天文学，这门古老的科学，其起源与人类文明的曙光紧密相连。在古埃及，尼罗河的周期性泛滥为农业提供了肥沃的土地，而天文学的诞生正是为了预测这些自然现象，以便更好地安排农事活动。
古埃及天文学家通过对天文的深入观察，特别是对天狼星与太阳相对位置的观察，发展出了一套独特的历法系统。这一系统不仅对季节和时间的确定更为精确，而且对古埃及的农业生产至关重要。
古埃及的历法周期为1461天，这个周期是太阳与天狼星同时升起的周期，也称为天狼星周期。古埃及人将天狼星偕日升的那一天作为新年的开始，这一天标志着尼罗河在孟菲斯泛滥的开始，对农业具有重要的指示意义。
古埃及人将一年分为三个季节：泛滥季、播种季和收获季，每个季节四个月，每月30天，年末加上五天作为节日，全年共365天。这种历法与尼罗河的周期性泛滥紧密相关，因为尼罗河的泛滥对农业生产至关重要。古埃及人通过观察天狼星和太阳的相对位置来预测尼罗河的泛滥，从而安排农业生产。
古埃及的天文学家还注意到，天狼星的周期与太阳年的周期非常接近，但存在微小的差异。他们发现，以365天为一年，则比实际一回归年（365.25天）少了0.25天，120年过去则少了30天，1460年之后就会少365天，正好接近于一年。这种对天文周期的精确观察和计算，展示了古埃及人在天文学和数学方面的高超技能。
古埃及的历法和时间测量系统对后世的历法制定产生了重要影响。他们将一天划分为24个小时，每小时又进一步划分，这种时间划分方式后来被世界各地广泛采用。古埃及人还发明了水钟来测量时间，这是早期的计时工具之一。
古埃及的历法对后世产生了深远的影响，尤其是在公元前46年，罗马统帅盖约—儒略—恺撒在埃及天文学家索西琴尼的帮助下，对罗马的历法进行了一次全面的修改，形成了著名的“儒略历”。儒略历以太阳年为基本单位，将一年分为12个月，其中7个大月每月31天，4个小月每月30天，2月在平年有28天，在闰年有29天，每四年增加一个闰日，使得历年平均长度为365.25天。然而，由于儒略历的历年比实际的回归年略长，大约每128年就会有一天的误差，导致春分的日期逐渐提前。
到了16世纪，天文学家已经发现儒略历与实际太阳年的累积误差达到了10天，这对以春分日为基准确定复活节日期的基督教会来说是一个严重的问题。因此，1582年，教皇格里高利十三世决定进行历法改革，采用了意大利医生兼哲学家阿洛伊修斯-里利乌斯制定的历法，即“格里历"。格里历的主要改革是调整闰年的规则，规定除非是能被400整除的世纪年，否则不设立闰年，这样每400年只有97个闰年，平均历年长度为365.2425天，与实际的回归年365.242199074日非常接近，从而大大减小了误差。
格里历的实施导致了1582年10月“凭空消失"了10天，即从10月4日直接跳转到10月15日，这是为了纠正儒略历积累的误差。这一改革在当时引起了不小的争议，但最终被大多数国家接受，并逐渐成为世界上广泛使用的公历。
美索不达米亚的苏美尔人和古巴比伦人在天文学上有着显著的发展，他们对天文学的贡献不仅包括了对天文现象的观察和记录，还涉及到了历法的创立和使用。
苏美尔人是古代美索不达米亚地区的居民，他们对天空和星体运动进行了观察、研究和记录。他们注意到了太阳、月亮和行星的运动，并用文字记录下这些观察结果。苏美尔人还观察到了行星的运动，记录了金星和火星的运动轨迹，并与其他星体进行了比较。他们发现行星的运动是不规则的，与其他星体的运动有所不同。此外，苏美尔人还记录了一些重要的星座和星体，并将其与神话和宗教信仰联系起来。
古巴比伦人继承并发展了苏美尔人的天文学知识，他们发明了太阴历，将一个月定义为月球绕地球一周的时间，即大约29.5天。古巴比伦人还引入了闰月的概念，以调整阴历年与太阳年之间的差异。他们通过观察月亮的圆缺变化规律，制定了太阴历，一年分为12个月，每月以月牙初见为开端，月亮最圆的一天为月中，月亮再次变成月牙的那天为一月的终结。古巴比伦人还通过设置闰月来解决年日不足的问题，即每两三年增加一个闰月，使得一年有13个月。
此外，古巴比伦人对五大行星的运动轨道观察得相当准确，并将星宿与诸神联系起来，创造了现代“星期”的雏形。他们把每天视为一个星神值勤的日子，七天一轮回，分别以日、月、火、水、木、金、土七个星球的名称来命名，这就是通行的七天一星期的来历。古巴比伦人创立的星期制，首先传到古希腊、古罗马等地，后来随着文化和宗教的传播，逐渐演变成了现代的星期制度。
古希腊天文学在理论深化方面取得了显著成就，特别是在数学和宇宙模型的构建上。毕达哥拉斯学派将天文学视为数学的一个分支，他们认为“万物皆数”，并且是第一个认识到晨星和昏星实际上是同一颗星——金星的学派。毕达哥拉斯学派的菲洛劳斯提出了宇宙由十个天体围绕中心火焰旋转的模型，这显示了他们对宇宙结构的深入思考。他们还提出了地球是球形的观点，这是基于对海上船只消失现象的观察以及理性的推断。
