亞里士多德與《天象論》

楊 萍

（中國氣象局氣象干部培訓學院，北京 100081）

亞里士多德與《天象論》

楊 萍

（中國氣象局氣象干部培訓學院，北京 100081）

亞里士多德是對氣象學影響巨大的古希臘科學家，他在公元前340年左右完成的《天象論》一書是最早的氣象學專著，該書使關于天氣現(xiàn)象的知識終于成為一門系統(tǒng)的科學。系統(tǒng)梳理了《天象論》的內容和觀點，重點介紹了亞里士多德在諸多天氣現(xiàn)象，如降水、風、虹和閃電等方面的認識，以期為氣象科技發(fā)展史的研究工作提供一些有意義的參考。

亞里士多德，《天象論》，天氣現(xiàn)象，氣象科技發(fā)展史

0　引言

亞里士多德（Aristotle，公元前384—前322年）是古希臘著名的哲學家和科學家，他所完成的著作涉及了邏輯學、形而上學、自然哲學、動物學、人類學、倫理學和美學等不同學科、不同領域的各個方面[1-2]。在他的眾多著作中，《天象論》（Meteorologica）[3]（也有中文譯為《氣象通典》[2]或《氣象學》[1]）這本隸屬于自然哲學范疇的著作，在中國的知名度與他其他的著作，如《形而上學》相比要遜色很多，中國學術界對《天象論》進行的介紹和研究的論文也非常少[3-6]。但事實上，亞里士多德在《天象論》中的諸多觀點在氣象科學發(fā)展史上統(tǒng)治了長達兩千年之久，由此足以認為，《天象論》值得氣象科技發(fā)展史的學者們進行研讀和深入研究。

本文簡要介紹了《天象論》的完成背景，概述了這本著作的章節(jié)內容，重點圍繞宇宙、降水、風、虹和災害學等方面介紹了亞里士多德在這些領域上的認識和觀點，并針對亞里士多德對氣象學發(fā)展史的影響進行了討論。

1　《天象論》簡介

1.1《天象論》的背景介紹

一般認為，當今氣象學（Meteorology）一詞最早是引自于亞里士多德所著的《天象論》（Meteorologica）這本書的書名，意思是討論“大氣事物的科學”。后來英國科學家羅吉爾·培根（Roger Bacon）和法國科學家笛卡爾（Rene Descartes）都使用該詞的詞根meteor作為他們氣象學論著的名稱，亞里士多德這本著作在氣象學領域的影響可見一斑[2]。

關于《天象論》講稿的完成時間存在一些推測和爭論。書中可以追溯其歲月的線索大概有以下幾個：第一，提及以弗所大廟失火，該事件發(fā)生于公元前356年，亞里士多德當年29歲；第二，提到一個大彗星，該事件發(fā)生于公元前341（或340）前，亞里士多德當年44（或45）歲，為王子亞歷山大的師傅；第三，提及他在夜間看到一個彩虹，特別絢爛，并說這是他50年間第二次目睹的異象。由此判斷亞里士多德從很早以前，就搜集相關資料，到公元前335年，即50歲左右重返雅典，建立了呂克昂學院后，歷時20多年完成了這部講稿。但是，也有觀點認為這本書應該和《生滅論》、《動物之構造》等同時開始，因為那些書中涉及到了《天象論》的語句，這本書的某些語句又照應了《動物之構造》的很多章句，按照這些推論，亞里士多德完成著作的時間必須在公元前335年以前。不管哪種觀點更加符合真實情況，我們目前能夠判斷的是，《天象論》一書成稿歷經20多年，是一部對氣象領域影響深遠的巨著[3]。

1.2《天象論》的章節(jié)內容

現(xiàn)在留存的亞里士多德《天象論》包括四卷，是由兩個各為系統(tǒng)的講稿整合起來的，其一為第一、二、三卷，另一為第四卷。前三卷的主題為“氣象學”，也就是今天所談及的大氣圈層內的現(xiàn)象，書中也部分涉及了山川河海、地震等地學領域的內容。第四卷敘述的是和物理、化學相關的若干內容，與前三卷內容差異較大。前三卷內容為亞里士多德本人編撰并已經被學術界公認和接受，關于第四卷的內容是否為本人所著尚存不少爭議。由于第四卷的內容與氣象學領域關系稍遠，因此，本文關于《天象論》的研究重點關注于前三卷。

