上一期，我们通过分析小汉斯·荷尔拜因的油画《大使们》，讨论了毕达哥拉斯“中心火”宇宙模型、欧多克斯同心球宇宙模型、亚里士多德“水晶球”宇宙模型、托勒密本轮-均轮宇宙模型。“地心说”宇宙模型发展到托勒密这里基本到达了巅峰，统治了天文学1600多年，直到哥白尼的《天球运行论》出版和传播。

（波兰1000兹罗提纸币印有哥白尼及其“日心说”，图片来自网络）

本期将通过伽利略《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》（简称《对话》）卷首插画、里乔利《新天文学大成》卷首插画、塞拉里乌斯《和谐大宇宙》卷首插画，分析宇宙体系从“地心说”转变成“日心说”的历程，以及“日心说”的后续发展。

（伽利略《对话》卷首插画，图片来自网络）

（伽利略，1597年-1681年，图片来自《科学的历程》）

据说，1543年5月24日，生命垂危的哥白尼在病榻上见到了《天球运行论》样书（最初翻译成《天体运行论》，后由张卜天教授翻译成《天球运行论》，“天体”是现代人的称呼，还原到哥白尼那个年代，“天球”更为合适。），他只摸了摸书的封面，不久便辞世了。《天球运行论》的出版，正式创立了“日心说”，逐渐掀起了一场科学革命，引起了人类宇宙观的重大变革。然而最开始却遭受除职业天文学家外的各方面反对，90年后伽利略出版了《对话》，正式系统地讨论了托勒密体系和哥白尼体系。《对话》很快便被罗马教会查禁，伽利略也被判处终身监禁。画中描述的是萨尔维阿蒂（伽利略代言人）、辛普里丘（亚里士多德学派代言人，彼时亚里士多德学说已被宗教奉为教条）、沙格列陀（主持人）对话的场景，是“日心说”与“地心说”的对话，结果是“日心说”占据上风。

（里乔利《新天文学大成》卷首插画，图片来自豆瓣）

里乔利《新天文学大成》卷首插画，顾名思义是《新天文学大成》书中的第一幅插画。《新天文学大成》由意大利天文学家乔万尼·里乔利于1651年发表，一度成为成为欧洲各地天文学家的标准技术参考书，如今月海和环形山的系统命名也由此而来，书名致敬托勒密的《天文学大成》。

（乔万尼·里乔利，1598年-1671年，图片来自豆瓣）

与《大使们》相比，插画的宇宙观主题更为鲜明。插画描述的是天文学缪斯女神对哥白尼的“日心说”与第谷的“地心说”进行审判的画面，她用一个天平称量两种宇宙体系，很明显第谷体系更重，第谷取得了胜利而哥白尼输掉了；画面下方，老年的托勒密说了一句“我错了”。不过，里乔利似乎在他的月面图中隐秘地表示，其实他支持哥白尼学说。（第谷主张“日心”“地心”混合体系、哥白尼主张“日心”体系、托勒密主张“地心）体系，后文详述。）在伽利略去世后仅仅9年，这是里乔利唯一安全的表达。

（塞拉里乌斯《和谐大宇宙》卷首插画，图片来自“中国国家天文”公众号）

安德烈亚斯·塞拉里乌斯是一位生于德国的荷兰地图学家，现代历史学家只能通过蛛丝马迹分析这位伟大地图学家的生平。他最有名的作品是1660年首次出版的星图《和谐大宇宙》，上面有大量的巴洛克风格装饰图案，也许是史上最华美的天象图。曾风靡一时，后又多次重印，上图为1708年版《和谐大宇宙》的卷首插画。

（卷首插画上部，图片来自网易）

绘画上方，书名条幅两旁，两个小天使举着黄道环，中央绘有太阳，一侧地球贴着黄道。另两个小天使手持直角量角器。小天使的上方是太阳、月亮、北斗七星等天体，以及天秤座等星座。

（卷首插画下部，图片来自网易） 

绘画下方中央，坐着掌管天文的缪斯女神乌拉尼娅，她手执一具浑仪，这是一种模拟计算器，天文学家和占星家用它来换算位置坐标。从左侧开始环绕她的人依次是：恒星的测量者第谷，他手拿圆规；托勒密捧着书本，可能是他的伟大著作《天文学大成》；叙利亚拉卡城的阿尔巴塔尼，数学家，阿拉伯科学黄金时期托勒密著作的摘编者；戴着王冠的是13世纪的西班牙国王智者阿方索，一位坚持“日心说”太阳系模型的天文学赞助者；荷兰天文学家约翰·兰斯伯格，哥白尼学说早期的一位重要支持者，他用一根很长的教鞭指着贴在黄道环上、围绕太阳运行的地球，这套装置取自兰斯伯格本人所著的《永恒天体运行表》。在这些显赫人物最前方的是身穿黑色长袍的哥白尼本人，他一边在第二具浑仪上做测量，一边书写，身后的地上，可能是他的《天体运行论》。哥白尼和第谷分别位于缪斯女神左右侧，并且在缪斯女神的前方。

（哥白尼1473年-1543年、《天球运行论》，图片来自网络）

伽利略《对话》卷首插画、里乔利《新天文学大成》卷首插画、塞拉里乌斯《和谐大宇宙》卷首插画同为图书插画，均为图书内容提供直观价值判断。三幅画所展示的宇宙观大体是一致的，均是托勒密体系、哥白尼体系、第谷体系的较量，大致涉及到托勒密、哥白尼、伽利略、第谷、开普勒等天文学家。

