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穆斯林的宗教活动对天文学提出了三个特殊的要求,其复杂性经常超过社会的实际需要。

第一是伊斯兰的太阴历。太阴历以12个朔望月作为一年。由于通常12个朔望月不满一个回归年,所以公历要在适当的时候以一个外加的月来补充,使得每年可以大致上与四季循环同步。但是穆罕默德的教义显然反对这样的置闰。所以穆斯林的“年”至今仍比回归年短11天。其后果之一是,穆斯林的神圣月份斋月(Ramadan)可以出现在一年中的任何季节。每一个月的起始之日是新月——不是天文学上的新月(即太阳、月亮和地球在同一视线上),而是月牙首次在黄昏的天空出现。这就需要靠实际观测。但天空并不总是晴朗的,这就可能出现:一个城市的观测者在某个黄昏看到了新月,而相邻的城市的观测者在这一天没有看到,结果这两个城市将会在不同的日子开始同一个月份。为了避免这类事情,就需要天文学家利用球面几何的知识编制精巧的天文表帮助计算,以便产生包括每月之始可能的新月信息的年历。这个问题甚至今天在伊斯兰世界仍是一个挑战。

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第二个宗教性的需求迫使天文学家关心祈祷的时刻,这样的时刻按照规定有五个:日落、黄昏、拂晓、正午、下午。对于不同的纬度,如何报告这些时刻,激起了阿拉伯天文学家的兴趣。早在公元9世纪,花拉子米就曾编制了对应于巴格达纬度的祈祷表,随后,第一部根据巴格达地区太阳地平高度确定白昼时刻和根据亮星地平高度确定夜间时刻的表也很快就出现了。这些问题的解决仍然需要解算球面三角形。

第三个对天文学的特别要求是确定“奇布拉”(qibla),即“朝圣方向”。根据伊斯兰教的法令,所有的清真寺朝向必须向着麦加的宗教圣殿“克尔白”(Kaaba,意为“天房”,在麦加大清真寺广场中央,殿内供有神圣黑石)。专业的阿拉伯天文学家们将心思花在如何运用已知的地理学和天文学数据从数学上确定“奇布拉”,促进了球面三角学的发展。

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对托勒密学说的继承与发展

早期阿拉伯的天文学知识主要来自波斯和印度。托勒密的《天文学大成》翻译后改变了这种局面,阿拉伯人对托勒密的崇拜可以从该书的译名表现出来:《至大论》(Almagest)。不过托勒密行星天文学模型的有效性,不仅依赖于它们自身的几何构造,也依赖于其中所用参数的精确程度。托勒密的工作传到阿拉伯人手中时,时间已经过去了几个世纪,这些参数显然需要加以改进,因此,建造大型观测天文台就是必需的了。在开罗,根据法蒂玛王朝哈里法的维齐尔(vizier,伊斯兰国家的高官大臣)的命令,于1120年开始建造一个天文台,次年这位高官被谋杀,但工程在他的继任者的领导下继续进行,到了1125年,仪器已经造好而房屋尚未完工,这位继任领导也被哈里法下令杀死,他所谓的罪名中包括“与土星交往”。天文台被摧毁,职员被迫逃亡。

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有两个天文台在阿拉伯的天文学中发挥了重要作用。第一个在马拉盖(Maragha,在今伊朗北部),是当时波斯的蒙古统治者旭烈兀(Hulagu)为波斯天文学家图西(Nasir al Din al Tusi,1201—1274)建造的,1259年动工。在图西的领导下,坚持天文观测,在1271年完成了一部天文历表《积尺》(Zij),三年后图西离开马拉盖前往巴格达,他的离去使马拉盖天文台结束了创造性的时期,尽管观测活动一直持续到了下一个世纪。另一个重要的天文台是乌鲁伯格(Ulugh Beg,1394—1449)在中亚的撒马尔汗(Samar kand,在今乌孜别克境内)建立的。乌鲁伯格在1447年继承王位之前,早就是行省的统治者了。建立这个天文台不需要请赞助人——他本人也是一个十分热心的成员。乌鲁伯格天文台的仪器都很有气派,其中一台六分仪的半径竟超过了40米,这正是伊斯兰天文学家天文观念的展示:仪器的尺度越大,精度也就越高——遗憾的是,这个观念是错误的。乌鲁伯格天文台最大的成就是天文表,其中有包括一千多颗星的恒星表。恒星表中许多恒星的位置是撒马尔汗的天文学家们测定的,成为中世纪重要的星表之一。

