行星的视运动

行星的视运动

如果太阳和恒星是肉眼可见的仅有的天体，那么现代人也许仍然会接受两球宇宙这套基本原则。当然，他的确一直接受它们，直到哥白尼死后半个多世纪望远镜被发明出来。但是，天空中还有其他显眼的天体，特别是行星，而且天文学家对这些天体的兴趣是哥白尼革命的主要根源。我们再一次在涉及解释性的说明之前先看看观察。并且，我们在讨论解释的时候会再一次面临在科学信念的剖析中出现的新的和根本性的问题。

行星这个术语来源于希腊语，意思是“漫游者”，直到哥白尼死后它一直被用来将那些运动或“漫游”的天体从那些相对位置固定的恒星中区分出来。对希腊人及其后继者来说，太阳也是七颗行星之一，其他六颗分别是：月亮、水星、金星、火星、木星和土星。恒星和这七颗行星是古代被认作天体的全部物体。直到1781年都没有发现另外的行星，而这时哥白尼理论已被接受很长时间了。古代世界为人熟知的彗星，在哥白尼革命之前并未被视为天体（见第六章）。

所有行星的行为都有点儿像太阳，虽然它们的运动一律更为复杂。所有行星都有与恒星一起的向西周日运动，又都在恒星中逐渐东移，直到它们回到差不多原来的位置。行星在整个运动过程中都逗留在黄道附近，有时游逛到北边，有时在南边，但几乎从不超出黄道带——将黄道两侧各扩展8°而成的一条假想的天上的窄带。到此为止，行星之间的相似性结束了，对行星不规则性的研究开始了。

月亮沿黄道的运动比太阳更快，也更缺少稳定性。它经过黄道带运行一周平均要用27⅓天，但是任何一次单独的旅程所要求的时间与平均值可以相差7个小时之多。另外，月盘的表观也会随其运动有明显变化。在新月时，月盘完全不可见或非常暗淡，然后，会出现一弯狭长而明亮的月牙，并在新月后的一周中渐盈，直到有半个圆面可见。大约新月后的两周，满月出现；然后，月相循环掉转过来，月亮逐渐转亏，在上次新月之后一个月再次达到新月。月相循环周期性的发生，就像月亮穿过黄道十二宫的旅程一样，但月亮的这两个循环明显不同步。新月重现的间隔平均为29½天（而单个循环可能会与平均值相差½天之多），这比它沿黄道运行的周期多两天，所以相继的新月的位置必定会穿过星座向东挪移。如果某个月里新月出现在春分点，27天后月亮再次回到春分点时它将继续处在渐亏状态。新月要过两天多的时间才会重现，而在这段时间里月亮已从分点向东移动了近30°。

因为月相可以很容易被见到并且很方便地区分开来，所以它们提供了所有历法单位中最古老的一种。星期和月的原始形式出现在公元前3000年的巴比伦历法中，这部历法将新月的第一次出现作为每月的开始，并且通过月亮周期中“弦”[1]的循环将每月在第7天、第14天和第21天进一步细分。在人类文明的黎明时分，人们一定已经计数了新月和弦以测量时间间隔，并且随着文明的进步，人们反复尝试把这些基本的单位融进一个连贯的长程历法中——这种历法将允许编纂历史记录以及签订将在未来某个指定日期兑现的契约。

但是这种简单显著的月相单位被证明是难以处理的。前后相继的两个新月之间可能是29天，也有可能是30天，而且只有某种需要数代人系统地观测和研究才能得到的复杂的数学理论，才能确定未来指定的某月的长度。日、月平均周期长度的不可通约带来了其他一些困难。多数社会（但不是全部，中东部分地区仍在使用纯阴历）必须调整它们的历法以适合由太阳控制的周年气候变化，为此必须设计某种系统的方法，在有12个太阴月的基本年份（354天）中插入临时的第13个月。这可能是古代天文学所遇到的第一个技术难题。比起其他的问题来说，它们对定量的行星观测和理论的诞生起到了更为重要的作用。巴比伦的天文学家最终在公元前8世纪到公元前3世纪之间解决了这些难题，而这一时期的大部分时候希腊科学尚处于萌芽状态。他们积累了大量的基础性资料，这些资料后来被纳入发展了的两球宇宙结构中。

与月亮和太阳不同，其他五颗行星仅仅是空中的亮点而已。一个未经训练的靠肉眼观察的观测者只有通过一系列揭示出它们沿黄道的缓慢运动的观察，才能确信将它们与恒星区分开。通常行星穿过星座向东运动：这被称为“正常运动”。水星和金星每次完成黄道循环平均需要1年时间，而火星的运行周期平均是687天；木星的平均周期为12年；土星是29年。但所有的这些情形中，某一单圈的旋转时间与平均值可以相差很大。甚至在向东穿过恒星时，行星也并不保持同一速率。(https://www.daowen.com)

