世界古代后期科技史-第3章
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24600英里（相当于39600公里）；这与24800英里的近代数值已相当接近。
通过这些计算，他发现地球是个不规则的球体，首次提出了地球是椭圆体的
见解。
（4）托勒密及其天文学成就
克劳狄·托勒密（约公元90—168年），是古代著名的天文学家、地理
学家、数学家。他出生在托勒密城，一生的大部分时光是在亚历山大里亚度
过的。他在那里从事天文观测和学术研究。托勒密是希腊四大古典学派之一
即亚历山大里亚学派的最后一位学者，也是古希腊天文学的最后一位代表。
他总结吸收前人的研究成就，写出了《天文学大成》（又译作《至大论》、
《大汇编》、《天文学大全》、《地理指南》等），并且通过系统的几何学
证明，建立了宇宙地心体系，即地球中心论，成为希腊古典天文学的集大成
者。
地心体系认为，地球是静止地居于宇宙的中心，太阳、月球、行星和恒
星都环绕地球运动。该体系又被称为“地静说”、“地心说”或“地球中心
说”。这一学说最初由欧多克萨斯 （约公元前408—前355年）提出，他运
用27个同心球来表现这个体系的复杂运动。后来他的学生亚里士多德（公元
前384—前322年）接受了这个体系。为了使这个体系和当时已有的观测结
果更符合，亚里士多德又增加了29个球，达到56个球。地心体系的演绎非
常繁琐，成为当时的绝学。后来，著名学者阿波罗尼乌斯提出本轮、均轮规
则，喜帕恰斯提出偏心圆理论，又对这一体系进行了充实和发展。
随着天文观测的进步，人们发现，不光太阳的运行是不均匀的，就是行
星的运行也具有明显的不均匀性。例如，按匀速圆周运动计算出来的火星运
行位置，与实际观测的结果有时竟相差20余天之多。这样大的误差，即使用
喜帕恰斯的偏心圆假设（解释太阳运行非均匀性的理论），也难以作出解释。
这个问题已成为时代的难题。经过反复实测和研究，托勒密在喜帕恰斯地心
体系的基础上，提出了一个新的假设，方攻克了难题。他采用喜帕恰斯的偏
心圆概念，认为行星的均轮不以地球为圆心，而是地球的偏心圆；再进一步
设想行星在本轮上进行匀速运动，但本轮的中心在均轮上的运行是非匀速性
的；它的运行服从本轮中心在均轮上的运行，并对“等距离偏心点”（地球
位置对均轮中的对称点）的角速度是均匀的。这样，他所得出的结果便与实
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际观测基本相符，比喜帕恰斯大大前进了一步。
后来，托勒密集欧多克萨斯、亚里士多德、阿波罗尼乌斯和喜帕恰斯以
来的全部地心说之大成，写成了13卷本的《天文学大成》，书中系统地阐述
了自己最完整的地心宇宙体系。其要点是：地球是宇宙的中心，并静止不动；
每个行星都在一个被称为“本轮”的小圆形轨道上匀速运动，本轮的中心在
被称为“均轮”的大圆轨道上绕地球作匀速运动；但地球并不是“均轮”的
中心，而是与圆心有一定的距离，从而产生行星视运动中心的“顺行”、“逆
行”、“合”、“留”等现象；水星和金星的中心位于地球与太阳的连线上，
而且本轮的中心每年在均轮上运行一周；而火星、木星、土星到它们各自的
本轮中心的直线总是与地球和太阳间的连线平行，它们每年都要绕各自的本
轮中心旋转一周；金、木、水、火、土五大行星和太阳之外还有一个恒星天、
恒星都位于这个固体壳层中，恒星天与日、月、行星一样，每天要绕地球运
转一周，这样，我们在地球上看，它们每天都要东升西落；另外，在恒星天
之外，还有一层最高天，那是宇宙的极限；日、月、行星及恒星天都在最高
天上有投影，从地球上看，日、月、行星以及恒星天距人们的距离相同，就
是由于投影的缘故；这一天层又称为原动天，是诸神的所在，所有的天层都
受原动天的推动而环绕地球转动（各个天层从内至外排列为：月亮天、水星
天、金星天、太阳天、火星天、木星天、土星天、恒星天、最高天）。由于
托勒密适当地选择了各个均轮与本轮的半径的比率、行星在本轮和均轮上的
运动速度、以及本轮平面与均轮平面的交角，也就使依据这一体系推算的行
星位置与观测结果基本相符。这就近似地解释了行星的视运动情况，并据此
编出了星历表。这在当时是难能可贵的。
但是，随着观测精度的不断提高，依据托勒密的地心体系，推算出来的
行星位置与观测结果的偏差愈来愈大。虽然有人不断地对它进行修补，教会
也把它作为上帝创造世界的理论支柱，但它的可信度仍不断降低。到了 16
