探尋天體運行的真相

浩瀚的蒼穹隱藏著無盡的秘密，千百年來，一代又一代的天文學者經過漫長觀察和伏案計算，為我們揭示了混沌星空下天體運行的規律。今天我們一起來探尋「天體運行」背後的故事。

太陽系九大行星

「布魯諾」之死

1600年2月17日，義大利天文學家布魯諾在羅馬鮮花廣場的火海中走完了他短暫而光輝的一生。

經過長達七年的審訊，羅馬教廷以「反基督」、「巫術」、「寓言」、「侮辱基督教」等八項罪名將其處死。

作為天主教的牧師，布魯諾因為崇尚「反基督教主流」思想而在歐洲各地流亡，由於個人性格的問題，到處受人排擠。

現代很多人把他當做哥白尼「日心說」的捍衛者。

當時哥白尼認為太陽才是這個宇宙的中心，即我們熟知的「日心說」。

火燒布魯諾

然而，雖然布魯諾的思想也是以太陽為中心，卻與哥白尼的「日心說」具有很大區別。

布魯諾的一生都在鑽研魔法和記憶術，他認為幻想中的世界是真實的，太陽是處在比地球更神聖的位置，太陽是神的啟示。所以他這個已經超出科學的範疇，屬於神學。

可以說，他是一位與傳統天主教義格格不入的天主教神父。

當時被視為權威的羅馬教廷，將「地心說」奉為圭臬，任何反對「地心說」的理論都被視為異教徒。

尤其是布魯諾這種「尊崇神學」和「太陽中心論」的天主教牧師，再加上自己混的不好，得罪了很多人，在當時就被羅馬教廷視為異端典型。

值得肯定的是，布魯諾為了堅持自己的真理而勇敢獻身，他的死也讓哥白尼的「日心說」進入了公眾的視野，並在以後的一百餘年裡，逐漸動搖了天主教的根基。

中世紀的羅馬教廷

哥白尼在義大利求學的時候，接觸到了大量的古希臘典籍，託勒密的「地心說」給了他很大啟發，為他日後的研究提供了很多的啟發和靈感。

「地心說」理論

在羅馬教皇的宗教統治下，歐洲剛好經歷了「黑暗的中世紀」（公元476-1500年）。

在「中世紀」行將結束的時候，很多一千年前的古代典籍被人們重新發掘出來。

古希臘哲學家亞里斯多德提出了「地心說」，他認為，宇宙是上帝創造的，所有天體都是圍繞地球旋轉的，天體運行的動力是上帝提供的。

後來，羅馬時期的託勒密（相當於中國的漢朝時期），總結了亞里斯多德等古希臘學者的理論，是「地心說」的集大成者。

他在《天文學大成》中提出了一套完整的「地心說」理論：

託勒密的「地心說」

• 地球處於中心，日月圍繞地球勻速運行；
• 其他行星圍繞一個圓圈旋轉，稱為「本輪」；然後本輪的圓心圍繞地球做勻速圓周旋轉，這個圓叫「均輪」。
• 當時，本輪的構建為人們解釋了，為什麼月球看起來有時離地球更近。

當時的天文學者，在託勒密「地心說」的基礎上，通過不斷地添加「本輪」和調整「均輪」，試圖去解釋各種不尋常的天體現象。

這種理論一直延續到16世紀。

哥白尼的「日心說」

哥白尼在託勒密的基礎上，進行了長達十年的觀察，試圖簡化託勒密的宇宙體系，他認為神創造的世界不可能這麼複雜，應該有一套非常簡單的理論，以凸顯神的權威和意志。

經過不斷的觀察，哥白尼發現越來越不對勁。因為根據託勒密的理論推算，很多運行規律都有偏差。

於是他大膽地萌生了「日心說」的想法。哥白尼認為，地球其實和其他行星一樣，圍繞太陽運轉，我們看到的很多無法解釋的現象，是由地球本身的運轉導致的。

當時，哥白尼的「日心說」主要基於以下幾點內容：

• 地球是球形的；
• 太陽是靜止的，地球與其他行星都圍繞太陽做圓周運動，這個圓稱為「均輪」；
• 月球圍繞地球轉動運行；
• 由於各個行星公轉的速度不同，導致了我們看到的很多「逆行」現象，如水星的逆行。
• 各大行星在繞太陽公轉的同時，自己也在公轉軌道繞著一個小圓轉動，稱為「本輪」。