第一卷包括十四章：第一章為綜述；第二章介紹運動的永恒、地球的圈層；第三章介紹地球及其和太陽的關系，第四章介紹了流星的成因，第五章介紹彩虹；第六章講先人的彗星觀點；第七章講亞里士多德個人的彗星觀點；第八章介紹天河；第九章介紹圈層中的現(xiàn)象，如云、霧和雨等；第十章介紹露和霜等；第十一章具體講云的形成；第十二章講對雹的認識；第十三章講風；第十四章講洪澇與干旱。

第二卷包括九章：第一章講海洋，重點介紹先人的觀點；第二章講海岸線的進退；第三章講海內鹽質的來源；第四章講風、雨和季節(jié)；第五章詳細介紹希臘的風向以及四季的變化；第六章和第五章繼續(xù)講風；第七章講地震；第八章講地震成因；第九章講閃電。

第三卷包括六章：第一章講臺風；第二章講日暈、月暈的發(fā)生，提及了折射、散射等；第三章繼續(xù)講暈；第四章重點講為什么虹是三色；第五章講虹為什么形狀為半圓；第六章講“日柱”和“假日”。

2　　《天象論》的主要觀點［3］

2.1對天、地和宇宙的認識

2.1.1尋找“地球是圓形”的證據(jù)

亞里士多德是人類歷史上第一個尋找多方觀察證據(jù)來驗證“地球為圓形”這一結論的科學家。他接受、繼承并發(fā)展了他老師柏拉圖的觀點，不僅認為地球是圓形的，還試圖尋找各種證據(jù)來驗證這個結論。在觀察天象時，他發(fā)現(xiàn)月食時地球投在月球表面上的陰影的邊緣為圓弧形，用以證明地球為圓球體。亞里士多德指出的另一個證據(jù)是，讓一個人向北方行進時，各種星辰離地平線的高度就增加，這只能在地球是球形的情況下才有可能發(fā)生。基于這一論斷，亞里士多德還推論，地球上各個地區(qū)的可居住性和緯度有關，靠近赤道的區(qū)域可能太熱導致人類無法居住，遠離赤道的寒帶也不適于居住，人類只能生活在兩者之間的溫帶地區(qū)。他甚至還推想，在赤道之南還存在一個類似的南溫帶。

2.1.2建立宇宙的分層模型

亞里士多德接受古希臘數(shù)學家尤多薩斯（Eudoxus）的理論，認為宇宙是以地球為核心的球形體，宇宙中所有星體都是圍繞著地球做有系統(tǒng)的向心運動。宇宙由兩個區(qū)域構成：一是月球軌道以外的區(qū)域，稱為天球圈（celestial sphere）；二是月球軌道以內直至地球中心的區(qū)域，稱為地球圈（terrestial sphere），兩者緊挨相鄰，卻不黏合。天球圈涉及天體問題，充斥著第五元素以太，是造成諸多星體（如水星、金星、太陽、木星和土星等）的材料，地球圈涉及的則是大氣現(xiàn)象的問題，這一圈內，地、水、氣（風）和火由內而外依次做同心圓狀環(huán)繞分布。但是，這四種元素不是完全規(guī)則地呈向心狀分層，例如陸地在海水水面之上，火也常在地球內部燃燒（如巖漿）。并且，這四種元素也是動態(tài)變化和轉換的，例如，太陽熱可在地面上產生熱干的火，地面上的水受到太陽熱力作用后，也可蒸發(fā)成水汽等。此外，這四種元素中，最多變的元素為氣和火，地球受到太陽熱后，可產生兩種噓出物，冷濕噓出物為蒸汽，可上升為氣圈層，熱干噓出物為風，可透過氣圈，上升至火圈，由于氣和火的多變性，氣和火這兩個圈層在高度上很難明確劃界。

2.2對降水的認識

2.2.1探索降水的原理

關于降水是如何產生的這個問題，亞里士多德收集了先前自然哲學家們的見解，對其進行了更深入的討論、反駁及推論。他認為，產生降水根本的原因在于太陽圍繞著地球運轉。太陽在運轉的過程中，產生了合成和分解作用。地面上的水受到太陽光照后，產生上升的熱干噓出物（風）和冷濕噓出物（蒸汽），冷濕噓出物在高空失熱冷卻凝結，形成水，繼而降落于地面。他還推論，若熱干噓出物比較盛行，則未來數(shù)年內將多風而干燥，若冷濕噓出物較為盛行，則未來數(shù)年內將多雨而潮濕。此外，亞里士多德還根據(jù)降水量的多少，定義了不同的降水類型，以微小的水滴下降的稱之為“濛濛（毛毛雨）”，以大滴傾瀉的稱之為“豪雨（淋雨）”。

