作者 高关中（德国汉堡）2025/6/9

人们常用“上知天文、下知地理”形容博学的人，像这样的学者在古希腊还真不少，其中晚期的科学家托勒密（Claudius Ptolemaeus，曾译托勒玫或多禄某，约90-168）就是杰出的一位。尽管他的“地球中心论”后来被证明是错误的，但他作为古希腊天文学、地理学的集大成者，对古代西方科学的发展还是做出了很大的贡献。

托勒密出生于托勒迈·赫梅乌（Ptolemais Hermeiou），小城位于今上埃及索哈杰附近，曾是托勒密王朝统治上埃及的中心。其父母都是希腊人。关于他的生卒年份没有准确记载，有约90-168年或100-170年等多种估计。当时希腊化的托勒密王朝已经灭亡，埃及已属于罗马帝国，但亚历山大城依然是重要文化中心。年轻的托勒密被送到这里求学。在这里，托勒密逐渐对天文学和地理学，表现出浓厚的兴趣。并且学会了天文测量和大地测量。他后来常住亚历山大城，依托西方最大的古老图书馆他阅读了大量书籍，搜集了大量资料，进行天文观测，潜心研究，终于成为希腊古典时期最后一位著名的天文学家、地理学家。他用希腊文写作，留下多部著作，其中《天文学大成》（Almagest）、《地理学指南》(Geographike Hyphegesis)是代表古希腊最高水平的天文学和地理学著作，均影响西方达千年之久。

《天文学大成》与地心说

希腊是欧洲的文明古国，它的文化对以后欧洲各国文化的发展具有很大的影响，因此欧洲人称古代希腊文化为“古典文化”。希腊地近埃及巴比伦等文明古国，从中吸取了不少营养。希腊第一个著名自然哲学家泰勒斯（Thales，约前626-前548）据说曾在埃及获得几何学知识，到两河流域学到天文学，相传他曾预告过一次日食。

从泰勒斯开始到托勒密为止的700多年间，希腊天文学得到了迅速的发展。从柏拉图开始，有了希腊天文学的特色：用几何系统来描述天地结构和天体的运动。公元前2世纪喜帕恰斯（Hipparchus，约前190-约前120）发明了三角学，并用于解决天文问题，有人称之为西方天文学之父。托勒密继承前人的成就，特别是喜帕恰斯的成就，并加以发展，写成《天文学大成》，成为古代希腊天文学的总结和综合。西文书名Almagest，来自阿拉伯译名“至大”，加上冠词Al而成，也就是大成、大全的意思。后来又转译为拉丁文。该书曾在元代传入我国，但未译成汉文，直至明末，徐光启等人编的《崇祯历书》中才有简要介绍。

全书共分13卷，其中第一、第二卷讲基本的观测事实和数学基础，论证地为球形，居宇宙中心，其他天体绕它旋转，即地心说（地球中心说）。第三、四卷讨论太阳和月球的运动。第五卷讲星盘的制造方法。第六卷讨论日月食的计算。第七、八卷讨论恒星，将恒星按亮度分为6等，列出48个星座，1022颗恒星的黄道坐标，并叙述天球仪的制法。其余5卷讨论五大行星的运动。

《天文学大成》是当时天文学的百科全书，直到开普勒（1571-1630）的时代，都是天文学家的必读书籍和标准参考书。托勒密最重要的学说就是“地心说”，虽然被后来哥白尼的“日心说”所推翻，但其促进思想进步是功不可没，其历史功绩不应抹杀。

地心说最重要的成就就是运用数学计算行星的运行，托勒密还第一次提出了“运行轨道”的概念，设计出了本轮、均轮和偏心圆模型。按照这个模型，人们能够对行星的运动进行定量计算，推测行星所在的位置，这是一个了不起的创造。托勒密设想，各行星都绕着一个较小的圆周上运动，而每个圆的圆心则在以地球为中心的圆周上运动。他把绕地球的那个圆叫“均轮”，每个小圆叫“本轮”。同时假设地球并不恰好在均轮的中心，而偏开一定的距离，也就是说均轮是一些偏心圆。日月行星除作上述轨道运行外，还与众恒星一起，每天绕地球转动一周。托勒密这个不反映宇宙实际结构的数学图景，却在当时观测精度不高的情况下，较为完满的解释了所观测到的行星运动情况，并取得了航海上的实用价值，从而被人们广为信奉。

托勒密的天体模型之所以能够流行千年，为人们所信奉，是有它的优点和历史原因的。它的主要特点是：

1． 绕着某一中心的匀角速运动，符合当时占主导思想的柏拉图的假设，也适合于亚里士多德的物理学，易于被人们接受。

2． 托勒密使用了3种复杂的原始设想：本轮、偏心圆和均轮。用几种圆周轨道不同的组合预言了行星的运动位置，与实际相差很小，相比以前的体系有所改进，还能解释行星的亮度变化。

3． 地球不动的说法，对当时人们的生活是令人安慰的假设。

在当时的历史条件下，托勒密提出的行星体系学说，是具有进步意义的。首先，它肯定了大地是一个悬空着的没有支柱的球体。在“地心说”之前的古老宇宙观中，人们把天看成是一个盖子，地是一块平板，平板由柱子支撑着。我国古代也有天圆地方的说法。

其次，把行星从恒星中区别出来，着眼于探索和揭示行星的运动规律，这标志着人类对宇宙认识的一大进步。他从恒星天体上区分出行星和日月是离我们较近的一群天体，这是把太阳系从众星中识别出来的关键性一步。

