Hipparchus

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Hipparchus of Nicaea是一位希腊天文学家、地理学家和数学家。他被认为是三角学的创始人,但最著名的是他偶然发现了分点岁差现象。

Hipparchus出生在Bithynia地区的Nicaea(现在是土耳其的İznik),可能死在希腊的Rhodes岛。已知他至少从公元前162年到127年期间是一位在职的天文学家。Hipparchus被认为是古代最伟大的天文观测者,而且据一些人认为,他是古代最伟大的天文学家。他是第一位留下了关于太阳和月球运动的定量和准确模型的人。为此,他肯定使用了巴比伦人几个世纪以来积累的观测,也许还有5世纪公元前的Meton of Athens、Timocharis、Aristyllus、Aristarchus of Samos和Eratosthenes等人的数学技术。他发展了三角学,并构建了三角函数表,解决了球面三角学的几个问题。通过他的太阳和月球理论以及三角学,他可能是第一个开发了可靠的方法来预测日食的人。他的其他著名成就包括地球岁差的发现和测量、编制了西方世界第一份综合星表,以及可能是星盘的发明,还有浑仪的发明,他在创建星表的大部分工作中使用了这两个仪器。

生平和工作

Hipparchus出生在古代Bithynia地区的Nicaea(希腊文Νίκαια),现代的Iznik在土耳其的Bursa省。他的生活确切日期不详,但Ptolemy将公元前147–127年期间的天文观测归功于他,其中一些据说是在Rhodes进行的;自公元前162年以来的早期观测也可能是他进行的。他的出生日期约为公元前190年,是由Delambre根据他著作中的线索计算出来的。Hipparchus必定在公元前127年之后活过一段时间,因为他分析并发表了那一年的观测。Hipparchus从Alexandria和Babylon获得信息,但不清楚他何时或是否访问过这些地方。据信他死在Rhodes岛,在那里他似乎度过了大部分晚年。

不知道Hipparchus的经济状况如何,也不清楚他如何支持自己的科学活动。他的外表同样不为人知:没有当代肖像。在公元2世纪和3世纪,Bithynia铸造了为纪念他的硬币,上面有他的名字并显示他拿着一个地球仪;这证实了他出生在那里的传统。

1876年描绘Hipparchus从Alexandria观测的图像,他已知未曾去过那里,使用了当时不存在的望远镜。

Hipparchus的直接著作流传至现代的相对较少。尽管他至少写了十四部书,但只有他对受欢迎的天文诗歌Aratus的评论被后来的抄写者保留了下来。关于Hipparchus的大部分信息来自1世纪Strabo的《地理学》和Pliny的《自然史》;2世纪Ptolemy的《Almagest》;以及4世纪Pappus和Theon of Alexandria在其《Almagest》评论中对他的进一步提及。

Hipparchus是最早计算日心系统的人之一,但他放弃了他的工作,因为计算表明轨道不是当时科学认为的那样完全是圆形的。尽管Hipparchus的同时代人Seleucus of Seleucia仍然是日心模型的支持者,但Hipparchus对日心说的拒绝,得到了Aristotle观点的支持,这种观点在近2000年内保持了主导地位,直到Copernican日心说改变了辩论的局势。

Hipparchus仅存的著作是《Eudoxus和Aratus现象的评论》。这是以两部分的形式对Aratus的受欢迎诗歌的高度批评评论,该诗歌基于Eudoxus的著作。Hipparchus还列出了他的主要著作,其中显然提到了大约十四部书,但这只从后来作者的提及中为人所知。他著名的星表被纳入Ptolemy的星表中,可以通过从Ptolemy的恒星经度中减去2.67度来几乎完美地重建。第一张三角函数表显然是由Hipparchus编制的,因此他现在被称为"三角学之父"。

现代推测

2005年,Hipparchus再次登上国际新闻头条,当时有人重新提出了1898年的提议,即Hipparchus的天球仪或他的星表中的数据可能被保存在唯一幸存的大型古代天球仪中,该天球仪以中等精度描绘了星座,是Farnese Atlas携带的地球仪。2005年这份更为雄心勃勃的论文中存在各种错误步骤,因此该领域的专家都不接受其广泛宣传的推测。

Lucio Russo曾说过,Plutarch在他的著作《论月球之面》中报告了一些我们认为是牛顿式的物理理论,这些理论可能原本来自Hipparchus;他继续说Newton可能受到了它们的影响。根据一篇书评,这两项主张都已被其他学者拒绝。

Plutarch的《酒宴篇》中的一句话指出,Hipparchus计算出可以从十个简单命题形成103,049个复合命题。103,049是第十个Schröder–Hipparchus数,它计数在任何十个符号序列中,在两个或更多连续项的周围添加一对或多对括号的方式数。这导致了Hipparchus可能了解枚举组合学(现代数学中独立发展的数学领域)的推测。

巴比伦源头

早期的希腊天文学家和数学家在某种程度上受到了巴比伦天文学的影响,例如Metonic周期和Saros周期的周期关系可能来自巴比伦源头(见"巴比伦天文日志")。Hipparchus似乎是第一个系统地利用巴比伦天文知识和技术的人。除了Timocharis和Aristillus之外,他是第一个已知的希腊人将圆周分为360度的60弧分(Eratosthenes在他之前使用了更简单的六十进制系统,将圆周分为60部分);他也采用了巴比伦天文肘尺单位(阿卡德语ammatu,希腊文πῆχυς pēchys,相当于2°或2.5° "大肘")。

