127年,年轻的托勒密被送到亚历山大去求学。在那里,他阅读了不少的书籍,并且学会了天文测量和大地测量。他曾长期住在亚历山大城,直到151年。有关他的生平,史书上少有记载。在古老的宇宙观中,人们把天看成是一个盖子,地是一块平板,平板就由柱子支撑着。
在公元前4世纪到前3世纪,对于天体的运动,希腊人有两种不同的看法:一种以欧多克斯为代表,他从几何的角度解释天体的运动,把天上复杂的周期现象,分解为若干个简单的周期运动;他又给每一种简单的周期运动指定一个圆周轨道,或者是一个球形的壳层,认为天体都在以地球为中心的圆周上做匀速圆周运动,并且用27个球层来解释天体的运动。到了亚里士多德时,又将球层增加到56个。
另一种以阿利斯塔克为代表,他认为地球每天在自己的轴上自转,每年沿圆周轨道绕日一周,太阳和恒星都是不动的,而行星则以太阳为中心沿圆周运动。但阿利斯塔克的见解当时没有人表示理解或接受,因为这与人们肉眼看到的表观景象不同。托勒密于公元2世纪,提出了自己的宇宙结构学说,即“地心说”。其实,地心说是亚里士多德的首创,他认为宇宙的运动是由上帝推动的。他说,宇宙是一个有限的球体,分为天地两层,地球位于宇宙中心,所以日月围绕地球运行,物体总是落向地面。地球之外有9个等距天层,由里到外的排列次序是:月球天、水星天、金星天、太阳天、火星天、木星天、土星天、恒星天和原动力天,此外空无一物。各个天层自己不会动,上帝推动了恒星天层,恒星天层才带动了所有的天层运动。人居住的地球,静静地屹立在宇宙的中心。托勒密全面继承了亚里士多德的地心说,并利用前人积累和他自己长期观测得到的数据,写成了8卷本的《伟大论》。在书中,他把亚里士多德的9层天扩大为1l层,把原动力天改为晶莹天,又往外添加了最高天和净火天。
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,均轮是一些偏心圆;日月行星除做上述轨道运行外,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,却较为圆满地解释了当时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,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,易于被接受。(2)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,也符合基督教信仰。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,