地心说是世界上第一个行星体系模型,是世界上最早的假说-演绎体系。在建立理论的过程中，自始至终使用数学工具去研究和证明,开创了构建精确性理论的先河。在地心说占统治地位的上千年间，由于地心说的统治地位和广泛影响,它塑造了西方人的分析式的思维方式和不包含伦理观的实体自然观,以及在自然研究中应用数学工具。

托勒密本人声称他的体系并不具有物理的真实性，而只是一个计算天体位置的数学模型。事实上，这个宇宙模型虽然不正确（行星实际上是以椭圆形轨道运行的），但许多数学知识至今仍然有用。

地心说是天文学发展过程中的重要节点之一，也是一个重要里程碑。人类在不断地在提出、探究、推翻/超越这样的一个过程中循环往复，天文学以及其他科学才得以不断的蓬勃发展。

托勒密提出的地球中心学说，影响学术界1000多年，直到哥白尼（1473-1543）的“日心说”出现后，才被推翻。至于教会利用和维护地心说，作为上帝创造世界的理论支柱，那是托勒密死后很久的事情了。他的学说长期被神学奉为经典，教会曾残酷镇压反对和怀疑这个学说的人，不过这并不完全是托勒密的过错。一些作品在赞扬哥白尼的同时，往往对托勒密加以挞伐，甚至还给他横加“反动”的罪名，这恐怕不是符合历史事实的评价。

《地理学指南》与地图学

除了在天文学方面的造诣，托勒密在地理学上也做出了出色的成就。他认为，地理学的研究对象应为整个地球，主要研究其形状、大小、经纬度的测定以及地图投影的方法等。他制造了测量经纬度用的类似浑天仪的仪器（星盘）和后来驰名欧洲的角距测量仪（成角日晷仪）。

托勒密所著的《地理学指南》是古希腊有关数理地理的总结，重点是关于地图学的论述，对地图学的发展做出了巨大的贡献，影响贯穿至今。公元前五、六世纪希腊哲学家毕达哥拉斯（Pythagoras）就提出地球是球形这一概念，前4世纪亚里士多德加以论证。托勒密同样认为地球是球形。他综合埃拉托色尼、喜帕恰斯和马里努斯（Marinus of Tyre）等前人的研究成果，认为绘制地图应根据已知经纬度的定点做根据，要在地图上绘制经纬度线网。为此，托勒密测量了地中海一带重要城市和据点的经纬度，还提出了投影问题。地图投影，其实就是利用一定数学方法把地球表面的经纬线转换到平面上的方法。

托勒密编写了《地理学指南》共8卷。这是一部制图理论、方法和资料的汇编，代表了当时制图学的最高水平。书中第一卷讲地图投影。他认为，制图学的任务是用线条描画地物，使人们在一张图上观察整个地球。他提出了怎样把地球面上的点移到平面上的方法——地图投影问题，给出圆锥投影和球面投影两种地图绘制技术。他还提出了测经纬度来定点的方法。第2卷到第7卷为世界地志，记载了8100个地方的经纬度，并运用喜帕恰斯建立的纬度经度网，注明每个地点的的经纬度坐标，构建出古代最为完整的地理坐标体系，其中约有350-400个点是实测的。经线以穿过大西洋中的费罗岛（今加那利群岛的耶罗岛，今西经18度）的子午线作为起始。

第8卷由50多幅地图组成，包括世界地图和区域图，特别是欧洲各地区图。他把经纬线绘成近似扇形，绘制了世界地图，即著名的“托勒密地图”。这幅地图其实只是对希腊人所知世界的记录，对地中海周围、对欧洲、西亚、北非的描绘较为正确，对东方的中国、印度和南半球的大陆是根据传说和想象绘制的，误差很大。该书在9世纪被译成阿拉伯文，1406年拉丁文译本问世后成为地理大发现时期航海家的理论基础 ，其地理坐标系统持续影响欧洲制图学直至16世纪。

15世纪初，葡萄牙航海家恩里克王子（英语亨利王子）开始把“托勒密地图”付诸实践运用。但是，经过反复考察，却发现这幅地图并不实用。亨利手下的一些船长遗憾地说：“尽管我们对有名的托勒密十分敬仰，但我们发现事实都与他说的相反。”这是因为，托勒密时代，对西非海岸还没有实测的经纬度数据。

地理大发现时代，不断有最新的地理发现和旅行报告，供专家完善旧地图，绘制新地图。16世纪，德国地图学家墨卡托绘制了新的世界地图。他不仅关注新大陆，也未忽略旧世界。欧洲一带的地图，长期以来采用托勒密地图为基础。而墨卡托根据新的发现，编制出新版的欧洲地图，对托勒密地图的谬误做了修改，而且更为精细。从此，托勒密地图走下历史舞台。

但不容否认，托勒密地图曾在历史上发挥过重要作用。世界古代地图学的权威，东方首推晋代的裴秀（224-271），西方则是托勒密。1477年世界首本印刷地图集在意大利的博洛尼亚出版，就是以托勒密的版本为主体绘制的。这本泛黄地图集是世界最古老的以雕刻铜版印刷的地图集，2006年10月10日，在伦敦苏富比拍卖公司（Sotheby's）以213.6万英镑的价格被拍卖成交，成为有史以来拍卖成交价最高的地图集。