希臘天文學的起源

作者簡介：吳國盛，清華大學科學史系，北京 100084 吳國盛，1964年生，湖北廣濟人，清華大學科學史系教授、系主任，研究方向為西方科學思想史、現象學科技哲學。

人大復印：《科學技術哲學》2021 年 02 期

原發期刊：《中國科技史雜志》2020 年第 20203 期 第 397-405 頁

關鍵詞：希臘/ 天文學/ 宇宙論/ Greece/ astronomy/ cosmology/

摘要：古典時代的希臘人在天文學方面的成就，不是在觀天方面提供更多的數據，而是把天文學造就成為科學。科學的第一個預設是，在表面上多樣、復雜、變化的現象背后，有一個單一、簡單、恒定的東西起支配作用。希臘天文學以兩球宇宙論為基本框架，預設月上天屬于恒定不變的領域，天界唯一的運動是均勻圓周運動。在此宇宙論框架下，不規則運動的行星成為問題，勻速圓周運動的疊加成為主要的拯救方案。行星亮度也成為問題，使得同心球理論最終被本輪-均輪模型所取代。

觀天是人類文明的一大標志。所有的文明，高級的或低級的，都有自己的天文學傳統。盡管人類看到的是同一個天空，但卻創造了殊為不同的天文學。希臘天文學作為希臘科學傳統的突出代表，是天文學作為科學的肇始。本文試追溯它的起源。

1

理性宇宙論：兩球宇宙模型

原始天文學至少有三項工作：第一，繪制星空圖，包括給恒星命名、組織星座并給星座命名；第二，研究日月五星的運動軌跡，或積累觀測資料，或探求周期規律；第三，建立天象影響地界的規則。狹義的天文學指的是前兩項，第三項被稱為占星學。在歷史上的大多數時期和大多數文明中，天文學和占星術不相區分。

希臘文明不是原生文明。它東邊的兩河文明，東南邊的埃及文明，都是更為古老的文明。希臘人從埃及和兩河文明那里學到了基本的天文知識，繼承了兩河文明對星座和天區的劃分方式。當然，希臘人對于星座和日月五星使用了自己獨特的稱呼。太陽被稱為赫利俄斯(Helios)，月亮被稱為女神賽勒納(Selene)，水星是信使赫爾墨斯(Hermes)，金星是愛神阿佛洛狄特(Aphrodite)，火星是戰神阿瑞斯(Ares)，木星是神王宙斯(Zeus)，土星是神王克洛諾斯(Kronos)。給天體賦予神話色彩，是古代各民族的共同做法。

希臘古典時代也出現了專業的天文觀測家，比如喜劇家阿里斯托芬的《鳥》中出現的天文學家默冬(Merton)。據說，默冬在第87屆奧運會(公元前432年)上宣布了十九年七閏的歷法規則。希臘人不是農耕民族，對太陽周期不太敏感。他們的歷法采納的是純陰歷，即單純依據月相劃分時間，但需要與太陽周期相協調。默冬發現，19個太陽回歸年的長度正好等于235個朔望月(6940天)，因此，每19年(若每年12個月，則一共228個月)再加上7個月，就能夠把年周期和月周期扯平。

希臘古典時期的天文觀測沒留下太多的歷史記載，希臘人也沒有發展出一套獨特的占星術。希臘古典時代最重要的天文學工作不是增添了多少天文記錄，而是創立了理性宇宙論，從而把天文學變成為一門科學。

在古典時期，其他民族的宇宙論均是神話宇宙論：把天象及其變化看成是神的行為。古典之前的希臘人和其他各民族一樣，有自己色彩斑斕的星空神話。但是，從米利都學派開始，一種理性宇宙論出現了。

理性世界觀的要害是“自然的發現”[1，2]，而所謂“自然”觀不過就是承認事物有其“自己”。理性宇宙論究其實質，是發現了星空自身的邏輯。這個邏輯不依諸神的意志轉移，當然也不以人類的意志為轉移。

1.1

天球的引入

理性宇宙論的第一個標志是“天球”概念的引入。天球概念反映了對天空的一種確定性和恒久性的理解，這種理解是理性思維的根本標志。在神話宇宙論中，天象的周期性變化并不被看成是同一件事情的周期循環，而是被看成天體周期性的生滅。比如在埃及神話里，太陽神阿蒙-臘有兩條船，一條是白天在天河上行駛，一條是晚上在暗河上行駛。有了天球的概念，太陽在天空中的運動就是一個單一的運動。再比如，在有些神話中，星辰每天早上在東方被創造出來，傍晚在西方被毀滅，第二天再次在東方被創造出來。有了天球的概念，天上的星辰就不是每日死而復生，而是保持自己的“同一性”。東升西落，只是它們相對于我們人類而言顯得在變化，實際上，作為被鑲嵌在天球上的天體，它們自身并不變化。

