古希臘四項驚人的天文發現
伽利略航天器看到的地球和月球(圖片來自 NASA)
這篇文章最早釋出在《對話》雜誌上（ The Conversation）.該出版物為 Space.com網站的 Expert Voices: Op-Ed & Insights專欄提供了文章.
伯明翰大學空間科學博士後研究員Gareth Dorrian和諾丁漢特倫特大學物理學講師Ian Whittaker
希羅多德Herodotus所著的《歷史》（公元前484年至公元前425年）為我們瞭解公元前五世紀的古希臘人眼中的世界提供了一個絕佳的視窗。顯然，他們所不知道的事物與他們已瞭解到事物一樣有趣。這也為他們接下來幾個世紀來在認知方面的長足進步設定了可對比的基線——但這也僅限於那些肉眼可見的東西。
希羅多德聲稱非洲幾乎被海洋所包圍。但他是如何知道這一點的？他講述了腓尼基水手的故事，他們受埃及國王尼科二世的派遣（約公元前600年），從紅海開始，以順時針的方式環繞非洲大陸航行。這個故事如果是真的，那便是最早的非洲環遊記錄，在這個故事中同時也包含了對古代世界天文知識的有趣見解。
這次航行花了幾年時間。在繞過非洲南端後，水手們沿著西行的航線航行，他們觀察到太陽在他們的右手邊且高於北方的地平線。這種觀察在當時根本沒有意義，因為他們還不知道地球是球形的，甚至還有一個南半球。
1. 行星圍繞著太陽執行
幾個世紀後，他們對天文的認識已經有了顯著的進步。薩摩斯的阿里斯塔克 Aristarchus（公元前310年至公元前230年）認為，太陽是宇宙的 "中心之火"，他將當時所有已知的行星按照正確的距離和順序排列在太陽周圍。這是已知最早的太陽系日心理論。
遺憾的是，他提出這一論點的原文已經湮沒在歷史中，所以我們無法確切得知他是如何計算出來的。亞里斯塔克斯知道太陽比地球或月球大得多，這可能支援他推測出太陽應該在太陽系中處於中心位置。
儘管如此，這仍然是一個令人震驚的發現，特別是當你考慮到，直到16世紀它才被尼古拉-哥白尼重新發現，哥白尼甚至在自己的結論中承認阿里斯塔克。
- 月球的大小
實際上，在阿里斯塔克遺存的一本書中提到了有關太陽和月亮的大小以及他們的距離。在這本傑出的著作中，阿里斯塔克列出了已知最早的對太陽和月亮的相對大小和距離的嘗試性計算。
長期以來，人們觀察到太陽和月亮在天空中似乎具有相同的大小，但太陽比較遠。這一點是他們從日食中意識到的，日食是由月球在離地球一定距離的地方從太陽前面經過引起的。
此外，阿里斯塔克還推斷太陽、地球和月球將在月球處於第一或第三季期間，三者形成一個直角三角形。
由於畢達哥拉斯早在幾個世紀前就確定了三角形邊長的關係，阿里斯塔克利用這個三角形估計到太陽的距離是到月球距離的18到20倍。他還根據對月食的仔細計時，估計月球的大小約為地球的三分之一。
一張10世紀阿里斯塔克的圖的複製品，顯示了他在計算中使用的一些幾何圖形。(圖片來源：維基百科，CC BY-SA)
在當時缺乏精確的望遠鏡的條件下，他估計的與太陽的距離過低（實際比例為390），，但地球與月球的大小比例值卻出奇地準確（月球的直徑是地球的0.27倍）。
今天，我們透過各種手段準確地知道了月球的大小和距離，包括精確的望遠鏡、雷達觀測和阿波羅宇航員留在月球表面的鐳射反射器。
3. 地球的周長
埃拉托色尼Eratosthenes（公元前276年至公元前195年）是亞歷山大大圖書館的首席圖書管理員，也是一位敏銳的實驗家。已知最早地計算地球周長是他眾多成就的其中之一。畢達哥拉斯一般被認為是最早的球形地球的支持者，儘管還不知道其大小。埃拉托色尼計算的方法著名而又簡單，夏至日正午時分在不同維度的地區，向地面垂直插入杆子，測量其投下影子的不同長度從而進行計算。
太陽離地球足夠遠，所以無論它的光線到達哪裡，它們實際上都是平行的，這正如阿里斯塔克過去書中所言。因此，陰影的差異表明了地球表面的弧度。埃拉托色尼利用這一點來估算地球的周長約為40000公里。這與現代大地測量學（研究地球形狀的科學）確定的實際值相差無幾。
後來，另一位名叫波西多尼Posidonius的科學家（公元前135年至公元前51年）使用了一種略有不同的方法，得出了幾乎完全相同的答案。波西多尼一生中大部分時間都住在羅德斯島。在那裡他觀察到亮星Canopus非常接近地平線。然而，當他在埃及的亞歷山大城時，他注意到Canopus會上升到地平線以上約7.5度的位置。
鑑於7.5度是一個圓的1/48，他把從羅德島到亞歷山大的距離乘以48，得出的數值也是大約40000公里。
4. 第一個天文計算器
世界上現存最古老的機械計算器是安提凱希拉裝置Antikythera Mechanism。這個令人驚歎的裝置是1900年在希臘安提凱希拉島附近的一艘古代沉船上發現的。
該裝置現在由於時間的流逝而變得支離破碎，但當它完好無損時，它就像一個盒子，裡面裝著幾十個精細加工的青銅齒輪。當你用手柄手動旋轉時，齒輪在外部的刻度盤上顯示月相、月食的時間，以及當時已知的五顆行星（水星、金星、火星、木星和土星）在一年中不同時期的位置。這甚至說明了它們的視運動——行星在天空中運動的一種視覺變化。
我們不知道誰建造了它，但它可以追溯到公元前3世紀和1世紀之間，甚至可能是阿基米德的作品。像安提凱希拉裝置這樣複雜的齒輪技術在之後的一千年內都沒有再出現過。
可悲的是，這些作品絕大多數都湮沒在歷史中，我們的科學覺醒被推遲了幾千年。作為介紹科學測量的方法，埃拉托色尼的技術不需要特殊的裝置，相對容易執行，這使那些剛開始對科學感興趣的人能夠透過實踐、實驗來理解，並最終跟隨第一批科學家的腳步前進。
如今人們只能猜測，這種古老的科學如果能繼續發展下去，那我們的文明現在會是什麼樣子。
BY: Gareth Dorrian
FY: 久安
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