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引子

誰見過地球繞著太陽轉？

沒有，從來也沒有。我們從很多天文書籍中知道，地球的繞日運行軌道直徑有3億千米左右，設想一下吧，如果我們想親眼目睹地球圍繞太陽的轉動，那就必須站在與地球運動軌道平面相垂直的，離太陽中心數億千米遠的地方，看上一整年時間。就像看一個巨大的鐘，必須站在鐘的正面，離得足夠遠，才能將這個巨大的鐘盡收眼底。到目前為止，人類還遠做不到這一點。

那么你還相信地球真的是在圍繞太陽旋轉嗎？或者說你有沒有好奇過：既然沒有人看見過地球繞著太陽旋轉，那么是誰說地球在圍繞太陽旋轉的呢？他是怎么知道的呢？他有什么理由這么說呢？其他人為什么會相信呢？

如果我告訴你，早在四五百年之前，在人類還根本無法離開大地之前，哥白尼(Copernicus)就論證地球是太陽系的一顆行星，除了自轉還在不停地繞著太陽旋轉，而那個時候的科學技術還很不發達，甚至連望遠鏡都還沒發明，你會吃驚嗎？如果我再告訴你，遠在兩千多年以前的古希臘，在人類的活動范圍非常有限的年代，有人無需憑借任何儀器就能指出大地是球形的，在那之后不久就有人論證應該是地球在圍繞太陽旋轉，而不可能是太陽在圍繞地球旋轉，你會更為驚訝嗎？

我國現行的教育模式及傳統的教育理念，就是由老師告訴學生，世界是什么樣的，也就是說，老師告訴學生的都是前人探索的結果，至于我們的前人是怎么探索得到這些結果的、他們當時是怎么想的，卻很少提及。就我們在圖書館、書店所見的許許多多的科普書，包括天文科普書，絕大多數也都是將前人探索的成果一一告訴讀者，最多再順便告訴你一些簡單的歷史，如某個年代，誰誰發現了什么，誰誰創立了什么理論等，至于那些偉大的科學家當時是怎樣想的，是怎么找到這些答案的，很少提及，即使提及也不系統。所以盡管我們早就從課堂上、書本中知道了大地是球形的，太陽是太陽系的中心，地球是太陽的行星，地球和其他幾顆行星一樣圍繞太陽旋轉，太陽系是銀河系中數以萬計恒星系中的一個，宇宙中有無數的銀河系但是，天文學家們是怎么知道這一切的？相信很多人知之甚少。

了解并掌握前人探索的結果，這固然重要，但僅此就夠了嗎？我們還應該適當地了解一下前人的探索過程，這同樣非常重要，因為在這個過程里，我們能看到那些天才是怎樣思考、分析、猜測、判斷、推理、質疑和求證的，他們是如何發現常人難以發現的問題，又是如何去解決那些常人無法解決的問題的，在今日眾多科學常識中，蘊含著科學天才們極其偉大的思想和無與倫比的智慧！這無疑能很好地啟迪和幫助我們去探索新的未知的世界。

讓我們打一個比方吧：本書就類似于講解一道初中的幾何證明題，已知條件是什么呢？就是展現在我們眼前浩瀚的天空，這個天空對古今中外所有人都是開放的，那要證明的結果是什么呢？結果就是：宇宙的真實模樣。這個結果早就家喻戶曉了，但是這個饒有趣味的過程很多人卻不清楚。

在此向讀者解釋一下，本書中所說的宇宙，實際是專指太陽系，在科學技術很低的年代，天文學家們所能看到的，是沒有變化的恒星天球，以及在天球背景下緩慢移動的日月行星，所以人類在相當長的年代里，以為太陽系就是整個宇宙。從認識事物的規律來說，人類一定是先認識太陽系，然后才能逐步認識整個宇宙。

人類從遠古蒙昧時代的所知甚少，逐步認識到大地是球形的，再逐步認識到地球是太陽的行星之一，走過了極其漫長的路。走這段漫漫長途，人類憑借的僅僅是自己的一雙肉眼和一些簡單的儀器，所需要的知識也就是初中的幾何知識，主要是平行線、圓形和三角形知識。所以，這段歷史對于一個有初中文化基礎，有空間想象能力的人來說，應該是容易理解的。本書的讀者對象，就是那些具備了一定的幾何學知識，有空間想象能力，從課堂上、書本上學到過許多天文常識，但是從來都沒有仔細觀察過太陽、月亮和星星，只是偶爾會對天空產生好奇與疑惑的人。

就讓我們一起來回顧這漫長、曲折而又激動人心的求證旅程吧。

及時章星漢燦爛

一、天似穹廬，籠蓋四野

當人類及時次抬起頭仰望星空的時候，就被那浩瀚而神秘的星空震懾了，從此便開始了無窮無盡地追問和探索。

天文學是一門觀測科學，在1608年望遠鏡發明之前，極其漫長的年代里，人類就是憑借自己的雙眼來觀測和研究天體的。

現在城市里的人，包括那些本應該對大自然最有好奇心的中學生，住在混凝土的森林里，遠離了大自然，已經很少有機會、有條件、有心情去看天了。有許多城市里的中學生幾乎從來就沒看見過日出或日落，對月亮，他們也很少注意，更別說看到月升或月落了。至于星星，他們就是想看也看不到，璀璨的星空早就湮沒在城市明亮的燈光和被日益污染的大氣里。有少數中學生在離開城市到海邊、草原、鄉村去游玩時，偶爾會看到日出或日落，看到月亮的圓缺變化，看到星空，但那也是一閃而過，沒有留心，沒有好奇，沒有追問，也沒有思考。

只有住在農村的孩子，還有可能會看看天，不過在現代生活方式和生活節奏的影響下，在學業的壓力下，大多數孩子恐怕也只是偶爾看看天，對天象也是所知甚少的。

所以我們有必要先補上這一課，稍微詳細地講講，我們靠肉眼能看到些什么。因為如果對天象一無所知，那是不可能理解我們的前人對于天象的思考的。要想理解一道幾何題的證明過程，把已知條件先看明白是必須的。

就憑我們的肉眼，能從天上看到些什么呢？為了說明問題，我們需要做如下假設：假設我們是在北半球的中緯度地區觀察天空，因為人類古代的文明大多數都是在這一范圍內；假設我們是在一個遠離城市的平坦開闊的地方進行觀察，因為如果是在山溝里或現代的城市里，遮擋物和燈光太多，連地平線都看不到，是無法對整個天空進行觀察的，遠離現代化的燈火通明的城市，我們能夠更好地感受天空對于古代文明的影響；假設天氣總是晴朗的，沒有污染的，因為我們這兒研究的是天體，不是天氣，陰雨天、霧霾天我們無法看到天體；假設我們是長時間地連續觀察，24小時、一個月、一年甚至數十年、上百年地觀察，因為很多天體的視運動是極其緩慢的，非得有很長時間的觀測才能發現它的運動及變化規律；假設我們在必要的時候，可以同時在相距遙遠的兩個地方進行觀察，有許多天文現象需要通過不同地方的觀測來進行比較；假設我們的觀測經常穿越時代，有時候我們是和現代天文學家站在一起看天，有時候我們又是和古代某個時期的天文學家站在一起看天，還有的時候我們是和遠古時代的普通民眾站在一起看天。