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作者：汪洁

出版社：北京时代华文书局

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星空的琴弦试读：

在本书中，你会读到天文学发展史上的重要人物和故事。但我的重点并不在历史本身，如果你误把这本书当成了一本正儿八经的科学正史书，那么你很可能会失望。我并不想写一本传统意义上的科学史书，而会用我这颗想象力丰富的大脑杜撰一些故事性的情节，让很多历史上的名人说一些我想让他们说的话。我也完全有可能为了把一处知识的来龙去脉、前因后果讲清楚，而不惜把发生在多个不同的历史人物身上的事集中到一个人身上。因此，我在这里要再三地给你打上预防针，本书采用了很多虚构的小说化手法，书中描写的事件情节、人物对白都不能保证真实性和准确性。但我努力想做到的是：通过这些小说化的情节表达的知识都是准确无误的。

不过在我的观念中，科普的首要目的在于普及科学精神。科学精神是一种思维模式、思考方式，也是一种对待万事万物的理性态度，它包含不可分割的四个方面——探索、怀疑、实证和理性。比如说，某人告诉你一个结论：吸烟会导致女性的乳房下垂，并且给你看了他统计的几千份样本数据，这些数据确实表明吸烟女性的乳房情况要明显坏于不吸烟的女性，你是不是会立即信服他的结论呢？如果是的话，说明你的科学精神还不够，因为，具备科学精神的人会认为他的这个研究方法只证明了相关性，并不能证明因果性。吸烟和女性乳房的情况确实呈现一定的相关规律，但并不能就此肯定吸烟是导致乳房下垂的原因。很可能真实的原因是吸烟的女性往往是作息习惯不够规律的一群人，或许这才导致了她们的乳房下垂，并且可能还不是唯一的原因。

如果要证明吸烟同乳房下垂具有因果性，则必须经过一系列的科学实证，也就是通过实验的方式来验证。首先实验的整个设计必须要在逻辑上严密，并且实验过程必须符合严格的控制条件，可重复、可独立验证，以及符合概率统计规律。

同样的道理，我们经常会说啤酒肚，似乎喝啤酒会导致肚子变大，这也是一个用相关性概念偷换因果性概念的典型例子。实证只是科学精神的一个方面，除此之外还有探索、怀疑和理性等几个不可或缺的方面。总之，三言两语确实很难把科学精神说透，而科学精神的建立也绝不是看了几本科普书，掌握了一些科学定律以后就能轻易获得的。

本书的写作思路是这样的：通过讲述天文学史上的小故事，展示科学家们追寻科学真相的思维方式和他们的求证方法，让科学精神慢慢地注入到你的头脑中，因为他们的做法是科学精神的最好注解。我始终坚持的一点就是：比科学知识更重要的是科学精神。实际上，没有人能够通晓人类所有的科学知识，也没有人能够永远准确无误地说出各门学科涉及的数字，但是，科学精神却是人人都有可能掌握的。有了科学的精神，我们才能更加理性地认识世界。不轻信，不盲从，提高去伪存真的能力，给自己一双更加明亮的眼睛。

为什么我要确立这样的一种写作目的？那是因为当我对科学史了解得越多，我的心中就越是充满遗憾。无论是西方人还是中国人自己写的科学史书，都鲜有提到中国人的名字。已经发生的都成了历史，不可能再有什么改变，但是我们今天的努力却可以改变未来。中华民族的子孙要能对未来的科学发展做出大的贡献，科学精神的普及是一个关键。

人类文明走到今天，任何一个小学生都知道：地球是圆的；地球的自转产生了白天和黑夜；太阳是太阳系的中心；我们的地球和其他行星一样绕着太阳公转。这些常识看上去是多么天经地义，到处都是支撑这些常识的证据。

可真实情况是，如果我们把文明的起点定义为文字的发明，也就是公元前3200年苏美尔人创造出楔形文字的时代，那么人类文明差不多要经历2700多年，也就是到了公元前500年左右的古希腊时代，才有人开始认识到大地其实不是平的。又要经过2000多年，也就是到了公元十五世纪的大航海时代，这个观点才被人们普遍接受（遗憾的是，中国是最晚普及“地球”概念的民族之一，普通中国人一直要到清末才开始知道自己脚下的大地其实是个大圆球）。而哥白尼提出地球不是宇宙中心的观点也是文明诞生4600多年之后的事情。这些你看来是天经地义的“常识”并不是那么的“平常”，这些知其实来之不易。

在经历了无数的坎坷和反复之后，人类才终于能够对宇宙的基本概貌有一个正确的认识。可能读到这里，会有读者非常不屑地说：“你是在代表人类自恋吧？历史无数次地告诉我们，所有那些曾经自以为‘正确’的知识最后总是会被推翻的，你凭啥大言不惭地说我们对宇宙的概貌已经有了一个正确认识？”坦诚地讲，有人能说出这番话，至少表明他们是具备了一定知识的人，但恰恰是这些不完整的知识又造成了他们对科学精神的重大误解。

我们常常会说，牛顿否定了亚里士多德，而爱因斯坦又否定了牛顿，但是如果你简单地认为从亚里士多德到牛顿的错误与牛顿到爱因斯坦的错误是一样的话，那么你犯的错误就比牛顿和亚里士多德加起来所犯的错误还要多。实际上，现在的中学物理仍然在学习着被爱因斯坦“否定”了的牛顿力学，而且即便是到了几万年以后，这种情况也不会改变，因为牛顿力学足以解决我们在日常生活中遇到的所有力学问题。用牛顿的公式计算出来的水星运行轨道相比用爱因斯坦的公式计算出来的，每年只会偏差不到1角秒，这里的“角秒”是一个天文学上的角度单位，等于1/3600度，也就是在手表的两个整点之间再划分120个等份，每一个等份就是1角秒。

因此“否定”这个词在科学定理上是与我们日常生活中的口语有很大不同的，科学定理只会被不断地“修正”，极少极少会被“完全推翻”，而历史上曾经被完全“推翻”的科学理论几乎只会发生在几百年以前，就连哥白尼的日心说也不能说是完全推翻了托勒密的地心说。人类文明进入到近现代以后，就再也没有被完全“推翻”掉的科学理论了，以我所掌握的科学知识，我是一个也没想出来。正如美国著名的科普作家阿西莫夫指出的：在科学中，错误与错误之间是有相对性的，不是所有的“错误”之间都能划上等号。

最早的时候，人类认为地球是一个平面，这个认识其实并不可笑，因为地球的曲率只有0.000126，以古人唯一的交通工具——双腿，和唯一测量工具——双目来考察，平面地球是在他们的观测精度下面得出的科学结论。后来古希腊的科学家发现地球是一个球体，那是因为人类的活动范围大大增加了，这个活动范围已经大到让古希腊的科学家们观测到了一个现象，那就是在同一个时刻不同地点的太阳照射倾角是不同的，正是这个观测精度的提升，使人类终于又朝着真相迈进了一步。

