自畢達(dá)哥拉斯以來，天球、地球的兩球宇宙模型一直是希臘宇宙理論的基礎(chǔ)。希臘化時代有兩位著名的學(xué)者立足于經(jīng)驗觀測和理性判斷，確立了地球、天球概念。他們中一位是埃拉托色尼（約公元前275年—前194）　，科學(xué)地確立了地球的概念，并定量地確定了地球的大小。另一位是希帕克（約公元前190年—約前120）　，創(chuàng)立了球面幾何，為定量描述天球的運(yùn)動提供了數(shù)學(xué)工具。

埃拉托色尼，是亞歷山大城圖書館館長，青年時代在柏拉圖的學(xué)院學(xué)習(xí)過。他最著名的成就是測定地球的大小，其方法完全是幾何學(xué)的：假定地球真的是一個球體，那么，在地球上不同的地方，太陽光線與地平面的夾角是不一樣的，只要測出這個夾角的差以及兩地之間的距離，地球周長就可以算出來了。

埃拉托色尼發(fā)現(xiàn)：離亞歷山大城約800公里的塞恩城（今埃及阿斯旺附近），夏日正午的陽光可以一直照到井底，因而這時候所有地面上的直立物都應(yīng)該沒有影子。但是，亞歷山大城地面上的直立物卻有一段很短的影子。他認(rèn)為：直立物的影子是由亞歷山大城的陽光與直立物形成的夾角所造成。從地球是圓球和陽光直線傳播這兩個前提出發(fā)，從假想的地心向塞恩城和亞歷山大城引兩條直線，其中的夾角應(yīng)等于亞歷山大城的陽光與直立物形成的夾角。按照相似三角形的比例關(guān)系，已知兩地之間的距離，便能測出地球的圓周長。埃拉托色尼測出夾角約為7度，是地球圓周角（360度）的五十分之一，由此推算地球的周長大約為4萬公里，這與實際地球周長（40076公里）相差無幾。

希帕克生于小亞細(xì)亞西北部的尼西亞（即今土耳其的伊茲尼克），像阿基米德一樣，他在亞歷山大里亞受過教育，但學(xué)成后又離開了那里。希帕克斯在愛琴海南部的羅得島建立了觀象臺，制造了許多觀測儀器，收集并且仔細(xì)研究了巴比倫和希臘的天文觀測記錄，發(fā)明了球面幾何，改進(jìn)了關(guān)于太陽、地球、月亮相對大小和距離的計算。他算出月亮直徑是地球的三分之一，月亮和地球的距離是地球直徑的33倍，這和現(xiàn)代計算的數(shù)值只相差10%左右。

希帕克創(chuàng)立本輪—均輪體系。本輪—均輪模型認(rèn)為，每個行星有一個大天球，它以地球為中心轉(zhuǎn)動，這個天球叫均輪。但行星并不處在均輪上，而是處在另一個小天球上，這個小天球的中心在均輪上，叫本輪。行星既隨本輪轉(zhuǎn)動，又隨均輪轉(zhuǎn)動。由此，希帕克發(fā)展了地心說，建立了一套描述和計算星體運(yùn)動的辦法。他提出每個星體有自己的圓周軌道運(yùn)動，就是本輪運(yùn)動；各個本輪的中心又以地球為中心進(jìn)行圓周運(yùn)動，就是均輪運(yùn)動。這樣就可以解釋太陽、月亮和行星對地球的運(yùn)動關(guān)系。根據(jù)觀測計算，可以確定本輪和均輪的位置和大小，制定出數(shù)字表；根據(jù)這些數(shù)字表，就可以預(yù)測太陽、月亮和行星的位置，預(yù)測日食和月食。