3.16 太阳视运动的不均匀性
上述的论证方法不仅对太阳适用,对其他做不均匀运动的天体也同样适用。不过现在我们只讨论太阳和地球。在进一步阐述前,我们先谈谈托勒密和其他古代学者传授给我们的知识,以及近代天文学所取得的某些成就。
托勒密在《天文学大成》中指出,春分到夏至的时间有天,夏至到秋分的时间是天。根据时间长度,当时第一时段的均匀行度为93°9′,第二时段的均匀行度是91°11′。利用这组数值,我们可以划分一个代表一年的圆周(见图3.18)。
图3.18
令:这个圆周为ABCD,中心在E,令为第一时段,值为93°9′,为第二时段,值为91°11′。
我们假设春分点从A观测,夏至点从B观测,秋分点从C观测,冬至点从D观测。接着连接AC和BD。令太阳所在点为F,AC、BD于F点相交成直角。
因此,大于半圆,大于。根据托勒密在《天文学大成》中推断出的结论,圆心E位于直线BF与FA之间,而远日点位于春分点与夏至点之间。过中心E作平行于AFC的IEG,与BFD相交于L。再作平行于BFD的HEK,在M穿过AF,由此构成矩形LEMF。该矩形的对角线FE可延伸成直线FEN。
也就是说,代表地球与太阳的最大距离在N处出现。=93°9′+91°11′=184°20′,2AH=ABC,因此,=92°10′。如果从AGB减去这个值,剩下的HB就是59′(93°9′-92°10′)。而从AH(92°10′)减去圆周的一个象限(90°),余量则为2°10′。
取半径为10000P,那么与的两倍所对弦的一半(LF)为378P。与的两倍所对弦的一半(LE)为178P。△ELF的两边已知,斜边EF=414P,约为半径NE的。EF与EL的比等于半径NE与两倍所对弦的一半的比。
由此可知:=∠NEH=,而视行度∠LFE与∠NEH相等。这就是在托勒密之前得出的高拱点超过夏至点的距离。
我们还可以看到,IK是圆周的一个象限,等于90°。从IK中减去(=AG=2°10′)和(==59′),余量CD等于86°51′(90°-3°9′)。把这个量从(360°-184°20′=175°40′)中减去,剩下的等于88°49′(175°40′-86°51′)。但是,天对应86°51′,同88°49′相对应的为90天+天=90天3小时。
如果用地球的均匀行度来表示,在这两段时期内,太阳正好从秋分移动到冬至,并在接下来的时间里从冬至返回春分。托勒密在《天文学大成》中声明,他所求得的这些数值与在他之前的喜帕恰斯所求的结果没有差异。托勒密认为,高拱点会再次停留在夏至点前处,偏心率(为半径的)则将永远不变。但现在我们已经发现,这两个数值都发生了变化,并且这个差值可以求出。
阿耳·巴塔尼认为,春分到夏至为93天35日分,而到秋分为186天37日分。他利用这些数值,并按托勒密的方法推算出的偏心率不大于346P(当半径为10000P时)。西班牙人阿耳·查尔卡里求得的偏心率与阿耳·巴塔尼相符,但远日点是在至点前12°10′,而阿耳·巴塔尼认为是在至点前7°43′。虽然数值并不相同,但从这些结果可以推断出,地心的运动还有另一种不均匀性,现代的观测也再次证实了这一点。
我致力于这些课题十多年,在公元1515年,我算出从春分点到秋分点共有186天日分。有的学者怀疑早期测定二至点时存在着一些谬误和偏差,为此,我在自己的研究中加入了太阳的其他位置,诸如金牛宫、室女宫、狮子宫、天蝎宫和宝瓶宫等。这些位置的中点跟二分点一样,都很容易观测到。我算出秋分点到天蝎宫中点是45天16日分,到春分点为178天日分,在第一段时间里均匀行度是44°37′,在第二段时间里均匀行度是176°19′。
根据这些数值,我们可先绘出圆周ABCD(见图3.19)。
图3.19
令:A为在春分时太阳出现的点,B为观测到秋分的点,C为天蝎宫的中点。
连接AB与CD,这两条线相交于太阳中心F。画AC。已知为44°37′。于是取360°=2直角,可以表示出∠BAC。取360°=4直角,则得视行度∠BFC=45°。
但若取360°=2直角,则∠BFC=90°。于是截出的剩余角∠ACD为45°23′(90°-44°37′)。但是整个=176°19′。
-==176°19′-44°37′=131°42′。把这个数值与(45°23′)相加,其和为=。
由于(176°19′)跟这两段弧都小于半圆,圆心显然在圆周的其余部分,即BD之内。
令:圆心为E,并通过F画直径LEFG。令L为远日点,G为近日点。作EK⊥CFD。取直径为200000P,则由表可查出已知弧所对的弦为:AC=182494P,CFD=199934P。
于是△ACF的各个角都可知。按平面三角形的定理一,各边的比值也可知:取AC=182494P,则CF=97967P。
因此,FD=CFD-CF=199934P-97967P=101967P,超过CFD的一半=99967P,多余部分为FK=101967P-99967P=2000P。弧段CAD≈177°6′,比半圆少2°54′。此弧所对弦的一半等于EK,为2534P。
因此在△EFK中,形成直角的两边FK和KE都可知。在已知的边与角中,EL=10000P,则EF=323P;取360°=4直角,则∠EFK=。因此,∠AFL=∠EFK+∠AFD(=∠BFC=45°)=,补角∠BFL=180°-∠AFL=。
如果取EL=60P,则EF约为1.56P。太阳与圆心的距离现在已不足,而托勒密时代称它是。而且,托勒密时代的远日点在夏至点前,而现在在夏至点后。