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引子

誰(shuí)見(jiàn)過(guò)地球繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)？

沒(méi)有，從來(lái)也沒(méi)有。我們從很多天文書籍中知道，地球的繞日運(yùn)行軌道直徑有3億千米左右，設(shè)想一下吧，如果我們想親眼目睹地球圍繞太陽(yáng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，那就必須站在與地球運(yùn)動(dòng)軌道平面相垂直的，離太陽(yáng)中心數(shù)億千米遠(yuǎn)的地方，看上一整年時(shí)間。就像看一個(gè)巨大的鐘，必須站在鐘的正面，離得足夠遠(yuǎn)，才能將這個(gè)巨大的鐘盡收眼底。到目前為止，人類還遠(yuǎn)做不到這一點(diǎn)。

那么你還相信地球真的是在圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)嗎？或者說(shuō)你有沒(méi)有好奇過(guò)：既然沒(méi)有人看見(jiàn)過(guò)地球繞著太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)，那么是誰(shuí)說(shuō)地球在圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)的呢？他是怎么知道的呢？他有什么理由這么說(shuō)呢？其他人為什么會(huì)相信呢？

如果我告訴你，早在四五百年之前，在人類還根本無(wú)法離開大地之前，哥白尼(Copernicus)就論證地球是太陽(yáng)系的一顆行星，除了自轉(zhuǎn)還在不停地繞著太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)，而那個(gè)時(shí)候的科學(xué)技術(shù)還很不發(fā)達(dá)，甚至連望遠(yuǎn)鏡都還沒(méi)發(fā)明，你會(huì)吃驚嗎？如果我再告訴你，遠(yuǎn)在兩千多年以前的古希臘，在人類的活動(dòng)范圍非常有限的年代，有人無(wú)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(yīng)該是地球在圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)，而不可能是太陽(yáng)在圍繞地球旋轉(zhuǎn)，你會(huì)更為驚訝嗎？

我國(guó)現(xiàn)行的教育模式及傳統(tǒng)的教育理念，就是由老師告訴學(xué)生，世界是什么樣的，也就是說(shuō)，老師告訴學(xué)生的都是前人探索的結(jié)果，至于我們的前人是怎么探索得到這些結(jié)果的、他們當(dāng)時(shí)是怎么想的，卻很少提及。就我們?cè)趫D書館、書店所見(jiàn)的許許多多的科普書，包括天文科普書，絕大多數(shù)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(jiǎn)單的歷史，如某個(gè)年代，誰(shuí)誰(shuí)發(fā)現(xiàn)了什么，誰(shuí)誰(shuí)創(chuàng)立了什么理論等，至于那些偉大的科學(xué)家當(dāng)時(shí)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(tǒng)。所以盡管我們?cè)缇蛷恼n堂上、書本中知道了大地是球形的，太陽(yáng)是太陽(yáng)系的中心，地球是太陽(yáng)的行星，地球和其他幾顆行星一樣圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)，太陽(yáng)系是銀河系中數(shù)以萬(wàn)計(jì)恒星系中的一個(gè)，宇宙中有無(wú)數(shù)的銀河系但是，天文學(xué)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(jié)果，這固然重要，但僅此就夠了嗎？我們還應(yīng)該適當(dāng)?shù)亓私庖幌虑叭说奶剿鬟^(guò)程，這同樣非常重要，因?yàn)樵谶@個(gè)過(guò)程里，我們能看到那些天才是怎樣思考、分析、猜測(cè)、判斷、推理、質(zhì)疑和求證的，他們是如何發(fā)現(xiàn)常人難以發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，又是如何去解決那些常人無(wú)法解決的問(wèn)題的，在今日眾多科學(xué)常識(shí)中，蘊(yùn)含著科學(xué)天才們極其偉大的思想和無(wú)與倫比的智慧！這無(wú)疑能很好地啟迪和幫助我們?nèi)ヌ剿餍碌奈粗氖澜纭?/p>

讓我們打一個(gè)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(xiàn)在我們眼前浩瀚的天空，這個(gè)天空對(duì)古今中外所有人都是開放的，那要證明的結(jié)果是什么呢？結(jié)果就是：宇宙的真實(shí)模樣。這個(gè)結(jié)果早就家喻戶曉了，但是這個(gè)饒有趣味的過(guò)程很多人卻不清楚。

在此向讀者解釋一下，本書中所說(shuō)的宇宙，實(shí)際是專指太陽(yáng)系，在科學(xué)技術(shù)很低的年代，天文學(xué)家們所能看到的，是沒(méi)有變化的恒星天球，以及在天球背景下緩慢移動(dòng)的日月行星，所以人類在相當(dāng)長(zhǎng)的年代里，以為太陽(yáng)系就是整個(gè)宇宙。從認(rèn)識(shí)事物的規(guī)律來(lái)說(shuō)，人類一定是先認(rèn)識(shí)太陽(yáng)系，然后才能逐步認(rèn)識(shí)整個(gè)宇宙。