到了十八世纪，人类的活动范围已经扩大到了全球，大航海世纪对测量的精度要求大大增加，于是人类对地球进行了更加精确的测定，结果表明地球不是一个正球体，而是一个扁球体，但赤道直径和两极直径仅仅相差44千米，换言之，地球的扁率仅仅是0.34％。

等到了二十世纪，卫星上天以后，人类的测量精度已经可以达到头发丝那么细的级别，我们又发现地球其实并不是一个上下完全对称的扁球体，北半球比南半球稍微鼓起来一点，但这一点点仅仅是几米的差别，相对于地球的大小来说，也就是百万分之一的差别。你可以看到，人类对地球的认识是与人类所能观测到的精度直接相关的。在我们具备的观测精度下面，科学理论总是与之匹配，所有科学理论的修正都是在观测精度有了大幅度的提升后才具备了实用意义。因此，我不得不遗憾地提醒那些活在正确和错误绝对化的精神世界中的朋友们，虽然按照你们的理解，一切现在自认为正确的知识都是错的，但是我们的地球绝不会到了下一个世纪就变成六面体，再到下一个世纪又变成面包圈，我们对地球形状的认识差不多已经到头了。

今天，在微观上，我们已经可以探测到100亿亿分之一米大小的尺度；而在宏观上，已经拍到了距离我们132亿光年的天体图像。我们已经对身处的这个宇宙有了一个基本的认识：地球只不过是太阳系中一颗适宜生命的行星，太阳系不过是银河系中的一个恒星系，银河系也不过是本星系群中的一个涡旋星系，而本星系群又不过是宇宙中无数个星系群中的一员。我们这个宇宙诞生于138亿年前的一次大爆炸，我们的宇宙不但在膨胀，而且在加速膨胀。不论不论时代进步到什么时候，这些我们已知的天文知识都不会发生根本性的改变，这一切知识的来源都有着不平凡的经历，一代又一代天文学家耗费了毕生心血，把人类对这个世界和宇宙的认识提升到了一个又一个新的高度。

现在，我将带你回到过去，在一个个激动人心的天文大发现的历史现场，你将和科学家们一起感受当时的兴奋，也体会他们探索的艰辛。新知识从来不会从天上掉下来，只会来自人类中那些好奇心最强的一群人，是他们的好奇心和执着的探索精神，让我们这些生活在太阳系中一个蓝色行星上的两足动物，窥探到了宇宙的奥秘。

这就跟我出发吧！汪洁2017年4月一、大地的形状

我们的故事要从2500多年前的古希腊开始讲起。

这里所说的古希腊，并不是古时候的希腊，现代希腊除了在地理位置上和古希腊有很多重合外，基本上没有半毛钱关系。古希腊不是一个国家概念，而是一个地域概念，指的是2500多年前欧洲南部、地中海东北部，围绕着爱琴海的那一片土地。

在爱琴海边上的巴尔干半岛上，生活着一群见识远远超过同时代地球人的古希腊人。那个时候的古希腊政治民主，思想开放，言论自由，因此诞生了一个又一个了不起的人物。

在一个秋高气爽的日子，数学家毕达哥拉斯（Pythagoras，前572年～前497年）风尘仆仆地回到了自己的祖国希腊。他这几年一直在埃及和巴比伦游学，收获颇丰，自己的思想也逐渐变得成熟起来。毕达哥拉斯对数字有着一种近似于疯狂的热爱，他可以随口说出自己的裤子是由几块布料缝制的，今天一共走了几步路，从上一次跟人争辩到今天过去了几天。总之，在毕达哥拉斯看来，这个世界就是由数字组成的，任何事情他都要分解为数字去研究。但他平生最害怕的就是被问到头发和胡子的数量，如果不是技术的原因，他早就想把自己的头发和胡子全部剃掉了。

毕达哥拉斯今天的心情十分愉快，天空万里无云，阳光温和地洒在身上，祖国的土地散发出收获季节特有的芬芳气息。此时的毕达哥拉斯站在一座小山坡上极目远眺，在目力的尽头，天地连为一线，他心中泛起无限感慨，大自然的和谐之美深深地打动着毕达哥拉斯。突然，他的脑子里浮现出一个问题：为什么天是圆的，而地却是平的呢？自古以来，不论是希腊的先哲们，还是来自文明史更加悠久的埃及和巴比伦的先哲们，都告诉人们天空就像是一口倒扣着的锅，覆盖着平整的大地。在天与地的尽头，就是天边，当然天边很远很远，至今也没有人能真正走到过天边。这种天圆地“方”的假想似乎很符合我们眼睛所能看到的景象，然而先哲们对于大地之下到底是什么却从来没有一个统一的说法。有的人认为我们的大地是被一只巨大的乌龟驮着的，而这只乌龟又被另一只乌龟驮着，如此循环往下没有尽头。毕达哥拉斯每每想到这个解释都会忍不住笑出来，他完全不相信这种说法，而且这种想法出自哪里已经很难考证了。毕达哥拉斯总觉得，这一定是某个无知的糟老太婆的幼稚想象。

埃及和巴比伦那边的智者通常认为大地其实是一个半球形，在大地的尽头是万丈深渊，而我们这个半球形的大地不需要被任何东西驮着。天比地要大得多，没有什么真正的“天边”，如果你走到天边，你依然会看到天离我们很远，因为我们的大地就处于这个“天”之中，漂浮在空气之中。

今天，毕达哥拉斯对这个半球形的大地模型突然感到非常别扭。这么多年以来，学习和思考得越多，他越觉得世间万物要么就是完美的几何图形，要么就是由和谐无比的数字组成的。在所有平面的形状中，圆形是最完美的，而在所有的立体形状中，球形是最完美的。“所以说”，毕达哥拉斯想，“我们这个宇宙一定是和谐、完美的，而我们的大地无论如何不可能是一个不完美的半球形，它一定是一个完美的球形；天上星辰的运动也一定是完美的圆形。自然之美其实就是图形和数字之美，这是我发现的宇宙奥义。”

当毕达哥拉斯把大地是个球形的想法告诉他的学生们时，引起阵阵惊呼。有学生就忍不住问：“先生，如果我们的大地真是个球形的话，为什么我们拿一张地毯可以平整地铺满整个地面，而没有一点凸起的地方呢？”

毕达哥拉斯指着身边一棵三人合抱的大树说：“看，这棵树上有一只蚂蚁正在爬，我敢保证，在这只蚂蚁看来，这棵树的表面也是平的，蚂蚁的眼界太小了。人类在大地上，就像这只蚂蚁，我们的目光能看到的距离实在太有限了，所以才会认为大地是平的。”

突然有一个学生惊恐地叫了出来：“先生，有件事情，好可怕。”

毕达哥拉斯：“可怕？什么可怕？”

学生：“俺……俺有点，不敢说。”

毕达哥拉斯：“你说吧，老师这么和蔼，怕什么。”

学生：“那要是，我们，这么一直走，一直走，岂不是就会掉下去了？好可怕啊！”