2.2.2分析露、霜、雹和雪等天氣過程

基于對降水原理的認識和分析，亞里士多德進而對霜、露、雹和雪等天氣現(xiàn)象的產生進行了分析和解釋。地面上的水受太陽熱后，如果熱量不足以讓白天形成的蒸汽上升得那么高，在夜間，經冷凝降落，變?yōu)槁丁．斦羝焕淠伤氨槐鶅觯托纬伤嘏貐^(qū)及溫暖的季節(jié)更容易出現(xiàn)露，而在冬季以及寒冷地帶更容易形成霜。他還推論，露一般由南風形成，因為露的形成需要溫和的氣候；霜一般不會出現(xiàn)在山上，因為高山的空氣流動過于強勁，在凝合之前蒸汽就被風吹散了。

對于雪的形成，亞里士多德認為其成因和霜極為類似，只是在量級上存在差別。地面上的蒸汽被冰凍后形成了霜，同樣地，云被冰凍后就形成了雪。所以，雪也是寒季或寒地的產物。關于雹的形成，則稍顯復雜。亞里士多德觀察發(fā)現(xiàn)，雹是一種冰，但極少出現(xiàn)于冬季，常出現(xiàn)在秋季和春季。他通過對暴雨的形成原理推論，蒸汽在高空被外圍熱包圍，水還未降落到地面，就迅速冷凝冰凍，成為雹下降至地面。他還認為，把水預先加熱，可以促進冷凍的速度，由此推論，暖季和暖的地區(qū)快速受熱的水在空中更容易冷凝形成雹。

2.3對風的認識

2.3.1分析風的形成

亞里士多德討論的各種大氣現(xiàn)象中，關于風的研究占據(jù)分量最多。他反駁了前人認為風雨本質相同的觀點，并用自然中的現(xiàn)象來論證個人觀點。例如，地理位置相似的區(qū)域受太陽影響相似，按理說降水情況類似（如降水充沛），但事實上，有些地方會局部反常（如干旱）。他認為，產生這種現(xiàn)象的原因是這個地區(qū)大部分遭遇了冷濕噓出物，但是局部地區(qū)則遭遇了熱干噓出物，就形成與大范圍氣候不一樣的現(xiàn)象。此外，他還對風和雨的關系做了分析，提出了“雨降時，風跟來，風來到，雨下落”等觀點。

2.3.2對風場進行分類

在對風的觀察及形成理論的基礎上，亞里士多德對風場做了詳細的描述。他提出最為盛行的兩種風場是南風和北風。他認為，太陽總是從東邊升起西邊落下，對于地球的南端和北端，太陽沒有升落的概念，只能是靠近或遠離。因此，在南北端區(qū)域內所形成的云靠近太陽軌跡的邊沿，當太陽靠近時，噓出成為蒸汽，當太陽遠離時，就會產生降水甚至暴雨。這些區(qū)域承受著最大的雨量，相應地其噓出物也會最多，而這些噓出物恰好就是風。因此，地球上比較強烈的風一般都是從南方或者北方吹來的。亞里士多德還推論，北風從北極而來，非常寒冷，南風從最南地區(qū)而來，熱量很多，也叫做熱風。對于北風多于南風的原因，亞里士多德給出了自己的看法：“第一，我們居住著的地區(qū)，正靠近北方；第二，另一地區(qū)處于太陽和太陽行程之下，這就有更多的雨和雪被催逼到我們這一地區(qū)。這些經融化而為大地所收，當他們隨后為太陽熱和地球的內熱所加溫時，就發(fā)生較大、較廣的噓氣”。

