引子

谁见过地球绕着太阳转？

没有，从来也没有。我们从很多天文书籍中知道，地球的绕日运行轨道直径有3亿千米左右，设想一下吧，如果我们想亲眼目睹地球围绕太阳的转动，那就必须站在与地球运动轨道平面相垂直的，离太阳中心数亿千米远的地方，看上一整年时间。就像看一个巨大的钟，必须站在钟的正面，离得足够远，才能将这个巨大的钟尽收眼底。到目前为止，人类还远做不到这一点。

那么你还相信地球真的是在围绕太阳旋转吗？或者说你有没有好奇过：既然没有人看见过地球绕着太阳旋转，那么是谁说地球在围绕太阳旋转的呢？他是怎么知道的呢？他有什么理由这么说呢？其他人为什么会相信呢？

如果我告诉你，早在四五百年之前，在人类还根本无法离开大地之前，哥白尼(Copernicus)就论证地球是太阳系的一颗行星，除了自转还在不停地绕着太阳旋转，而那个时候的科学技术还很不发达，甚至连望远镜都还没发明，你会吃惊吗？如果我再告诉你，远在两千多年以前的古希腊，在人类的活动范围非常有限的年代，有人无需凭借任何仪器就能指出大地是球形的，在那之后不久就有人论证应该是地球在围绕太阳旋转，而不可能是太阳在围绕地球旋转，你会更为惊讶吗？

我国现行的教育模式及传统的教育理念，就是由老师告诉学生，世界是什么样的，也就是说，老师告诉学生的都是前人探索的结果，至于我们的前人是怎么探索得到这些结果的、他们当时是怎么想的，却很少提及。就我们在图书馆、书店所见的许许多多的科普书，包括天文科普书，绝大多数也都是将前人探索的成果一一告诉读者，最多再顺便告诉你一些简单的历史，如某个年代，谁谁发现了什么，谁谁创立了什么理论等，至于那些伟大的科学家当时是怎样想的，是怎么找到这些答案的，很少提及，即使提及也不系统。所以尽管我们早就从课堂上、书本中知道了大地是球形的，太阳是太阳系的中心，地球是太阳的行星，地球和其他几颗行星一样围绕太阳旋转，太阳系是银河系中数以万计恒星系中的一个，宇宙中有无数的银河系但是，天文学家们是怎么知道这一切的？相信很多人知之甚少。

了解并掌握前人探索的结果，这固然重要，但仅此就够了吗？我们还应该适当地了解一下前人的探索过程，这同样非常重要，因为在这个过程里，我们能看到那些天才是怎样思考、分析、猜测、判断、推理、质疑和求证的，他们是如何发现常人难以发现的问题，又是如何去解决那些常人无法解决的问题的，在今日众多科学常识中，蕴含着科学天才们极其伟大的思想和无与伦比的智慧！这无疑能很好地启迪和帮助我们去探索新的未知的世界。

让我们打一个比方吧：本书就类似于讲解一道初中的几何证明题，已知条件是什么呢？就是展现在我们眼前浩瀚的天空，这个天空对古今中外所有人都是开放的，那要证明的结果是什么呢？结果就是：宇宙的真实模样。这个结果早就家喻户晓了，但是这个饶有趣味的过程很多人却不清楚。

在此向读者解释一下，本书中所说的宇宙，实际是专指太阳系，在科学技术很低的年代，天文学家们所能看到的，是没有变化的恒星天球，以及在天球背景下缓慢移动的日月行星，所以人类在相当长的年代里，以为太阳系就是整个宇宙。从认识事物的规律来说，人类一定是先认识太阳系，然后才能逐步认识整个宇宙。

人类从远古蒙昧时代的所知甚少，逐步认识到大地是球形的，再逐步认识到地球是太阳的行星之一，走过了极其漫长的路。走这段漫漫长途，人类凭借的仅仅是自己的一双肉眼和一些简单的仪器，所需要的知识也就是初中的几何知识，主要是平行线、圆形和三角形知识。所以，这段历史对于一个有初中文化基础，有空间想象能力的人来说，应该是容易理解的。本书的读者对象，就是那些具备了一定的几何学知识，有空间想象能力，从课堂上、书本上学到过许多天文常识，但是从来都没有仔细观察过太阳、月亮和星星，只是偶尔会对天空产生好奇与疑惑的人。

就让我们一起来回顾这漫长、曲折而又激动人心的求证旅程吧。

及时章星汉灿烂

一、天似穹庐，笼盖四野

当人类及时次抬起头仰望星空的时候，就被那浩瀚而神秘的星空震慑了，从此便开始了无穷无尽地追问和探索。

天文学是一门观测科学，在1608年望远镜发明之前，极其漫长的年代里，人类就是凭借自己的双眼来观测和研究天体的。

现在城市里的人，包括那些本应该对大自然最有好奇心的中学生，住在混凝土的森林里，远离了大自然，已经很少有机会、有条件、有心情去看天了。有许多城市里的中学生几乎从来就没看见过日出或日落，对月亮，他们也很少注意，更别说看到月升或月落了。至于星星，他们就是想看也看不到，璀璨的星空早就湮没在城市明亮的灯光和被日益污染的大气里。有少数中学生在离开城市到海边、草原、乡村去游玩时，偶尔会看到日出或日落，看到月亮的圆缺变化，看到星空，但那也是一闪而过，没有留心，没有好奇，没有追问，也没有思考。

只有住在农村的孩子，还有可能会看看天，不过在现代生活方式和生活节奏的影响下，在学业的压力下，大多数孩子恐怕也只是偶尔看看天，对天象也是所知甚少的。

所以我们有必要先补上这一课，稍微详细地讲讲，我们靠肉眼能看到些什么。因为如果对天象一无所知，那是不可能理解我们的前人对于天象的思考的。要想理解一道几何题的证明过程，把已知条件先看明白是必须的。

就凭我们的肉眼，能从天上看到些什么呢？为了说明问题，我们需要做如下假设：假设我们是在北半球的中纬度地区观察天空，因为人类古代的文明大多数都是在这一范围内；假设我们是在一个远离城市的平坦开阔的地方进行观察，因为如果是在山沟里或现代的城市里，遮挡物和灯光太多，连地平线都看不到，是无法对整个天空进行观察的，远离现代化的灯火通明的城市，我们能够更好地感受天空对于古代文明的影响；假设天气总是晴朗的，没有污染的，因为我们这儿研究的是天体，不是天气，阴雨天、雾霾天我们无法看到天体；假设我们是长时间地连续观察，24小时、一个月、一年甚至数十年、上百年地观察，因为很多天体的视运动是极其缓慢的，非得有很长时间的观测才能发现它的运动及变化规律；假设我们在必要的时候，可以同时在相距遥远的两个地方进行观察，有许多天文现象需要通过不同地方的观测来进行比较；假设我们的观测经常穿越时代，有时候我们是和现代天文学家站在一起看天，有时候我们又是和古代某个时期的天文学家站在一起看天，还有的时候我们是和远古时代的普通民众站在一起看天。