毕达哥拉斯想了想，说：“其实，这个问题我也想过。我认为，大地很大很大，虽然是个球形，但是我们根本走不到那么远。老师曾经到过很远很远的埃及和巴比伦，也没有感到脚下的大地倾斜了哪怕一点点。所以，我们这个大地一定是很大很大，大到了远远超乎我们所有人的想象。当大地逐渐倾斜到一定角度的时候，那里一定寸草不生了，会有很长很长的一个荒芜的过渡带，那真是在很远很远的地方，或许用我们的一生都走不到那里呢。”

学生：“听您这样说，俺的心情平静了一点，谢谢先生。”

另外一个学生问：“先生，有没有什么证据可以支持大地是球形的观点呢？”

毕达哥拉斯回答：“你在这个大自然中看到的一切就是证据啊，小同学。你看那滚圆的水滴，看那皎洁的月亮，初升的红日，看那美丽的彩虹，这个大自然中最美丽的平面图形就是圆形，最美丽的立体图形就是球形。我们的大地是大自然一切美的根基，包含了这个宇宙中一切最美丽的事物，大地本身一定是美的最高表现形式，它不可能不是个球体。我无法想象美丽的月亮或者太阳如果不是圆形的，而是三角形的话，这个世界会变成什么样。”

毕达哥拉斯就是这样一个人，他是个狂热的数字和几何图形崇拜狂，他认为天地万物的本质无不由和谐的整数和优美的几何图形构成。他的这种观点，在当时是超过同时代的大多数哲学家的，因而毕达哥拉斯拥有众多学生和追随者，由他开创的毕达哥拉斯学派曾经创造过许多辉煌。在这个数字和谐思想的指引下，毕达哥拉斯和他的学生发现了直角三角形三条边的数学关系并证明了这个关系（毕达哥拉斯定理，也叫勾股定理），发现了整数倍的弦长一起震动可以构成美妙的和声。当越来越多大自然与整数的惊人规律被发现后，毕达哥拉斯愈加坚定了大地是球形的观点。

然而，毕达哥拉斯却不屑于去寻找大地是球形的证据，他认为自己在数学中的发现已经足够证明这个观点了。但是，对于当时的世人来说，任你毕达哥拉斯怎么思辨，大家仍然普遍认为大地是平的，偶尔有人提起毕达哥拉斯惊世骇俗的观点时，也都一笑了之，连反驳的兴趣都没有。缺乏证据，是毕达哥拉斯球形大地说最大的软肋。用思辨代替实证是人类早期的哲学家们最普遍的一种思维模式，实际上，在古代，哲学和科学并没有什么明确的界限，中国的古代先哲是最爱思辨的，我们拥有无数的思辨型经典著作，但很难找到一本开启实证思想的著作，实证思想的源头还是要从古希腊去寻找。

毕达哥拉斯死后100多年，一个叫做亚里士多德（Aristotle，前384年～前322年）的哲学家突然站了出来，再次宣称大地是球形的。他的观点在知识分子圈中引起巨大反响，不仅因为他有着响亮的名气和声望，最重要的是，亚里士多德提出了几个重要的证据。

亚里士多德是这么对大家说的：“当你在海边看一艘帆船远离你而去，总是先看到船身消失，然后再看到桅帆消失，而不是看到它们同时缩小成一个越来越小的小点最后看不见。反过来，当帆船向你驶来的时候，你总是先看到桅帆，再看到整个船身。请问，假如大地是平的话，你们谁能合理地解释这个现象？”

有人回答说：“或许海面上空气的透明度是随着高度而变化的，船开到了远处，下面的空气重，透明度没有上面的好，所以我们就看到船是从下往上逐步消失的，其实这只不过是空气跟我们变的一个魔术而已。”

亚里士多德回应：“晕，你可真能想，好吧，就算是一个解释吧。那我再问一个，如果你们有过晚上长途跋涉的经历，应该跟我一样发现一个有意思的现象，那就是如果我朝北极星的方向一直走，身后就会有一些星星逐渐消失在地平线上，而我的前方总是会慢慢升起一些星星。当然，你要走的时间足够长才行。请问，这难道不是一个最好的证据吗？”

没想到，众人纷纷说：“老师啊，我们从来没赶过这么长时间的夜路啊，不知道你说的是真的假的哦！”

亚里士多德急了：“各位，你们要是不信，今天晚上就试试看。但我还有一个终极证据，我看你们这次信不信服？”

亚里士多德拿起一根木棍在地上画了一个歪歪扭扭的圆圈，然后问道：“你们知道这是什么吗？”

众人问：“什么东西？”

亚里士多德回答：“月亮，这是月亮。当发生月食的时候，我们会看到月亮慢慢地落到地球的影子中。”他边说边拿起木棍在圆形的月亮上面画了一些弧线。

有人插嘴说道：“月食我见过很多次了，确实如先生所画的，月亮的边缘是一个圆弧形。”

亚里士多德马上接过话头，大声说：“没错，这就是我们的大地是个球体的最好证据，它在月亮上的影子明确证明了这一点，你们可以等待下一次月食来临的时候仔细观察。”

有人说：“先生，可为啥月食产生的原因是月亮被地球的阴影遮住了呢？我记得先生的老师柏拉图先生好像说过月亮和太阳都绕着我们转，它们自己就会发光啊。”

亚里士多德：“吾爱吾师，但吾更爱真理。我老师柏拉图错了，月亮不会自己发光，它只是反射太阳的光而已。”

亚里士多德提出来的这三个证据引起很大反响，同时也导致了广泛争议。他是第一个通过实证的方式而不是思辨的方式，去思考我们身处的大地的形状的人。他提出的三大证据在今天看来是那么确凿无疑，但是，在2000多年前的希腊，人们却不能接受大地是球体的这个论断。

并不是古人的智商比现代人低，事实上，人类的智商在5000多年中并没有明显提升，现代人的“聪明”只是知识积累和教育水平提升所造成的假象。古代的先哲们之所以很难接受“地球”这个客观事实的真正原因，依然是那个让毕达哥拉斯也想不通的问题：如果地球真的是球形的，那么为什么我们不会走着走着就脚朝上头朝下“掉下去”呢？

我想再三提醒我的读者，这并不可笑，而是一个非常严肃的问题。以至于在此后的2000多年中，有很多聪明无比的古代科学家们都被这个问题折磨一生，他们的常识（上下观念）和观测到的证据（大地是球形的）产生了严重的矛盾，直到一个叫做牛顿的惊世天才横空出世，才结束了他们的梦魇，让他们再也不会在恶梦中“掉下去”了。这是后话，我们暂且不表。人类理性的光辉到现在为止，只不过是一个刚刚冒出了一点点微弱火光的小火苗，但这个小火苗即将慢慢地扩大开来。二、日月星辰的变化