它们的运动也不是一直向东的。除太阳和月亮以外的所有行星的正常运动，都时不时被短暂的西向移动即“逆行”运动所打断。比较图15中火星在金牛座的逆行和图9中太阳穿过金牛座的正常运动。火星以正常（东向）的运动进入图中，但随着它继续运动，火星逐渐慢下来，直到最后，它转过头开始向西运动，发生逆行。其他行星也以十分相似的方式运行，每颗行星都会在恒定的时间间隔之后重复间歇性的逆行运动。水星每116天会在恒星中短暂地反转运行一次，金星每584天发生逆行，火星、木星、土星发生逆行的时间间隔分别是780天、399天和378天。

在它们逐渐的向东运动被周期性的西向逆行所打断方面，这五颗漫游星的行为是很相似的。但它们运动的另一个特征将其分为两组：这就是它们的位置与太阳位置的相互性。水星和金星，两颗所谓的内行星，从不会远离太阳。水星总可以在运动的日盘周围28°以内找到，而金星与太阳的最大“距角”是45°。两颗行星总是持续缓慢地来回穿梭，前前后后地跨过运动着的太阳；有一段时间它们随太阳向东，然后逆行穿过日盘，最终掉过头来再次追上太阳。当处在太阳的东边时，这两颗内行星作为“暮星”出现，它们在日落后的短暂时间内可以见到，但很快便随太阳一起落到地平线以下。在逆行穿过日盘之后，它们变成了“晨星”，在黎明即将到来时升起，并在日出后的强烈日光下消失。在这期间它们接近太阳，水星和金星都完全看不到。因此，一直到它们的运动被相对于恒星天球加以分析为止，当它们作为晨星或暮星出现时，没有一个内行星被认作同一个天体。几千年来，当它在黎明将至的东方升起时，金星有一个名字，而几周后它在日落之后再次短暂出现在西边的地平线上时又有另一个不同的名字。

与水星和金星不同，作为外行星的火星、木星和土星并不局限于跟太阳同处一个天区。有时它们与太阳非常接近即与之相“合”，有时它们又以180°与太阳相对即与之相“冲”，在这两个时刻之间它们可以处在所有的中间位置。尽管位置并无限制，但它们的运行还是依赖于与太阳的关系。外行星只有在冲的时候才会发生逆行现象。并且，当它们在天空中相对太阳逆行时，外行星会显得比任何其他时刻都更明亮。这种亮度的增加通常被解释（至少从公元前4世纪开始）成显示了行星与地球的距离缩短，在火星的情形中，这种现象格外显著。火星平时是相对不太引人注目的行星，而在冲的时候常常会比夜空中除月亮和金星以外的其他天体都要亮。

人们对这五个漫游星的兴趣决不像对太阳和月亮的关注那样久远，也许是因为这几颗漫游星对古代人的生活没有明显的实用意义吧。然而，对金星出没的观察早在公元前1900年的美索不达米亚就有所记载，可能是被作为未来吉凶的预兆，就像从献祭绵羊的内脏中读出的征兆一样。这些零散的观测预示了很久以后系统的占星术的发展，这种预言的工具与行星天文学发展的紧密关系将在下一章中讨论。对预兆同样的关注明显地促进了对公元前8世纪中期以后巴比伦观测者所汇集的蚀、逆行及其他显著的行星现象作更加系统和完整的记录。作为古代天文学第一人的托勒密后来抱怨说即使是这些记录也还是零碎的，但无论零碎与否，当行星问题在公元前4世纪后的希腊被发展出来时，这些记录提供了能够全方位地确定行星问题的第一手材料。

上面几页勾勒出的行星运动的描述只是部分地给出了行星问题。复杂多变的行星运动如何才能还原为简单和重复出现的规则？为什么行星会逆行，怎样解释其正常运动的不规则速率？这些问题为从柏拉图时代到哥白尼时代两千多年中的大部分天文学研究指明了方向。但由于前面对于行星的描述几乎全是定性的，所以没有充分给出问题。它表述的是一个简化了的问题，并且在某些方面是有误导性的。我们很快将会看到，一种在定性方面让人满意的行星理论很容易构造：以上的描述可以有好几种方法归序。然而，另一方面，天文学家的问题绝不是这么简单。他不仅仅要解释叠加在经过恒星的总体东向运动之上的间歇性西向运动的存在，更要说明在长时期内不同的年、月、日每颗行星在恒星中间出现的精确位置。行星真正的问题，也即最终导致哥白尼革命的那个问题，乃是在用计量弧的度和分列出每颗行星位置变化的冗长表格中所描述的定量问题。