這樣下來，整個天體運行的規律就完整和簡潔多了。

作為一名神父，哥白尼探尋天體運行的初衷是為了維護神學，他帶著宗教的虔誠，希望把這種完美的規律找出來，以證明神學的嚴謹和公正。

哥白尼知道「日心說」的價值和影響，他一直沒有發表自己30多年來研究的手稿。

直到1543年5月24日，在哥白尼去世前一個小時，《天體運行論》才正式發表，哥白尼當時已雙目失明，在病榻前撫摸著書的封面，不久便與世長辭。

「日心說」與《聖經》中暗示的地球中心論向左，在當時引起了廣泛的轟動，動搖了宗教神學的根基。

用恩格斯的話說：哥白尼《天體運行論》的發表，將自然科學從統治了幾個世紀的神學中解放了出來！

後來，「近代力學之父」、實驗物理學的集大成者伽利略，因為發表了維護哥白尼「日心說」的《兩種世界體系的對話》一書被「終身監禁」。

哥白尼與天體運行論

《天體運行論》中對星體運行的觀測計算具有非常高的精確度。

例如，恆星年的時間為365天6小時9分40秒，比現在得到的精確值只多了30秒，誤差只有百萬分之一；

月亮到地球的平均距離是地球半徑的60.30倍，和我們目前已知的60.27倍相比，誤差只有萬分之五。

然而天體運行論中關於星體圓周軌道運行的假設仍然存在缺陷，這一缺陷直到50多年後，天文學大咖克卜勒的出現才被徹底彌補。

克卜勒與第谷

德國天文學家克卜勒是物理學和天文學的大師級人物，創造了科學史上無數個第一次，包括物體成像、望遠鏡的工作原理、小孔成像、眼鏡的配置和計算原理，被稱為「現代光學的奠基人」，並開創了天文學測量領域。

1571年，克卜勒出生在德國一個普通家庭，從小就歷盡坎坷，因為「天花」毀容，後患上「猩紅熱」損傷了視力，患上了高度近視。

這些不幸經歷也讓他未來的輝煌成就顯得彌足珍貴。

18歲在大學研究神學的時候，接觸到了哥白尼的天體運行論。在數學和繪畫方面的極高天賦，為他日後在天文學的發展奠定了基礎。

克卜勒為了籌集研究經費，平時主要靠「佔星術」給別人算命，艱難地維持自己的生活和研究。

1596年，克卜勒因出版《宇宙的神秘》一書，其數學才華被第谷賞識，邀請他到自己的天文臺做計算員。

第谷家境殷實，從小遊歷歐洲積累了大量的科學知識，後來因發現「第谷超新星」被丹麥國王賞識。國王專門給他建了世界上當時世界上最先進的「觀天堡天文臺」。

第谷擅長觀測，但不擅長數學，當他看到克卜勒的著作後，希望他能夠給自己做助手，對觀測數據進行分析。

克卜勒餘第谷

第谷的所有研究都是基於「日心說」，而克卜勒尊崇「地心說」，由於學術理念和出身不一樣，「資料庫」擁有者第谷和「算法大師」克卜勒相談不歡，兩人互看不爽，在猜忌、爭執、謾罵中磕磕絆絆地一起工作著，直到第谷的離世（據說是因為憋尿導致膀胱破裂）。

臨死前，第谷將一生的觀測數據都交給了克卜勒，並囑託他幫自己完成「魯道夫星表」。

克卜勒的偉大成就

從此，克卜勒開啟了他科學生涯最輝煌的時刻。

遵照第谷遺願，在編制「魯道夫星表」的同時，克卜勒運用火星的觀測數據，經運算發現火星的運行軌道並非按照哥白尼所說的勻速圓周運動，而是按橢圓軌道運行的。

克卜勒

這一發現使許多困擾了無數天文學家的棘手問題都迎刃而解。

後來，克卜勒發現行星沿橢圓運行的速度是變化的，並提出了物理學上著名的「克卜勒第一定律」和「克卜勒第二定律」，把這些成果出版在了《新天文學》一書中，轟動世界。

• 克卜勒第一定律：每一個行星都沿各自的橢圓軌道環繞太陽，而太陽則處在橢圓的一個焦點中。

• 克卜勒第二定律：在相等時間內，太陽和運動著的行星的連線所掃過的面積都是相等的。

克卜勒第二定律

此時，克卜勒認為，一定存在一個能夠將所有天體運行的規律，完美聯繫在一起的簡單法則。

終於，經過不懈地觀測和計算，他提出了著名的「克卜勒第三定律」。

• 克卜勒第三定律：各個行星繞太陽公轉周期的平方和它們的橢圓軌道的半長軸的立方成正比。

克卜勒三大定律是天文學的重大革命，奠定了「經典天文學」的基石！

現在回想起來，克卜勒三大定律還是我們當年高考的必考題。

巨人的肩膀

自此，人們終於破解了天體運行的奧秘，將自然科學推上了發展的快車道！

天體運行學說的變遷

在克卜勒三大定律提出的60年之後，牛頓在三大定律的基礎上，結合自己的觀察和計算，發現了萬有引力定律，提出了著名的牛頓三大定律，奠定了天體力學的基礎。

正如牛頓所說的那樣：如果說我看得比別人更遠一些，那是因為我站在巨人的肩膀上。

哈勃望遠鏡拍攝的星空圖

回顧「天體運行」背後故事，我們抬頭仰望星空，那一簇簇閃閃的星光，像先驅們璀璨的思想，為我們照亮了混沌的宇宙，不斷地激勵著我們去探索那無垠的廣袤！