太阳东升西落，日复一日，年复一年；人们日出而作，日落而息。这幅景象自人类诞生以来，就几乎从未改变过。一个孩子自懂事开始，就会问这个朴素的问题：为什么会有白天和黑夜？这个在今天看来简单得不能再简单的问题，却在人类历史上引发过持续上千年的世纪大辩论，古代的先哲们为此伤透了脑筋，磨破了嘴皮。这个问题之所以重要，因为它事关日月星辰运行的根本大法，是打开宇宙奥秘的第一扇大门。

一个普通人就能用自己的眼睛发现，太阳升起，大地一片光明；太阳落下，则夜幕降临，虽有月亮和星光，但它们无法带来光明。所以，任何人都可以由自己的观察得出结论：太阳的东升西落带来了白天和黑夜。一次太阳东升西落的周期，人们称之为“一日”。

如果你每天晚上都观察月亮，你会发现月亮每天升起的时间总是会比前一天晚上晚48分钟，而且月亮总是会从一个弯弯的弓形慢慢地变成满月，然后又慢慢变弯，如此周而复始。这样的一个周期，人们称之为“一月”。

太阳和月亮的变化规律，我们每一个普通人很容易就能注意到，然而星星的变化规律，就不是每个人都能注意到的了。如果你从今天开始，每天晚上到同一个地点去观察头顶的美丽星空，坚持观察一年并且非常勤快地做好记录的话，那么你应当能注意到这样一些情况：

我们头顶上的绝大多数星星都在整体缓慢地向一侧移动，例如：你每天晚上都记录一下天狼星刚好位于远处一棵树梢尖上的时刻，就会发现，天狼星每天都会提早4分钟到达这个指定位置，而整整一年后，天狼星又会在同一时刻出现在与一年前完全相同的位置。年复一年，周而复始。

如果你把所有星星在一个夜晚走过的路径连接起来，就会发现它们整体绕着北极星旋转，而这颗北极星似乎永远处在同一个位置，一年四季从不变化。人们把这些每年同一时刻都处在同一个位置的星星称为“恒星”。图2-1　美丽的星轨照片（内蒙古鄂托克旗　　华佳俊拍摄并合成）

但是，天上还有五颗很特别的星星，虽然它们只是星星中的九牛一毛，但是你却很容易发现它们（至少能轻易地发现其中的四颗），因为它们是天空中最亮的那几颗。这五颗星星每天晚上在天空中的位置都是不同的，而且亮度也会发生变化。人类一定是很早很早就注意到了这五颗星星，中国人根据传统的五行学说把它们称为：金星、木星、水星、火星、土星。而西方人则把它们叫做：Venus（爱神维纳斯）、Jupiter（众神之王朱庇特）、Mercury（信使神墨丘利）、Mars（战神马尔斯）、Saturn（朱庇特的老爸农业神撒图尔努斯）。

这五颗星星在天上的运动变化真可以用“神出鬼没”来形容，它们时而出现在早上，时而出现在傍晚；有时候朝这个方向运动，有时候又朝着完全相反的方向运动。有些星星会整夜整夜地消失很多天，然后又突然冒出来，它们的出没似乎完全没有规律可循，尤其是这五颗星星互相之间排列成的图形，那就更是千变万化了，没有一个晚上会重复，也没有任何一年的任何一天会重复（这些千变万化的图形是占星家们有饭吃的保障，如果每天的图形都一样，占星家们就得集体失业）。这五颗星星相对于满天的繁星来说，就好像是五个会行走的异类，因此，人们把这五颗星星称为“行星”。

太阳、月亮、五大行星、恒星构成了望远镜发明之前的全部可见宇宙，在人类文明诞生的前4700多年中，这四种天体几乎就是占星家们的全部家当[1]。在古代，占星家就是天文学家，他们之间没有区别。这些天体为什么会呈现这样的变化规律，又该如何精确地预测它们在天空中的位置，这些问题让一大批古代先哲们痴迷不已，他们争先恐后地提出自己的观点，各种学说粉墨登场，蔚为壮观。

首先登场的是毕达哥拉斯学派，“掌门”毕达哥拉斯的观点是这样的：

宇宙的中心是球形的地球；地球外面被一圈球形的天空包裹着；天空的外面是一圈称之为“和谐”的球。在这个“和谐球”里面，距离地球由近及远运行着五大行星、月亮、太阳，再外面一圈就是“天界”，恒星在里面运行，“天界”之外就是一圈永不熄灭的天火。所有的这些天体都围绕着地球做着匀速圆周运动。

然而毕达哥拉斯的一个学生菲洛劳斯（Philolaus，前480年～？）却提出了异议：“先生，您的这个观点从数学上来说，还是不够和谐。是您亲口教导我们，宇宙中的万物规律必然在数学上是和谐完美的。”

毕达哥拉斯有点小不高兴，反问道：“那你说说看，怎么就不和谐了呢？”

菲洛劳斯谦卑地说：“先生，我们来数一下，地球、月亮、太阳、金、木、水、火、土、恒星球，一共是9个天体，对不对？但是9这个数字明显是不对的。我记得您教过我们，这个世界上只有1、3、6、10才是神圣的四重数，因为这些数字刚好能组成一个完美的等边三角形。因此，我认为，天体的数量一定是10个，而不是9个。”

毕达哥拉斯呆了一呆，有点儿小尴尬，不得不附和说：“说得对，说得对，我怎么忘了这茬儿！呵呵，老师看来的确是年纪大了。”

菲洛劳斯：“我的观点是，必然还有一个天体存在，只是我们看不到它，因为它始终处于地球反面的位置，我把它称为‘反地球’，加上了这个天体，宇宙就和谐了。谢谢大家，我的发言完了。”

下面掌声一片，菲洛劳斯的观点得到毕达哥拉斯学生们的广泛支持。

然而，过了没多久，有一个叫做柏拉图（Plato，约前427年～前347年）的年轻人提出了疑问：“如果所有的天体都是绕着地球做匀速圆周运动，那么为什么五大行星会时而顺行时而逆行，甚至有时候会一连好几天都待在天上的同一个位置不动呢？”这个柏拉图就是日后那个大名鼎鼎的唯心主义的代表人物柏拉图，亚里士多德的老师。

毕达哥拉斯的追随者们都沉默了，其实他们的心中也早就有这样的疑问，只是碍于面子，不好意思提出罢了。

柏拉图继续说：“我提出这个疑问并不代表我反对毕达哥拉斯的观点，我也认为地球毫无疑问是宇宙的中心，天体绕着我们做着匀速圆周运动。但是，这些奇观的现象又是客观存在的，它的背后一定存在着某些我们还没发现但又符合宇宙和谐规律的原因，需要我们这一代人去‘拯救现象’。”“拯救现象”是天文学史上一个很著名的词，在古代天文学的研究中，观测到的现象与当时的理论不相符是常有的事，因此每每出现一个不符合理论预期的现象，就需要被“拯救”一番。在2000多年中，人类中的那些才俊们就是不断地在拯救各种各样的现象。

