牛津通识读本：天文学简史 [5]
中世纪晚期，亚里士多德卷帙浩繁的著作在拉丁世界是可以读到的，但柏拉图的境遇就不怎么好了：只有两篇不重要的对话添加进卡西迪乌斯很久以前曾作部分翻译的《蒂迈欧篇》里。这些状况在文艺复兴时期改变了，因为此时恢复了与希腊世界的密切接触，在君士坦丁堡1453年陷落之前不少希腊学者涌入西方。柏拉图的对话被发现并以其文学价值而备受赞赏，而且他对宇宙的数学方面的观点开始取代自然主义者亚里士多德的宇宙理论。天文学家开始寻找行星理论中的和谐和匀称。但是他们没有在托勒密模型那里找到，即使《阿尔方索星表》仍能以合理的精度满足需要。他们对对点理论尤为不满，用哥白尼的追随者乔治·约阿希姆·赖蒂库斯（1514—1574）的话来说，对点理论是“自然所憎恶之事”。
托勒密的《行星假设》连同他总的宇宙论现在也已失传。《天文学大成》提供的是单颗行星的模型，但是托勒密明显没能呈现出一幅宇宙的整体图像。正如哥白尼所写的那样，这意味着过去的天文学家未能发现或推断出所有的要点——宇宙的结构和它各部分的真正对称。但是他们，正如有些人那样，从不同的地方取来了手、足、头和其他肢体，描绘得的确很好，但造型不取自同一身体，相互之间也不匹配——故而这样的部件组合起来，与其说是个人，倒不如说是个怪物。
正是基于这些美学上的考虑以及托勒密模型月球视直径的荒谬变化之类的许多特殊问题，改革的压力产生了——即使托勒密模型（连同改进了的参数）已足够合理。
改革的方向有迹可寻。亚里士多德的习惯是引述他打算予以反驳的那些人的话，这意味着每个学生都得了解那些曾主张过地球是运动的这一观点的古代作者——亚里士多德的反驳已经不再令人信服。普尔巴赫曾评述过，由于未知的某种原因，在每一个单颗行星的模型中如何会产生一个年周期。无论是什么驱动了哥白尼的思想，在他返回意大利没有多少年之后，一本由他撰写的题为《要释》的手稿开始流行。在其中他简述了他对现存行星模型的不满，对于对点理论更是有专门的批评。他提出了一个以太阳为中心的替代方案，其中地球变成了一颗周期为一年的围绕太阳转动的行星，而月球则失去了行星的地位，成为地球的一颗卫星。
他指出这将如何为行星（现在的数目为6个）排列一个明显的序列（按周期和距离）。我们知道托勒密如何似是而非地假定，运动最慢的行星是天空中最高的；但这没有确定太阳、水星和金星间的序列，当它们相对于恒星运动时，它们结伴而行，所以看起来周期同为一年。一旦这个周期被认为是地面观测者的实际观测周期，就能找出水星和金星的真正周期，这两个周期非常不同，也和地球的周期不同，因而可以由此建立一个明确的周期序列。
哥白尼也能用地球与太阳距离的倍数来度量行星轨道的半径：例如当金星看起来距离太阳最远时（位于“最大距”），地球——金星——太阳构成一个直角，通过测量金星——地球——太阳间构成的角度，观测者能够画出这个三角形的形状从而得到其边长之比。周期序列和距离序列被证明是统一的。他后来说到了这一点：
因此，在这种安排中，我们发现世界有一种奇妙的相称性，并且在运动的和谐和轨道圆的数量之间有一种确实的联系。这是用任何其他方式都无法发现的。
在那个时代，人们都是在像托勒密那样寻找宇宙中的和谐，因此以上的观点是一个有力的观点。同时，哥白尼在《要释》中更为详细地率先发展了行星和月球的无对点模型。
岁月流逝，其间哥白尼在远离欧洲知识中心的地方发展着他的数学天文学。1539年，当时还是维滕贝格大学的一名数学教授的赖蒂库斯拜访了他。赖蒂库斯发觉他自己已被哥白尼的成就迷住了。哥白尼发展了行星运动的几何模型，足可匹敌《天文学大成》中的模型，但是它们被融入了一套完整的日心宇宙观中。他获得了哥白尼的许可，于次年发表了该著作的《简报》。他还说服哥白尼允许他将著作的完成稿［以简化的拉丁文书名De revolutionibus（《天体运行论》）为大众所知］带到纽伦堡付印，并委派了路德派教士安德烈亚斯·奥西安德（1498—1552）照看印刷事务。出于好意，教士插入了一篇未经授权和不加署名的序言，提出这里太阳的运动只是一种方便的计算手段。结果那些只看序言的读者就对作者的真实意图一无所知。
哥白尼的书大量涉及行星轨道的（无对点）几何模型，而且以其使人气馁的复杂性让这些模型与《天文学大成》的模型相匹敌。后来人们才证明了它们能够成为精确行星表的基础——证实日心体系能够通过实践检验的伊拉斯谟·莱因霍尔德（1511—1553）的《普鲁士星表》于1551年出版，该星表正是用哥白尼的模型计算的。在《天体运行论》的第一卷中，哥白尼概述了突出的结果，那些结果都是依据地球是一颗围绕太阳旋转的普通行星这一基本假设取得的。
