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如果說哥白尼革命從根本上改變了我們對自己在宇宙中所處位置的思考，這種說法并不夸大。在古代，人們認為地球是太陽系和宇宙的中心，而現在，我們知道我們只不過是圍繞太陽運轉的多個行星中的一個。

但這種觀點的轉變并不是一夜之間發生的。相反，新理論和科學觀察歷經一個世紀的時間，利用簡單的數學和基本的儀器，才揭示出我們在宇宙中的真實位置。

我們可以通過閱讀對此做出貢獻的天文學家的筆記，來深入了解這一深遠的轉變是如何發生的。這些筆記為我們提供了引領哥白尼革命的那些辛苦勞動、創新見解和過人才能的線索。

游星

想象你是一位來自古代的天文學家，在沒有望遠鏡的幫助下探索夜空。最初，行星與其它星星并沒有多大區別。它們只是比大多數的星星更加明亮，而且不怎么閃爍，其它方面沒什么不同。

在古代，區分行星和其它星星的真正方式是它們在天空中的運動。夜復一夜，相對于星星來說，行星是逐漸移動的。實際上“行星”一詞起源于古希臘的“游星”（wandering star）

行星的運動方式并不簡單。當它們穿過天空的時候，有時候加速有時候減速。甚至，有時候會出現暫時的反向運動，天文學中稱為“逆行”。這又怎么解釋呢？

托勒密的本輪

古希臘的天文學家建立了太陽系的地心說模型，托勒密是地心說的集大成者。上面所述的這個模型，來自托勒密的《天文學大成》（公元二世紀時普托勒密作的天文學數學名著）的阿拉伯版本。

托勒密利用兩個疊加的圓周運動來解釋行星運動，行星在一個小的圓上運動，稱為本輪 (epicenter，)，而本輪的中心循著均輪（deferent）的大圓繞地球運行。此外，每個行星的均輪可能偏離地球的位置，因為地球并不在均輪的中心上，而是略偏于中心的一次，圍繞均輪的穩定（角）運動可以用托勒密體系天體運行軌道的等分來定義，而不是用地球的位置或均輪的中心點，等分點位于均輪中心的另一側。明白了嗎？

這理解起來有點復雜。托勒密模型最大的貢獻是，它預測了行星在夜空中的位置，與實際相差很小。這個模型成為一千多年的時間里，解釋行星運動的主要方法。

哥白尼的轉變

在1543年，哥白尼去世那一年，隨著《天體運行論》（對宇宙認識的革命）的出版，與他同名的革命才正式開始。哥白尼模型認為太陽是太陽系的中心，行星圍繞太陽，而不是地球運轉。

也許是哥白尼模型最精彩的部分是解釋了行星視運動的規律。像火星這樣的行星逆行只是一種錯覺，因為它們都在軌道上繞太陽運行，當火星運行的軌道方向與地球不同時，在地球上觀看火星，就會產生火星在倒退行進的視覺效果。

托勒密體系

最初的哥白尼模型是建立在托勒密體系基礎上的。哥白尼學說中行星圍繞太陽運轉，依然利用疊加的圓周運動來描述。哥白尼對使用等分點持蔑視態度，因此他放棄了這一概念，取而代之的是小本輪。

天文學和天文史學家歐文 金格里奇和他的同事利用那個時代的托勒密和哥白尼模型計算了行星坐標，發現兩個模型都有類似錯誤。在某些情況下，火星位置的誤差是2度或更多（遠大于月球直徑）

由于16世紀的天文學家沒有望遠鏡、牛頓物理學和統計學，因此，哥白尼模型和優于托勒密模型，對他們來說并不明顯，即使哥白尼正確地指出了太陽是太陽系的中心。

到了伽利略時代

從1609年開始，伽利略用剛剛發明的望遠鏡觀察太陽，月亮和行星。他看到了月球上的山脈和環形山，首次揭示了行星存在衛星。伽利略通過強大的觀測證據，強有力地支持了行星圍繞太陽運轉這一事實。

伽利略對金星的觀測特別引人注目。根據托勒密模型，金星始終處于地球和太陽之間，因此我們應該看到金星的暗面。但是伽利略能夠觀察到金星白晝面，推斷出金星是在太陽與地球之間的軌道上繞太陽旋轉。

開普勒與金星的戰斗

托勒密的圓周運動和哥白尼模型導致了更大的誤差，尤其是火星，其預測位置有幾度的誤差。開普勒花費了多年時間來了解火星的運動，他用一個最巧妙的方式破解了這個問題。

行星繞太陽運轉時重復同樣的路徑，因此它們在完成每一個軌道周期后，都返回到同一位置。例如，火星每687天返回到軌道上的同一位置。

開普勒知道一顆行星出現在太空中同一位置的日期，他可以利用地球的不同位置，沿著地球軌道對行星的位置做出三角測量，如上圖所示。開普勒，利用天文學家第谷 布拉赫用肉眼觀測的信息，能夠勾畫出行星繞太陽運轉的橢圓形路徑。

這讓開普勒創立了行星運動的三大規律，以及遠比之前更高的精度預測行星的位置。他為17世紀晚期牛頓物理學的建立打下了基礎，這一非凡的科學隨后出現。

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