在缺乏天球概念的許多文化中，人們很長時間不知道晨星和昏星實際上是同一個金星，在希臘神話中就是如此：晨星被稱為Phosphorus，昏星被稱為Hesperus。但是，到了古典時期，伴隨著天球概念的出現，公元前6世紀的畢達哥拉斯學派認識到這是同一顆星[3]①。按照畢達哥拉斯學派的看法，金星出現在太陽的東邊(長庚星)還是西邊(啟明星)是它自身在天際運行的結果。

到了雅典三巨頭時代，天球的概念得到了當時學者們的公認。其他民族，埃及也好、兩河文明也好、中國文明也好，都沒有明確的天球概念。他們或者視天為一個半球，或者認為“天了無質”，根本沒有形狀可言。

1.2

地球的引入

與天球概念相伴隨的是地球概念的出現。地球概念的出現是一個偉大的思想成就。直到20世紀，人類才有可能飛到太空中看到或者拍下大地的整體形狀，證實大地的確是一個球體，可是，早在公元前6世紀的畢達哥拉斯學派和巴門尼德已經提出了地球概念。他們之所以能夠做到這一點，是因為他們對純粹理性的信仰和運用。

地球概念當然有一些經驗依據。希臘民族是一個海洋民族。海洋民族比較容易感覺到海平面其實并不平。在晴朗的天氣下，目送親友遠航的人會注意到，最先消失在眼界中的是船板，而帆和桅桿最后消失。這就說明海面是不平的。如果海面處處都是不平的，那么大地整體上就可能是一個彎曲的形狀。然而，這種海上目送的經驗，并不足以得出大地為一個球體的結論。

讓大地成為地球，首先要有一種看待大地的整體眼光。大地是單數還是復數?大地是有限還是無限的?大地是有形還是無形的?地球概念必定已經假定了：大地是一個單數，是有限的整體，是有明確形狀和邊界的。這些思想應該來自希臘神話。

天空易于作為整體看待，而大地不然。每一個人都可以獲得頭頂星空的整體形象：“天似穹廬、隆蓋四野”，但大地并不能給人一目了然的形象。在許多古老的神話里，大地之神并不是主神。蘇美爾的神話里，地神排在天神、風神、水神、月亮神、太陽神之后。埃及神話里根本沒有為大地專設一個神。只有希臘神話才有明確的大地神“蓋婭”女神，而且是初始女神：混沌生蓋婭，蓋婭生諸神。

從神話開始，希臘人就以整體的眼光看待大地。希臘諸神是有形體的。不同于基督教的上帝，希臘諸神與人類同形同性，區別在于一是不死，二是身體完美。神是有形體的，天和地也是有形狀的。

米利都學派的泰勒斯最早把大地看成是一個浮在水上的扁平圓盤，阿那克西曼德把大地想象成一個鼓。阿那克西曼德雖然沒有提出“地球”概念，但他卻已經提出了“天球”概念，從而完成了一個重大的邏輯飛躍：讓“地鼓”居于圓球宇宙的中央。不僅如此，他還提出，由于地鼓居于宇宙的中心，因而是不運動的，因為它離天球上每一個天體都保持相同的距離，所以沒有任何理由往任何一個地方運動。

居于圓形天球中央的“地鼓”邏輯上應該也是一個球，否則不能滿足天球整體上的“球對稱”。這一邏輯步驟在畢達哥拉斯學派那里徹底完成。畢氏學派擁有了完整的天球-地球的兩球宇宙模型。

亞里士多德在《論天》第二卷中總結了大地球形的三大理由：第一，重物的向心運動達成平穩之后，必成球狀，這是理論根據；第二，月食因為地球擋住太陽光而成，而月食的陰影呈弧形，這是一個感覺證據；第三，夜間由北方南行，會有新的星辰從地平線上升起，反之，會從地平線上消失，這是另外一個感覺證據。總之，到了亞里士多德的時代，天球-地球的觀念已經成為公認的常識。

