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古時(shí)候人們觀(guān)測天空，每天看到太陽(yáng)、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(xué)家托勒密就持這種觀(guān)點(diǎn)。當時(shí)人們已經(jīng)注意到只有少數幾個(gè)星星的位置是變化的，比如我們熟知的金木水火土，被稱(chēng)為行星。其他絕大多數位置不變的星星，我們稱(chēng)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(yáng)、金星、木星和土星依次處在從近到遠的軌道上，圍繞著(zhù)地球轉動(dòng)。這個(gè)宇宙圖像和當時(shí)基督教的思想符合，上帝創(chuàng )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，也為后世推翻它增加了難度。

圖1  地心說(shuō)的宇宙構成

哥白尼之前，科學(xué)家就開(kāi)始用一些工具比如六分儀來(lái)測量星星的位置。很快就發(fā)現，地心說(shuō)很難正確地預測行星的位置，于是開(kāi)始在原來(lái)的模型上做修正（圖2），因此有了本輪和均輪之說(shuō)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是行星圍繞地球運動(dòng)，這個(gè)運動(dòng)的軌跡是均輪。同時(shí)行星還繞著(zhù)均輪上的一個(gè)點(diǎn)做圓周運動(dòng)，這個(gè)運動(dòng)的軌跡叫本輪。后來(lái)的觀(guān)測發(fā)現，本輪、均輪都不足以描述行星的運動(dòng)，于是圈越畫(huà)越多。以至于有人抱怨，“如果我是上帝，也不會(huì )弄出這么復雜的宇宙”。

哥白尼的“日心說(shuō)”觀(guān)點(diǎn)符合現在現代天文學(xué)對太陽(yáng)系的觀(guān)測結果。太陽(yáng)在中心，其他行星包括地球都在圓形軌道上圍繞太陽(yáng)公轉（圖4）。這一學(xué)說(shuō)提出后并未被大多數天文學(xué)家采納。一方面是因為宗教的原因，而且也沒(méi)有很明顯的直接證據顯示地球是繞太陽(yáng)公轉的；另一方面則是因為哥白尼的圓軌道說(shuō)也不能精確描述行星的運動(dòng)。

圖2  地心說(shuō)的本輪和均輪

在日心說(shuō)傳播的歷史上，值得一提的是布魯諾。這位哲學(xué)家將哥白尼的日心說(shuō)提高了另一個(gè)高度。他認為，宇宙是無(wú)限的，太陽(yáng)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(yáng)一樣，有類(lèi)似的行星圍繞著(zhù)。這些觀(guān)點(diǎn)后來(lái)都被現代的天文觀(guān)測所證實(shí)。不過(guò)，和很多之前的記載不同，布魯諾最后被宗教法庭判處火刑的原因并不是日心說(shuō)，或者說(shuō)主要不是因為日心說(shuō)。作為一名天主教的牧師，他否認耶穌是神，圣母瑪利亞是處女，還堅持認為除了我們人類(lèi)的世界以外，還有平行的世界的存在。今天看來(lái)他的這些觀(guān)點(diǎn)無(wú)疑更符合科學(xué)，不過(guò)當時(shí)他就是端著(zhù)神的碗，卻要砸神的鍋，難怪宗教法庭判了他火刑?？偟膩?lái)說(shuō)，布魯諾是一個(gè)喜歡標新立異的人，這種標新立異的思潮推動(dòng)著(zhù)科學(xué)進(jìn)步和發(fā)展?？茖W(xué)一定不能因循守舊，要敢于挑戰傳統觀(guān)點(diǎn)，敢于質(zhì)疑權威理論。

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

伽利略關(guān)于金星的觀(guān)測研究徹底顛覆了地心說(shuō)。根據托勒密天文學(xué)，太陽(yáng)和金星保持在同一個(gè)方向圍繞地球公轉。因此我們通?？吹降慕鹦侵挥泻苌僖徊糠直徽樟?，在地球上觀(guān)測的到的金星應如同新月甚至是弦月。而實(shí)際觀(guān)測的效果，金星和月亮一樣，有從“新月”到“滿(mǎn)月”的變化。這一結果徹底顛覆了托勒密天文學(xué)。

圖3  月球的盈虧變化， 通常稱(chēng)為相變

雖然支持日心說(shuō)，伽利略直到晚年才寫(xiě)了一本書(shū)——《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系對話(huà)》，用對話(huà)的方式來(lái)比較日心說(shuō)和地心說(shuō)，也因此得罪了教廷。在書(shū)出版后半年時(shí)間他就被捕下獄。所幸他沒(méi)有被判重刑，最終還是得以安享晚年。

圖4  日心說(shuō)

人類(lèi)對宇宙的認識總是在各種正確和錯誤的理論的斗爭中不斷前進(jìn)的。今天的我們很幸運，不會(huì )因為堅持一個(gè)科學(xué)的觀(guān)點(diǎn)受到打擊。另一方面，我們也似乎有些不幸，因為那個(gè)只要將望遠鏡對準天空就能有重大發(fā)現的時(shí)代已經(jīng)過(guò)去。今天的我們想要有新的發(fā)現，就必須使用更加復雜的地面裝置，甚至借助航天器來(lái)實(shí)現。