2.3.3定義風的方向

在西方，最早確定風向的是巴比倫人和希伯來人，他們對風進行了分類，并確定了4個方向。但是，因為當時羅盤針尚未發(fā)明，因此很難再對其進行詳細的分類。亞里士多德在前人對風向分類的基礎上，借助了天文學上的方位，如春分和秋分時的日出、冬季的日落、中日等太陽位置上的變化來更詳細地區(qū)分風向。亞里士多德將平面圓盤分成了12個相等的扇形，用H、K、Z、B、Δ、N、Θ、M、Г、A、E和I分別表示12種風和風向（如圖1），在圖中，亞里士多德對每個符號的風向都起了對應的名字，如K代表梅色風（Meses），I代表色拉基風（Thrascias）等。他還指出，兩個相反方向的風不能同時吹，“必有其一為另一所抵制而歇了吹勢”，如果兩個風不是完全相反方向的，則能夠同時并行。此外，方向相反的風一般吹于相反的季節(jié)，例如，在春分時期，盛行的是開基亞風和夏季日出處以北吹來的風，在秋分時節(jié)盛行的則是力伯斯風等。亞里士多德對飆風的產生也做了一定的解釋，他認為，飆風一般發(fā)生在秋季，其次在春季。其原因一般是由于當一支風還在吹著的時候，另一支風又緊逼著追逐上來，于是風由于接踵而加強。

圖1　亞里士多德分類的12種風及風向［3］Fig. 1 Twelve kinds of wind by Aristotle

2.4虹和暈的光學原理初探

2.4.1描述虹和暈等現(xiàn)象的特征

通過對天氣現(xiàn)象的觀察，亞里士多德發(fā)現(xiàn)，暈是一個全圓，一般會環(huán)繞在太陽、月亮和諸星周圍，暈在白天和夜間都可能會發(fā)生，但在黎明和傍晚不太常見。虹則不是一個全圓，虹的弧段最多不會超過一個半圓，當太陽位置比較高時，圓大弧段小；日出和日落時，圓小弧段大。關于虹的出現(xiàn)時間，他認為，秋分之后白天變短，整個白天都可能會有虹出現(xiàn)，夏季的午間，則不會有虹出現(xiàn)。亞里士多德還觀察與暈、虹類似的另一天氣現(xiàn)象：假日和日柱，他認為假日和日柱一般都出現(xiàn)在太陽的旁邊，出現(xiàn)時間總是在日出或日落時，大多是在日落之際太陽的旁邊出現(xiàn)。此外，假日極少和太陽同時出現(xiàn)，并舉了一個讓他印象深刻的特例：在博斯普魯，人們看到了兩個假日和太陽一同升起，并且整個白天都存在，直到太陽落山。

2.4.2分析虹和暈等現(xiàn)象的形成原因

對于虹、暈和假日等天氣現(xiàn)象產生的原因，亞里士多德認為，它們的成因本質是相同的，都是因為反射作用引起的視覺印象，只是因為所反射的物體有的是太陽，有的是其他明亮物體，造成了反射表層的差異，因此表現(xiàn)出了不一樣的形態(tài)。現(xiàn)在，我們知道了虹和暈主要是由于光學的反射和折射造成的，假日和日柱等則主要是由于光學折射造成的。亞里士多德將這些現(xiàn)象都歸結為光學的反射存在一定的片面性和局限性。在探索分析虹、暈等現(xiàn)象形成原因的同時，亞里士多德還利用幾何原理進一步討論了暈為何成圓形、虹為何不能形成半圓以上的弧段等一系列問題，縝密的推理和超強的想象力都讓當代人嘆為觀止。

2.5對災害天氣現(xiàn)象的認識

2.5.1研究閃電與雷擊

除了關注奇妙的大氣現(xiàn)象外，亞里士多德特別關注了具有破壞性的一些災害性天氣現(xiàn)象。例如，他基于對干濕噓出物的分類，研究了閃電與雷擊的性質和緣由。他認為，大氣受熱產生的干噓出物在空中冷卻的過程中，陷入了大氣之中，當云層凝縮時，內陷的干噓出物就撞擊其周圍的密云，由此碰撞造成的轟轟聲響就是人們常說的雷。同理，投射出來的風，燃起一陣明纖的弱火，就是通常說的閃電。他認為，這種干噓出物在地表中成風，在地下引起地震，在云中則產生雷電。