天球-地球模型被稱為兩球宇宙模型，是希臘理性宇宙論的基礎。天球的概念代表了天界穩定不變的思想。這個思想，就其具體結論而言，是錯誤的。按照現代科學的認識，天界其實和地界一樣，處在持續的變化之中。但是，就其思維方式而言，恰恰是科學思維方式的源頭：科學的目標，本來就在于透過多樣、復雜、變化的現象，看到背后單一、簡單、不變的本質。對這種“不變性”的訴求，希臘人最早在天空中實現。盡管現代科學打破了希臘人天地二分、地變天不變的思想，但繼承了現象-本質二分的思想，追求不變性仍然是現代科學的基本目標，只不過不變的不再是天界，而是天地通行的自然定律。

1.3

cosmos的引入

以天球套地球為基本架構，希臘人為宇宙構思了一個特殊的形象，這就是cosmos。

cosmos這個詞一般中文譯成“宇宙”，但其實很不貼切。一來西文的universe也譯成“宇宙”，“宇宙”沒有顯示出cosmos和universe的區別；二來沒有譯出cosmos的內在含義。在希臘文里，cosmos是與chaos(混沌)相對的詞，意為“秩序”“和諧”“整體”，中文里其實很難找一個與之相對應的詞。現在也有些中國的希臘哲學史家把它音譯成“科斯莫斯”。

cosmos有四個相互關聯的意思。一是“整體”，表達了希臘人把宇宙看成是一個有限的球形體；二是“秩序”，表示這個有限的球體是有結構的，其中地球居中、其他天球層層相套，構成一個有心秩序；三是“和諧”，表明諸天球之間存在著某種數學上的特定比例；四是“完美”，表現了宇宙本身擁有一個極美的結構和形態：球體是美的，勻速圓周運動也是美的。在這四種意思中，“球”的形象貫穿始終。

希臘人把宇宙看成一個球形，主要是純粹理性的考慮。比如亞里士多德認為，球體具有最大的包容性(相同的表面積，以球體所包圍的體積最大)，因此最適合作為宇宙的形狀。巴門尼德認為，球體只有一個表面，是“一”，所以最適合成為唯一宇宙的形狀。柏拉圖認為，所有的球都高度相似，因此最適合成為神創世界的形狀(神是按照自身的樣子創造世界的)。

除了這些理由外，球具有嚴格的“對稱性”也是它成為最“美”形狀的理由。圓球是希臘人幾何偏好的集中體現，反映了古希臘人民獨特的審美偏好。古典希臘有許多圓形建筑，比如神廟和劇場。

法國哲學史家韋爾南(Jean-Pierre Vernant，1914-2007)認為，幾何主義不僅是希臘科學思想的特點，也是其政治社會思想的特色。幾何主義與其他神話和宗教習俗中體現出的古代空間觀念形成了強烈的對比[4]。這個思想很有啟發性。

幾何主義空間觀念的特點是同質、平權的平等觀念。希臘城邦制度是一種自由民平等相處、公正指向的政治制度。在這種政治制度下，決策和權力分配都要受一種公共的理性制約。這種公共理性是通過自由的平等的分享權力而體現。圓的幾何學體現了對稱、均衡、平等的政治理念，因而受到希臘人的喜愛。柏拉圖在《高爾吉亞篇》中有一段對話談道：“據博學者說，天和地、神和人相互聯系，組成了一個共同體，它包含著友愛、秩序、節制和公正……卡利克勒，你如此淵博，竟沒有注意到這一點。你忘記了，幾何平等不論對人還是對神都具有強大的威力：所以你才輕視幾何。”②由此可見，宇宙的幾何構造有其城邦政治制度的淵源。

到了古典時代，cosmos的觀念、球形宇宙、天球套地球的觀念，已經在希臘城邦文明中深入人心。

2

行星問題

除了希臘人之外，所有民族的天文學與其宇宙論都是脫節的。只有希臘人，把他們的天文學探索與宇宙論密切結合在一起。在埃及和巴比倫，無論天文觀測有些什么新的發現，都不會影響他們的神話宇宙觀。在中國古代也是一樣，對天體運動的觀測沒有對采納哪種宇宙論有決定性的影響。中國古代的蓋天說、渾天說和宣夜說，從未從天文觀測中得到加強或削弱。但是，希臘人的天文學與宇宙論密切互動：一方面，天文學以宇宙論為基本框架；另一方面，宇宙論按照天文觀測進行調整。