柏拉图的这席话被他的一个叫做欧多克斯（Eudoxus of Cnidus，前408年～前355年）的学生默默地记下了，他开始潜心研究导师留下的这道难题。为了解决五大行星的乱动问题，欧多克斯天天食不知味，夜不能寐，一心扑在这个难解之谜上。

终于，欧多克斯没有辜负导师的期望，他想出了一个绝妙的“同心球”理论，成功地解释了五大行星的反常运动现象。这绝对是一个天才的构想，按照今天的标准来看，欧多克斯智商应该在170以上，参加奥数比赛拿金牌肯定没问题。欧多克斯的理论说起来有点费劲，大家要有点耐心：

首先，恒星位于一个极大的天球上，这个天球绕着地轴旋转着，这样就造成了恒星的运动。然后，太阳、月亮、五大行星的运动则是若干套同心球体系的匀速圆周运动的组合结果。欧多克斯拿火星举例，火星就是典型的时而逆行、时而顺行的行星。欧多克斯说，火星其实是被四个透明的同心球带着运动，这四个同心球一个套一个，最外面那个球是绕着地轴运动的。火星被这个球带着运动，在我们看来就是每天晚上东升西落，但是火星的运动还会被其他三个同心球的运动带动，毫无疑问，它们都做着完美和谐的匀速圆周运动。但每个同心球的自转轴都不一样，自转的方向和速度也不一样，只要适当选取各个自转轴的取向和各个球的旋转速度，就可以使这些运动的组合与火星“奇怪”的运动轨迹相符合。图2-2　同心球理论示意图

我为什么说欧多克斯能得奥数的金牌，因为他的这个方案需要非常精深的几何知识，而且巧妙到令人窒息，还不会错。我们用现代数学可以证明：任一曲线运动都可以用多个圆周运动的叠加来表示。如果发现行星的运动用4个同心球不够，就可以继续增加，从理论上来说只要同心球数量足够多，再复杂的运动曲线也能模拟。

欧多克斯最后给五大行星分别套了4个同心球，太阳和月亮套了3个，再加上最外面的恒星天球，一共就是27个。后来，人们果然发现球不够用了，于是欧多克斯的后继者们就继续增加同心球的数量，越加越多，最后，经过大师级人物亚里士多德的改进和完善，同心球理论达到了它的巅峰。亚里士多德为这个改进后的理论起了个更加动听的名称：水晶球模型。这套理论模型在很长的一段时间内雄霸江湖，无人匹敌。

就这样，欧多克斯拯救了毕达哥拉斯和柏拉图的理论，使这套理论的信徒越来越多，成了当时古希腊天文学的主导学说。我们应当看到，欧多克斯是值得赞扬的，他的理论是人类天文学发展史上的一个里程碑。

因为在他之前，毕达哥拉斯、柏拉图他们对宇宙的思考都基本上停留在思辨的阶段，而欧多克斯则第一个开始用几何学的思想和理论来真实地模拟天体的运动。正因为有了这个方法，人类才有胆量去预测天体的位置，天文学因此逐渐开始有了脱离哲学和占星术的原动力。

当然，离真正脱离还有将近20个世纪的漫漫长路要走，但这毕竟是一个开端。在欧多克斯之前，五大行星组成的图形是来自神的启示，人类只能在观察到以后战战兢兢地去揣测神的意图，占星家也因此能成为一个高薪的职业（不过风险也很高，弄不好要掉脑袋）。

在欧多克斯之后，人类理性的小火苗正式窜了起来，摇曳在风中，虽然摇摇晃晃、看上去随时会熄灭，但已经没有什么力量能阻止它的燃烧了。

然而，不管是欧多克斯的同心球理论，还是亚里士多德的水晶球理论，都存在着一个致命的漏洞，这个漏洞存在了将近一个世纪都没有人指出。这就好像美女脸上的一个小痘痘，因为脸型实在太完美了，谁都不忍心把这个小瑕疵放大了仔细看，谁也不愿意去破坏这个美女在人们心目中的完美形象，直到一个叫做阿波罗尼（Apollonius，约公元前262年～前190年）的古希腊数学家兼天文学家把它残忍地指了出来。

[1]　除此之外，还有偶然出现的扫帚星（彗星）、客星（超新星）、流星等不常见天体。三、古代天文学之大成

早在阿波罗尼之前，人们就注意到五大行星不仅是运动的方向经常发生变化，它们的亮度也会发生变化，阿波罗尼第一个指出，这个亮度变化是同心球理论的致命漏洞。按照同心球理论，五大行星与地球的距离是永远不变的，并且根据毕达哥拉斯学派的宇宙数字和谐的思想，这五大行星与地球的距离也应该符合简单的整数比的关系。但是，如果五大行星与地球的距离不变，那么为什么它们的亮度会发生变化呢？根据当时人们普遍相信的理论解释，五大行星发光是反射“天火”发出的光芒，因此它们的亮度只跟距离有关，即便是亮度要发生变化，也应该是同时发生变化，而不应当是各自发生变化。

这的确是同心球理论无法解释的一个现象，这个存在了将近一个世纪的理论遇到空前危机。阿波罗尼用他那颗非凡的数学脑袋，在同心球理论的基本框架下面又提出了另外一个模型，完美地解决了行星亮度变化的问题。阿波罗尼是这样解释他的理论的：“各位，同心球也好，水晶球也好，其实都不对，行星的运动并不是被好多个互相嵌套的球带着跑。”“不是球那是什么？”“是轮子！”“轮子？”“对，就是轮子。当然，我指的轮子是一个虚拟的轮子，行星运动的轨迹是一个个的轮子。首先，每个行星本身都绕着一个中心点做匀速圆周运动，这个运动的轨迹形成的轮子我称之为‘本轮’；而本轮的中心点又绕着地球做着匀速圆周运动，这个中心点的运动轨迹形成的轮子我称之为‘均轮’，请看下面这张示意图。”图3-1　本轮均轮示意图“看到了吗？从地球望过去，行星就会做时而顺行时而逆行的运动，并且我们还可以从该图中看出，行星到地球的距离也是在不断地变化着，这就是为什么行星的亮度也在不断变化的原因。”

阿波罗尼说完，得意地一笑，他是有资本发出得意的笑声的，因为阿波罗尼的思想整整超前了那个时代400多年。在此后的400多年中，与阿波罗尼具备同样思想的天文学家并不多，本轮均轮理论也和同心球理论长期并存，并且一直处于下风。这种局面终于在四个多世纪之后发生了彻底改变，这是因为又一个天才的出现。他是天文学界公认的古代天文学的教父级人物，也是第一个能够正确预报日食、月食以及行星排列图形的天文学家，能做到这一点，在当时的人类看来，就是有着近乎于上帝的能力。在他死后的整整15个世纪中，天文学的所有标准教科书都在教授他的理论，他就是克罗狄斯·托勒密（Claudius Ptolemaeus，约90年～168年）。

