《天体运行论》中不该有的缺憾
《天体运行论》中不该有的缺憾
公元1543年，伟大的波兰天文学家尼古拉·哥白尼发表了不朽的《天体运行论》，推翻了禁锢人们头脑达一千五百年的“地心说”，提出了科学的“日心地动说”；确认地球只是围绕太阳运转不息的普通行星之一，成功地解释了天体的周日运动、太阳的周年运动以及行星的顺行和逆行；并且以位相和距离解释了“地心说”所无法解释的行星亮度的变化。“日心说”的提出，无疑是对传统的错误观念的一场革命，导致了人类认识宇宙的一次巨大飞跃。但是，正如前人早就指出的，哥白尼学说也有缺点和错误。他承袭了天体只能按园周运动的旧观念，为了解释行星运行不均匀的原因，他又搬用了虚幻的“本轮”概念，认为行星在各自的“本轮”上作小的圆周运动，而“本轮”的中心同时又在绕太阳运行……显然，这些问题的存在，是在当时历史条件和科技水平的限制下“不得已而为之”，后人不必苛求，这里不拟多说。
本文所要谈论的是这部划时代的巨著中不该有的缺憾。这就是：按照哥白尼的“日心体系”理论，行星距离太阳从远到近的位置依次为土、木、火、地、金、水五个亮星；土、木、火三星在地球轨道以外，称为外行星，而金、水二星称为内行星。根据这个排列，本来完全可以推算出各个行星绕太阳运行的准确周期﹙天文学上叫做恒星周期，即以黄道上的恒星作为参考点，从该点算起，行星运行一周后下次再回到同一点所经过的时间﹚，从而有力地证明“日心说”的正确，可惜作者并没有这样做。遗憾的是，在这部著作的精华部分，即第一卷第十章中，作者在描述“天体的顺序”时，给出的却是前人所测的非常粗略的数据。原文如下：
“土星每30年完成它的一次运行。在土星之后是木星，12年公转一周。然后是火星，两年公转一次。这个系列的第四位包括地球和作为本轮的月球天球，每年作一次公转。在第五个位置，金星每隔9个月回归原处。最后，第六个位置为水星所占据，它的公转周期为80天。”
在《天体运行论》问世之前，哥白尼于早年写的《关于天体运动假说的要释》一文中，给出的有关数据与以上引文大同小异。其中两处提到火星运转的周期，一处说是3年，另一处说是29个月。其他如土、木、金三星的恒星周期均与上引数据相同，而水星的运行周期则比较准确，为3个月，比今天公认的88天仅多两天。
通过对比可以看出，作者在写作《天体运行论》第一卷时，他对这些数据的引用跟以前没有多大差别。而这些数据，特别是火星和金星的恒星周期﹙分别为870天和270天﹚与现今理论值﹙分别为686.98天和224.7天﹚相差甚大。哥白尼按自己的理论完全能够算得与今值相差仅1﹪日的准确值，但他却没有给出。下面分两层谈论这个问题。
第一，作者在该书第五卷第一章中探讨“行星的运行和平均行度”时，对五大行星的会合周期﹙即相对于地球的会合运动周期﹚和恒星周期的关系作了精彩的描述和分析。实际上提出了计算行星两种周期的依据：
“在我所称的视差动﹙按：即行星与地球的会合运动﹚中，地球返回土星方向57次需要59个太阳年加上1日6个日分和大约48个日秒；在这段时间内，土星在其自身运动中完成了两次运转加上1°6′6″.地球在71个太阳年减去5日45日分27日秒中经过木星附近65次，在这个时段中，木星由自身运动共运转6次减去5°41′2.5″.对火星而言，在79个太阳年2日27日分3日秒内运转共37次；这时火星本身运转为42个周期加上2°24′56″.金星在8个太阳年减2日26日分46日秒内，5次接近运动中的地球；在这一时期中，它绕太阳转动13周减2°24′40″.最后，在46个太阳年加34日分23日秒内，水星完成145次视差运转；在这段时间中，它运行191周加31′和大约23″赶上运动中的地球并和它一起绕太阳旋转。”﹙注：上文中，1日＝60日分，1日分＝60日秒，故1日＝3600日秒﹚
依据上面的表述，不仅可以准确地计算出各个行星的会合周期﹙哥白尼称为“视差运转”周期﹚，而且可以进一步推算出它们各自的恒星周期，用以代替该书第一卷第十章中所述的一组相当粗略的数据。然而作者却在这段文字的下文中只给出了会合周期而只字未提恒星周期。
现按上述引文的含义，以及“日”与“日分”、“日秒”的换算关系，对各个行星的恒星周期做如下计算：
对于土星：
365.25×59＋1＋6／60＋48／3600＝21550.863﹙日﹚
∴会合周期＝21550.863÷57＝378.085﹙日﹚
又，720°＋1°6′6″＝721.1017°
土星在轨道上每日运行度数＝721.1017°／21550.863＝0.03346°
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