人類從遠(yuǎn)古蒙昧?xí)r代的所知甚少，逐步認(rèn)識(shí)到大地是球形的，再逐步認(rèn)識(shí)到地球是太陽(yáng)的行星之一，走過(guò)了極其漫長(zhǎng)的路。走這段漫漫長(zhǎng)途，人類憑借的僅僅是自己的一雙肉眼和一些簡(jiǎn)單的儀器，所需要的知識(shí)也就是初中的幾何知識(shí)，主要是平行線、圓形和三角形知識(shí)。所以，這段歷史對(duì)于一個(gè)有初中文化基礎(chǔ)，有空間想象能力的人來(lái)說(shuō)，應(yīng)該是容易理解的。本書的讀者對(duì)象，就是那些具備了一定的幾何學(xué)知識(shí)，有空間想象能力，從課堂上、書本上學(xué)到過(guò)許多天文常識(shí)，但是從來(lái)都沒(méi)有仔細(xì)觀察過(guò)太陽(yáng)、月亮和星星，只是偶爾會(huì)對(duì)天空產(chǎn)生好奇與疑惑的人。

就讓我們一起來(lái)回顧這漫長(zhǎng)、曲折而又激動(dòng)人心的求證旅程吧。

及時(shí)章星漢燦爛

一、天似穹廬，籠蓋四野

當(dāng)人類及時(shí)次抬起頭仰望星空的時(shí)候，就被那浩瀚而神秘的星空震懾了，從此便開始了無(wú)窮無(wú)盡地追問(wèn)和探索。

天文學(xué)是一門觀測(cè)科學(xué)，在1608年望遠(yuǎn)鏡發(fā)明之前，極其漫長(zhǎng)的年代里，人類就是憑借自己的雙眼來(lái)觀測(cè)和研究天體的。

現(xiàn)在城市里的人，包括那些本應(yīng)該對(duì)大自然最有好奇心的中學(xué)生，住在混凝土的森林里，遠(yuǎn)離了大自然，已經(jīng)很少有機(jī)會(huì)、有條件、有心情去看天了。有許多城市里的中學(xué)生幾乎從來(lái)就沒(méi)看見(jiàn)過(guò)日出或日落，對(duì)月亮，他們也很少注意，更別說(shuō)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(méi)在城市明亮的燈光和被日益污染的大氣里。有少數(shù)中學(xué)生在離開城市到海邊、草原、鄉(xiāng)村去游玩時(shí)，偶爾會(huì)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(guò)，沒(méi)有留心，沒(méi)有好奇，沒(méi)有追問(wèn)，也沒(méi)有思考。

只有住在農(nóng)村的孩子，還有可能會(huì)看看天，不過(guò)在現(xiàn)代生活方式和生活節(jié)奏的影響下，在學(xué)業(yè)的壓力下，大多數(shù)孩子恐怕也只是偶爾看看天，對(duì)天象也是所知甚少的。

所以我們有必要先補(bǔ)上這一課，稍微詳細(xì)地講講，我們靠肉眼能看到些什么。因?yàn)槿绻麑?duì)天象一無(wú)所知，那是不可能理解我們的前人對(duì)于天象的思考的。要想理解一道幾何題的證明過(guò)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(shuō)明問(wèn)題，我們需要做如下假設(shè)：假設(shè)我們是在北半球的中緯度地區(qū)觀察天空，因?yàn)槿祟惞糯奈拿鞔蠖鄶?shù)都是在這一范圍內(nèi)；假設(shè)我們是在一個(gè)遠(yuǎn)離城市的平坦開闊的地方進(jìn)行觀察，因?yàn)槿绻窃谏綔侠锘颥F(xiàn)代的城市里，遮擋物和燈光太多，連地平線都看不到，是無(wú)法對(duì)整個(gè)天空進(jìn)行觀察的，遠(yuǎn)離現(xiàn)代化的燈火通明的城市，我們能夠更好地感受天空對(duì)于古代文明的影響；假設(shè)天氣總是晴朗的，沒(méi)有污染的，因?yàn)槲覀冞@兒研究的是天體，不是天氣，陰雨天、霧霾天我們無(wú)法看到天體；假設(shè)我們是長(zhǎng)時(shí)間地連續(xù)觀察，24小時(shí)、一個(gè)月、一年甚至數(shù)十年、上百年地觀察，因?yàn)楹芏嗵祗w的視運(yùn)動(dòng)是極其緩慢的，非得有很長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)才能發(fā)現(xiàn)它的運(yùn)動(dòng)及變化規(guī)律；假設(shè)我們?cè)诒匾臅r(shí)候，可以同時(shí)在相距遙遠(yuǎn)的兩個(gè)地方進(jìn)行觀察，有許多天文現(xiàn)象需要通過(guò)不同地方的觀測(cè)來(lái)進(jìn)行比較；假設(shè)我們的觀測(cè)經(jīng)常穿越時(shí)代，有時(shí)候我們是和現(xiàn)代天文學(xué)家站在一起看天，有時(shí)候我們又是和古代某個(gè)時(shí)期的天文學(xué)家站在一起看天，還有的時(shí)候我們是和遠(yuǎn)古時(shí)代的普通民眾站在一起看天。