古代的天文探索如将延续，会发生什么？

伽利略号宇宙飞船的视角上地球和月球的样子，图源：美国宇航局

Gareth Dorrian是一名来自伯明翰大学的空间科学博士后研究研究学者以及Ian Whittaker，一名诺丁汉特伦特大学的物理讲师。

Herodotus（公元前484年至公元前425年）的《历史》为了解公元前五世纪中期古希腊人所探索的世界提供了一个很好的开端。然而，和他们所知道的同样有趣的是他们所不知道的世界。这为他们在接下来的几个世纪里对世界认识上显著的进步奠定了基础，而这些仅依靠用自己的眼睛观察到的东西。

Herodotus声称非洲几乎完全被大海包围。他是如何知道这一点的呢？他讲述了Phoenician水手的故事，受埃及国王尼科二世的派遣（约公元前600年），他们以顺时针的方式从红海开始，环绕非洲大陆航行。如果这个故事是真的，它讲述了已知的最早的非洲环球航行，同时也体现了古代世界人们对天文知识的有趣的发现。

这次航行进行了几年时间。绕过非洲的南端，沿着向西的路线， 这时水手们观察到太阳在他们的右手边，也就是北方的地平线上。这种观察在当时没有什么意义，因为他们并不知道地球是球形的，且只有一个南半球。

1. 行星围绕太阳运动

几个世纪后，人们对于太空的理解已经有了很大的进展。Samos的Aristarchus（公元前310年至公元前230年）认为，太阳是宇宙的 "中心之火"，他将当时所有已知的行星按照正确的距离顺序围绕着它。这是已知最早的太阳系日心理论。

遗憾的是，他提出这一论点的原文已经湮没在历史中，所以我们无法确定他是如何计算出来的。亚里士多德知道太阳比地球或月球大得多，他由此推测出太阳在太阳系中处于中心位置。

尽管如此，这是一个令人吃惊的发现，特别是当你发现，这个理论直到16世纪才被哥白尼正式发现，他甚至在自己的工作发展中承认了亚里士多德。

1. 月亮的大小

在亚里士多德的众多书籍中，其中有一本是关于太阳和月亮的大小和距离的。在这篇论文中，亚里士多德列出了目前已知最早的关于太阳和月亮的相对大小和距离的尝试性计算。

长久以来，人们观察到太阳和月亮在天空中似乎具有相同的表面大小，而太阳则比较远。人们从日食中意识到：日食是由月球离地球一定距离时，从太阳正前方经过引起的。

此外，亚里士多德根据月球在第一或第三季度的一些现象，推断出太阳、地球和月球将形成一个直角三角形。

根据Pythagoras早在几个世纪前确定的三角形边长的关系，亚里士多德利用这个三角形估计到太阳的距离是到月球距离的18到20倍。他还根据对月食的仔细计时，估计月球的大小大约是地球的三分之一。

一张10世纪亚里士多德的图的复制品，显示了他在计算中使用几何学。(图源：维基百科，CC BY-SA)

由于当时缺乏精确的望远镜，他估计的与太阳的距离过低（实际比例为390），但地球与月球的大小比例值却出奇地准确（月球的直径是地球的0.27倍）。

今天，我们通过各种手段准确地知道了月球的大小和距离，包括精确的望远镜、雷达观测和阿波罗宇航员留在表面的激光反射器。

雷达观测器 （图源：airandspace）

3. 地球的周长

Eratosthenes（公元前276年-公元前195年）是亚历山大图书馆的首席图书管理员，也是一位敏锐的实验家。他的众多成就中包括已知最早的地球周长计算。Pythagoras被认为是最早的球形地球的支持者，尽管不是其大小。Eratosthenes著名而又简单的方法是依靠测量夏至日正午时垂直插入地面的杆子在不同纬度投下的影子的不同长度。

正如亚里士多德所证明的那样,太阳离地球足够远，无论它的光线到达哪里，它们实际上都是平行的。因此，影子的差异表明了地球表面的弯曲程度。Eratosthenes利用这一点来估计地球的周长约为40000公里。这与现代大地测量学（研究地球形状的科学）确定的实际值相差无几。

后来，另一位名叫Posidonius的科学家（公元前135年至公元前51年）使用了一种略微不同的方法，得出了几乎完全相同的答案。Posidonius一生中大部分时间都住在罗德斯岛。在那里他观察到一颗亮星Canopus会非常接近地平线。然而，当他在埃及的亚历山大城时，他注意到Canopus会上升到地平线以上约7.5度。

7.5度是一个圆的1/48，他把从罗德岛到亚历山大的距离乘以48，得出的数值也是大约40000公里。

4. 第一个天文计算器

世界上现存最古老的机械计算器是Antikythera制作。这个装置于1900年在希腊安提凯拉岛附近的一艘古代沉船上发现的。

该装置现在由于时间的流逝而变得支离破碎，但当它完好无损时，它就像一个盒子，里面装着几十个精细加工的青铜齿轮。当用手柄手动旋转时，齿轮在外部的刻度盘上显示月相、月食的时间，以及当时已知的五颗行星（水星、金星、火星、木星和土星）在一年中不同时期的位置。这甚至说明了它们的逆行运动（是指行星在天空中运动的一种幻觉变化）。

我们并不知道谁建造了它，但可以追溯到公元前3世纪和1世纪之间的某个时间，甚至可能是阿基米德的作品。像安提凯希拉装置这样复杂的齿轮技术在一千年内都没有再出现过。

遗憾的是，这些作品绝大多数都湮没在历史中，我们的科学觉醒被推迟了几千年。作为介绍科学测量的工具，Eratosthenes的技术相对容易执行，不需要特殊的设备，使那些刚刚开始对科学感兴趣的人能够通过实践、实验来理解，并最终跟随一些第一批科学家的脚步。

人们只能猜测，如果这种古老的科学继续发展下去，我们的文明现在会是什么样子。

BY: Gareth Dorrian

FY: 秋白

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