古時候人們觀測天空，每天看到太陽、月亮從東邊升起，在西邊落下。所以就認為地球是宇宙的中心，日月星辰都是圍繞地球運行的天體。古希臘的天文學家托勒密就持這種觀點。當時人們已經注意到只有少數幾個星星的位置是變化的，比如我們熟知的金木水火土，被稱為行星。其他絕大多數位置不變的星星，我們稱為恒星。

圖1是早期的宇宙圖像。地球是宇宙的中心，月球、水星、火星、太陽、金星、木星和土星依次處在從近到遠的軌道上，圍繞著地球轉動。這個宇宙圖像和當時基督教的思想符合，上帝創造了人，所以把人放在地球上——宇宙中心的位置。因此得到了廣泛的傳播和認可，也為後世推翻它增加了難度。

圖1  地心說的宇宙構成

哥白尼之前，科學家就開始用一些工具比如六分儀來測量星星的位置。很快就發現，地心說很難正確地預測行星的位置，於是開始在原來的模型上做修正（圖2），因此有了本輪和均輪之說。簡單地說，就是行星圍繞地球運動，這個運動的軌跡是均輪。同時行星還繞著均輪上的一個點做圓周運動，這個運動的軌跡叫本輪。後來的觀測發現，本輪、均輪都不足以描述行星的運動，於是圈越畫越多。以至於有人抱怨，“如果我是上帝，也不會弄出這麼複雜的宇宙”。

哥白尼的“日心說”觀點符合現在現代天文學對太陽系的觀測結果。太陽在中心，其他行星包括地球都在圓形軌道上圍繞太陽公轉（圖4）。這一學說提出後並未被大多數天文學家採納。一方面是因為宗教的原因，而且也沒有很明顯的直接證據顯示地球是繞太陽公轉的；另一方面則是因為哥白尼的圓軌道說也不能精確描述行星的運動。

圖2  地心說的本輪和均輪

在日心說傳播的歷史上，值得一提的是布魯諾。這位哲學家將哥白尼的日心說提高了另一個高度。他認為，宇宙是無限的，太陽不是宇宙的中心，只是眾多的恒星中的一顆。其他恒星也和太陽一樣，有類似的行星圍繞著。這些觀點後來都被現代的天文觀測所證實。不過，和很多之前的記載不同，布魯諾最後被宗教法庭判處火刑的原因並不是日心說，或者說主要不是因為日心說。作為一名天主教的牧師，他否認耶穌是神，聖母瑪利亞是處女，還堅持認為除了我們人類的世界以外，還有平行的世界的存在。今天看來他的這些觀點無疑更符合科學，不過當時他就是端著神的碗，卻要砸神的鍋，難怪宗教法庭判了他火刑。總的來說，布魯諾是一個喜歡標新立異的人，這種標新立異的思潮推動著科學進步和發展。科學一定不能因循守舊，要敢於挑戰傳統觀點，敢於質疑權威理論。

真正為日心說付出代價，差點被迫害的正是我們熟悉的義大利科學家伽利略，不過也正是伽利略給了地心說致命一擊。伽利略第一次將望遠鏡用在天文觀測上，因此取得很多重要的成果，比如發現了幾顆木星的衛星。這一發現動搖了所有天體都是圍繞地球公轉的早期宇宙學的基礎。

伽利略關於金星的觀測研究徹底顛覆了地心說。根據托勒密天文學，太陽和金星保持在同一個方向圍繞地球公轉。因此我們通常看到的金星只有很少一部分被照亮，在地球上觀測的到的金星應如同新月甚至是弦月。而實際觀測的效果，金星和月亮一樣，有從“新月”到“滿月”的變化。這一結果徹底顛覆了托勒密天文學。

圖3  月球的盈虧變化， 通常稱為相變

雖然支持日心說，伽利略直到晚年才寫了一本書——《關於托勒密和哥白尼兩大世界體系對話》，用對話的方式來比較日心說和地心說，也因此得罪了教廷。在書出版後半年時間他就被捕下獄。所幸他沒有被判重刑，最終還是得以安享晚年。

圖4  日心說

人類對宇宙的認識總是在各種正確和錯誤的理論的鬥爭中不斷前進的。今天的我們很幸運，不會因為堅持一個科學的觀點受到打擊。另一方面，我們也似乎有些不幸，因為那個只要將望遠鏡對準天空就能有重大發現的時代已經過去。今天的我們想要有新的發現，就必須使用更加複雜的地面裝置，甚至借助航天器來實現。

原創 劉勇  中国科学院国家空间科学中心