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许多阿拉伯的天文学家尊敬托勒密,但是修订了他的参数。穆罕默德·巴塔尼(Muhammad al Battani,约850—929)就是其中之一,他在幼发拉底的阿尔拉卡(al Raqqa)度过了绝大部分学术生涯。他的《积尺》包括对太阳相对于地球的周年视运动轨道的一个改进,经过穆斯林的西班牙,传到了基督教世界。哥白尼对此书颇多引用,在《天体运行论》中提到此书作者的名字不下23次。

西班牙哈里发王朝(又称后倭马亚王朝,中国史称白衣大食)最早的天文学家是科尔多瓦的扎尔卡利(Al Zarkali,1029—1087)。他的最大贡献是于1080年编制了《托莱多天文表》。这个天文表的特点是其中有仪器的结构和用法的说明,尤其是关于阿拉伯人特有的仪器——星盘的说明。在《托莱多天文表》中还有一项重要内容,就是对托勒密体系作了修正,以一个椭圆形的均轮代替水星的本轮,从此兴起了反托勒密的思潮。

西班牙的穆斯林天文学家对托勒密体系颇有微词,因为他们希望建立的是一个符合物质世界实际的宇宙体系。他们深受亚里士多德学派思潮的影响,这种思潮在拉什得(Muhammad ibn Rushd,1125—1198,他在拉丁世界为人所知的名字是阿维罗伊,Averroes)的哲学著作中得到了体现。他承认托勒密模型的预言确实能够和观测到天体运动相符合。但是在他看来,只有同心球层才能组成真实的宇宙。拉什得在他的同时代人中有些追随者,如比特鲁基(Abu Ishaq al Bitruji,拉丁名字是Alpetragius)。他们反对托勒密的本轮假说,理由是行星必须环绕一个真正物质的中心体,而不是环绕一个几何点运行。因此,他们以亚里士多德所采用的欧多克斯的同心球体系作为基础,提出一个旋涡运动理论,认为行星的轨道呈螺旋形。但是,他们在这方面并未获得成功,因为欧多克斯过去也没有能够解释行星的前进和逆行,而现在需要解释的天体运动要多得多而且更复杂了。

其后,信奉基督教的西班牙国王阿尔方索(Alfonso)十世,于1252年召集许多阿拉伯和犹太天文学家,编成《阿尔方索天文表》。近年有人认为这个表基本上是《托莱多天文表》的新版。

正当西班牙的天文学家抨击托勒密学说的时候,中亚一带的天文学家比鲁尼曾提出地球绕太阳旋转的学说,他在写给著名医学家、天文爱好者阿维森纳的信中,甚至说到行星的轨道可能是椭圆形而不是圆形。

马拉盖天文台的纳尔西丁·图西在他的《天文学的回忆》中也严厉地批评了托勒密体系,并提出了自己的新设想:用一个球在另一个球内的滚动来解释行星的视运动。14世纪大马士革的天文学家伊本·沙提尔(Ibn al Shatir)在对月球运动进行计算时,更是抛弃了偏心均轮,引进了二级本轮。两个世纪以后,哥白尼在对月球运动进行计算时,所用方法和他的是一样的。

阿拉伯天文学家们处在托勒密和哥白尼之间,起了承前启后的作用。

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