柏拉图的学生欧克多索提出了地球中心的宇宙模型，这个模型使用了多个同心球来解释天体的运动。他的模型中，地球位于宇宙的中心，周围是一系列同心的天球，每个天球上都镶嵌着不同的天体。欧克多索的模型能够大致符合当时的天文观测，但无法解释行星的逆行和停、留现象。
随后，亚里士多德进一步发展了这一模型，他提出了56个天球的同心球体系，以抵消外层天球的运动，使得内层天球能够按照观测到的方式运动。亚里士多德还引入了偏心圆的概念，即地球不在天球的中心，而是稍微偏离，这有助于解释太阳的运动。
喜帕恰斯，生活在公元前190年至公元前120年之间，是古希腊最杰出的天文学家和数学家之一。他对天文学的贡献是多方面的，其中最为人所知的是他发明了三角学这一数学工具，极大地提高了天体运动测量的精确度。
在天文学方面，喜帕恰斯为了测量天球上的角度和距离，制作了人类历史上第一张“和弦表”，这张表可以看作是三角学的开端。他设想的圆半径为3438个单位，每7.5度为一个增量，这使得他能够更精确地测量天体的位置。喜帕恰斯的“和弦表”本质上就是正弦表，他所设想的圆半径和角度的精确测量，为后来的天文学家提供了宝贵的资料，并且对三角学的发展产生了深远的影响。
喜帕恰斯还首次提出了星等的概念，将星星根据亮度分为不同的等级，这一体系至今仍在使用。他编制了一份包含1022颗恒星的星表，这是人类历史上最早的恒星目录之一。通过比较他自己的观测数据与前人的观测数据，喜帕恰斯发现了岁差现象，即春分点沿黄道西移的现象，他计算出春分点每100年西移1°，这是对地球自转轴摆动现象的最早发现。
在数学方面，喜帕恰斯的工作对后来的天文学和三角学有着深远的影响。他的和弦表为三角函数的发展奠定了基础，使得后来的天文学家能够更精确地计算天体的位置和运动。他的工作被后来的托勒密所继承和发展，托勒密在他的《天文学大成》中扩展了喜帕恰斯的和弦表，为三角学的进步做出了重要贡献。
喜帕恰斯的成就不仅在于他的观测和测量，还在于他对天文学理论的贡献。他的工作标志着从神话宇宙论向理性宇宙论的转变，为后世的天文学和科学发展奠定了基础。尽管他的著作没有流传下来，但他的观测数据和方法被后来的学者所继承和发扬，对天文学史产生了深远的影响。
在《天文学大成》中，托勒密提出了地心说，即认为地球位于宇宙中心，其他天体如太阳、月亮和行星都围绕地球运动。他利用了当时以及历史上的观测数据，特别是继承了喜帕恰斯的工作，通过复杂的数学模型，如本轮和均轮系统，来解释天体的运动轨迹。
这些模型虽然在现代看来不反映宇宙的实际结构，但在当时能够相当精确地预测天体的位置，对航海和历法编制有着重要的实用价值。《天文学大成》成为了之后1300年中世纪欧洲和伊斯兰世界天文学的基石，直到16世纪哥白尼的日心说提出，地心说体系才逐渐被取代。
托勒密的《地理学》是古代地理学的重要著作，它详细描述了地球的形状、大小、经纬度的测定方法，以及地图投影的方法。在这部作品中，托勒密使用了经纬度坐标系统来描述地理位置，这在当时是一个创新的方法。他提出了地图上绘制经纬度线网的概念，并测量了地中海一带重要城市和据点的经纬度。托勒密还提出了地图投影的概念，给出了圆锥投影和球面投影两种方法，这些方法能够将球面地球转化为平面图像，使人们在二维平面上也能够清晰看到三维空间的地理关系。
托勒密的地图投影方法包括圆锥投影和球面投影，这些方法能够更准确地展示地球的形状和各大洲的相对位置。他的世界地图首次采用了“上北下南”的定向方式，并以符合球体的扇形方式展开，这一方式不仅符合人们的视觉习惯，而且有利于人们在地图上准确地判断方向。这一创新也被后来的地图绘制者广泛采用，并一直沿用至今。
托勒密的《地理学》中详细地列举了世界各地大约8000个地方的经纬度，这些数据为后世的地图制作提供了宝贵的资料。然而，托勒密的地图也存在一些局限性。例如，他低估了地球的周长，这一点在后来哥伦布发现新大陆的过程中起到了一定的影响。托勒密并未采纳埃拉托斯特尼较为精确的测量结果，而是接受了叙利亚数学家波希多尼的估算，这导致他的世界地图在某些地区的形状和大小上发生了变形或失真。
尽管存在局限性，托勒密的《地理学》对后世的地图制作产生了深远的影响。他的地图理论仍然是地形图和世界地图绘制的标杆，直到16世纪，许多制图学家在16世纪的进展提供了强大的刺激，托勒密的投影法受到非议，由此导致各种新投影法的问世。托勒密的《地理学》为后人提供了世上最早的有数学依据的地图投影法，它不仅是珍贵的历史文化遗产，更是现代地形图绘制的标杆。
托勒密的地图在中世纪欧洲和伊斯兰世界被广泛接受，并作为天文学的基础理论长达1300多年。他的地图在15世纪初，随着文艺复兴的兴起，地理学家们渴望扩大自己的知识视野，开始将注意力投向古代地理学著作，托勒密的《地理学》也重获新生。后人根据《地理学》中详细地列举的世界各地大约8000个地方的经纬度和地图投影方法绘制出托勒密式的世界地图。欧洲人通过不断完善，最终形成了我们现今看到的相对精密的托勒密世界地图。