我们已经看到，按周期排序的行星表与按距离排序的行星表是相同的。同样显著的是行星的神秘“流浪”（行星由此得名）变成了从另一颗行星观测一颗行星的明显而可期的结果：当火星在天空中位于冲日方向时，看起来火星在退行，仅仅是因为那时地球从“内侧”赶上了它，至于为什么水星和金星这两颗行星总是在靠近太阳时可见，而其余3颗则在子夜时可以观测到，也不再有任何神秘之处了：水星和金星的轨道在地球轨道的内侧，而其余行星的轨道则位于地球轨道的外侧。
确实，作为唯一具有一颗卫星的行星，地球是反常的。“固定的”恒星确实也没有显现出周年视运动。如果从处于周年轨道的地球上观测，它们本应该有的（哥白尼反驳说，恒星在遥远的地方，所以它们的“周年视差”很小，以至于观测者不能观测到）。但是这些是细节。日心宇宙是一个真实的宇宙：
所有行星的中心是太阳，从这个位置，它可以一瞬间照亮整个宇宙。对于这座最美丽的神殿，谁能将这盏明灯安放到另外或更好的地方？事实上有人将太阳称为宇宙的明灯并无不当，另外有人称其为宇宙的心灵，更有人称其为宇宙的统治者。至尊的赫耳墨斯称太阳为“看得见的上帝”，索福克勒斯在《厄勒克特拉》中则称太阳为“万物的洞察者”。于是太阳好像端坐在御座之上，统治着围绕它旋转的行星家族。
图11 太阳系略图，取自哥白尼《天体运行论》第一卷。图中显示了各颗行星和它们的近似周期。注意第五颗是地球，是唯一带有一颗卫星（月球）的（哥白尼曾因这一异常而感到疑惑）。伽利略后来用望远镜发现木星也有卫星。
希腊人曾试图对神秘行星“拯救表象”，《天体运行论》利用匀速转动的圆的组合这种几何模型将这样的尝试推向了极致。虽然《天体运行论》每个部分都和《天文学大成》一样复杂，但它是去掉了对点的《天文学大成》。几十年之后其革命性意义开始彰显。
第四章 天文学的转变
哥白尼就他的目的以及着手实现其目的的方式而言，可能是传统的，但是他主张地球是运动的则提出了一整套的问题：是什么使地球运动？我们没有感觉到运动，是怎么回事？何以我们垂直向上射出的箭会回落到地面原先被射出的地方？如果我们观测恒星，当我们围绕太阳运行，每6个月从太阳的一边转到另一边时，为什么我们没有观测到恒星的视运动“周年视差”？我们又如何说明基督教《圣经》中那些似乎暗示了太阳在运动的段落？
有的人受《天体运行论》的未署名序言所误导，相信哥白尼自己并不主张地球是真正地在其轨道上运动；仅仅是为了更加成功地“拯救表象”，他才使用了几何模型，其中地球被假想成运动的。另有些人——包括下一代几乎所有能干的数学天文学家——则专注于精心利用这些模型以拯救表象，从而忽视了哥白尼《天体运行论》的第一卷，在书中他清楚地说出了他的信条。又有些人再次寻求某种折中，其中有个人叫第谷·布拉赫（1546—1601），他在哥白尼创新的地方保守，而在哥白尼保守的地方创新。
第谷出身于一个丹麦贵族家庭，但是他并不按照封建社会里他的阶级成员所采取的方式生活，而是追求自己的学术爱好，其中天文学为他的最爱。1563年发生了一次木星和土星的“合”。因为这两颗星是5颗行星中运动得最慢的，它们的“合”，亦即木星赶上土星，是罕有的事件，每20年才会发生一次，从星相学上讲是最不吉利的。十多岁的少年第谷在1563年“合”的时间前后对事件作了观测，并下结论说，13世纪《阿尔方索星表》对它的预报超时一个月，即使是基于哥白尼模型的现代《普鲁士星表》也误差了几天，他认为这是不可接受的。不久之后，他就投身于观测天文学的改革。
像他的前辈那样，哥白尼对于用过去传下来的观测资料做研究甚为满足；只有当不可避免时，才会作新的观测而且使用的还是不尽人意的仪器。第谷的工作标志着观测天文学古代和现代的分界线。他将观测的精度视为建立好理论的基础。他梦想有一座天文台，可供他从事研究和开发精密仪器，并且有个熟练的助手团队负责测试仪器甚至编制一个观测资料库。利用他与高层的接触，他说服了丹麦国王弗雷德里克二世将汶岛授予了他，在那里，他于1576年至1580年间，建立了现代首家科学研究机构——乌兰尼堡（意为“天之城堡”）。
乌兰尼堡内一应俱全：4个观测室，众多卧室，餐厅，图书馆，炼金室，印刷所。在岛上的别处，甚至还有个造纸厂，这样第谷在出版他的著作时就完全可以自给自足。4年之后，第谷增加了他的设施，有了一个部分建于地下的卫星天文台“星堡”，其中的仪器和乌兰尼堡的不同，它们建在稳固的基座上并遮蔽了强风。但是，他不愿意承认乌兰尼堡有不尽人意之处，他说：再建一座天文台是为了阻止作平行观测的两队观测者之间互相串通。
图12 乌兰尼堡第谷天文台中的大墙象限仪，墙是南北向的，观测者（在最右边，可勉强瞥见）在测量一个过子午线中天的天体高度。一名助手正大声叫出过中天的时刻，另一名助手正记录着观测。第谷和天文台各式人等的面貌被画在了墙上的图画中。
第谷留在汶岛直至1597年。那时弗雷德里克已被克里斯蒂安四世所接替，后者对第谷和他傲慢的举止表示不满，并给他的生活制造了日益增多的困难。于是第谷离职了。两年以后，他成为了布拉格皇帝鲁道夫二世的数学家。第谷已经失去对观测的热