四、划时代的巨著

在近代科学的创始人中，哥白尼所以占据一个显著的地位，完全由于他死去那一年所刊布的一本大书。这本书是人类思想史上划时代的作品。作为天才的纪念碑，这本书是可以和托勒密的《至大论》，牛顿的《原理》与达尔文的《物种起源》相媲美的。这本书是一部六卷本的科学巨著。其中第一卷是宇宙概观；第二卷是天体运行的基本规律；第三卷至第六卷则是关于地球、月球、内行星和外行星的运行规律的数学论证。而关于日心体系的基本思想，主要集中在第一卷中。哥白尼对于其不朽的巨著并没有命名。当他将手稿交给他的朋友基塞付印的时候，那上面既没有书名，也没有作者的姓名。后来编辑将这本书命名为《托伦的尼古拉·哥白尼论天体运行轨道（共六册）》，后人简称为《天体运行论》。

一般人以为哥白尼是天文学的一位革命家，其理论是新奇的，推断是独创的。可是如果你仔细阅读《天体运行论》，一定会惊异地看见他书中含有很多亚里士多德的思想。例如他和古人一样相信天体在圆形轨道上以均匀速度围绕一个固定中心运行。哥白尼就根据这个不大合事实的“规律”，去证明地球在运动。他说：行星的视运动不是均匀的，就表明我们立足的地球不是固定在行星的圆形轨道的中心的。

那么地球是不是在运动？如果它在运动，我们怎样会知道呢？哥白尼说：“如果我们假设地球有某种运动，我们就须观察地球以外的东西，看它们是不是有一个共同方向的运动，这运动便反映我们从它们面前经过时，和我们的运动方向相反的运动。”所以要发现地球是否运动的唯一办法便是在地球之外去寻找天体，看它们是否有一种共同的运动。这种运动的一个显著例子便是天球由东向西一日一周的运动，这运动造成日月星辰的东升西落现象，哥白尼说：“这不是天球在运动，而是地球由西向东在旋转。”

哥白尼又将这个原则应用到比较复杂的情况上去。从周围物体的视运动去发现观测者所在处的真运动，有一个很大的困难便是被观测的物体很可能也有它们自己的运动。由于行星也有自己的运动，所以问题就不容易解决。于是哥白尼选择恒星作背景去研究太阳在天空运行的视轨道。古人以为太阳围绕固定的中心——地球，在一圆形的轨道上运动；但是我们也可以假设地球围绕固定的中心——太阳，在一圆形的轨道上运动。那么我们应该假设行星具有什么样的真运动才使地球的运动反映在那上面，去造成我们对行星所观测到的现象呢？这问题虽然不容易解决，但是答案却很简单。假设地球围绕中心的太阳在圆形轨道上运动，那么每个行星也围绕同一中心，各在其圆形轨道上运动。于是地球和行星的轨道都是以太阳为公共中心的圆周。哥白尼得到这个十分简单的结论之时，他从毕达哥拉斯学习得来的数学的直觉告诉他，这是真正的事实。他才断定：“太阳居住在中央。在这光辉灿烂的庙堂里，除了那个普照环宇的重要地位之外，还有更合适的地方去安置这个伟大的发光体吗？⋯⋯所以太阳坐在它的宝座上，控制着诸大行星，使它们环绕它而运行。”

哥白尼在《天体运行论》中真实地揭示了地球在宇宙中的地位及其运动规律。要论证太阳是宇宙的中心，关键在于揭示地球在宇宙中的真实地位及其运动规律。这是因为，只有在揭示地球在宇宙中的真实地位和论证地球运动规律的基础上，才能科学地说明太阳和行星的视运动现象，即以地球的运

动来证实太阳是宇宙的中心。为此，哥白尼指出，地球绝非宇宙的中心，而只不过是一颗普通的行星。它与其它行星一样，在自己的轨道上环绕太阳运转。因此，只能把地球看成一颗行星。为此，哥白尼不仅揭示了地球在宇宙中的真实地位，而且具体地论证了地球本身的运动规律。哥白尼指出，地球本身同时进行着三种运动：第一种运动是地球本身环绕地轴的周日自转运动。由于地球自转是一种从西向东的旋转运动，所以太阳和整个宇宙背景表现为从东向西的旋转运动。第二种运动是地球以太阳为中心的周年公转运动。第三种运动则是地轴本身的回转运动。正是在揭示地球的运动规律的基础上，哥白尼才得以对日心体系进行科学的论证。

