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揭暄对天体自转的认识

作者:主编 时间:2022年12月31日 阅读:116 评论:0

自转是天体的重要运动形式。伽利略于17世纪初通过对太阳黑子的观察,推测出太阳有自转存在。十几年后,天体自转的观点由传教士传入中国,但传教士们对自转基本上是否定的。明清之际的天文学家揭暄没有轻易接受传教士对自转的否定态度,经过深入研究,他独立提出了天体自转思想。

揭暄,字子宣,江西广昌人,是明清之际重要的天文学家。他一生治学笃深,着有《性书》、《禹书》、《道书》、《璇玑遗述》等多部着作。在《璇玑遗述》 中,他主要讨论了天体运行机制及自转的问题。揭暄的自转思想,是以他自己独特的天体运动模型为基础的。他认为,亚里士多德将天分为数层,“层各坚实,相包而不通”,是不可取的。从望远镜中观察,太阳、火星、金星、水星、土星,运行轨道相互上下交叉,木星的卫星也是如此,因此天球层实体不可能存在。揭暄提出,实际上天球以地为中心,但天不是固体,只是一层从东到西高速旋转的气。这层气每天转一周,速度极快,因此可对各个天体产生约束。日月五星按轻重大小分布在不同高度的气中,恒星分布在最外层。所有的星体(包括地球)均在气旋推动下旋转。在上述模型基础上,揭暄进一步推想,当气推动天体运动时,由于天体本身惯性的作用,必然会激起自转。他还提出天球是圆形的,而星体也是圆的,既然天球能旋转,星体也应该能旋转。为了证明他的观点,他设计了一个相关的实验:在一个圆盘上,刻出一些同心圆形沟槽,槽内分别放入小球,让整个圆盘绕轴转动,小球在随盘转动的同时,由于自身惯性,必然朝和盘的转向相反的方向滚动,这种滚动便是自转。揭暄对实验的解释是不贴切的,但以地面上的实验来说明天体运行,与伽利略用力学规律解释宇宙的做法倒是颇为相似。“天” 在伽利略、揭暄等人看来,没有任何神秘的特殊性,这是人类认识上的一个重大进步。

为了证明太阳的旋转,揭暄还寻找了两个重要证据,一是金星、水星的绕日运行,二是太阳黑子现象。按照当时传入中国的第谷宇宙模型,除地球之外的行星(金星、水星等)都是绕太阳转的。在揭暄看来这是由于太阳存在自转,形成了一个以太阳为中心的小气旋,水星、金星被这个气旋带动,所以便绕日运行。他的结论是“金、水环日轮外,日转故金、水转; 金、水转,益以推日之转也”。当时西方传教士也介绍了伽利略等人对太阳黑子观测的结果,但并未介绍伽利略的进一步推论,揭暄却看出了问题之所在,指出: “日中黑子,亦可征日转也。” 他将黑子看成太阳旁边的“切体之星”(另一位明末清初的天文学家王锡阐也有类似观点),这种“切体之星”绕日转的原因,与金星、水星绕日运行的原因是一样的。他还从木星卫星绕木星、土星卫星绕土星转,推断出这两颗行星也有自转存在。既然日、木、土都存在自转,揭暄自然可以得出结论: 水星、金星、火星、恒星(列星)均是自转的。用我们今天的话说,自转是普遍存在的一类现象。

揭暄的自转学说尽管有许多不正确的地方,但在中国天文学发展过程中的地位仍十分重要。天体自转,在当时的中国是一个全新的观点,在西方也未被人们接受,所以揭暄的结论具有开创性的意义。在他之前,从未有一位中国学者对天体运行的物理机制探讨得如此之深,与世界同期水平相比,他的宇宙模型也是相当合适的。他对于固态天球的否定,更是值得称赞。这当中,中国传统学说起了很大的作用,宋代朱熹就曾在 “宣夜说”基础上提出过宇宙存在“刚风”的观点,这种“刚风”说与揭暄将天看作旋转的气的思想十分相似。西方人则受亚里士多德观点影响太深,连哥白尼这样的伟大人物也未敢放弃固体天球的观念。揭暄的成就,继承了东西方文化的精华。

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