托勒密的祖籍是希腊，他深受古希腊文明的熏陶，精通古希腊人发展出来的天文学、数学、哲学、物理等学科。他本人是罗马帝国的公民，生活在亚历山大城。托勒密一生痴迷天文学，并且是真正的实干派，醉心于天文观测，在他的观测室中摆满了别人或者他自己发明的各种天文观测仪器。每到晴朗的夜晚，托勒密总是聚精会神地观测五大行星的运动，认真测量并记录各种数据。除了观测，托勒密对前人的理论也是如数家珍，但是，他对天体运动的观测越深入，就越是对前人的理论感到不满。他有一种迫切的使命感，觉得非常有必要总结前人的所有理论，然后再结合自己的实际观测数据，完成一部古往今来盖棺定论式的天文学著作。

托勒密首要思考的一个问题是：日月星辰每天都要东升西落，这是所有天体的共同规律，造成这个现象的数学原理到底是什么？托勒密遍查所有的典籍，按照最“正统”的理论解释，原因是所有的天体都在一个每天转一圈的“同心球”或者“本轮”上。他也查到前人一些不同见解，尤其是一个叫做阿里斯塔克斯（Aristarchus，约公元前310年～前230年）的古希腊天文学家、数学家的大胆观点引起了托勒密的特别注意。

阿里斯塔克斯认为，日月星辰之所以会每天东升西落，原因很简单，那就是我们的大地，也就是“地球”每天都要自转一周，从我们的角度看过去，就变成了日月星辰每天绕着我们转了一周。然而，阿里斯塔克斯却提不出什么证据来佐证他的这个观点，之所以会有这样的观点，完全是出于一种数学考虑，他认为用地球自转来解释日月星辰的视运动是最简单和谐的。

托勒密是从阿基米德（Archimedes，公元前287年～前212年）的著作中读到阿里斯塔克斯这个观点的，托勒密深为所动。因为托勒密也深受毕达哥拉斯学派的影响，对数学也有着一种洁癖，深以为宇宙符合简单和谐的数学美。然而，托勒密很快就否定了“地球自转”这个可笑的想法，他是这么说服自己的：“如果脚下的大地一直是在转动的话，那么天上的云彩为啥不会集体向西飘去呢？我向上扔起一块石子，它总是会落回我的手上，如果我是随着大地一起转动的话，那么抛出去的石子在落回来的时候，肯定要往西偏一个角度了。虽然从数学上来说，地球自转是最简单的解释，但从物理法则上是完全说不通的。”

托勒密最终果断地抛弃了地球自转的想法，重新回到了“正统”的观点上。在当时的年代，托勒密的思考完全是合乎逻辑的，他无法想象，假如地球自转，抛出去的石子怎么会落回原地？这是一种非常朴素自然的观点。我想再次强调的是，古人的智商一点也不比我们低。你知道地球在自转是从课本上学来的，可是你真的理解地球的自转吗？现在问你个问题：我们经常听说从中国坐飞机到美国和从美国飞回中国需要的时间不同，那么造成这个现象的原因是什么？我回答你：因为地球在自转。如果迎着地球自转的方向飞，当然会早一点到达目的地，反过来自然要晚一点到达。如果你对我的这个回答频频点头的话，那么我很遗憾地告诉你：你完全错了。如果把你放到2000年前的古代，你必定可以从抛起来的石子落回原地这个现象上得出地球绝不可能自转的结论。实际的情况是，坐飞机来回中美花费的时间和上面那个听上去合理的地球自转的解释刚好相反，迎着地球自转方向飞反而要花更多的时间，因为真正影响飞行时间的原因其实是大气环流对飞行速度的影响。

一直要到托勒密死后1500年，才诞生了一位叫做伽利略的伟大科学家（Galileo Galilei,1564年～1642年），是他揭示出抛上天空的石头依然落回原地的物理规律，那是一个了不起的发现。本书的后面会大篇幅介绍伽利略，现在你仍然需要点耐心，继续听我讲托勒密的故事，人类的发现之旅远比你想象得更艰辛。

托勒密在认真思考和总结了前人的思想后，画出了一个基本的宇宙图像。图3-2　托勒密的宇宙图像

在这幅图像中，托勒密阐述了他的基本宇宙观：

1．球形的地球在宇宙的中心，静止不动。

2．月亮和五大行星在本轮和均轮上做着运动。

3．太阳只有均轮没有本轮。

4．水星和金星的本轮中心始终位于日地连线上，该连线一年中绕地球转一圈。

5．火星、木星、土星到他们各自本轮中心的直线总是与日地连线平行，这三颗行星每年绕各自的本轮中心转一圈。

6．恒星天每天绕地球转一周。

7．日月和五大行星除了各自的本轮均轮运动外，还会跟着恒星天一起绕地球转一周。

其实，画一幅宇宙的图像并不是什么真正了不起的事情，在托勒密之前，不知道有多少人画过各种各样的宇宙图像，只要愿意，是个人就可以拿起树枝在地上画一个他心目中的宇宙图像，并阐述自己的理由。人人都可以用哲学思辨的方式思考宇宙的图像，然而普通人只能停留在思辨上，思辨并不能带来真正的科学发现。除了哲学思辨，我们更需要的是数学计算和观测实证。托勒密的伟大之处就在于他不是仅仅停留在哲学思辨上，他为每个本轮均轮都根据自己的天文观测详细设计了大小、角度和速度值，并且以此来计算预测天体的位置。如果自己的预测和实际观测到的现象不相符，他就会修正各种参数或者增加本轮的数量。随着计算和观测的深入，本轮的数量越加越多，到后来，本轮的总数已经增加到了80个之多。然而，即便是有了80个本轮，羊皮纸都已经被画得没法看了，天体位置的预测仍然有着不小的误差，托勒密为此恨恨不已。

转机来自一次偶然的发现。这一天，托勒密倘佯在浩瀚的古籍中，他打开一本已经残破不堪的古籍，发现其中记载了一位叫做依巴古的神童的生平，他仅仅活了19岁。但就是这位天才少年通过长期不懈的天文观测，发现了很多让现代人都惊叹不已的天文学现象。比如，他通过各地对日食的观察记录（不同的地方月亮对太阳的遮挡程度不同，有的地方是全食，有的地方是偏食），计算出地球到月亮的距离是59～67个地球半径，这与我们今天知道的60个地球半径已经非常非常接近，那可是在2100多年前啊！而真正引起托勒密注意的是依巴古的另一项重大发现：四季持续的天数不均匀。

按照正统的观点，太阳绕着地球运动的轨迹是一个正圆，那么一年四季应当是完全均分的。依巴古对春分、夏至、秋分、冬至的时间点都做了精确的观测记录，这些时间点其实就是太阳在天空中视位置仰角来回摆动的变更点。例如你仔细观察一颗树的影子长短在一年中的变化，你会发现每天同一时间影子的长短都是不一样的，从夏至到冬至，从冬至到夏至，总是逐渐变长再逐渐变短，而由至长点变短、由至短点变长的那个时刻正是冬、夏季节变化的分界点，或者你详细记录每天太阳升起的不同时间，也可以找到季节变化的临界点。依巴古发现，秋天最短，是88.125天，冬天是90.125天，春天最长，是94.5天，夏天是92.5天。为什么会有这种现象呢？依巴古指出，这是因为地球不在太阳圆周运动的中心点上，而是在一个偏心的位置上。图3-3　依巴古指出地球处在偏心的位置

