在軌道中嵌套著軌道

關(guān)于行星問題的若干種不乏靈感的創(chuàng)意被提了出來。其中一種認(rèn)為，如果地球事實(shí)上不是處于一顆行星軌道的嚴(yán)格的中心點(diǎn)上，那么在軌道上的某一點(diǎn)上，地球離這顆行星是最近的；而在軌道上和這一點(diǎn)遙遙相對的那一點(diǎn)上，就是地球距離行星最遠(yuǎn)的位置。這一假設(shè)可以解釋行星亮度的變化，但卻不能解釋行星在天空運(yùn)動方向的變化。另一種假設(shè)認(rèn)為，行星總體上在圓軌道上運(yùn)行，而地球則位于這個軌道的中心，但行星同時完成著附加的小圓周運(yùn)動。這種小圓形軌道叫作本輪，本輪使得行星在一個小圓形軌道上環(huán)繞一個中心運(yùn)動，而這個中心又在一個標(biāo)準(zhǔn)的大圓形軌道上圍繞地球運(yùn)動，這個大圓形軌道稱為均輪。這種情況也會導(dǎo)致行星到地球的距離時時有所變化，因而可以解釋行星亮度的變化，還可以解釋行星的回歸現(xiàn)象。可是，這種模型也沒有獲得成功。因?yàn)闆]有一個實(shí)際觀測到的行星軌道和它很好地相符合。

到了公元2世紀(jì)，一位天才的天文學(xué)家把上述兩種假說結(jié)合起來，創(chuàng)立了一種新的理論，他就是托勒密。托勒密認(rèn)為，行星確實(shí)在本輪上運(yùn)動，但地球并不是嚴(yán)格地位于行星的均輪的中心點(diǎn)上。根據(jù)這種理論，托勒密排列出了水、金、火、木、土五大行星和太陽、月球一起圍繞著地球運(yùn)動的軌道模型。在所有這七個天體軌道的外面還有一個像蛋殼似的大球，在這只大球上面有著位置固定不變的恒星。托勒密將地球放在與七個軌道的中心的距離各不相同的地方，并給每個軌道添加了若干本輪。這樣一來，行星的亮度變化和不規(guī)則運(yùn)動等在地球上觀測到的現(xiàn)象都可以得到很好的解釋。至此，從亞里士多德到畢達(dá)哥拉斯和柏拉圖，看來都可以如愿以償了。用球形和圓形就能把宇宙解釋得天衣無縫。

早期的宇宙模型常以圖畫表現(xiàn)出來。它們同樣具有藝術(shù)性和科學(xué)性，并且是學(xué)者們確信可以用科學(xué)來解釋整個宇宙的生動反映。

托勒密和其他學(xué)者們忽略了的一點(diǎn)是，上述的模型可以把任何軌道都包括進(jìn)去，而不管該軌道的真實(shí)形狀如何。如果一顆行星在軌道上運(yùn)行的實(shí)際時間多于它在一個標(biāo)準(zhǔn)圓形軌道上運(yùn)行的預(yù)期時間，那么這部分多出來的時間就可以很容易地用它在途中的一系列反向本輪運(yùn)動來消除。只要改變這些本輪的直徑大小就可以和任意長短的時間段相符合。但是，由于地球?yàn)榉€(wěn)定中心，其他一切都圍繞地球運(yùn)動的觀念是如此令人信服，以至于托勒密這種宇宙觀在好幾個世紀(jì)中占據(jù)了統(tǒng)治地位。托勒密的模型至少有一個致命的問題。為了讓月球軌道完全符合這個理論，月球就必須在某一時刻比另外某一時刻以相差一倍的距離更接近地球。而這就意味著月亮有時候要比另外的某些時候看起來大一倍。這個問題的存在給托勒密的模型留下了很大的疑點(diǎn)。可是，在那個時代，對于解釋當(dāng)時觀測到的現(xiàn)象來說，托勒密模型還是近于完美的。它可能不是第一個關(guān)于宇宙的科學(xué)模型，但它是今天我們對宇宙認(rèn)識的一個基礎(chǔ)。這個模型還有一個很大的優(yōu)點(diǎn)，即它沒有冒犯任何人。多數(shù)宗教都能夠在它們那更廣義的宗教信仰框架中為一個球中之球的宇宙找到一個該有的位置。甚至不如說，宗教人士可以宣布他們接受科學(xué)上的新發(fā)現(xiàn)作為他們的教義的新版本，從而加強(qiáng)宗教的吸引力。如果是他們所信仰的神創(chuàng)造了宇宙，那么科學(xué)不過是在解釋宇宙的本質(zhì)是什么和宇宙是在怎樣運(yùn)作的。