牛津通识读本：天文学简史 [3]
喜帕恰斯开始使用巴比伦提供的传统工具——算术的广泛用途以及长达几个世纪的观测定出的极其精确的参数——来追求希腊几何天文学的中心目标：依靠基于匀速圆周运动这一基本宇宙学原理而建立起来的一个几何模型再现每颗行星的完整轨道。托勒密完成了这项工作并达到了目的，虽然其中也做出了某些让步。《天文学大成》的模型在后来被屡次改进，但是只有在14个世纪之后，印刷术的发明才使得一个具有同等能力的数学天文学家认为其缺陷是根本性的，需要加以革新。
第三章 中世纪的天文学
622年，先知穆罕默德迁出麦加到了麦地那，不久之后，新宗教伊斯兰教传遍了整个北非并传入了西班牙。伊斯兰教对天文学家的技能有特定的要求。每个月的起始是新月——不是当太阳、月球和地球排成一线时，而是在之后的两三天，当肉眼能看到蛾眉月的时候。可以使相邻的村庄都同意这个时候是新的一月的开始吗（即使天空云层密布）？祈祷的时刻是按照太阳穿越天空时的地平高度而定的，因而正确定出这些时刻的需求最后导致了“穆瓦奇特”（清真寺“授时者”）官署的设立，给了天文学家一个稳定且受人尊敬的社会地位。当地的麦加方向即“奇布拉”的确定支配着清真寺和墓地以及其他诸多事务的形制，提出了一个具有挑战性的问题，这个问题正是“穆瓦奇特”和天文学家想要解决的。
在伊斯兰教传入很久以前，亚历山大在动荡年代就已不再是伟大的学习中心。《天文学大成》进入了君士坦丁堡，9世纪时，来自巴格达的使者购买了一个抄本，使巴格达年轻而活跃的穆斯林文化认识到了以希腊语留传下来的知识宝库的重要价值。在巴格达，智慧宫的一个小组作了翻译，先从希腊文本译成叙利亚文，再从叙利亚文译成阿拉伯文。君士坦丁堡的其他抄本则被尘封而无人阅读，直到12世纪，皇帝将一个抄本作为礼物送给了西西里国王，并在那里被译成拉丁文。
占星术尽管在《古兰经》中受到批判，但仍然盛行于穆斯林世界的每一个社会阶层。那些并非仅仅是算命人的占星家将他们的预言建立在行星位置表之上。《天文学大成》模型的成功是无可争辩的，但这些模型所结合的参数在几个世纪后却被日益精确地确定出来——托勒密本人就曾说明过该怎样确定。最初，天文学家为此目的所用的天文仪器并不大，但是，随着观测者抱负的增大，观测仪器的尺寸也变大了，而且观测者指望赞助人来支付建造费用，并为他们提供住处。
但是，有时这会招致宗教权威的敌意，而一个赞助人的死亡——或者甚至是他勇气的丧失——也会引发天文观测的终止。在开罗，维齐尔[1]命令于1120年开始建造一座天文台，但是到了1125年，他的继任者却被哈里发下令杀死，他的罪名包括“与土星交往”，于是，天文台被拆毁。在伊斯坦布尔，土耳其苏丹穆拉德三世在1577年为天文学家塔奇丁建成了一座天文台——其时正值一颗亮彗星出现。塔奇丁无疑是为了自己的发达而将这一天象解释为苏丹和波斯人作战的吉兆，但是实际情况却正好相反。1580年，宗教领袖使苏丹相信，窥探自然的秘密会招致不幸。苏丹于是下令将天文台“从远地点到近地点”彻底摧毁。
只有两座伊斯兰天文台存在的时间稍长一些。第一座在马拉盖，即今天的伊朗北部。这是波斯的蒙古统治者旭烈兀为杰出的波斯天文学家图西（1201—1274）在1259年开始建造的。它的仪器包括一座半径为14英尺的墙象限仪（一种固定在正南北方向的墙上，用于测量地平高度的仪器）和一座环半径为5英尺的浑仪（用于其他的位置测量）。借助于这些仪器，一组天文学家在1271年完成了一部《积尺》[2]，即根据托勒密的《便捷表》传统而编制的天文表集，包括对使用方法的说明。但1274年，图西离开了马拉盖前往巴格达。虽然天文台的观测一直持续到下一个世纪，但是它的创造性时期却已经结束。
另一座主要的伊斯兰天文台受益于王子本人就是天文台的一位热心成员。在中亚的撒马尔罕，乌鲁伯格（1394—1449）在1447年继承王位之前就是一个行省的统治者，他于1420年开始建造一座3层的天文台，其主要仪器是按照“越大越好”的原则制造的一架半径不下于130英尺的六分仪。该仪器被装在户外两堵南北方向的大理石墙上，仪器的活动范围经过调节可以用来观测太阳、月球和五大行星的中天。撒马尔罕天文台的伟大成就是一套天文用表，其中包括一张有一千多颗星的恒星表。更早以前，巴格达天文学家苏菲（903—986）曾修正了托勒密的星表，他给出了改进过的星等和阿拉伯文的称谓，但是恒星本身和它们常常不正确的相对位置却没有得到修订。所以乌鲁伯格的星表堪称是中世纪唯一重要的星表。撒马尔罕天文台在乌鲁伯格于1449年被谋杀后很快就被废弃了。