2.5.2推斷臺風生成的原因

對于臺風的形成，他做了如下推測：當?shù)孛嫔系娘L與另一對向吹的風相遇，風的前行路徑受阻，并被后面吹來的風推著向前，被逼著向沒有阻力的地方側吹，氣流如此持續(xù)性地相繼逼進，于是便形成一個旋轉的單體，也就是圓形漩渦。從云中出來的風也是相似的方式，因為云的密度，風不能脫離出云以外，就按照與地面風類似的方式旋轉，隨后，由于云在失去熱度的邊側處常常冷凝，于是下降，由此形成的現(xiàn)象。如果是無色的尚未成熟的云飆，就成為臺風；倘若有了顏色，像著火一般的，就稱為火旋風。亞里士多德通過觀察還推斷，臺風不會從北方過來，因為北方的凝霜與寒冷將干擾和抑制臺風的生成。

3　討論

除了上述幾個方面之外，亞里士多德在地震、海洋和川流等方面也有很多精辟和獨到的見解。對比同一時期中國古代的氣象學觀點，在先秦時代，中國深受陰陽五行思想的影響，和古希臘一樣擁有了很多氣象學知識。遺憾的是，古希臘的亞里士多德將其整理成了《天象論》，而中國的氣象學思想散落在古人的天文書籍、諸子百家小說和筆記文獻中，需要后人深入挖掘、仔細尋找[7]。從這點上來看，中西古代氣象學歷史上最大的差別在于，西方出現(xiàn)了亞里士多德這位氣象學鼻祖，他對天氣的討論不僅僅是停留在對大氣現(xiàn)象的興趣上，而是開始引領氣象學向科學的殿堂邁進，盡管由于時代的局限性，他的一些認識片面并存在錯誤，但是，至少在以下幾個方面有諸多值得當代人學習之處。

首先，盡管由于時代的閉塞落后和局限性，亞里士多德對大氣現(xiàn)象的很多解釋在今天看來是奇怪的，但是應當承認，他對自然現(xiàn)象的研究是基于經驗觀察和受常識性理論支持的，他所重點討論的諸多大氣現(xiàn)象如風、降水和雷電等問題至今仍舊是氣象學領域研究的重點和難點。

其次，在亞里士多德所處的時代，他對宇宙、地球和大氣的認知是一種新觀點和新理論，例如他認為打雷先于閃電，這一觀點盡管不正確，但在當時卻打破了前人普遍認為的閃電先于打雷的共識，這種勇于挑戰(zhàn)先哲的品質值得后人學習。

再次，亞里士多德在闡述大氣現(xiàn)象時，既重視經驗證據(jù)的重要性，也承認基本理論的重要性，既重視對前人理論的繼承，又能夠不受前人經驗的束縛，他這種注重實際又不脫離理論的科學分析問題的方法至今仍值得借鑒。當然，由于他的許多觀點來源于直接觀察和推論，并受時代發(fā)展的局限，所以并不一定正確。

致謝：衷心感謝中國氣象局許小峰研究員和兩位評審專家對本文給予的指導和幫助。

［1］加勒特·湯姆森. 亞里士多德. 張曉林， 譯. 北京： 中華書局， 2002.

［2］劉昭民. 西洋氣象學史. 臺灣： 中國文化大學出版部， 1981.

［3］亞里士多德.天象論宇宙論. 吳壽彭， 譯. 北京： 商務印書館， 1999.

［4］楊萍， 葉夢姝， 陳正洪. 氣象科技的古往今來. 北京： 氣象出版社， 2014.

［5］汪子嵩. 希臘哲學史. 北京： 人民出版社， 1993.

［6］伏古勒爾. 天文學簡史. 李珩， 譯. 桂林： 廣西師范大學出版社， 2003.

［7］洪世年， 劉昭民. 中國氣象史——近代前. 北京： 中國科學技術出版社， 2006.

Aristotle and His Meteorologica

Yang Ping
（China Meteorological Administration Training Centre， Beijing 100081）

Aristotle is a prominent Greek scientist in meteorology. The Meteorologica， which he finished in about 340 B.C.， is the earliest meteorological treatise. It successfully led the knowledge of the weather phenomenon as a kind of systematic science. This article combeds through the views of Meteorologica, focusing on the areas of rain, wind, rainbow, lightning and so on, in order to offer some help to the study of meteorological history.

Aristotle, Meteorologica, weather phenomenon, meteorological history

10.3969/j.issn.2095-1973.2016.03.022

2015年6月5日；

2015年8月14日

作者：楊萍（1981—），Email: zz96998@163.com

資助信息：中國氣象局氣象干部培訓學院“氣象科技史研究”項目；國家自然科學基金(41375069）