世纪中叶哥白尼日心体系的提出，它便渐渐地被人们摒弃了。和亚里斯塔克
的日心体系相比，托勒密的地心体系无疑是一种倒退；但就其细节来说，托
勒密的体系却比亚里斯塔克的体系更加完备；特别是它对当时的观测事实作
出了更加令人满意的解释，因此它的影响相当巨大，以致统治欧洲天文界
1000多年。
围绕《天文学大成》，托勒密晚年还写了其他几本书。一本是《天文计
算用表》，将分散在《天文学大成》各卷中的所有有关天文计算的用表单独
汇编成册，并附有使用说明，这不仅对天文学有用，而且对数学计算和其他
学科都助益匪浅。到了拜占廷时代，这些表都成了标准手册。另一本是《行
星假说》，它是《天文学大成》一书的通俗摘要；除了列出《天文学大成》
的详细内容目录外，还进一步提出了行星的物理模型，补充了《天文学大成》
中仅有几何模型的不足。
除了天文学上的卓越贡献外，托勒密在其它学科也取得了重大成果。他
是那一时代第一流的几何学家，在立体几何研究中有许多创见，主要体现在
《天球测绘》和《平面球体图》这两部名著中。两书分别论述正射投影和极
射投影的数学系统，前者利用3个互相垂直的正射投影平面来解决天体的位
置问题；后者是一种将球形投影成平面图形的方法，它是制作星盘的数学依
据。借助这种数学方法，天文学家可以将球面几何的问题化成困难较小的平
面几何问题，这是将天文学进一步科学化的重大创造。
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在地理学和地图学上，托勒密也很有研究。他的《地理学》（又译作《地
理学指南》）一书，全8卷；直到14世纪仍不失为地理学方面的权威著作。
该书系统地叙述了制图的基本原理和法则，以及将球形大地画在平面地图上
所必需的数学知识和两种类型的平面投影，并利用这些知识和方法将当时所
知的世界各地画成了地图。由于投影方法的优越和简便，《地理学》一书得
到广泛传播，对后世产生了深远的影响。当然此书也有不少让人遗憾的部分。
由于当时经纬的测量误差太大而影响了图的准确性，这就给后世带来了一些
不利的影响。
在物理学方面，托勒密著有《光学》一书共5卷。其中叙述了平面镜的
性质、反射定律、平面镜成像的计算方法，以及折射现象，入射角与折射角
的关系等等。该书第5卷对于大气折射（即蒙气差）现象的明确提出是西方
系统研究蒙气差的开始。
托勒密还著有一本关于古代占星术的书，共4卷。其中收集了古代各种
占星术和神话故事，虽然天文学水平较低，但流传甚广。该书在元代传入中
国，明代译成汉文，定名为《四类术》，与中国古代有关占星术、神话故事
等书差别甚小。
托勒密的其他著作还有许多，如：《恒星状态》、《月相》、《论平行
线》、《论天平的平衡性》、《论元素》等，其中有的已经失传。
托勒密是古代著名的科学家之一，他对古代科学作出了巨大贡献。虽然
他的宇宙地心体系被中世纪天主教所利用而成为统治人民的工具，并且严重
地束缚着科学的发展，但他仍不失为一位伟大的科学家，那些把他当作科学
的对立面而任意挞伐的人是有失偏颇的。
（5）《儒略历》的颁行
罗马古代的历法，是一种阴阳合历，长期处于十分混乱的状态。古罗马
最早的历法以朔望月为基础，一年分为10个月，一共304天。到公元前713
年，国王努马受希腊历法的启发增添了两个月，使一年由10个月增加到12
个月。当时认为单数是比较吉利的，因此规定每月的天数都是奇数。其中，1、
3、5、8月每月31天，2、4、6、7、9、10、11每月29天，12月为27天，
每月天数皆为单数，全年共354天，该历法被称为努马历。该历年比回归年
短了11天多，因此使用起来多有不便。
公元前509年，为调整努马历的差额，罗马政府规定，每4年内增设两
个月，称做闰月，分别加在第2年和第4年的末尾，在第2年后所加的闰月
为22天，第4年后所加的闰月为23天，这样就使该历法演变成阴阳历，一
直使用到公元前 191年左右。但由于编制历法和置闰的权力操纵在僧侣手
中，他们出于某种需要，后来竟随意增设闰月，致使历法混乱、寒暑颠倒，
严重影响了国家生活的正常进行，这就使历法完全失去了实用价值，因而历
法的改革已成为时势的必然。
公元前46年，罗马执政官儒略·恺撒（前45—前10年）采纳了埃及天
文学家索西琴尼的建议，以回归年为依据进行历法改革，颁布了改历的命令，
规定每年设12个月，单月为大月，31天，双月为小月30天，2月为29天，
冬至后10日定为一年的开始；在连续4年内，前3年每年各约365天，称为