天文台是为杰出人物建造的，但是每一位星相学家也需要作观测，这在研制出星盘以后成为可能。星盘是源于古代的一个精巧的便携式计算装置和观测仪器。典型的星盘由一个黄铜圆面构成，通过位于顶端边缘的一个圆环可以被悬挂起来。星盘的一面可用来观测恒星或行星的地平高度，观测者将仪器悬挂起来并沿着一根瞄准杆观测天体，然后沿着圆周在刻度盘上读出该天体的地平高度。圆盘的另一面代表从天球南极投影到天球赤道面上的天球。
发自天球南极的每一根线与天球相交于一点，并且与赤道平面相交（于一个唯一的点），后者是前者的投影。因为黄铜盘面的尺度是有限的，又因为当时的星相学家对于南回归线以南的星空没有实际兴趣，故而投影的天空从天球北极（以圆盘中心来代表）一直延伸到南回归线为止，不再向南。
图10 在牛津大学莫顿学院保存的一个14世纪的星盘。
在观测者纬度处的等高度圈投影成的圆，和很多别的东西一起，被蚀刻在盘面上。到目前为止，一切都好，但是转动天空的恒星也需要显示。这可以通过一个黄铜薄片来完成，它指示出主要恒星的位置，并且尽可能多地挖去其余部分，从而使得下面的坐标圈露出来。这个黄铜薄片绕着下面一个圆盘的中心转动，就像恒星绕着北天极转动那样，它也能显示出太阳的黄道轨迹，观测者需要知道（并且标出）太阳在黄道轨迹上面的现时位置。
这样一来，在一次观测中——典型的观测包括在夜间一颗恒星的地平高度观测或在白天太阳的地平高度观测——观测者可以将该黄铜薄片转动到它正确的现时位置，亦即移动它直至恒星（或太阳）位于适当的坐标圈之上。至此，整个天球现在就到位了，而且许多问题可以获得解答——例如，哪些恒星现在正处于地平线上方以及每颗恒星的地平高度是多少。将太阳和圆盘周边上的刻度连成一线并在标尺上读出钟点，即可确定时间。在确定黄铜薄片的位置以后，无论观测的是恒星还是太阳，星盘总是像钟一样，能够日夜24小时告知时间。
我们能够从星盘容易地获取大量的其他信息。例如，确定一颗恒星升起的时间。天文学家可以转动黄铜薄片直至该恒星位于零地平高度圈之上，然后读出时间就行了。星盘是一个简单、精巧而又多用途的设计，它促进了天空的定量观测。
早在9世纪的上半叶，巴格达智慧宫的花剌子米［al-Khwarizmi，此人名字的讹误拼法给了我们“算法”（algorithm）这个词］就编制了一部《积尺》。它使用了桑斯克里特天文著作中所包含的参数以及计算过程。770年左右，桑斯克里特的这本著作就被带到了巴格达。《积尺》于12世纪被译成拉丁文，从而变成了印度天文学方法运抵西方的载体。《积尺》使得对未来行星位置的预报成为可能，从事职业活动的天文学家或星相学家也应运而生，于是这类星表大量产生了，并且其中常常用到改进了的托勒密参数。
伊斯兰世界没有在基督教西方出现的大学的对应物，我们试图寻找一位有创意的挑战亚里士多德或托勒密地心宇宙基础的伊斯兰思想家，但却一无所获。在10世纪，经常出现怀疑托勒密的讨论。受攻击最多的是托勒密的对点，它违反了匀速圆周运动这个基本原理。但是本轮和偏心也遭到了批评，因为有关的运动虽然是匀速的，但却不再以地球为中心。这方面的一个纯粹主义者是安达卢西亚人拉什德（1126—1198），他在拉丁世界为人熟知的名字是Averroes，在西方，亚里士多德被称为“哲学家”，而Averroes则为“评注者”。他承认托勒密模型“拯救了表象”——再现了观测到的行星运动，但是这并不意味着模型就是真实。他的同事安达卢西亚人比特鲁基（他的拉丁名字是Alpetragius）尝试设计了替代模型，以满足亚里士多德学派的需要，但其结果当然令人很不满意。
在开罗，哈桑（965——约1040）试图修改托勒密模型，使得它们具有物理实在性的特征。在他的《论世界的构造》一书中，天空由同心的球壳壳层构成，在各层的最厚处，则有更小的球壳和球。在13世纪，他的著作被译成了拉丁文，并成为在15世纪影响乔治·普尔巴赫的著作之一。
甚至在最具实用观念的天文学家中间，对点也早已引起了疑虑。13世纪，马拉盖的图西成功设计了一种含有两个小本轮的几何替代物；出于同样的原因，哥白尼在他生涯的某个阶段也采用了一种相似的设计。不过历史学家还没有发现他们之间有明显的联系。14世纪中叶，大马士革倭马亚清真寺的“穆瓦奇特”伊本·舍德尝试设计了行星模型，剔除了所有引起异议的元素。他的月球运动模型避免了《天文学大成》中月亮视直径的巨大变化，他的太阳运动模型基于对太阳的新的观测，他的全部模型不仅摆脱了对点，而且也摆脱了偏心圆。但是他发现，由于我们能够很好地理解的理由，本轮是不可避免的。不过在舍德的时代，拉丁世界就已经发展起了它自己的天文学传统，从而不再依赖阿拉伯文的翻译。
这种独立是缓慢形成的，在罗马世界，没有一种主要的古天文著作是用拉丁文撰写的，希腊语仍然是学者的语言。随着罗马帝国的崩溃，希腊的知识在西方几乎全部消失，于是人们不再阅读古天文学的经典