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伽利略號(hào)宇宙飛船的視角上地球和月球的樣子，圖源：美國(guó)宇航局

Gareth Dorrian是一名來(lái)自伯明翰大學(xué)的空間科學(xué)博士后研究研究學(xué)者以及Ian Whittaker，一名諾丁漢特倫特大學(xué)的物理講師。

Herodotus（公元前484年至公元前425年）的《歷史》為了解公元前五世紀(jì)中期古希臘人所探索的世界提供了一個(gè)很好的開端。然而，和他們所知道的同樣有趣的是他們所不知道的世界。這為他們?cè)诮酉聛?lái)的幾個(gè)世紀(jì)里對(duì)世界認(rèn)識(shí)上顯著的進(jìn)步奠定了基礎(chǔ)，而這些僅依靠用自己的眼睛觀察到的東西。

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Herodotus聲稱非洲幾乎完全被大海包圍。他是如何知道這一點(diǎn)的呢？他講述了Phoenician水手的故事，受埃及國(guó)王尼科二世的派遣（約公元前600年），他們以順時(shí)針的方式從紅海開始，環(huán)繞非洲大陸航行。如果這個(gè)故事是真的，它講述了已知的最早的非洲環(huán)球航行，同時(shí)也體現(xiàn)了古代世界人們對(duì)天文知識(shí)的有趣的發(fā)現(xiàn)。

這次航行進(jìn)行了幾年時(shí)間。繞過(guò)非洲的南端，沿著向西的路線， 這時(shí)水手們觀察到太陽(yáng)在他們的右手邊，也就是北方的地平線上。這種觀察在當(dāng)時(shí)沒(méi)有什么意義，因?yàn)樗麄儾⒉恢赖厍蚴乔蛐蔚?，且只有一個(gè)南半球。

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1. 行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)

幾個(gè)世紀(jì)后，人們對(duì)于太空的理解已經(jīng)有了很大的進(jìn)展。Samos的Aristarchus（公元前310年至公元前230年）認(rèn)為，太陽(yáng)是宇宙的 "中心之火"，他將當(dāng)時(shí)所有已知的行星按照正確的距離順序圍繞著它。這是已知最早的太陽(yáng)系日心理論。

遺憾的是，他提出這一論點(diǎn)的原文已經(jīng)湮沒(méi)在歷史中，所以我們無(wú)法確定他是如何計(jì)算出來(lái)的。亞里士多德知道太陽(yáng)比地球或月球大得多，他由此推測(cè)出太陽(yáng)在太陽(yáng)系中處于中心位置。

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盡管如此，這是一個(gè)令人吃驚的發(fā)現(xiàn)，特別是當(dāng)你發(fā)現(xiàn)，這個(gè)理論直到16世紀(jì)才被哥白尼正式發(fā)現(xiàn)，他甚至在自己的工作發(fā)展中承認(rèn)了亞里士多德。

1. 月亮的大小

在亞里士多德的眾多書籍中，其中有一本是關(guān)于太陽(yáng)和月亮的大小和距離的。在這篇論文中，亞里士多德列出了目前已知最早的關(guān)于太陽(yáng)和月亮的相對(duì)大小和距離的嘗試性計(jì)算。

長(zhǎng)久以來(lái)，人們觀察到太陽(yáng)和月亮在天空中似乎具有相同的表面大小，而太陽(yáng)則比較遠(yuǎn)。人們從日食中意識(shí)到：日食是由月球離地球一定距離時(shí)，從太陽(yáng)正前方經(jīng)過(guò)引起的。

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此外，亞里士多德根據(jù)月球在第一或第三季度的一些現(xiàn)象，推斷出太陽(yáng)、地球和月球?qū)⑿纬梢粋€(gè)直角三角形。

根據(jù)Pythagoras早在幾個(gè)世紀(jì)前確定的三角形邊長(zhǎng)的關(guān)系，亞里士多德利用這個(gè)三角形估計(jì)到太陽(yáng)的距離是到月球距離的18到20倍。他還根據(jù)對(duì)月食的仔細(xì)計(jì)時(shí)，估計(jì)月球的大小大約是地球的三分之一。

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一張10世紀(jì)亞里士多德的圖的復(fù)制品，顯示了他在計(jì)算中使用幾何學(xué)。(圖源：維基百科，CC BY-SA)

