亚里士多德认为地球是不动的,太阳、月亮、行星和恒星都以圆周为轨道围绕着它转动。他相信这些,是由于神秘的原因,他感到地球是宇宙的中心,而且圆周运动最为完美。在公元后两世纪,这个思想被托勒密精制成一个完整的宇宙学模型。地球处于正中心,包围着它的是八个天球,这八个天球分别负载着月亮、太阳、恒星和五个当时已知的行星:水星、金星、火星、木星和土星(图)。这些行星被认为是沿着附在相应天球上的更小的圆周运动,以说明它们在天空中被观察到的相当复杂的轨迹。最外层的天球被镶上固定的恒星,它们总是停在不变的相对位置,但是总体绕着天空旋转。最后一层天球之外为何物一直不清楚,但有一点是肯定的,它不是人类所能观测到的宇宙的部分。
图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的位置提供了相当精密的系统。但为了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一倍,这意味着月亮有时看起来要比其他时候大一倍。托勒密承认这个瑕疵,尽管如此,他的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》相一致的宇宙图象。这是因为它具有巨大的优点,即在固定恒星天球之外为天堂和地狱留下了很多地方。
然而,1514年一位名叫尼古拉·哥白尼的教士提出了一个更简单的模型。(起初,可能由于害怕教会对异端的迫害,哥白尼只能将他的模型匿名地流传。)他的观念是,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。将近一个世纪以后,他的观念才被认真地接受。后来,两位天文学家——德国的约翰斯·开普勒和意大利的伽利雷·伽利略开始公开支持哥白尼的理论,尽管它所预言的轨道还不能完全与观测相符合。直到1609年,亚里士多德——托勒密的理论才宣告死亡。那一年,伽利略用刚发明的望远镜来观测夜空。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的,并不是所有的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的中心,而木星的卫星沿着一种极其复杂的轨道绕地球运动,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了。)同时,开普勒修正了哥白尼理论,认为行星不是沿圆周而是沿椭圆(椭圆是被拉长的圆)运动,从而使预言最终和观察相互一致了。就开普勒而言,椭圆轨道仅仅是想当然的
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