哥白尼还真实地揭示了月球的位置。哥白尼指出，月球并不是一颗行星，而只不过是地球的一颗卫星。他说：“地球还有一个侍从——月亮。”

在《天体运行论》中，哥白尼科学地揭示各种天体的序列，建立起了一个完整的以太阳为中心的新的宇宙体系。

哥白尼的体系主要是假设地球与行星都在同心圆周上围绕太阳运行。水星在最内的圆周上，土星在最外的圆周上。月亮围绕地球运行，同时更被地球带着，围绕太阳运行。恒星则在距离太阳很遥远的空间里。至于恒星的分布，固定在一个球面上呢，抑或散布在无限的空间里，哥白尼还无法回答这个问题。这样简单的行星理论还不能详细说明由观测得来的事实，因为行星的运动遵循的是一些复杂的定律，而不是以均匀速度在圆周轨道上运动。这些定律在哥白尼死后 60 多年才被人发现。哥白尼为适合观测数据而调整他的理论真是煞费苦心。为了使理论去牵就观测，他还使用了托勒密的均轮、本轮和偏心圆等几何图案。所以哥白尼的太阳居于宇宙中心的理论（这是有永久价值与发展前途的思想）和哥白尼的体系（为解释行星的运动而作出的巧妙设计）须得分别看待。哥白尼的理论是正确的，哥白尼的体系很快就为开普勒所推翻了。

在研究了天体运行规律之后，哥白尼在第三卷中研究了地球的各种运动。在比较精确的理论中，他认为地球的轨道是一个太阳略为偏离其中心的圆。哥白尼对地球运动的说明的一个重要特点，是他解释了二分点的岁差。约在公元前 150 年发现这种现象的罗得岛的希帕克把它归因于恒星球围绕黄道轴缓慢转动。哥白尼对这种岁差提出的近代解释是，地球赤道平面的变动引起地球的轴在空中画一个锥形。这里，为了使他的理论与某些古代和中世纪的观察相一致，他又没有必要地使他的理论复杂化。

在对地球运动的研究之后，下一卷专门论述了月球理论。月球同地球的关系不受哥白尼发动的观点变革的影响，而且他对托勒密已经知道的月球运动在黄经上的不均衡性也没有作什么补充。但是，他表示这些不均衡性的方法比《至大论》更令人满意。按照托勒密的理论，月球的角直径有时候应该是它在其他时候的二倍；哥白尼发现一种表示月球黄经运动的方法，它和托勒密一样正确，但是它没有大大夸大月轮视尺寸的微小变动。然而，哥白尼仅略作改动就采纳了托勒密大大低估了的太阳到地球的距离即仅约为地球半径的 1200 倍。天文学一直抱住这个谬误，直到 17 世纪下半期，由于应用望远镜进行精确的天文测量，才有可能作准确的测定。

《天体运行论》的最后两卷分别论述行星的黄经和黄纬运动。哥白尼在行星不处于平冲时对它作一次观察，把实际观察到的该行星从地球轨道中心看来的位置同该行星位置相比较，然后求出这两个位置之差。根据这些数据，

哥白尼能够按照地球轨道半径求得行星偏心圆的半径。他得到的结果与现代的“平均距离”相当接近。

在解释所观察到的行星对黄道面的偏离——它们的黄纬运动时，哥白尼假设几个轨道平面的交角有周期性的变动。开普勒后来认识到，这种做法是使行星的运动以地球轨道中心而不是正确地以太阳为参照这种基本错误的必然结果。哥白尼对内行星黄纬的处理尤为复杂。而且所用的方法几乎完全因袭了托勒密的《至大论》。

哥白尼的目标是编制数值的行星表。其精度不下于任何根据地心假说编制的星表。他根据《天体运行论》中提出的理论所编制的星表，使得能够很容易地计算出太阳、月球和行星在任何给定时刻的位置。成为该书基本特点的这些星表，事实上是对当时通用的那些星表的改进，这种情况间接地促进了天文学家们接受这个新学说。但是，由于这些星表所根据的只是最低量的、粗略而又往往不可靠的观察（它们包容在一个误以为符合于虚幻的物理定律的理论之中），所以它们的精确度必定要减损。几年以后，哥白尼的学生重新仔细考查了这些数据，使之略有改进。然而，在这种新的宇宙论能产生与之相称的星表之前，还必须有帝谷·布拉赫所做的那些精密而又有系统的观察，以及开普勒的坚韧而喜欢冒险的天才。