引入科学测量的一种工具,埃拉托斯特尼的技术相对容易操作且不需要特殊和特定的设备,允许那些刚开始对科学感兴趣的人通过进行实践试验并最终跟随那些先驱科学家们来理解科学。
人们也只能进行一些推测—如果这项古老的科学继续发展下去并且势头不减,那我们的文明现在会进展到哪里。
作者:inverse-GarethDorrian
FY:儿店小二
如有相关内容侵权，请于三十日以内联系作者删除
转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处