平年，第4年为闰年，366天，多出的天放在2月之后；平均每年为365。25
天，一个历年和回归年的差数只有0。0078日，比较准确。为了纪念这次改历
和树立他的权威，儒略·恺撒便把他出生的月份—7月改为他的名字，因此
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人们便称该部历法为儒略历。第二年，恺撒去世了。僧侣们把“每隔三年置
一闰年“理解为每3年置1润年，并作为立法依据。后来，恺撒的侄子奥古
斯都 （约公元前63—公元前14年）发现了这个错误，于公元前9年规定：
从公元前8年到公元4年，这12年间不再置闰年，以冲减掉多闰的3年。从
公元后8年起重新恢复儒略历的置闰法。奥古斯都为了显示自己也效仿恺
撒，将他出生的8月份改用他的称号，并规定为31天，以延长庆祝其寿辰的
时间。他还把9月以后的大、小月全部加以对换，但仍多出一天，为了解决
这个问题，奥古斯都费了不少心机。按照古罗马的习惯，2月份是一年的最
后一个月；为保持365天，奥古斯都从2月份中扣去了一天，这样就使全年
各月的天数成了现在公历各月的天数了。
公元325年，欧洲基督教国家在尼斯召开宗教大会，认为改过的历法更
为准确，并决定共同采用，根据当时的天文观测，规定春分日必须在3月21
日。
《儒略历》是现代国际社会通用公历的前身，对后世影响极大。但因该
历每隔3年一闰，4年总日数为365×4＋1＝1461天，平均为每年365。25日，
而实际长度为365。2422天，年差0。0078天，经过128年相差1天，从尼斯
会议算起到1582年，大约每400年便会相差3天。
1582年，天文观测者发现春分日不是发生在3月21日，而是在3月11
日，这说明由于误差的存在，日历已与天时相差10天。罗马教皇格利高利
13世根据这一误差，采用天文学家利里奥每四百年中去掉三次闰日的方案，
颁布改历年的规定：把1582年10月4日以后的那一天改成为1582年10月
15日；世纪数不能被4整除的世纪年份不再算作闰年。从而解决了以前多闰
的10天，并把春分重新改回固定的3月21日。这一改革，使历法更为精确，
人们为了纪念格利高利制历的贡献，便把改后的历法称为格利高利历。这一
历法因误差只有0。0003天，经过3300年才误差一天，相当精确，各国相继
采用，遂成为国际通用的公历。
《儒略历》的颁布及其不断改进，充分体现出古罗马历法的先进性和天
文学科学的高度发展。
2。中国的天文学和历法
中国的古代社会，有着注重天文、历法的传统。从新时器时代天文学的
萌芽阶段开始，经过奴隶社会天文、历法的逐步发展，到了战国时期《甘石
星经》的诞生，天文学从此进入了长足发展的历史阶段。其成就有司马迁等
人修定的《太初历》，张衡的“浑天说”和“浑天仪”，虞喜的“安天论”
和“岁差”理论，陈卓的“星图”和北魏“铁制浑仪”，以及祖冲之的一系
列天文学成果，开拓了一个天文、历法科学研究的新时代。
（1）秦汉时期的天文历法
秦汉时期是中国天文、历法大发展的历史年代。这一时代颛顼历、太初
历 （又名三统历）、四分历、乾象历的更替，使华夏民族的历法体系基本形
成；盖天、浑天和宣夜之说的传播，表明中国的宇宙学说已趋向成熟；浑象、
太史黄道铜仪等天文仪器的出现，有力地推进了中国天文学的进步；齐备、
详尽、精细的天象观测和记录，也为天文学的发展奠定了坚实的基础；时代
的骄子张衡，这位伟大科学家的一系列光辉成就，又将划时代的天文学研究
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推向了高峰。
①秦汉历法
颛顼历在秦王朝时期被颁行全国，汉初仍继续沿用。但因该历中的岁实
1
（即回归年）为365 日，与实际岁实相差0。0078 日；朔策（即月相周
4
499
期，为29 日，与实际相差0。000256 日，大约300年朔差一日。这种差
940
距到汉武帝时已很明显，而且在年终放置闰月的方法也不适应农业生产发展
的需要。于是，汉武帝便命公孙卿、壶遂、司马迁、落下闳、邓平等人改历，
通过辩论、比较和实测检验，制成“太初历”。
西汉末年刘歆基本采用了“太初历”的数据，改成“三统历”。“三统
历”已具备了气朔、闰法、五星、交食周期等内容，首次提出了以没有中气
（雨水、春分、谷雨等12节气）的月份为闰月的原则，把季节和月份调整得
更加合理，并在农历中沿用至今，该历还建立了一套推算五星位置的方法。
这为后世立法奠定了模型。
西汉时已形成了月亮每日平均度值