一语点醒梦中人，托勒密看到依巴古的这个发现后，犹如醍醐灌顶，他立即修正了自己的宇宙模型，把地球的位置从正中心挪开一点点，放到了一个偏心的位置上。做出这个小小的改变之后，奇迹出现了，计算值和观测记录的相符合程度大大地增加了，天体的一切运动似乎都回到了“合理”的范围内。在这个新模型中，托勒密对天体预测的精度大大增加，他为此兴奋得手舞足蹈，终于可以动笔写书了。

在公元2世纪中叶，托勒密的晚年，耗费了他一生心血的鸿篇巨著《天文学大成》终于完成。这是一部里程碑式的天文学著作，总共十三卷。第一卷，基本内容概述；第二卷，预备知识；第三卷，太阳运动；第四卷，月亮运动；第五卷，测定和推算月地距离和日地距离；第六卷，日月食计算；第七、八卷，岁差、恒星星表；第九至十三卷，五大行星的运动。这部天文学巨著是人类历史上第一部系统阐述天文学的著作，它是集古代天文学之大成之作，在此后的1500年中，它将成为无人敢于挑战的成熟理论，同时也成为天文学的教科书。一本教科书1500年不改版，这在人类历史上不敢说空前绝后，但肯定是极为罕见的了。

虽然我们现在都知道，托勒密的宇宙观已经被修正了，然而，这在当时依然是人类智慧的伟大胜利。用托勒密的理论可以相当准确地预报日食和月食，误差时间在一小时以内，也可以基本预报五大行星的运动位置，误差时间只在几天之内。

从毕达哥拉斯到托勒密，至此，古代天文学的发展基本上就划上了句号，柏拉图提出的“拯救现象”这一世纪难题也基本上得到了完美的解决。

我知道，此时你心里很有可能在想一个问题：那我们中国人呢？中国人创造了那么灿烂辉煌的中华文明，在这几千年中，中国人又是如何思考我们的宇宙的呢？四、中国古代天文学思想

中国古人在对天象的观测和历法的制定上起步很早，早在战国时期的魏国，就出现了一位名叫石申的天文学家，他与楚人甘德测定并精密记录下的黄道附近恒星位置及其与北极的距离，是世界上最古老的恒星表。他还系统地观察和记录了五大行星的出没规律。到了元朝，天文学家郭守敬制定出了当时世界上最先进的一种历法，叫做《授时历》。

因他们作出的卓越贡献，他们的名字连同另外三位中国古代科学家（祖冲之、张衡、万户）的名字一起，被用来命名月球背面的五座环形山。不过，天象的观测和历法只是天文学很小的一部分，并没有深入到天体运行的本质规律中。

什么是历法呢？从本质上说，历法就是我们人类对太阳、月亮详细观测记录的大综合，越是精确的历法，越能体现历法制定者对天体运动位置的观测精度。在这一点上，古代中国人无疑是走在世界最前列的。

古代中国拥有世界上最成建制的天象观测机构，并且对负责人有着极为严苛的要求，如果耽误了天象观测的记录，最严重的甚至会被砍头。因此，在历朝历代都极为重视天象记录的传统文化下，中国人的天文观测记录是世界上最详细、最整齐、最规范的，没有之一。按道理，中国人没有理由不率先认识到太阳系的真相，可惜遗憾的是，一直到明清时期，在中国的知识分子中，最主流的思想依然认为天圆地平，依然认为所有天体都绕着地球转。

在古代中国，主要流行着三种关于天地结构的思想，分别是盖天说、宣夜说和浑天说。现在我来简单地介绍一下这三种思想。

盖天说认为天圆地方，也就是“天圆如张盖，地方如棋局”，这也是最早的有关天地结构的文字记录，最符合人们的视觉体验，与全世界人民最初的想法都是一样的。

宣夜说解释起来稍微麻烦一点，这个派别认为：天就是由无尽的气组成的，日月星辰全都漂浮在无边无垠的气体中。但是我查遍资料，也没查到宣夜说怎么描述天地关系以及大地的形状，权且认为宣夜说不太关心地，只关心天。

浑天说则是中国古代流传最广、影响也最深的一种天地观，代表人物之一是张衡，他在《浑天仪注》这本书中这样写道：“浑天如鸡子，地如蛋中黄，孤居于内，天大而地小。”

有很多人误以为张衡的这句话表明他已经认识到大地是圆形的，实际上在学术界这种误解是不存在的。比如，在南京大学出版社的《图解天文学史》的第63页写道：“还须指出，中国古代在天地结构图像上，盖天说和浑天说两派都没有明确认识到地球是球形的”。

另外一本由中国科学技术出版社出版的学术专著《中国古代天文学思想》的第132页，作者写道：“从张衡以后到元代以前很长的年代中，几乎没有人明确从张衡的上述比喻引出地球是圆球体的结论，张衡自己大约也不曾将鸡蛋黄的形状直接作为地形的比喻，因为他仅是说“地如蛋中黄”，而不是说“地形如蛋中黄”。在这本学术专著中，作者详细地把张衡以及所有浑天学派的文字记载列出，并逐一做出了具体的考证，最后给出了一幅浑天说对天地结构描述的示意图，这幅图如下：图4-1　张衡浑天说示意图

从这幅图我们可以看到，大地是漂浮在水面上的一个半球形，水面上的部分是平的，水面下的部分是个半球形，日月星辰绕着大地旋转，日月星辰时而挂在天上，时而落入水下。是的，古代中国人确实认为日月星辰都是可以在水中穿梭的。

如果把我们现在已知的天地结构作为标准答案，那么浑天说似乎更接近真相一些。但在我看来，从科学精神的角度而言，这三种学说其实并无高下之分，因为它们都是从最感性的观察体验出发，然后用哲学思辨的方式去研究问题、解决问题。

与古希腊的那些先哲们相比，中国的古人没有萌发出几何学的思想，也没有建立最基本的数学模型概念。我们的历法对日食、月食以及五星运动的预测，基本上都是建立在统计规律之上，并非建立在几何学模型之上。因而我们对天体运动的预测误差很大，尤其是在预测五星运动上，基本上都不太靠谱。

有读者可能会在网上查到，中国古代对五星的会合周期测算得极为精确。其实，会合周期指的是地球、太阳、行星三者相对位置循环一次的时间，这个只要肯下功夫，测量精确并不难。

从技术难度上来说，与测量一年有多长是没区别的，但要预测任意时间点五星在天空中的位置，那可完全不是一个概念了，难度大了不只一个数量级。我知道我这样说又会让不少人心里不舒服了，这不是长他人志气，灭自己威风吗？