由于當(dāng)時(shí)缺乏精確的望遠(yuǎn)鏡，他估計(jì)的與太陽(yáng)的距離過(guò)低（實(shí)際比例為390），但地球與月球的大小比例值卻出奇地準(zhǔn)確（月球的直徑是地球的0.27倍）。

今天，我們通過(guò)各種手段準(zhǔn)確地知道了月球的大小和距離，包括精確的望遠(yuǎn)鏡、雷達(dá)觀測(cè)和阿波羅宇航員留在表面的激光反射器。

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雷達(dá)觀測(cè)器 （圖源：airandspace）

3. 地球的周長(zhǎng)

Eratosthenes（公元前276年-公元前195年）是亞歷山大圖書館的首席圖書管理員，也是一位敏銳的實(shí)驗(yàn)家。他的眾多成就中包括已知最早的地球周長(zhǎng)計(jì)算。Pythagoras被認(rèn)為是最早的球形地球的支持者，盡管不是其大小。Eratosthenes著名而又簡(jiǎn)單的方法是依靠測(cè)量夏至日正午時(shí)垂直插入地面的桿子在不同緯度投下的影子的不同長(zhǎng)度。

正如亞里士多德所證明的那樣,太陽(yáng)離地球足夠遠(yuǎn)，無(wú)論它的光線到達(dá)哪里，它們實(shí)際上都是平行的。因此，影子的差異表明了地球表面的彎曲程度。Eratosthenes利用這一點(diǎn)來(lái)估計(jì)地球的周長(zhǎng)約為40000公里。這與現(xiàn)代大地測(cè)量學(xué)（研究地球形狀的科學(xué)）確定的實(shí)際值相差無(wú)幾。

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后來(lái)，另一位名叫Posidonius的科學(xué)家（公元前135年至公元前51年）使用了一種略微不同的方法，得出了幾乎完全相同的答案。Posidonius一生中大部分時(shí)間都住在羅德斯島。在那里他觀察到一顆亮星Canopus會(huì)非常接近地平線。然而，當(dāng)他在埃及的亞歷山大城時(shí)，他注意到Canopus會(huì)上升到地平線以上約7.5度。

7.5度是一個(gè)圓的1/48，他把從羅德島到亞歷山大的距離乘以48，得出的數(shù)值也是大約40000公里。

4. 第一個(gè)天文計(jì)算器

世界上現(xiàn)存最古老的機(jī)械計(jì)算器是Antikythera制作。這個(gè)裝置于1900年在希臘安提凱拉島附近的一艘古代沉船上發(fā)現(xiàn)的。

該裝置現(xiàn)在由于時(shí)間的流逝而變得支離破碎，但當(dāng)它完好無(wú)損時(shí)，它就像一個(gè)盒子，里面裝著幾十個(gè)精細(xì)加工的青銅齒輪。當(dāng)用手柄手動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒輪在外部的刻度盤上顯示月相、月食的時(shí)間，以及當(dāng)時(shí)已知的五顆行星（水星、金星、火星、木星和土星）在一年中不同時(shí)期的位置。這甚至說(shuō)明了它們的逆行運(yùn)動(dòng)（是指行星在天空中運(yùn)動(dòng)的一種幻覺(jué)變化）。

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我們并不知道誰(shuí)建造了它，但可以追溯到公元前3世紀(jì)和1世紀(jì)之間的某個(gè)時(shí)間，甚至可能是阿基米德的作品。像安提凱希拉裝置這樣復(fù)雜的齒輪技術(shù)在一千年內(nèi)都沒(méi)有再出現(xiàn)過(guò)。

遺憾的是，這些作品絕大多數(shù)都湮沒(méi)在歷史中，我們的科學(xué)覺(jué)醒被推遲了幾千年。作為介紹科學(xué)測(cè)量的工具，Eratosthenes的技術(shù)相對(duì)容易執(zhí)行，不需要特殊的設(shè)備，使那些剛剛開始對(duì)科學(xué)感興趣的人能夠通過(guò)實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)來(lái)理解，并最終跟隨一些第一批科學(xué)家的腳步。

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人們只能猜測(cè)，如果這種古老的科學(xué)繼續(xù)發(fā)展下去，我們的文明現(xiàn)在會(huì)是什么樣子。

BY: Gareth Dorrian

FY: 秋白

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