由於星辰之間的距離如此遙遠,而人類的肉眼還不夠強大,這就使得人們對於宇宙的大小、形成很難一目了然,更不用說目測這些天體之間的距離了。如果人類的視力強大到可以看到無限遠,而又能無限清晰,那麼我們就能看到不同星辰的面貌了,它們的表面有著怎樣的地貌,它們有著怎樣的形狀……那麼宇宙也將在這種情況下「現出原形」。
其實道理是一樣的,如果我們離地球很遙遠,具體有多遙遠呢?或許只需要站在它直徑一萬倍的地方,肉眼就看不到地球的大小了,只能看到一個點,就像我們在夜空中看到的其他星星一樣,它一閃一閃,發出微弱的星光。正是因為人眼的局限性,使得古人們認為,天空中所看到的星星就是它們本身的樣子,而我們的地球是和它們不一樣的。這並不能責怪古人,因為在當時,科學技術並不發達,他們無法觀測到那些星星真實的樣子,就好比一個從未學習過天文學的孩子,他看到夜晚的星空,也會像古人一樣,認為那些星星是分布在天空的一個等距離位置,他無法想像,這些恆星比行星要大上千萬倍。隨著科技的進步、數學的發展和邏輯的發達,人類逐漸能夠知曉許多星星的真實面貌和實際距離,但是人們腦海中還是很難繪製出一幅真實存在的星空關係圖,因為這些星星之間的距離實在是太大了,以至於這樣巨大的尺度差異超越了人們的想像。所以,我希望讀者們能夠緊跟著我的思路,把我們雙眼看到的情況與實際星空的情況用最簡潔的方式表達出來,這需要我們的想像力,也需要我們的邏輯構建。
現在就讓我們大膽想像一下,假如腳下的地球是不存在的,我們飄浮在宇宙之中而毫無著落,環顧四周,我們能看到什麼情形呢?可以推測的是,在上下左右各個方向,圍繞著太陽、月球、星星、恆星各種天體,我們無法判斷它們的方位,而且也看不到其他的東西,因為在我們眼中,這些星星都是等距離的。
若以此假設,我們將會錯誤地認為自己正處於宇宙的中心。為什麼呢?那是因為,我們的視線所及是有限的,以我們自己為中心,以等距離望向空洞的空間時,所有的可見物都將會位於一個空洞球體的表面,而我們看到的成千上萬的星星都似乎散布在一個球體的表面,這個球體便是早時天文學家們所謂的「天球(celestial sphere)」,人們在這個天球上研究各個天體的方位,並不是沒有道理的。
如果沒有地球為參考物,我們會看到,天球上所有的天體都停止了運轉,不過如果我們用一段時間去觀察,一個星期,或者更長時間,就會發現,一些恆星正在圍繞著太陽慢慢運轉。當然觀察結果與天體各自的情形有關,所以古人推測出了一個嵌套理論,那便是:大天球是由一種異常堅固的水晶構成的,而這些天體都被牢牢地釘在天球表面,並且它們之間存在一些聯繫。如此一來,這種理論似乎與人們看到的實際情況是完全相符的,並且以之來表述天體之間的距離似乎並沒有什麼毛病。
以此概念為前提,再來想像一下,如果我們腳下的地球仍然存在,雖然它在宇宙中十分渺小,但是對於人類來說還是十分龐大的,畢竟當我們站在地球之上時,就好比是站在西瓜上的螞蟻。因此,我們所能看到的宇宙將會被地球表面遮住一半,我們所能觀測到的宇宙邊界,則被稱為地平線,在地平線上所能看到的一半天球,則被稱作「可見半球(visible hemisphere)」;反之,地平線以下,看不到的那一半天球則被稱為「不可見半球(invisible hemisphere)」。如果我們想要完整地觀察整個天球,倒是可以通過環遊地球的方法來實現。
如果地球不自轉,或許正如上面所說,人們需要週遊地球來觀察另一半天球。可是眾所周知的是,地球一刻不停地繞著一根通過它中心點的軸線旋轉著,如此一來,我們只需要跟隨著地球的自轉,就能看到整個天球。也正是因為地球由西向東自轉,所以我們便看到天體的東升西落。我們將地球的自轉以及因為地球自轉而發生的天體視運動稱為「周日運動(diurnal motion)」,之所以這麼稱呼,是因為地球的自轉周期為一天。