说实话，我也跟你一样热爱自己的民族，我也希望咱们中国人能在天文学史上书写下更重要的篇章，但是我实在找不到相关的证据啊！我在网上也找到过一些文章，把中国古人的天文学成就大大地夸赞一番，但科学精神讲究实证和逻辑，凡事要讲证据、讲逻辑，经得起考证和推敲。

我自己看了一些严肃的出版物，除了前面提到的那两本书外，还有一本陈方正教授的学术专著《继承与叛逆——现代科学为何出现于西方》，基本的结论也大致是差不多的，即承认中国古代的历法和天文观测记录是全世界同期里面最厉害的，但同时也承认，现代天文学的发展基本上跟咱中国人没有什么关系。

如果要正儿八经地讲人类天文学史（注意有一个“学”字，也就是把天文作为一门学科），那只能从古希腊开始，然后讲到文艺复兴时期的欧洲，中间有一些旁支可以延伸到古阿拉伯和古印度，但很难拐到中华文明上来。不过呢，虽然在学科发展史上我们没啥可自豪的，但中国古代的天文观测记录和历法的制定，却对现代天文学的研究有着不小的贡献，很多历史上的特殊天象的记录咱们都是独一份。

为什么中国人无法像古希腊人那样发展出以几何学为基础的天文学呢？我认为，究其根本原因，是政治和文化决定了这一切。在皇权主宰下的天朝，一切朝廷机构都是为皇权服务的，天文观测机构当然也不能例外。在中国的传统文化中，天象是人间祸福的启示，皇帝是真命天子，而天象则是“玉帝”（也就是皇帝他老爸）给天子传达的旨意，没有人会怀疑、也没有人敢怀疑这一点。但为啥玉帝给他儿子传达旨意不用明确的文书，而非要用含糊不清、可以被任意解读的星星的排列来达到目的，就没有人去深究了。总之，古代中国人相信凡是老祖宗流传下来的东西都是对的（这似乎并不是古人的专利，现在依然有很多人这么想）。

在这样的政治和文化背景下，中国古人自然不需要去思考为什么火星会时而顺行时而逆行这种问题，哪怕火星今天晚上在东边，明天晚上突然跑西边去了，也不太会引起他们的困惑。

很简单，五大行星是上天的旨意，它们在任何位置都是由上天决定的，我们要做的只是去认真解读它们的含义，而不是去想为什么。古代中国人的宇宙观非常的朴素和恒定，几千年来几乎没有变化：大地是平的，天就像一个穹顶，恒星固定在穹顶上，每天绕大地转一圈。穹顶的上面住着仙界的神仙，月亮是嫦娥的宫殿，太阳也是玉帝造出来给凡人带来光明和温暖的（最早的时候有10个，被后羿射了9个下来）。

而五大行星则是“天象”的基本构成要件，玉帝就用这些星星的位置，还有偶尔放出的一些“信号”，例如扫帚星（彗星）、客星（新星、超新星）、流星等给天子传达上天的旨意。所以，皇帝要专门安排一个机构每天晚上接受旨意，要是胆敢哪一天漏掉了玉帝的旨意，那可是相当严重的渎职，如果因此产生了严重的后果，比如灾荒随之而来，那么这个天文记录官就要被砍头。因此，你想想就明白了，在这样的背景之下，我天朝的天文官员怎么可能还会去思考柏拉图、托勒密们思考的东西呢？

再来说说每个中国人一提起古代中国的天文学，脑中都会冒出的一个词——“浑天仪”。这“浑天仪”到底是干嘛用的，科技含量到底高不高，这些问题恐怕大多数人都似懂非懂。

实际上，从来没有一个仪器叫做“浑天仪”，只有叫做“简仪”、“浑仪”、“浑像”这样的装置，它们被一些非专业类的书籍统称为“浑天仪”，这些装置都只有一个目的，那就是为了标明天上恒星的位置。每种装置根据复杂程度和精度的不同取不同的名字。

换句话说，中国古人要给天上所有的“星宿”画一副“天图”，就得发明一种装置来准确一点地测量出星宿与星宿之间的相对“距离”（准确地说是角度）。我们现在都知道，从地球上看过去，恒星的视运动是每天绕北极星一圈和每年绕地一周的运动合成，因此古代中国的这些“浑天仪”装置，最复杂的就是能同时模拟这两种视运动，并且与观测记录基本相符。而所有的“浑天仪”装置都不会去标五大行星的位置，因为五大行星的位置在所有的历法中，都推不准，更不要说去模拟它们的运动了。

每当皇上提出对历法的质疑时，大臣们基本上都是这样解释的：“此皆上天佑德之应，非历法之可测也。”诚恳地说，这个装置的科技含量并不很高，因为恒星之所以称为恒星，那就是因为它们几乎是挂在天穹上固定不动的，非常容易模拟它们的视运动。

关于中国人的天文学思想我就蜻蜓点水地讲到这里，我们回到正题上来。

托勒密的宇宙模型建立之后，欧洲就进入到了黑暗的中世纪，这段黑暗的时期整整持续了1000年之久，天文学的发展基本处于停滞状态。托勒密的宇宙模型可以简称为“地心说”，顾名思义，就是说这个宇宙模型的核心观点认为地球是宇宙的中心，日月星辰全部绕着地球转。在长达15个世纪的时间里，欧洲所有大学中的天文学教科书就没有变过，一代又一代的教授在讲台上向学生们传授着托勒密的宇宙模型和繁琐的天文计算方法。今天，就是幼儿园的小朋友都知道，托勒密的地心说是错误的，然而地心体系的崩溃绝不是一件轻松和简单的事情。

公元1473年2月19日，中国正处于大明王朝成化九年，在波兰的维斯特拉河畔的小城托伦一个富有的商人家庭中，一名男婴呱呱坠地，正是这名男婴日后敲响了托勒密地心说的丧钟，他就是哥白尼（Nikolaj Kopernik,1473年～1543年）。五、哥白尼单挑托勒密

让我们回到公元1495年。24岁的哥白尼成为意大利博洛尼亚大学的一名在职进修生，他进修的专业是教会法。是的，哥白尼是来自波兰的一名年轻的神父，不过这个心思活跃的小神父却偏偏痴迷于天文学，对自己的主业没什么兴趣。哥白尼的天文学导师是43岁的诺瓦拉，在当时相当著名，这两个年龄相差了近20岁的人很快成了忘年交。不到两年，哥白尼已经把前人积累的天文学知识全部学完，他开始与老师诺瓦拉一起做天文观测，并热烈讨论学术问题。1497年3月9日晚上，这是一个万里无云的晴朗夜晚，哥白尼和诺瓦拉一起来到郊外，他们并排坐在空旷的草地上，双双举头望明月。

哥白尼兴奋地说：“老师，根据我的计算，应该就是在今晚，我很期待我的计算结果。”

诺瓦拉淡定地说：“没问题的，这两年来你已经尽得我的真传，就计算能力而言，你只会比我高，不会比我低。”

哥白尼不好意思地说：“老师你自谦了。预测今晚的月亮掩金牛

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