我们的世界,从诞生以来就一直围绕着一个巨大的火球年复一年地转动,永不止息。
这并不是显而易见的事实——人类从地球获得的经验恰恰与此相反——大地似乎才是亘古不变、稳定不动的,太阳从东方升起,从西方落下,划分日夜。太阳的地位在古代神话中也有所反映,它往往扮演了一个对人世重要但对天庭无关紧要的角色。例如,在希腊神话中,太阳仅仅是阿波罗(Apollo)手中的金球;在中国古代神话中,太阳也不过是天神的马车上的车轮。在人类的日常经验中,太阳和月球的大小似乎相差不多。这也对人类认识太阳和地球的关系造成了障碍。人们自然而然会觉得太阳和月球是地位类似的天体,因为从视觉上来说,它们都在离地球差不多遥远的地方。
为了研究天体运动,古希腊天文学家提出了「天球」的概念。这是一个假想的球面,以观察者或者地球的中心为中心。日月和夜晚的星辰,都可以在这个球面上标出来。大多数星辰在天球上的相对位置似乎永远不变,因此被称作恒星。星空以一年为周期围绕地球转动。对北半球中纬度的观测者来说,每年的夏夜,他们总是在天顶附近看到明亮的织女星和牛郎星隔着银河相望。到了冬季,整个天空最亮的恒星——天狼星就会如约出现在东南方向。古希腊天文学家将夜空中的恒星划分为不同的星座以方便人们记忆。每年的同一个夜晚,天空中出现的星座总是相同的(整个天空有 88 个不同的星座)。
太阳和其他恒星不同,它在天球上的位置会移动。如果我们让大地变成透明的,并且暂时抽去地球上的大气,我们就可以在任何时刻看见整个天空的星辰。我们会发现,4 月的时候,太阳和白羊座的恒星待在一起,8 月的时候会移动到狮子座,而隆冬 12 月时则从蛇夫座移入人马座。每一年,太阳都会沿着这条线路走一圈,途经 13 个星座。太阳在天球上的这条路径被称作黄道,相对应的星座有时被称作黄道星座。
除了月亮,在天球上还有 5 个天体的行为明显有别于恒星,它们就是水星、金星、火星、木星、土星。这 5 个天体都明亮而容易用肉眼观察。尤其金星,是夜空中仅次于月亮的明亮天体,比夜空中最亮的恒星天狼星明亮 20 倍。人们称这五颗亮星为「行星」,因为和静止不动的恒星不同,它们在天球上的运动显而易见。例如,木星以 12 年为一周期在天球上运转。中国古代天文学家将其称作岁星,并以此为基础制定了地支纪年。
如何理解这些天体的运动?古希腊天文学家认为,宇宙实际上是由一系列同心圆构成,地球处在圆心,太阳、月亮、水星、金星、火星、木星、土星,每一个天体占据了一层宇宙,在同心圆上绕着地球转动。而其他星体则集体在最外层占据了一个球面,这个球面绕着天轴转动。这种宇宙观反映了当时的哲学理念:宇宙应该是完美的,天体系统应该永恒平稳地运转。
然而,希腊人发现他们「完美」的宇宙模型上有点小问题,那就是行星的「逆行」。这是一个行星运动中令人困惑的现象。在夜空中,行星在天球上的运动轨迹大致是自西向东。但在某些时候,人们会观测到行星运动的速度渐渐变慢,直到停滞不前,并向反方向短暂地运动一段时间。在不久后,它们又会再次「扭头」踏上原来的轨道。在「完美」的宇宙模型中,行星的逆行显得不合规矩,但希腊人也对此无可奈何,只能忍痛对宇宙模型修修补补。到了公元 140 年前后,这套模型已经变得无比繁复。出生在希腊的罗马天文学家克罗狄斯·托勒密(Claudius Ptolemaeus)被公认是古代天文学理论的集大成者。在他出版的天文巨著《天文学大成》(Almagest)中展示了当时最先进的宇宙。在这本书里,地球已经被稍稍地移开了宇宙的中心,所有行星的轨道变成了偏心圆。除此以外,每个行星都有一个属于自己的小轨道,被称作「本轮」。本轮套在偏心圆轨道上运动,而行星则在本轮上运动。
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