（哥白尼宇宙体系，图片来自上海交大）

（“日心说”行星运动（左）和“地心说”行星运动（右），图片来自万物杂志）

（“日心说”体系地球和金星相对运动画出“玫瑰”，图片来自万物杂志）

一是哥白尼“日心说”宇宙体系。哥白尼最终构造的宇宙图景是：最外层是恒星天，静止不动；最远的行星是土星，运行周期是30年，以后依次是木星、火星、地球、金星、水星；月球是地球的卫星。哥白尼提出了地球自转和公转的概念，用太阳取代了地球位于宇宙中心。“日心说”比“地心说”更明显的优势在于简洁，即使哥白尼的反对者也承认。哥白尼革命带来了一系列观念上的变革：首先，地球不断运动，打破了亚里士多德物理学中天地绝然有别的界限；其次，破除了亚里士多德绝对运动概念，引入了相对运动观念；再次，转变了宇宙中心，并且暗示宇宙可能没有中心，与希腊古典的等级宇宙完全对立；最后，因地球运动、恒星不动，恒星则不用同处在统一球层中。

（第谷画像，1546年-1601年，图片来自“科学的历程”公众号）

（第谷“新宇宙体系假说”示意图，图片来自“科学的历程”公众号）

二是第谷“混合体系”。第谷出生于《天球运行论》出版后的第3年，是反对“日心说”中最著名的职业天文学家，他在丹麦国王腓特烈二世的资助下，建立了历史上第一座真正意义的天文台。第谷是一个天才的观测家，但在理论上因循守旧，他完全清楚“日心说”的优点，并且赞美它是“美丽的几何构造”，但他不同意地球运动概念，因为他没有观测到恒星周年视差。为调和哥白尼“日心说”和托勒密“地心说”，第谷创造了“新宇宙体系假说”（“混合体系”）。“混合体系”认为地球位于宇宙中心，但不同于托勒密体系，只有太阳、月亮、全部恒星才以地球为中心运转，水星、金星、火星、木星、土星则以太阳为中心绕太阳运转。然而第谷虽然反对日心说，但他的天文观测结果却为哥白尼“日心说”的发展开辟了道路。在数学上，第谷的“混合体系”与哥白尼体系是完全等价的。第谷系统、精确的观测材料，为历法改革奠定了基础。第谷一生的贡献，除了天文观测资料，最大的就是发现并培养了开普勒。

（开普勒，1571年-1630年，图片来自《科学的历程》）

（开普勒《宇宙的和谐》中关于几何和谐的片段，图片来自《科学的历程》）

（开普勒第二定律，S1=S2，图片来自网络）

三是开普勒椭圆轨道体系。第谷去世前，将所有天文观测资料传给了开普勒，开普勒没有辜负第谷的期望，运用这些资料提出了开普勒三定律，被称为“天空立法者”。开普勒以火星为突破口（第谷观测火星资料最丰富的），算出了火星运动轨道是椭圆无疑（第一定律，他是第一位抛弃行星正圆运动的天文学家），同时提出面积定律（第二定律）。1618年发表《哥白尼田文学概论》，将研究发现的火星运动定律推广到了太阳系所有行星，同时提出行星公转周期的平方与它同太阳距离的平方成正比（第三定律）。开普勒三定律将行星运动与太阳紧密联系，从此太阳系的概念被牢牢确立，托勒密和哥白尼所运用的一大堆“本轮-均轮”被彻底清除，开普勒因此被称为“天空立法者”。

上述三种宇宙观，从1543年哥白尼首次提出的“日心说”体系，到第谷1583年根据大量观测数据提出的日心说和地心说的“混合体系”，再到开普勒1618年根据第谷观测数据提出的椭圆轨道体系，均发生在16世纪-17世纪的文艺复兴晚期。经历了宇宙中心从地球到太阳的转变，以及行星轨道从正圆到椭圆的转变。

哥白尼的“日心说”体系、第谷的“混合体系”，都运用了“本轮-均轮”系统，均信奉柏拉图主义，坚持行星正圆运动，可见古希腊先贤提出的“拯救现象”在文艺复兴晚期的延续，也同时说明“中世纪”天文学发展的停滞。

开普勒椭圆轨道体系则彻底抛弃了“本轮-均轮”系统和正圆运动，奠定了现在太阳系的图景，可以说宇宙模型发展到开普勒这里才真正脱离了柏拉图主义，给希腊古典天文学画上了句号，正是因为开普勒将第谷临终前的告诫“一定要尊重观测事实”践行到底。八大行星的运动有同向性、共面性和近圆性，虽然是椭圆轨道，但椭圆近似正圆，可见坚持近2000年的行星正圆运动有一定的缘由，同时说明开普勒提出行星椭圆运动的不易之处。

开普勒作为“天空立法者”描述了行星运动，然而为什么行星会这样运动？后续宇宙观又是怎样演进的？我们将在下一期《科史钩沉 l 绘画中的宇宙观（三）》为大家揭晓。

本文原载于“湖北省科学技术馆”官方微信公众号

转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自黄雁翔科学网博客。

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