两世纪,这个思想被托勒密精制成个完整宇宙学模型。地球处于正中心,包围着它是八个天球,这八个天球分别负载着月亮、太阳、恒星和五个当时已知行星:水星、金星、火星、木星和土星(图1.1)。这些行星被认为是沿着附在相应天球上更小圆周运动,以说明它们在天空中被观察到相当复杂轨迹。最外层天球被镶上固定恒星,它们总是停在不变相对位置,但是总体绕着天空旋转。最后层天球之外为何物直不清楚,但有点是肯定,它不是人类所能观测到宇宙部分。
太阳系模型图
图1.1从最里面往最外面顺序为月亮球、水星球、金星球、太阳球、火星球、木星球、土星球和固定恒星球。最中心为地球。
托勒密模型为预言天体在天空位置提供相当精密系统。但为正确地预言这些位置,托勒密必须假定月亮轨道有时离地球比其他时候要近倍,这意味着月亮有时看起来要比其他时候大倍。托勒密承认这个瑕疵,尽管如此,他模型虽然不是普遍地、却是广泛地被接受。它被基督教接纳为与《圣经》相致宇宙图象。这是因为它具有巨大优点,即在固定恒星天球之外为天堂和地狱留下很多地方。
然而,1514年位名叫尼古拉·哥白尼教士提出个更简单模型。(起初,可能由于害怕教会对异端迫害,哥白尼只能将他模型匿名地流传。)他观念是,太阳是静止地位于中心,而地球和其他行星绕着太阳作圆周运动。将近个世纪以后,他观念才被认真地接受。后来,两位天文学家——德国约翰斯·开普勒和意大利伽利雷·伽利略开始公开支持哥白尼理论,尽管它所预言轨道还不能完全与观测相符合。直到1609年,亚里士多德——托勒密理论才宣告死亡。那年,伽利略用刚发明望远镜来观测夜空。当他观测木星时,发现有几个小卫星或月亮绕着它转动。这表明不象亚里士多德和托勒密所设想,并不是所有东西都必须直接围绕着地球转。(当然,仍然可能相信地球是静止地处于宇宙中心,而木星卫星沿着种极其复杂轨道绕地球运动,表观上看来它们是绕着木星转动。然而哥白尼理论是简单得多。)同时,开普勒修正哥白尼理论,认为行星不是沿圆周而是沿椭圆(椭圆是被拉长圆)运动,从而使预言最终和观察相互致。就开普勒而言,椭圆轨道仅仅是想当然,并且是相当讨厌假设,因为椭圆明显地不如圆那完美。虽然他几乎是偶然地发现椭圆轨道能很好地和观测相符合,但却不能把它和他行星绕太阳运动是由于磁力
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