Hipparchus可能编制了巴比伦天文观测的列表;历史学家天文学家G. J. Toomer曾建议,Ptolemy在《Almagest》中对日食记录和其他巴比伦观测的了解来自Hipparchus制作的列表。Hipparchus对巴比伦源头的使用始终以一般的方式为人所知,因为Ptolemy的陈述。然而,Franz Xaver Kugler证明了Ptolemy归于Hipparchus的同步和异常周期已经在巴比伦星历中使用过,特别是在现在称为"系统B"的文本集合中,有时归于Kidinnu。

Hipparchus的长龙点月周期5,458个月= 5,923个月球节点周期也在巴比伦记录中出现过几次。但唯一明确注明日期的此类泥板是后Hipparchus时期的,所以传输方向尚未由泥板确定。

Hipparchus的龙点月球运动不能通过有时提议解释他的异常运动的月球四论证来解决。一个产生了精确的5,458⁄5,923比例的解决方案被大多数历史学家拒绝,尽管它使用了唯一的古代证实的确定此类比例的方法,并自动提供了该比例的四位数分子和分母。Hipparchus最初在Almagest 6.9中使用了他的公元前141年日食和公元前720年的巴比伦日食来找到精度较低的比例7,160个同步月= 7,770个龙点月,他通过除以10将其简化为716 = 777。他类似地从345年周期找到了比例4267个同步月= 4573个异常月,并除以17以获得标准比例251个同步月= 269个异常月。如果他寻求这项龙点调查的更长时间基础,他可以使用他同样的公元前141年日食和来自Babylon的公元前1245年月出日食,一个间隔为13,645个同步月= ​14,8807 1⁄2个龙点月≈ ​14,623 1⁄2个异常月。除以​5⁄2产生5458个同步月= 5923恰好。明显的主要反对意见是早期日食未经证实,尽管这本身并不奇怪,并且对于巴比伦观测是否被记录得这么远没有共识。虽然Hipparchus的表格正式只追溯到公元前747年,距他的时代600年,但这些表格实际上早于所涉及的日食就很好了,因为最近才注意到的,它们的反向使用不比正向使用更困难。

几何学、三角学和其他数学技术

Hipparchus被认为是已知拥有三角函数表的第一位数学家,他在计算月球和太阳轨道的偏心率时需要这个表。他列出了弦函数的值,该函数对于圆中的中心角给出角相交圆的点之间的直线段的长度。他为一个周长为21,600个单位、半径约为3438个单位的圆计算了这个值;这个圆沿其周长的弧分为单位长度1。他以7.5°的增量列出了各个角的弦。用现代术语来说,圆中由中心角对应的弦等于半径乘以该角一半的正弦的两倍,即:

Hipparchus据称开发了弦表的现已失传的著作称为《圆内直线》(Tōn en kuklōi eutheiōn),出自Theon of Alexandria4世纪对《Almagest》第I.10节的评论。有些人声称Hipparchus的表格可能在印度的天文学论文中幸存下来,比如Surya Siddhanta。三角学是一项重大创新,因为它使希腊天文学家能够解决任何三角形,并使用他们喜欢的几何技术进行定量天文建模和预测成为可能。

Hipparchus必定使用了比Archimedes的​3 10⁄71即3.14085和​3 1⁄7即3.14286之间的π更好的近似值。也许他使用了后来被Ptolemy使用的值:3;8,30六十进制即3.1417 《Almagest》VI.7,但不知道他是否自己计算了改进的值。

一些学者不认为Āryabhaṭa的正弦表与Hipparchus的弦表有任何关系。另一些人不同意Hipparchus甚至构造了弦表。Bo C. Klintberg指出,"通过数学重建和哲学论证,我表明Toomer的1973年论文从未包含对他关于Hipparchus拥有3438'弦表的主张和印度人使用该表来计算其正弦表的任何确凿证据。用3600'半径(即Ptolemy《Almagest》中的弦表的半径,用'分'而不是'度'表示)重新计算Toomer的重建,会产生类似于3438′半径产生的Hipparchan比例。因此,Hipparchus的弦表的半径可能是3600′,并且印度人可能独立构造了他们的3438′基弦正弦表是有可能的。"

Hipparchus可能使用勾股定理和Archimedes已知的定理来构造他的弦表。他也可能发展和使用了称为Ptolemy定理的定理;这由Ptolemy在其《Almagest》I.10中证明,后来由Carnot扩展。

Hipparchus是第一个证明立体投影是保角的,并且它将不通过投影中心的球面上的圆变换为平面上的圆的人。这是星盘的基础。

除了几何学之外,Hipparchus还使用了Chaldeans开发的算术技术。他是最早这样做的希腊数学家之一,并以这种方式扩展了天文学家和地理学家可用的技术。

有几个迹象表明Hipparchus知道球面三角学,但第一份讨论它的存世文本是由1世纪的Menelaus of Alexandria撰写的,在这个基础上,他现在通常被称为其发现者。在一个世纪前发现Menelaus的证明之前,Ptolemy被认为是球面三角学的发明者。Ptolemy后来使用球面三角学来计算事物,如黄道的升起和下降点,或考虑月球视差。如果他没有使用球面三角学,Hipparchus可能为这些任务使用了一个地球仪,从画在其上的坐标网格中读取值,或者他可能从平面几何进行了近似,或者也许使用了Chaldeans开发的算术近似。

Aubrey Diller证明了Strabo从Hipparchus保留的clima计算可能是通过

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