2.1

理性宇宙論

希臘的理性宇宙論強調兩點：第一，天界是穩定而恒久的；第二，宇宙充滿了明快的美和秩序。

這兩點都不為我們中國古人所認可。在中國文化看來，天地人三才互感互通，因而處在持續的互動和變遷之中。天是一個居支配性的意志存在，了解上天有助于協調和處理人間事務。這正是中國天文學的主要動機：為制定人間的禮治秩序服務。中國的天文學密切關注和記錄天空的任何一種微小的變化，然后破解這種種“天象”包含的征兆和預示，以此制定國家政策、決定軍國大事。中國天文學是天空博物學、星象解碼學、政治占星術。當然，它也服務于普通人的日常生活，為普通人提供關于“天時”方面的指導。總之，中國天文學是“禮學”[5]。

中國天文學的主要目標并不是探究天際的客觀規律。由于稟承天人感應的觀念，中國人并不相信存在這樣的“客觀規律”。天象當然是符合天道的，但天道并不是完全獨立于“人道”的一個客觀的東西。比如，日全食在中國古代被認為是上天對皇帝德性有虧的一種警告，因而具有強烈的倫理含義。如果你認為日全食是一種“不以人們意志為轉移”的客觀自然現象，那它就起不到對皇帝進行規范的作用。反正好皇帝也好，壞皇帝也好，都會發生日全食。

只有認為天界代表著穩定不變的客觀秩序的希臘人，才把他們的天文學變成了科學。

按照現代人的知識，天界實際上是有變化的。希臘人為什么會睜著眼睛說瞎話?實際上，一切的“看”都不是中性的“看”，都是有觀念依賴的。人們只可能看見那些他們愿意看見的東西，而看不見他們未準備看到的東西。像太陽黑子從未出現在希臘人的記錄之中，他們一定會認為那只是我們的眼睛看花了造成的。新星(新出現的恒星)一定也被他們當成是某種偶然現象而予以忽視。事實上，希臘人把一切來自上天的變化都歸結為“大氣現象”，認為它們是月下天的現象。彗星、流星、銀河、星云，也許還有新星、超新星，都被認為是“氣象”。西文氣象學一詞meteorology的詞根meteor在希臘文里，指的就是流星和彗星。

總之，在希臘人看來，上天是完美的、不變化的。所有的星體都固定在天球上，隨著天球而勻速轉動。天體自身無生無滅、無運動變化。天體只是因為釘在天球上才隨著天球運動。嚴格說來，只有天球運動，沒有天體運動。而天球運動，采取了最完美的運動形式：勻速圓周運動，是一切運動中最不像運動的運動。天球的運動沒有離開自己的位置，近乎不動。

如果上天只有恒星，而所有的恒星都固定在一個天球上，繞地球做勻速轉動，那就萬事大吉了。天空秩序井然、大美壯麗，我們除了張著驚訝的嘴仰望星空之外，也無事可做了。所幸或不幸的是，天上還有行星。

2.2

行星成為問題

在人類文明的早期，許多民族已經知道天上除了恒星還有7個特殊的天體：日月金木水火土。這7個天體的特殊在于，它們除了追隨其他恒星每天繞地球轉一圈之外，它們各自還有一個由西往東的反向周期運動。轉得最快的月亮差不多每30天轉一圈，太陽的周期差不多365天。金星和水星跟著太陽，雖然在太陽左右晃動(一會兒在東邊一會兒在西邊)，但平均也是一年繞地球轉動一周。火星的周期是687天，木星的平均周期是12年，土星是29年。

問題在于，它們的反向周期運動都是不均勻的。太陽月亮的運動時快時慢。太陽在黃道上的運動，冬天要比夏天更快一些。金木水火土五星除了有時快時慢的問題外，還有逆行。也就是說，它們時而由西向東運動，時而逆行由東往西運動。日月五星7個天體，打亂了希臘宇宙的和諧和秩序，讓希臘人大傷腦筋。他們稱這7個天體叫做planetes(亂走一氣的東西)。中國天文學家將之對譯成中國天文學固有的“行星”，實際上并沒有準確傳達希臘文的語境和原意。需要特別指出的是，在希臘人看來，太陽和月亮也是“行星”，也是有別于恒星的不規矩、亂走一氣的東西。

希臘人沒有辦法把這7個星也說成是大氣現象，于是就遭遇了一個最大的問題：既然宇宙是cosmos，是有秩序、完美的整體，為何天上有7個不和諧的東西?這就是行星問題。

正是“行星”成為“問題”，才誕生了科學的天文學。