本轮(epicycle)和均轮(deferent)是托勒密体系中用以解释行星不规则运动的核心几何工具,其模型为:行星自身在一个较小的“本轮”上转动,而本轮的圆心则沿着一个以地球为中心(或接近地球)的较大“均轮”轨道上运行。

天文学家逐渐不再增添更多的中间天球,而是发展出了均轮和本轮的学说。

均轮是指大致以地球为圆心的大天球,本轮则指以均轮上某一点为圆心的小天球。每一颗行星都依附在一个小天球即本轮上。

均轮本轮的构造不仅在数学上更加逼近了行星的实际轨迹,而且多多少少能够能解释行星有时候亮些有时候暗些,这是多重同心圆天球做不到的。

展开阐述

本轮-均轮模型是对亚里士多德同心天球模型的重大修正,它放弃了所有天体运动都必须严格围绕宇宙中心(地球)的物理原则,换取了数学计算上的高度灵活性和精确性。

模型解决的问题

  1. 逆行现象:当行星在本轮上的运动方向与均轮的运动方向相反时,从地球上观测,行星的轨迹就会呈现出一段“后退”或“逆行”的S形或环形路径,这与实际观测到的现象相符。
  2. 亮度变化:由于行星同时在均轮和本轮上运动,它与地球的距离会发生周期性变化。当行星运动到本轮上离地球最近的位置时,它看起来就更亮;反之,则更暗。这一点是同心天球模型无法解释的。

模型的演化

为了进一步提高预测精度,天文学家还在这个基本模型上增加了更复杂的设定,如偏心圆(均轮的圆心不与地球重合)和偏心匀速点(一个虚拟点,从该点看去,本轮中心才做匀速运动)。这些设定使得整个027-核心概念-托勒密体系变得极其繁复,但也极大地提升了其作为数学计算工具的效能。

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